BIM+GIS技术在工程生命周期管理中的应用研究

董力健

摘要：本文以BIM和GIS技术的结合应用研究为方向。主要讲解了在结合应用的过程中，如何将BIM+GIS的优势进行有效的结合，在两者结合的过程中避免各自在应用上的局限性。针对工程中各阶段的不同需求，进行碰撞检查、施工模拟筹划、资产管理、平台搭建等应用。BIM+GIS结合应用使两者能够更加有力的辅助并支撑工程全生命周期的管理，在工程中具有重大意义和价值。

关键词：BIM技术；GIS技术；结合应用；工程管理应用

引言：建筑信息模型（BuildingInformationModeling）是以3D数字技术为基础、将建筑工程项目中产生的各类信息以工程数据模型的方式表现出来，是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。BIM技术作为一种全新的表达方式，在工程建设领域，尤其是装配式施工住宅的设计和建设阶段，正逐步发挥着越来越大的作用。BIM技术的优势在于数据的集成和共享，实现企业外部的服务设计、内部的管理协同，尤其是住宅产业化进程中的信息不对称、生产成本高和产品同质化高等问题。地理信息系统（GeographicInfolmatlonSystem或Geo-infolmatlonsystem）是以测绘测量为基础，在计算机软、硬件支持下，以地理数据为对象的空间分析技术，是近几年发展起来的对地理环境有关问题进行分析和研究的一种空间信息管理系统。BIM与GIS作为强大的技术及行业应用有着各自不可替代的优势。若将BIM与GIS有效的结合起来，把工程中的规划设计、建设施工、运营管理等全生命周期内不同阶段的数据资料进行有效的集成，可为项目不同阶段、不同需求的决策提供有力的综合性技术支持。本文将以BIM+GIS在项目应用过程中遇到的问题及解决方法为例，研究BIM+GIS在工程中的应用技术与关键问题。

1BIM与3DGIS结合关键问题

BIM数据结构包括空间数据（模型）和属性参数，其中空间数据模型又包含了模型的空间位置、外观等信息，这与GIS数据的结构十分相似。属性数据包含了设计参数、施工参数及运维参数等信息。GIS数据涵盖了BIM的数据结构（空间数据+属性数据），BIM的数据表现形式（三维模型），BIM的数据对象，与BIM功能有所重叠（信息管理、空间分析等）。

当然，BIM与GIS在现阶段的结合应用仍有着一定的局限性，下文将讲述BIM与GIS结合应用过程中遇到的问题及解决思路。

1.1空间变换

BIM与GIS在同一系统中结合的关键技术在于将两者有效的、正确的进行数据对接。BIM与GIS结合使用的重要步骤在于将两者进行集成，而结成的原理是采用第三方或者自定义的架构建立涵盖BIM和GIS的新信息模型，同时建立起相应的映射关系。将两者的优势进行互补，BIM与GIs的结合还可以产生很多新的技术优势。

目前国内外BIM软件及相对应的BIM文件格式很多。最为直接有效的方法是针对这些软件制作了相对应的模型导出插件，将BIM模型导出为模型数据集进行保存方便与GIS数据进行结合。而由于GIS数据的空间特性，将两者结合时，遵循GIS数据的标准，利用BIM模型导出文件中包含的空间数据信息进行坐标转换，使BIM模型从空间上可以完全贴合在GIS数据中。

1.2BIM模型的轻量化

BIM作为一项先进的技术，已经在各工程项目中起到了广泛而有效的应用。但是对于BIM模型轻量化的方式方法研究与使用仍然是行业内一个瓶颈。众所周知，BIM模型可以真实全面的展示建造项目的三维模型。究其根本，它是一个集成大数据的大平台模型，BIM的最终表现形式为可视化的多维度、多功能、多用途的计算机图形模型。这将对计算机的图形及数据处理的能力提出严峻的考验。如今运用BIM的工程多呈现体量巨大，超高层，超大基坑等特征。庞大冗余的海量建筑信息加上巨大的建筑体量使得BIM模型的量级非常巨大。这就使得BIM模型轻量化技术的研究显得十分必要。BIM轻量化主要有以下两个途径：

（1）模型减面

高精度的BIM模型则是由大量的三角面生成，众多的三角面会产生大量的数据信息。对于模型的建造者而言，真实且完美的设计是不可或缺的。但是对于BIM模型的管理者、使用者来说，高精度模型意味着大量的冗余数据。所以，在已建立的BIM模型上进行三角面的剪裁是一项重要的技术工作。

三角面裁剪有两个渠道，一是由软件自动识别并合并细碎三角面，主要通过线、面之间的夹角计算，识别可合并的三角面；二是在建模时的人为控制，如进行放样建模时，减少放样曲线的顶点数量。

对于已建造好的BIM模型。使用前一种方法，以插件形式对模型构件设置参数实现自动减面。这种减面方式可大量降低模型体量，但可控性较差，可能带来较明显的精度损失。在实际操作中，还应将人工减面和自动减面的方式结合，达到最佳效果。

（2）LOD技术应用

LOD技术即LevelsofDevelopment的简称，此概念是由美国建筑师协会（AIA）所提出，在BIM概念中的LOD代表着建筑物在起全生命周期中各阶段所被期待的BIM模型完整度。而在GIS中，LOD技术指根据物体模型的节点在显示环境中所处的位置和重要度，决定物体渲染的资源分配，降低非重要物体的面数和细节度，从而获得高效率的渲染运算。这项技术在BIM与GIS结合的场景中应用十分重要。

BIM模型可以通过LOD技术来进行轻量化。在BIM模型与GIS场景的结合中采用LOD结构并结合实例化技术和动态加载技术，可以突破高密度模型的浏览性能瓶颈。LOD技术可根据展示距离远近来选择不同精细程度的GIS数据，例如在近距离和远距离时候分别以不同清晰度的影像和地形数据进行展示，极大的缓解显卡渲染的压力，而采用实例化技术实现复用模型，可以显著提高渲染效率。

2BIM+GIS的应用方向

2.1BlM集成GIS

BIM与GIS有效的结合，可以客观、真实的将建筑模型和周边环境以可视化的方式表现，并展示其动静态特征。

（1）设计阶段

BIM与GIS结合的设计及展现方式可以解决传统设计不够形象直观的问题，有效的辅助设计规划。将BIM模型与GIS环境的结合对比，可以评估空间、日照等周边环境对工程的影响以及整个工程对周边环境的影响，进行动拆迁、管线搬迁等过程的分析评估。

（2）施工阶段

在施工阶段，利用BIM模型与GIS的结合，进行施工场地布置模拟，优化场地布局，提高生产效率。通过施工方案的模拟，可以直观的展现出施工吊装中有可能出现的碰撞等问题，便于及时优化施工方案及施工计划：在施工的管理过程中，通过施工现场质量安全检查与BIM模型中关联的真实数据进行比对，提高质量管理水平；利用BIM构件级控制，形象展示工程状态，有利于管理者及时掌握施工进度情况。

（3）运维阶段

在工程运维阶段中，在调试、预防和故障检查时，运维管理人员可以利用竣工三维BIM模型对机电、暖通、给排水和强弱电等建筑进行定位，对包括建筑主体及相关设施设备的信息进行查询及查询及维护。另外可利用BIM模型与GIS环境来模拟现场突发情况，评估突发事件的损失，从而针对突发事件制定计划。

此外利用BIM技术对三维建筑模型中的区域空间以及构件信息进行查询。进而可对资产状态和利用状况进行查看及管理。

2.2实施案例

通过BIM在市政工程施工阶段进行进度模拟，有助于管理人员掌握工程的总体进展情况，结合GIS三维城市模型，可以精确分析和量化评估施工過程对周边环境的影响：此外BIM构件结合物联网和移动巡检等技术，可以直观的将施工质量安全问题进行定位和展示。

结语：本文通过讲解BIM与GIS技术各自的优缺点。简要说明了BIM与GIS结合应用的重要性以及应用中的难点及解决方案。本文所提到的BIM+GIS结合使用的难点及解决方案以及BIM+GIS在建筑工程全生命周期中的应用对此类工程的应用具有参考意义。endprint