BIM+GIS技术在校园建设规划管理中应用的研究

舒 炎 刘竞择

BIM+GIS技术在校园建设规划管理中应用的研究

舒 炎 刘竞择

[上海交通大学]

目前高校新校区已从集中式大规模建设逐渐转变为支持学术目标的方式塑造校园的更新，这对基建项目规划管理的精准度提出了很高要求。为适应这个要求，同时也为了配合政府各有关部门行政审批改革以及对新技术的推广，如规划与自然资源局广泛应用的地理信息系统，住房和城乡建设委员会要求应用的建筑信息模型，本文提出采用建筑信息模型（Building Information Modeling， 以下简称BIM）+地理信息系统（以下简称GIS）技术，以解决基建项目规划管理中遇到的问题，主要包括前期场地分析、方案比选、配套建设等项目内容，并提出优化方案，以期在项目规划开始阶段实现经济效益、社会效益期望的最大化。

BIM；GIS；校园建设规划；基建管理

现阶段，计算机技术已普遍应用于基建项目全过程，而随着项目图纸从二维平面逐渐向三维立体的转变，BIM相关软件的使用也越来越广泛。在政府层面上，根据住建部《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》有关工作部署，全国各建管部门先后制定相应政策进行推广：上海市住房与城乡管理委员会在《关于进一步加强上海市BIM技术推广应用的通知》中，明确在土地出让、规划审批、报建、施工图审查、竣工验收备案等环节BIM应用范围；深圳建筑工务署在《BIM应用实施纲要》中也提出了市建筑工务署BIM应用的阶段性目标。在高校层面，因大部分项目资金来源于国家财政，BIM技术需要根据实际情况按规定应用，但是主要在设计及施工阶段。其实，在项目规划中使用BIM技术也同样重要，不仅可以明确单体建筑的设计条件，提升建筑模型的精细化程度，还可以将其与GIS技术结合，建立设计目标与设计环境的基本联系，解决两者在设计、施工中不协调的矛盾，并提供可靠的信息支持。

一、GIS技术和BIM技术应用现状

对于BIM和GIS技术的研究主要是项目空间数据的应用及管理。空间数据的基础则是三维模型，不仅包括传统二维模型中建筑属性中坐标、用地范围、建筑名称、层高、层数、使用性质等信息，还在此基础上增加空间信息（高程信息），这对于空间分析、规划、管理至关重要。早期三维建模通过FLASH动画技术实现位置标记、可视化漫游效果，三维建模软件出现以后依靠标准的二维底图实现了部分三维分析功能，如果再基于影像的地形仿真，影像与空间数据库集成在GIS系统中实现大规模三维模型的管理。在项目等规划阶段将两者结合，可以更早的确定项目内容，减少不必要变动，进而保证工期，控制造价。

在区域运营阶段已出现很多成熟的应用，如很多房产项目采用GIS+BIM+FM（运营管理）解决资产经营管理和运维管理实现问题[1]。关于两项技术分别介绍如下：

（一）GIS技术介绍

GIS技术的主要发展趋势就是使空间数据表达趋向多比例尺、多尺度、动态多维和实时三维可视化[2]，其中二维GIS已经具备很成熟的理论和应用技术，但是它只处理表达平面X、Y轴上的数据信息，不包含Z轴的数据信息，而三维GIS进行三维空间表达时要考虑多个z值[3]，大部分三维GIS平台对于三维模型的细节表述不太清楚，非常依赖第三方建模软件。目前GIS技术已普遍的用于规划土地管理、城市安全管理等，涉及到的相关软件包括ArcGIS、Super Map、MapInfo等。

（二）BIM技术介绍

与GIS技术一样的是，BIM技术增加了高度数据，实现模型可视化、功能分析，而且操作性更强，以实时、动态的多维模型大大方便了工程人员[4]。其集成了建筑、结构、建筑设备等三维（3D）信息模型，能够解决项目各系统间的矛盾冲突[5]。还可以增加时间、成本等信息，实现施工工序模拟、造价成本控制等功能。用到的相关软件包括AutoCAD，3DMAX、Sketchup、Autodesk Revit 2016、ArchiCAD（三维建模软件），Naviswoks（模型整合与浏览、碰撞检查）等。

（三）三维建模的主要流程：

首先处理二维CAD平面图（测绘图纸）或影像数据，进行BIM三维建模，导出IFC标准设计文件，然后完善建筑数据库信息，最后在GIS平台通过City GML标准集成[6]。可利用GIS平台自带空间可视化分析功能，也可以进行二次开发实现需求功能。如图1所示：

图1 校园三维可视化流程图

二、校园基本建设规划问题及目标

目前国内大部分院校已经完成新校区建设，主要建设模式由集中式转变为分散式，项目开始单独立项实施。单独项目规划中经常遇到规划不合理的问题，如控规理解有偏差，不能充分利用土地；建设过程中建筑设计与周边场地不协调；测绘地形图中的尺寸没有随时间更新，项目规划过度依赖旧数据；考虑施工场地、施工临时用房与施工车辆选址有疏漏等。所以在校园基本建设规划中不仅要考虑宏观政策因素，而且要结合学校和项目的实际情况，明确规划的目标原则及具体内容，从空间布局、主材选择、管理模式上来满足新时代的发展需要以实现精细的规划管理。

（一）掌握校园基本建设规划的原则

1.符合政府政策性法规，包括《教育部直属高校基本建设管理办法（2017年修订）》、《普通高等学校建筑面积指标》、所在地控制性详细规划、基建规范化管理制度等。

2.统筹兼顾学校战略规划、校园规划、基本建设规划、校园建设导则等各项规划内容。

3.匹配自身土地储备、经济状况、建设条件、学科背景、使用对象等要求。

（二）确定建设项目的具体内容

在前期阶段，管理者需要考虑建筑与场地两方面因素。其一，建筑。确定项目定位与规模、建筑高度、建筑面积、用地面积、高度、层高、层数、地上面积、地下面积、人防面积、绿化面积、停车位、交通组织、建筑风格。其二，场地。确定与周边建筑关系、光照分析、综合管线配套优化规划方案，减少不必要的修改。结合BIM技术进行量化建模，有助于实现规划的精细化，从而满足决策的科学性与方案设计的规范性，提高整个工程项目建成后的社会价值。

总结起来，在规划阶段每个基建项目不仅是单个项目的集中表述，还需统筹考虑学校战略、环境、配套各方面的问题。利用三维可视化和仿真模拟技术实现性能化模拟分析、绿色建筑性能评估和装配式建筑虚拟设计，有利于建设、设计和施工等单位沟通，优化方案，减少设计错误，提高建筑性能和设计质量[7]。

三、GIS+BIM技术用于校园规划管理的现状

按照规划，某校现已经完成70%的建设，正处于重点建设阶段，主要是满足“双一流”学科建设需求，对接学科、科研发展。其中大部分新建项目对自有土地利用要求高，在考虑设计方案时，要处理好设计目标与设计环境的基本关系。

（一）整体校园规划管理平台建设

目前该校已分两期建立了自己的校园地图，包括二维和三维两种形式，如图2所示。基于GIS平台+三维建模软件，实现校园导览，并提供了基本的测距、测面工具。可以作为建设单位前期方案阶段的设计依据。

图2 校园三维平台效果图

（二）新建项目BIM模型植入

在单一项目建设中，一般在设计阶段由建设单位委托第三方BIM咨询顾问单位，进行BIM建模、碰撞检测、三维管线综合、竖向净空分析、深化设计检验、可视化展示。某一建设项目中BIM的可视化展示如图3所示，在该模型中可以测量不同层高的高度数据，直观地分析建筑与场地的关系。

图3 某项目BIM模型

此次BIM技术在项目各阶段中具体应用的流程如下表所示。

表1 BIM技术应用流程表

四、GIS+BIM用于基建管理的思考与建议

BIM的建设项目管理模式已成为主流，高校有关建设部门正在大胆尝试，逐步推进。下一步形成统一的信息管理平台，将完善的BIM模型导入已建成的GIS地图平台，开发相应功能，从而实现全过程BIM技术应用。特别是在规划阶段，利用BIM模型，提出空间建构设想、创意表达形式及结构方式的初步解决方法等，同时注重场地分析、建筑性能模拟分析、设计方案比选、虚拟仿真漫游的形式实现[7]。在此基础上完善校园GIS平台，增加相应功能及流程，项目规划的准确性也将不断提高。

（一）集成丰富的相关数据

通过技术平台场地注意结合控规直接计算容积率、高度、总建筑面积等；辅助现场踏勘，放样定位；形成“五通一平”解决方案，如绿化移植、管线移位等；明确场地与相邻建筑物关系，如设计风格、施工影响等。这些需要相关大量的项目信息以及GIS平台下二次功能开发，才能实现这些功能。

（二）确保信息的规范、可靠性

随着建筑的不断修缮或者实验项目的更迭，场地信息经常发生变化，因此，保证维护平台基础数据的准确性、实时性尤为重要。可以增加时间维度，展现不同时期校园建设变化对比，为新建项目提供指导方向。

（三）以BIM为中心形成统一的管理流程

采用统一的软件辅助管理流程，后续将造价、竣工、运维加入进来，促进项目信息及管理的模式化、规范化，提高管理水平。目前阶段改善CAD绘制施工图，Sketchup建模渲染的方案设计流程，针对不同设计方案利用BIM建模，快速导入到GIS中进行规划阶段的评价和优缺点分析。

[1]何清华，钱丽丽，段运峰，李永奎.BIM在国内外应用的现状及障碍研究[J].工程管理学报，2012，26（01）:12-16.

[2]肖乐斌，钟耳顺，刘纪远，宋关福.三维GIS的基本问题探讨[J].中国图象图形学报，2001（09）:30-36.

[3]李德仁.论21世纪遥感与GIS的发展[J].武汉大学学报（信息科学版），2003（02）:127-131.

[4]王珺.BIM理念及BIM软件在建设项目中的应用研究[D].成都：西南交通大学，2011.

[5]李恒，郭红领，黄霆，陈镜源，陈景进.BIM在建设项目中应用模式研究[J].工程管理学报，2010，24（05）:525-529.

[6]汤圣君，朱庆，赵君峤.BIM与GIS数据集成:IFC与CityGML建筑几何语义信息互操作技术[J].土木建筑工程信息技术，2014，6（04）:11-17.

[7]《上海市建筑信息模型技术应用指南（2017版）》正式发布[J].绿色建筑， 2017（4）:2-3.

（责任编辑：赵永奎）