试述智慧城市三维GIS在现代化发展前景

宋增雨

摘    要：数字城市是使用现代计算机技术，多媒体技术;同时，综合运用遥感、全球定位系统、地理信息系统等技术，对城市进行多种比例尺度、多种时空条件、多种类型的三维描述。在“智慧城市”建立的过程中，GIS与BIM技术发挥了极为重要的作用。 本文根据笔者工作实践，对智慧城市三维GIS在现代化发展前景进行了分析和探讨。

关键词：智慧城市;三维;GIS;现代化;发展

1  智慧城市表达现状

城市三维仿真模型是地表景观的一类三维计算机模型，它包括了对于城市地形及地面的描述，还包括了城市建筑物、城市立体交通等的描述。城市三维仿真模型是智慧城市构建的基础，它的出现跳脱了原来以二维图纸与三维模型相结合的规划设计方式，而是对城市地景更加生动与真切的三维立体表达;通过这种方式，拓宽了规划师、设计者以及管理者的认知视角;同时也对于城市规划、城市设计、城市配套设施管理、道路规划、公园绿地设计及管理等城市规划内容多有助益。

现今，创建城市的三维仿真模型主要包括以下流程。

（1）采集空间定位数据，包括各类二维数据与三维数据。

（2）编辑和建立三维仿真模型，三维模型是各类城市数据的基础。

（3）建筑物的表面数据主要用于提供视觉标识，通过这些建筑表面数据，可以增强建筑物的感知度和被识别度。

（4）VR等可视化技术的运用，可以使得智慧城市的使用者能更加直观便捷地使用城市场景与各项城市数据。

2  GIS、BIM技术在智慧城市中的应用

当前的智慧城市虚拟系统是利用虚拟现实的软、硬件与多种传感器结合的综合系统;同时，综合应用全数字摄影测量技术、GIS技术、BIM技术等建立起来。建立智慧城市，首先应用数字测量技术，GIS技术等获取该区域的基础地理数据，建立地理数据库，然后利用测量数据和BIM技术建立建筑信息模型。使用者可以基于此仿真环境复原真实的空间信息，以及提供该环境的各种预测可能性。

2.1  GIS技术及三维GIS平台

GIS（Geographic Information Systems） 技术，全称是地理信息系统，可实时提供各项城市数据和信息。三维GIS是一个综合性的数据库，主要采集、存储、输入各类空间数据;同时也为各类使用者提供了非常可靠的空间数据，以用于规划、设计和管理。相比于传统的二维GIS技术，三维GIS更加直观，也更具准确与生动性。

2.2  BIM技术

BIM（Building information model）是“建筑信息模型”的简称，其被定义为将一个建筑建设项目在整个建筑生命周期内的所有建筑特征，功能要求、性能信息、施工进度、节点控制等多方面的信息综合到一个统一的模型当中。

2.2.1  实现BIM的软件

BIM需要依靠软件来实现，与传统的CAD绘制图纸不同，BIM需要一系列的软件来支持。按功能可以将BIM软件进行以下分类：

（1）BIM建筑与结构建模软件，如Autodesk的Revit MEP和Archi CAD的MEP模块等等。

（2）BIM模型分析软件，有检测BIM模型规范性的Solibri Model Checker，有结构分析软件如PKPM，管理施工的Navisworks，以及一些概预算软件等。

2.2.2  基于BIM模型的工程应用

基于BIM模型，通过各种分析软件，可以取得以下成果：在计算机上模拟真实环境，建筑相关人员能借助BIM模型的可视化应用身临其境的感受三维虚拟的建筑空间。检测模型错误，查找BIM模型中的结构碰撞等，在施工前及时解决可能存在问题。指导建筑施工，BIM模型能准确的估算出建筑所耗費的材料用量，从而控制生产成本。且能利用3D可视化技术改善施工方法与流程。

3  智慧城市中GIS与BIM技术的融合运用

在智慧城市的建立中，可综合运用GIS与BIM技术，将BIM中的数据导入GIS软件，同时将GIS中的数据反向运用于BIM软件中。通过这样的方式，BIM数据可以作为GIS系统重要的基础数据源，而GIS中的数据也可用作空间数据源，帮助构建建筑信息模型。现代城市规划并不能单方面的考虑城市环境建设问题，同时要综合城市发展需求及城市建设目标等多方面要素做深度分析，所以GIS技术条件下的城市规划首先要保障规划设计的精准性，将传统意义上的城市规划精精确至固定的建设区域，将个体生态及经济环境建设等进行串联，使其形成完善的城市协同发展整体，以此达到提高城市规划科学性目的。

3.1  精确的空间数据管理

空间数据管理是指综合多方面的城市发展因素，将单一的城市规划个体建立成城市规划整体，从城市未来阶段的社会发展融入性角度出发，把GIS技术数据分析纳入城市规划参考体系，在传统的城市象形设计中进行脱离，将形象设计作为城市规划的重要组成部分，而非是城市规划的总体目标，要以长远的发展目标做周期性与阶段性城市规划设计，不同的阶段城市规划发展应采用多种设计方案，重点突出技术性特征，结合现代城市发展的复杂性，以GIS技术做重要的规划先导，不断的拓展城市规划设计的影响范围，将传统的多体城市规划结构进行拆分，采用模块化组合方面重新参照GIS技术参数标准做城市排列规划。

3.2  多维度空间数据分析

多维度空间数据分析是运用GIS技术信息平台的数据更新，实时掌握城市规划发展信息，根据城市发展需求对现有的城市规划目标做一定的调整，使城市规划方向与城市发展方向保持一致，从传统的平面城市规划设计向多维度城市空间设计转变，将社会发展作为城市规划的重要导向，辅以GIS技术进行城市规划资源的合理调配，解决城市规划发展的突出矛盾问题，及时的发现现阶段城市规划设计问题，做到具体问题具体分析，使GIS技术的运用成为引领城市现代化发展的风向标。

3.3  以技术为主导的城市规划决策

以技术为主导的城市规划决策，必须符合城市现阶段的经济与社会发展建设目标，综合多方面的社会资源发展需求调整城市规划方向。从技术层面应用多种信息技术算法对归纳人口发展与城市规划发展的对应关系，进一步评估城市规划管理风险，结合视觉重叠与盲区图像结构重塑技术将GIS技术信息做立体化呈现，以便为城市规划的发展决策提供更为科学的参考内容。

3.4  以管理为核心的城市规划管理

城市规划管理的根本目的在于保障城市规划发展可以按照预定规划设计目标稳步进行，提高城市规划管理的综合实践能力，运用GIS视图实现理论规划布局设计内容，科学配置城市规划资源，弥补现阶段城市规划管理信息更替不足，建立城市规划管理信息互通机制，将GIS技术所反馈的信息内容共享至信息管理网络，综合多个部门及多个社会机构的实际意见，实现统一的城市规划目标管理，拓展城市发展空间，扩大城市规划建设影响范围，以城市中心规划建设带动城市周边区域建设，使GIS技术运用从理论分析向实践建设不断迈进。

4  结语

智慧城市是一个城市的空间各类信息汇总的基础平台，也是国家城市乡村各项空间数据的重要组成部分。智慧城市是信息集成的载体、是智慧城市赖以实现的不可或缺的基础支撑。GIS与BIM技术的相互融合，在智慧城市建设中扮演着愈发重要的角色。同时，随着GIS与BIM技术的不断发展，也可以实现智慧城市管理中的快捷沟通与准确数据支持。

参考文献：

[1] 刘晴，王建平.基于BIM技术的建设工程生命周期管理研究[J].土木建筑工程信息技术，2010（3）：40～45.

[2] 李德超，张瑞芝.BIM技术在智慧城市三维建模中的应用研究[J].2011（1）：47～51.