基于BIM+GIS技术集成在工程建设和管理中的应用探析——以我国南方某市为例

文｜南宁市勘察测绘地理信息院 王威 陈龙；南宁市城乡建设信息中心 黄绍宗

1 引言

近年来，BIM 技术在工程建设领域中日益得到广泛关注，且不断向深度和广度两个方向延伸发展，为建筑行业的发展注入了新的活力。BIM 这一概念最早见于Autodesk 公司2002 出版的白皮书，它对BIM 赋予了“协同设计”“构件设计”的重要特征，最初目的是为了更好解决设计行业的痛点，服务于软件市场的营销推广。BIM的核心是通过虚拟技术、数字化技术为实际的建筑模型虚构一个三维可视化、信息完整的建模工程信息库，该信息库包含了构件对象（几何信息、专业属性、状态信息等）和非构件对象（空间、运动行为等）状态信息，依托此三维信息模型，有效的提升了建筑工程的信息集成和表达的水平，为建设工程项目参建各方提供了一个可信息交换、信息共享和人机交互的信息载体。因此，BIM 也逐渐成为了建筑行业信息化的代名词，BIM 技术的推广应用程度也间接反映了当地建筑行业的信息化水平。BIM具有数字化设计，数据库动态变化、更新、丰富和充实、三维表达，建设工程全生命周期数据共享交互等特征，基于这些特征，设计、施工、运维的团队能开展高效协同，提升工作效率，并节约成本，迅速得到了业界的广泛认可。

2 国内BIM+GIS 技术集成应用现状

2.1 BIM 与GIS 技术集成应用的必然性

BIM 的精细化三维模型在设计、施工、运维各阶段的应用，除了模型本身的精细化表达，也离不开其项目本身周边环境的相关要素，否则就脱离了实际的大空间环境场，变成空中楼阁。如城市Shoppingmall的建设，需了解周边的交通设施分布情况、人流分布情况、其他商业综合体的分布情况等，而GIS 的强项就是对宏观地理环境的模拟和反演，可以为BIM 从设计到施工各阶段提供强有力的空间分析和决策支持，因此，BIM 需要GIS。

GIS 主要致力于宏观场景的研究和应用，为广大行业提供所需的精准地理信息数据管理、分析及决策，随着CIM 城市的发展，提出了越来越多精细化的要求，BIM数据是丰富GIS 数据的一个重要组成部分，能让GIS从宏观走向微观，实现精细化管理。如消防救援，不仅要分析事故现场周边环境，同时也需要了解建筑物内部的空间构造，如果能及时调用该建筑物的BIM 模型，结合实景三维模型，就可以实现宏观到微观的精细化消防抢险，因此，GIS 也需要BIM。

GIS 主要针对大场景、宏观的地理信息，BIM 主要针对小场景、微观的建筑信息，都属于城市信息模型（CIM）的重要组成部分，它们之前并无可替代性，反而形成了宏观到微观、地上到地下、空间关系和属性关系等表达互补，BIM 技术的数据可以作为GIS 系统的数据来源。反之 ，GIS 的数据信息也可以用作BIM 的数据源 ，达到BIM 技术与GIS 技术的数据共享转化，从而实现两种技术互相融合的目地。正因为在城市建设的应用中有如此天然的内在联系，从某种程度上说，GIS 让BIM 有了更大的舞台，BIM让GIS变动更加生动而丰富。因此，GIS+BIM 技术的集成应用是必然趋势。目前，BIM 技术与GIS 技术集成已经在水利工程、轨道和市政工程、地下空间管理、场地分析、城市规划建设管理、建筑文物保护修复等方面得到了较好的应用。

2.2 BIM 技术推广应用政策分析

BIM 技术是“十三五”期间建筑业信息技术发展的重要内容，是实现建筑业现代化的重要手段，也是推进新型智慧城市建设的重要技术，有利于引导装配式建筑规范化、标准化发展，有利于推进建设行业供给侧改革。2014-2016年期间，国家先后出台了《关于推进建筑业发展和改革的若干意见》（建市〔2014〕92 号）《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》（建质函〔2015〕159 号）《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》（建质函〔2016〕183 号）《国家新型智慧城市评价指标》（GB/T33356-2016）《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》（国办发〔2016〕71 号）《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》（国办发〔2016〕）等多个政策文件，对BIM 技术应用、建筑行业信息化建设、数据和信息化服务能力都做了相关的要求。从政策文件分析来看，要不断创新思路，提升信息化水平，提高管理和服务水平，BIM 技术、GIS 技术、互联网技术等集成应用是建筑行业信息化水平的关键。BIM 模型等建筑数据对于住建、国土、规划、发改委等管理部门来说是非常重要的信息资源，如何利用云计算、大数据、GIS 等技术管好数据，用好数据，挖掘这些信息的潜在价值，以及如何让更多的信息通过安全可靠的机制共享给其他部门是迫切需要解决的难题，同时也是在海量信息发展时代下对安全和数据共享带来的一个全新的挑战。

3 BIM 与GIS 技术集成应用关键技术

3.1 云计算平台技术

目前，云计算平台服务模式主要由基础设施即服务（IaaS）、平台即服务 （PaaS）和软件即服务（SaaS）三个层次构成。云计算平台主要提供处理器、内存、存储、网络接口等计算能力，从某种意义上来讲，任何基于互联网的大数据集成、展示、分析应用都离不开云计算平台，否则效果很差，没有生命力。BIM 模型是精细化模型，单体本身的数据量较多，GIS 数据亦然。海量BIM 数据和GIS 数据能基于互联网有效的利用，发挥更大的价值需要优秀的云计算平台。

近年来，云计算平台技术已经得到了很快的发展，目前市面上已有数量众多的商业软件可用于构建云基础设施，如微软、Google、IBM、Oracle、Saleforce、EMC、阿里巴巴、中国移动等，不少产品基于OpenStack 等开源的方案进行构建。基于开源方案的云平台软件有着相对于私有云平台软件不具备的优势，比如，由于业务需求的多样性，需要定制化的开发，开源的系统具备更广阔的开发应用环境，相应的业务需求在开源环境下，能够更快的开发和部署上线，而且，可供产品开发的开发商以及软件类型选择也更多。与之相反，非开源的产品一般价格不菲，初期虽能较为快速和稳定的运行，但由于其产品的封闭性，后期的定制化扩展性就相对较差，容易出现厂商锁定的问题。

3.2 云端闪现技术

BIM 闪现技术是指通过对BIM 源数据的重建，在不损失BIM 数据品质的前提下，运用云计算技术，通过固定网络带宽，快速高效地获取云端海量的BIM 数据，实现应用端（PC 端、手机端）闪现的视觉效果。其主要指标包括：1) 不损失BIM 源数据；2）海量BIM 数据网络高效传输，屏显快于5-10秒，既闪现；3) 模型材质信息无缝集成及闪现；4) 模型构件属性无缝集成及闪现。

BIM 三维空间拓扑结构交叉，但传统三维GIS 的数据组织无法优化三维BIM 数据。为保证BIM 平台的数据分发和各专业系统对BIM 数据的应用，必须实现海量BIM 模型数据在互联网环境下的快速获取和高效表达。

3.3 多源数据融合技术

在数据服务方面，要能兼容Bentley、Revit、MicroStaion、CATIA 等主流BIM 建模软件，支持OGCI3S 三维切片服务标准，支持多种数据格式的智能、无损转换，并与常规GIS 数据（影像、矢量）、三维倾斜数据、地质数据以及多类专题数据进行兼容和集成，实现统一的编码管理与调用，解决BIM 信息跨平台、跨领域、跨阶段传递的难题，为设计、施工和运维阶段的工程综合应用提供数据支撑，实现GIS+BIM数据的落地应用。

4 BIM+GIS 技术集成在我国南方某市建设管理中的应用及成效

4.1 应用情况

南方某市较为重视信息化工作，2017年出台了新型智慧城市建设实施方案，属于全国较早开展这项工作的城市。城市建设管理部门较为重视BIM 技术的推广和应用，把信息化建设作为推动行业转成升级、推动新型智慧城市的重要抓手，先后印发了多个推广BIM 技术的政策性文件，并积极开展顶层规划设计、试点项目应用、BIM技术管理中心研发、BIM 技术指南编制、BIM 技术赛事、配套政策制定、专家库建设等工作，为推进BIM 技术的广泛和深度应用，解决全市BIM 技术发展中存在的问题，推动BIM 技术发展迈向更高水平不断改革创新做了大量工作和努力。2017年，该市投资建设了BIM 技术运用管理平台，这是针对城市建设管理部门BIM+GIS 技术集成应用的管理平台，在省（区）级乃至全国率先启用。

平台“一个中心，多种应用”的“1+X”应用模式构建，“一个中心”指BIM 技术运用管理中心，“多种应用”指项目拿到施工许可开始施工到项目竣工验收该周期的各个阶段监管服务，依托BIM 数据、GIS 数据、业务数据等建设项目全生命周期多源数据，统筹管理全市城乡建设项目、企业与人员。

4.2 取得的成效

宏观上初步实现了对城市级建设项目可视化、可量化、全覆盖的有效统筹管控。我国建筑行业的信息化相对于国土、水利、环保等部门相对落后。建设项目传统管控方式人力成本高、信息化水平低、管理效率低下，面对近年来城市建设项目的高速增长，出现了 “管不全面、管不过来、管不到位”的问题，如何对城市级项目实现有效管控是建设管理部门的痛点和难点。南方某市利用BIM 技术、GIS 技术、无人机倾斜技术、互联网、物联网技术等集成，打造了一个BIM+GIS 城市级项目管理和服务平台，项目的精确位置、周边环境、用地红线、施工进度、特定区域的作业视频流等地理信息要素丰富，项目的总体数量、空间分布情况、整体建设进度、施工方诚信等统计信息全面，这些数据和信息应用服务在一定程度上有效解决了以前“管不全面、管不过来、管不到位”的问题，宏观上初步实现了对全市建设项目的全面统筹管控。

微观上初步实现了对单个建设项目全生命周期精细化管控。业务办理信息化全流程、项目管理全生命周期一直是建设管理部门致力追求的发展方向，传统的单个建设项目管理存在项目全生命周期数据缺失、数字化程度低、跨部门管理难度高等缺陷。通过BIM+GIS 城市级项目管理和服务平台实现了项目管理业务流程再造，审批和监管业务过程数字化，项目前期、施工管理、竣工验收、档案归集等四个业务全生命周期数据有效集成，项目工地现场信息、项目业务信息、项目建设应用信息等三大重要信息高效流转，有效提升了项目管理信息化水平，初步实现了单个建设项目全生命周期的精细化管理。

有效助力行政事务改造，营造了良好的营商环境。BIM+GIS 城市级项目管理和服务平台按照“1+X”应用模式构建，打通原有的行业的信息化平台，实现数据跨层级、跨部门共享，将项目全生命周期的各个办事环节信息化无缝连接，审批、监管、验收等环节均可一个账号登入、一个系统办理，实现了“24 小时不打烊”“群众零跑腿”的政务改革目标，有效地节约了政务资源，便捷了群众办事，对改善营商环境有较好促进作用。

有效助力建筑行业的转型升级、城市精细化管理和治理。信息化是建筑行业监管和服务的重要抓手，南方某市依托BIM+GIS 城市级项目管理和服务平台，按照工序质量“人、机、料、法、环、测”六大关键重要因素实现建设项目全生命周期数据的有效归集，今后在时间和空间两个维度将形成一个建筑行业大数据，为城市住建、国土、环保、城管等部门提供宝贵的数据支持，助力建筑行业发展的转型升级，有效推动城市的精细化管理和治理。

5 结束语

BIM+GIS 技术集成的信息化应用，能有效支撑政府科学决策，利于服务模式的转变和创新，实现数据资源的整合，并节约投资成本。通过提供工程建设BIM 共享云平台，可以避免工程参建单位各自重复建设BIM 平台，集成工程建设各方信息，形成信息汇聚平台，与传统的管理流程通过同一个数据库对接，彻底打破城市建设“信息孤岛”，促进工程建设各方加强对工程安全、质量、进度、投资等方面的管控；BIM 技术在装配式建筑产业有着重大的应用价值，通过探索建立符合装配式建筑设计施工要求的BIM 技术应用体系，能有效推动装配式建筑及相关产业的融合发展；BIM 与GIS 两种技术作为CIM 城市建设的重要基石，今后将会得到更多的应用。因此，BIM+GIS 技术的集成应用是一个大趋势，其纵深发展将有助于城市社会治理和城市网格化精细治理。