使用BIM方法发展三维规划管理系统势在必行

田 峰

1 三维规划管理系统的发展

当前城市规划正面临着从静态规划向动态规划、从物质规划向社会经济发展综合规划、从专家评审到公众参与、从行政管理到法制化管理等方面的重大转变，同时也需要通过形象手段向不具备专业知识的社会大众进行信息公开及沟通交流，这些都对城市规划和管理技术手段智能化、可视化等提出了新要求。

传统的规划管理方法是对总平面及平面、立面、剖面图纸等建设项目设计文件进行审查。伴随着土地资源越来越稀缺，城市不断由高度、深度向综合性立体化空间利用发展，多类型城市综合体项目、综合交通枢纽项目和地下交通枢纽日益增多，由此带来的日照计算、景观通视、天际线、地下空间管理等问题仅靠二维平面数据是无法解决的，这就对规划管理提出了更高的要求。因此发展三维规划管理系统势在必行。

在发达国家，三维城市技术应用已非常广泛，如日本在国土、工程、环保等领域普遍使用三维数据。在国内，如深圳、广州、天津等城市都积极开展了三维规划管理系统的建设，上海也在积极研究推进。

一般来讲，三维规划管理系统以三维方案审批系统为核心，使用现有较成熟的三维地理信息技术，构建三维数字城市场景模型，主要实现城市现状仿真和新建项目规划设计方案审批两大功能，目的是实现管理方式从单一项目审批到对城市空间形态统筹研究、从简单的设计方案评审到全面分析城市空间、相邻关系和界面结构的转变，除向管理部门提供可视化的管理和决策支持平台，还可向社会大众展示城市风貌、描绘未来发展蓝图。

2 建筑业信息化背景下三维规划管理系统

建筑工程项目从项目策划、建筑方案设计、结构水电设计、施工管理到后期物业运营等经历多个环节、多个专业，综合性强，是各专业工种相互协作的结果，在各专业合作的过程中进行了多次的数据交换，相应产生大量图纸等设计文件，如图1所示。

作为设计环节的一部分，规划管理部门依法对建设项目设计方案图纸的审查和许可是建设项目方案能否成立的关键因素之一。建设项目设计方案审核是对建设工程项目进行《建设工程规划许可证》审核过程的重要前提，是判断是否满足核提规划设计条件的关键步骤，也是进行后继建设工程施工图设计的关键依据。不难理解，建立在三维平台的规划方案审批系统是三维规划管理系统的关键。目前国内已建成的三维规划管理系统，基于Skyline、Uniscope、CityMaker等平台，通过新建项目建筑物立面风格比选、景观影响分析等辅助分析，从建筑物体量、空间形态、空间影响等方面整体分析和考察设计方案，如图2所示。

图1 作为交流媒介的设计文件（笔者根据Paul Se letsky绘制）

图2 三维规划方案审批系统示意

笔者认为，受制于数据来源和制作方式，目前三维规划管理系统多为仿真、可视化表现用途。

城市基础数据是现有地形、地貌的三维建模仿真，多以机载激光测绘（LIDAR）成果为基础，对激光扫描点云数据处理后构建建筑物体框模型，制作成三维数字地形，如图3所示。其中对重点区域城市标志性建筑、历史性建筑、重要景观，还需要进一步人工构建精细模型，并添加绿化及小品等进行精确刻画。

图3 三维建模过程示意

新建项目多使用3dmax软件建模、贴图赋材质，置入大尺寸背景地形中的制作方式。问题是使用3dmax软件，模型只是带有贴图材质的网格（MESH）几何体，没有数据库支持，只能用于渲染表现，仅能抽取模型中高度、长度等有限的简单几何信息，其中没有建筑构件及分层面积等建筑信息，无法将模型赋予真实性质进行计算，例如对窗户进行建筑日照分析，因此max模型在本质上无法作为可复用成果传输到下一个环节，也无法生成分层平面图纸，不能保证与纸质图纸的数据完全一致，更无法为规划管理下阶段的建设工程施工图提供审查参考依据。

同时，明明在建筑方案设计阶段已经存在的建筑外形、构件等与结构、设备计算相关的重要信息，却不能随模型文件传递给结构工程师，导致结构计算、给排水、暖通设计等工作阶段还需要重新建模以建立相关建筑信息，重复建模工作量巨大。

单纯为三维规划方案审批目的进行的三维建模，实际上是一个信息孤岛，既无法保证数据的一致性、准确性和完整性，也无法实现管理系统内部数据的共享。数据前后不一致、不可重复利用的问题，反映了在建设项目全寿命周期不同阶段用可视化技术改善信息管理过程中，如何实现建筑业信息技术标准化和无遗漏、无重复传递和处理信息的问题。

出于商业及技术等种种原因，在三维规划管理系统中使用合适的方法技术进行数据交换、信息共享的可能性被有意无意的忽略了。笔者认为，使用BIM方法，对新建项目的数据来源进行标准化的规范和高效率的信息抽取，可以保证数据的一致性，提高可利用性，大幅减少重复性建模劳动。

3 使用BIM方法，保证数据一致性、提高可利用性，促进三维规划管理系统发展

随着“节能低碳”绿色建筑的兴起，对设计提出了更高的要求。建筑全寿命周期（Life Cycle）包含了建筑物材料构件生产、规划与设计、建造与运输、运行与维护、拆除与处理这一完整的全循环过程，研究表明，建筑全寿命周期费用主要取决于设计方案阶段。

与此相应，建筑信息模型（Building Information Model，简称BIM）方法应运而生。BIM通过构造建筑数字虚拟模型，存放建筑、结构、机电、热工、声学、材料、价格、采购、规范、标准等各种专业信息，信息可在设计、施工、运营维护等各个阶段对建筑物进行分析、模拟、可视化、施工图、工程量统计等工作，核心是一个创建、收集、管理、应用信息的过程，如图4所示。BIM设计软件发展很快，例如Graphisoft 公司的ArchiCad、Bentley公司的MicroStation Trif roma，Autodesk公司的Revit等软件①美国国家建筑科学协会（National Institute of Building Sciences）对BIM定义如下：BIM是在开放的工业标准下对设施的物理和功能特性及其相关的项目全寿命周期信息的可计算可运算的形式表现，从而为决策提供支持，以更好地实现项目的价值。。

图4 BIM模型示意（Graphisoft）

以BIM为核心的设计方法极大地改变了设计过程、设计流程以及设计信息的利用方式，将建筑设计从基于几何元素的二维设计变为基于BIM的数字化三维设计，设计工作量前移，创建设计文件和协调的工作量大大减轻。BIM一经建立，将为整个生命周期提供服务，并产生极大的价值，如在设计阶段的方案论证、业主决策、多专业协调、结构分析、造价估算、能量分析、光照分析等建筑物理分析和设计文档生成等工作，在施工阶段的可施工性分析、施工图纸生成、工程量计算、施工预算、进度分析和施工平面布置等工作，在运营阶段的设施管理、布局分析（产品、家具等）和用户管理等工作，如图5所示。

使用BIM，审核建设项目设计方案三维模型，可从中抽取设计方案审批相关信息，能够保证与后继工程规划许可证审批环节数据的一致性。同时模型数据能够利用于建筑全寿命周期中，有效避免时间和资金浪费，提高数据可利用性。

BIM方法可通过IFC技术实现，IFC为跨平台之间数据交换提供了可能。目前IFC日趋成熟，国内已发布行业标准并开发了建筑工程信息共享IFC模型平台②IFC(In d u s t r y F o u n d a t i o n Cl a s s e s)是国际协作 联盟组织（IAI） 定义的三维 建筑信息交 换标准， 通过为建筑 业定义通行语言，建 立一个共享 的模型来描 述建筑物 对象和建筑 流程中的必要信息 ，从而为不 同软件之间 实现建筑 信息的交换 与共享提供了基 础。目前I FC日趋成 熟，在国 内，2 0 0 7年建设部发布了中国 的IFC行 业标准《建 筑对象数 字化定义J G/T1 9 8-2 0 0 7》 ，中国建筑 科学研究院 也开发了 建筑工程信 息共享IF C模型平台。。

图5 作为数据核心的BIM模型（笔者根据Paul Se letsky绘制）

4 结语

在建设三维规划管理系统过程中，在建筑业信息化的更广视角下，将三维GIS和BIM技术结合，可以促进建设项目全寿命周期各阶段之间信息的无遗漏，无重复传递和处理及管理，更加有效地使用可视化技术改善各阶段之间的信息沟通。BIM与建设项目电子报建结合，实现数据自动抽取、计算机辅助审核，新加坡在这方面已有实例。

由于单体建筑与城市规划尺度和规模的差异，BIM可能由于模型细致导致数据量过大，这可以借鉴虚拟现实技术中LOD模型的方法适当简化。在如何简化模型，提高三维模型数据读取和表现速度方面可能还有大量的工作要做。尽管目前国内BIM方法和IFC技术的完善与实用化还需要一定的时间，但随着研究和认识的不断加深，人们会越来越多地使用这种方法。笔者相信，通过新建项目中BIM方法的运用，可以促进信息共享交流，避免重复性劳动，有效提高建设项目规划管理的科学性和效率。随着国内研究和认识的不断加深，其应用会越来越广泛。

[1]Paul Seletsky,2005.Digital Design and the Age of Building Simulat ion, ht tp://www.aecbytes.com/viewpoint/2005/issue_19.html

[2]丁士昭.建设工程信息化导论[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.10.

[3]互联网资源：http://www.aecbytes.com/viewpoint/.

[4]互联网资源：http://www.archicad.cn/.

[5]互联网资源：http://www.autodesk.com.cn/.

[6]互联网资源：ht tp://www.bca.gov.sg/index.html.

[7]互联网资源：ht tp://www. bent ley.com.cn/.

[8]互联网资源：http://www.buildingsmartal liance.org/index.php/nbims/.

[9]互联网资源：ht tp://www.iai-intemational.org/.

[10]邱奎宁,王磊.IFC标准的实现方法[J].建筑科学,2004,20(3):76-78.

[11]王守清,刘申亮.IT在建设工程项目中的应用和研究趋势[J].项目管理技术,2004(2):19-22.

[12]曾旭东,赵昂.计算机辅助建筑设计(CAAD)的发展趋势[J].重庆建筑大学学报,2006(1):21-24.

[13]曾旭东,赵昂.基于BIM技术的建筑节能设计应用研究[J].重庆建筑大学学报,2006(2):33-35.

田 峰

博士，上海市规划和国土资源管理局