BIM+GIS技术在既有建筑节能改造中的应用

高洪政

(中铁十四局集团建筑工程有限公司，山东 济南 250000)

1 概述

当前，我国正大力推进碳中和和碳达峰，推动经济社会绿色发展，建筑节能是全社会重点关注的领域之一。许多城镇都在进行老旧小区改造工程，这不仅是重大民生工程，也是满足人民群众对美好生活向往的民心工程。在我国95%以上老旧建筑是高能耗建筑，随着城镇化进程的不断加速，居民对生活条件的改善和居住舒适度要求不断提高，加之当前国家对节能减排工作的重视，推进城镇老旧小区建筑节能改造是当前的重中之重[1]。将BIM+GIS技术应用于城市改造中，将形成建筑改造、提升、运营管理新模式。通过将信息进行集成化、智慧化管理，提升管理效率、降低运营的人力成本，为建筑用户提供更优质的运营服务。可通过BIM+GIS在建筑的设施设备信息管理、空间管理、应急响应、建筑运营服务等方面提供完善的信息化支撑和直观高效的管理手段。

2 工程实例

淄博市既有居住建筑节能改造项目，抗震和结构安全性能较好，本次改造建筑面积约300万m2，按照节能标准75%要求。改造的主要内容为外墙保温、屋面保温、外窗更换、地下室顶板保温以及楼宇门更换等工程。项目改造规模大、施工区域广、作业面多、管理难度大、工期紧、安全风险高、材料用量大，通过BIM+GIS技术着力解决施工中的重难点。

3 城市老旧小区改造的难点

3.1 现场环境复杂

老旧小区改造建筑建设时间集中在二十世纪七八十年代，楼体多为砖混结构，竣工时间长，沉降、开裂、结构变形严重，阳台、挑檐等部位风化破损严重；由于老旧建筑结构变形，导致窗户洞口尺寸不一，对窗户加工难度大，现场进行窗户更换施工时，窗框、玻璃分类存放，由于尺寸不同，管理难度大，老旧小区楼体分布不规则，楼体间距小，无法满足大型机械设备作业空间[2-3]。

3.2 施工规模大，工期紧

根据淄博市市政府、住建局要求，我项目负责淄博市淄川区约300万m2的改造任务，需改造老旧小区约350个，老旧建筑约1 500栋。淄川区作为淄博市老城区，基础设施破旧，环境尤为复杂，老旧建筑建成时间早，违建众多，原有建筑图纸缺失，现场人工复测周期长、效率低、数据可靠性差。

4 BIM+GIS技术应用成效

4.1 基于无人机倾斜摄影技术应用

针对大规模老旧小区进行改造，要对建筑物进行立面图绘制。传统方式是测量人员利用测距仪、全站仪根据建筑物特征点进行测量绘制，效率慢、工期长、容易受楼体周围环境和天气等因素影响，并且在遇到复杂结构楼体无法完整获取其各个立面数据，特殊节点部位量测精度难有保障。项目通过无人机倾斜摄影技术完成施工区影像数据采集，利用GPS-RTK技术完成地面像控点测量，利用photoscan进行空中三角测量，利用ContextCapture集群建模方式建立施工区实景三维模型，基于实景三维模型进行老旧小区楼体面积量测、窗户面积测量、距离量测等工作。这些技术较传统方式，效率提升了5倍以上，并可进行快速大面积测量，获取观测目标的海量数据，而且细部描述精确，几乎没有累计误差。

4.2 基于倾斜摄影模型的GIS数据测量

GIS数据测量流程如图1所示。首先，通过无人机倾斜摄影技术，生成老旧小区实景三维模型(如图2所示)，利用EPS地理信息工作站对将要进行改造的楼体各个立面进行精确测量(如图3所示)，导出CAD格式图纸(如图4所示)，通过对比该方法与传统测量数据精度，实景三维数据精度可以控制在厘米级，测量效率提升80%以上，倾斜摄影技术在城市大规模老旧小区改造中具有显著优势。

4.3 基于精准三维数字化模型的BIM造价模式

根据已有绘制的CAD图纸与业主要求，创建项目施工范围内小区楼宇外部模型(如图5所示)，要求能够精确提取以下部位的工程量，并提供清单数量表。基于精准三维数字化模型的BIM造价模式，运用BIM技术精准的计量和前瞻性的技术全过程成本管理，降低工程成本，提高建设效率。

4.4 基于BIM协同管理平台的施工现场应用

运用BIM管理协同平台(如图6所示)能够实现专业间数据交互，保证交付数据的及时性、一致性、安全性和可靠性。借助平台，工程的施工信息、内业资料、工程影像等数据一目了然[4-5]。

4.4.1 BIM协同管理-窗户信息化管理

老旧小区改造中，门窗更新改造占有很大比重。BIM平台解决窗户尺寸的多样性，为确保窗户的准确加工、安装，采用物料跟踪手段，对门窗的尺寸、生产、运输、安装等进行全过程信息化管理，确保项目施工准确无误(见图7)。

4.4.2 BIM协同管理-设备管理

运用BIM平台设置重要设备的进场时间、施工信息、专项方案信息、现场操作人员证件、设备相关合格证书、保养维护时间提醒、安全预警等信息及时上传平台形成数据库，可随时查看(如图8所示)。

4.4.3 BIM协同管理-数据管理

对窗户、外立面、屋顶的施工质量、挂篮等设备的安全进行管控(如图9所示)，将现场质量安全问题拍照上传到云端与 BIM 模型对应的位置关联并通知相关责任人整改，责任人整改后将结果发回云端模型对应位置形成安全质量管理闭环，一键打印安全质量管理报告，形成安全质量管理大数据。

5 应用与评价

淄川区内老旧小区大部分建于20世纪80年代，无论是继续使用年限，还是建筑外形，都无法满足新时期建筑结构及节能减排的要求，通过BIM+GIS技术的应用，取得了良好的效果。1)BIM+GIS技术可以对建筑结构进行数据建模，从而发现内部结构是否出现变化，进一步确定材料性能与整个建筑结构能否达到一致。2)可以更为直观地检测出建筑结构的多元化信息，及时作出应对措施。例如，利用激光扫描技术，可以将建筑结构中所呈现出的各类参数及结构内部缺陷进行全方位映射，保证参数之间的对接性。后期若还要进行改造，能够结合参数变化，设定出相对应的计划措施，而且有利于工程维修。3)可进行实时数据变更，将整个改造过程进行数字化罗列。以成本控制为例，通过BIM软件的图表生成功能，可以将各工序的材料和人工消耗进行数据统计，分析出不同价格参数所产生的损耗率，通过与基准数据库进行比对，快速进行成本核算，找出各类超标数据，为总消耗量的确定及下一步人工、材料、机具等的控制重点提供数据支撑[6-7]。

6 结语

本工程首次提出了BIM+GIS智慧建造技术在老旧小区节能环保改造中的应用，通过BIM+GIS技术的应用，为项目快速高效形成三维点云模型、精确出具相关图纸、核算工程数据，并且与BIM技术、VR技术、智慧施工、智能管理、能耗分析、环保改造等结合，实现了老旧小区改造的全生命周期管理。通过多种测绘软件及信息处理平台的联合使用，克服了传统设计信息传递效率低下、周期长、精度差的弊端，减少了改造设计的时间，节约了设计成本，加快了施工进度，适用于老旧小区节能环保改造施工的需求。将该技术应用于其他类似改造工程施工项目，可大大提高施工效率，为工程建设的顺利进行提供有力的安全、质量、工期保障。