GIS与BIM集成在城市建筑规划中的应用研究

卢 瑾

（成都航空职业技术学院， 四川 成都 610000）

1 项目背景

1.1 研究背景及意义

建筑是一座城市最基本的元素，也是一座城市的标志。城市建筑规划是城市规划的不可缺少的一部分，而城市规划又代表了城市发展的蓝图，即，城市建筑规划对于城市的经济进步以及生存环境的改善都有着积极的意义。现阶段，在城市建筑规划中大多使用GIS与BIM集成技术，它们的融合是未来城市发展的方向。

1.2 GIS与BIM技术概述

GIS是“地理信息系统”（Geographic Information System或 Geo-Information system）的英文缩写，又可称为“地学信息系统”。而在城市建筑规划中，GIS 一直以来致力于的是表层的地理信息、外观信息，包括呈现真实的地理位置、建筑物周遭的环境、建筑物的外观等，但是它所描述的只是一个空壳，并不能进一步获得建筑物的内部而构、内部信息、关于建筑物的具体信息等。而在从城市建筑规划中，只针对城市建筑物的表面外观信息、地理位置信息、与周遭环境的关系信息等进行整合整理是不够的，只对这些进行分析会导致在规划的过程中忽略掉建筑物本身的重要信息，并且GIS技术现在无法对建筑物在施工过程等的本身的信息进行整合处理。

这时，BIM技术，也就是建筑信息模型的加入弥补了这些不足。BIM英文全称是Buliding Information Modeling，顾名思义，BIM技术指的是在基于建筑工程项目各项信息而建立起来的建筑信息模型，这个数据模型是具有功能特性以及物理设施的。BIM是用来整合和管理建筑物本身所有阶段的信息，近年来，在建筑规划中，得到广泛使用，它与GIS并非是竞争关系，而是良好的互补关系。与GIS不同的是，BIM技术可以利用三维建模得到建筑物本身在整个建筑阶段的所有信息，包括从设计到施工的所有阶段，从而有效防止了建筑物信息因为人为的失误等不慎流失，做到GIS技术做不到的精细化管理，从而使整个建筑规划得到质量和效率上的极大提升。

GIS与BIM技术的结合顺应了时代的改变，它的出现引起了众多人的追捧有研究。在建筑领域中，GIS与BIM集合技术无疑是走在了前端的，通过整合建筑信息模型参数化描述建筑组件的特性与地理信息系统宏观的几何概念，以BIM描述单体建筑物的特性可以通过GIS共同数据的格式拓展至三维层面,实现建筑外在信息与内部结构信息的结合，而建筑物本身的空间信息可以通过三维建模被更加精确的展现出来，并且该技术害可以对建筑的空间信息以及周遭环境条件、自身条件进行分析,所以BIM技术与GIS技术不是竞争的关系，而是互补的关系，通过集成充分结合了各自的优点，为城市的建筑规划带来了技术上的革新。从目前来看，GIS-BIM技术在我国并未得到了广泛的应用，所以就此需要进行讨论与研究。

1.3 GIS与BIM集成面对的困难

现阶段，GIS与BIM集成面临的首要问题是两个领域的数据共享问题。微观领域与宏观领域的信息交换和对接，其实也就是三维数据方面的结合，而两者的三维空间数据都有不同的模型标准技术和格式。BIM数据模型标准是IFC，而GIS数据模型标准是城市地理标记语言，所以融合两者的三位数据信息时，要经过一定的语义转换和一系列映射。

2 GIS与BIM集成在城市建筑规划中的应用探讨

GIS与BIM技术可以应用到多个方面，室内定位与导航，智慧城市建设，也可以应用到旅游与娱乐方面、环境模拟、3D地籍图、灾害管理、农林业管理等生活的方方面面，GIS和BIM集成为国土安全以及反抗战争中做出了不小的贡献。本文主要就GIS与BIM集成在城市建筑规划中的应用进行研究。

2.1 对建筑物进行三维测量

三维测量作为城市建筑规划最重要的组成部分之一，进行三维测量能够提高建筑模型的科学性、合理性。对建筑物进行三维测量指的是对其所做全面测量，例如建筑物体积表面积、空间距离、填挖方计算等。当建筑物十分密集的时候，对三维测量带来的难度也较大，但是GIS和BIM技术的集成使这个难题变得不再是个烫手山芋。只要在图层上面点击一下，两点之间的距离就会在三维的实景窗口中被展示出来，从而反映出建筑物的长宽高等等有关于距离的数据；如果需要测量某个角度，只需要连续点击三个点，就可以得到以第二个点为顶点的角度值；如果需要测量某个区域的面积，只需要连续的点击测量区域的各个顶点，便可得到该区域的面积。

2.2 建筑方案的设计对比

建筑方案是建筑规划的精华所在，也是建筑规划的基础。但建筑设计师所设计出来的方案总会与实际的施工流程存在一定的差异，在方案的最初设计到中标的整个过程中,往往都需要设计师对方案进行再三地更改，最终才能达到所需要的要求，而好的设计还需要从多角度、多层次、多方位进行深入分析，所以在设计的时候不能局限于一方面，要从多方面考虑，同时从工程总价、投资规模等多方面考虑因素出发，建筑设计师通常需要准备多个方案以备后用，使得项目具有更强的竞争力与说服力，而且通过多方案对比，结合项目的实际，也就是客户的要求，更容易得到符合客户要求且符合实际的方案。传统的设计都是在二维图纸上进行设计，但是如果只是在纸上面进行涂涂写写，不能够清晰地展示建筑物本身的很多关键性的信息，例如进行施工时所要使用的材料、建筑物的整体结构、周遭环境等。不同于旧时代的设计方式，GIS与BIM集成技术的引入，使得建筑设计师在进行方案设计的过程中，不仅可以获取建筑物的详细信息，还可以结合实际的需求，利用 GIS与BIM技术对所设计出来的建筑物以及进行方案改动后或者在不同的方案对比中建筑物的前后变化进行模拟，使得设计师能够对设计的合理性进行充分检验，使建筑方案的设计更具科学性、准确性、合理性。

2.3 对建筑物的日照特点进行分析

建筑物的日照特性包括建筑物的取暖效果，采光效果以及人的视觉效果。在之前的城市规划设计方法中,日照分析是在二维图纸上进行的，同样因为是在二维空间设计的，很多实际情况不能被得知，很多精细的点不能够被很好地表达出来，使得日照设计往往比较困难,整个设计是否有不足的地方也很难知道，导致整个建筑规划不够科学准确,使得整个建筑物的日照条件不能达到设计时预期的要求。而且随着人们环保意识的逐渐增强，考虑到光污染等因素，建筑物日照得到了越来越多的关注和重视。

日照分析需要考虑时间、地域、建筑造型等多方面因素，通过在网上的搜索，我们可以得到住宅建筑日照标准是以房屋长边向阳，朝阳向正南，正午太阳照到后排房屋底层窗台为依据来进行计算，同时还要对建筑物的高度、体积等进行分析计算，计算出来后通过GIS-BIM技术模拟出三维图像展示现实光影效果。在运用 GIS与 BIM集成技术进行三维建模时，首先利用BIM技术计算出太阳在各个时间点照到建筑物时的角度、位置等问题，在此条件基础下模拟出在设计师的设计方案下，不同建筑物之间的日照情况，阳光照进室内的时间等，从而对建筑物之间的间距进行分析，考虑是否符合住宅建筑日照条件,进而对建筑规划方案进行优化，使得建筑物的日照条件达到设计时所预期的标准。

2.4 室内定位与导航

BIM技术可以对建筑围观信息进行高精度描述，但是却不能对建筑的空间位置分布进行分析，而GIS可以对空间对象进行多种分析，两者结合可以达到微观也就是室内的导航和定位，提高资产管理的自动化水平和准确性。还可以进行楼内和地下通道等的三维模拟，设计出危险或者意外发生时最佳的逃生方案，例如楼道内管道破裂、发生火灾甚至发生地震的情况，都可以通过该技术设计出最佳的逃生方案，并且在设计的时候，规避一些可能发生的风险，此项技术为居民的生命安全又添了一层保障。

2.5 通风分析

通风设计是建筑设计中极其重要的一个组成部分，通风设计的目的有如下几种：

（1）排除室内污浊的空气或者净化后排至室外，保持屋内居住的适宜度；

（2）保证室内人员的热舒适，保持通风情况良好，热空气得以及时排出，不至于闷热;

（3）使得新鲜的空气能够进入室内，满足室内人员对新鲜空气的需要。

随着能耗的日益增加和环境条件日益恶化所带来的压力，可持续发展策略的实施成为了必然，基于环保因素，自然通风受到越来越多的关注，因为自然通风的增加可以减少对空调以及电风扇的使用，节约用电，节能减排，所以自然通风也成为了设计师所要设计的通风条件之一，并注意与建筑物的有效结合，合理利用自然风源，实现环保理念，实现可持续发展战略。运用GIS-BIM技术，可直接模拟出建筑物室内外的通风情况，从而找出通风设计中的缺点，没有满足的要求，进而优化通风设计，在达到室内居住度适宜的效果的同时实现绿色环保的设计理念。

3 结语

3.1 小结

在城市规划中，城市建筑规划对整个城市的建设都有着重要的影响力，但是过去老旧的规划手段存在技术、理念等方面的问题，二维的图纸终究容易忽略很多问题，而可持续发展战略的环保理念又逐渐深入人心，所以GIS-BIM技术融合的出现顺应了时代的发展，利用三维模型使得城市建筑设计更科学准确、更加规范。

3.2 对未来的展望

3.2.1 基础设施的进一步改善

即使GIS-BIM技术已经得到了极大的运用，但在实际操作中还是会遇到很多问题，基础设施问题都是硬伤，例如施工现场环境太差施工条件落后等，所以需要工作人员对此进行不断地改革和创新，使得我们的城市建筑工程能够顺利推进，城市设施功能得到进一步的提升。

3.2.2 方案的进一步提升

时代在进步，老一代的建筑规划思想大多不适用于现代科技，尤其是在环保理念先进的现代，所以更要结合环保理念，坚持可持续发展战略，通过GIS-BIM的支持，使城市建筑规划走向更加科学合理、更加规范的道路，使城市的发展更上一层楼。

3.3 GIS-BIM技术其它领域的作用

除了在城市建筑规划中发光发亮，GIS与BIM技术的融合可以应用到生活的各个方面，小到日常的休闲娱乐活动，对日常环境的模拟；大到可以在国土安全和反恐战争中起到不小的作用，在国防方面做出巨大贡献，保家卫国，并且还可以在灾害管理中献出自己的一份力量，造福全人类；简单到可以做出3D地图，为车辆和行人导航；复杂到可以对林业进行科学化的管理，也可以为城市规划奉献出自己的一份力量，使得城市规划更加科学合理，使得人们的生活仅仅有条。

3.4 总结

总之，以上就是我个人见解。本文只是针对GIS-BIM的一部分应用进行了探讨，它还有更广阔的运用领域，等着我们去研究发现，也希望GIS-BIM集成技术能够更加被重视重用，为人类造福。

GIS-BIM融合技术的出现顺应了时代的发展，造福了我们生活的方方面面，所以希望能得到重用，而随着时代的进步，相信通过我们的学习，能研发出更加适合时代发展脚步的技术，使得人类文明更上一层楼。