基于BIM+GIS技术融合应用及关键点研究

袁耀 袁浩

摘 要：结合 BIM 与 GIS 两种技术各自优势，进行数据融合和交互利用，能够达到技术集成应用的目的，从而大大提高数据准确度和使用效率。在对BIM与GIS技术对比分析基础上，研究BIM + GIS融合技术的应用场景，解决一些关键问题。

关键词：BIM；GIS；数据融合；关键点；轻量化

中图分类号：U215                                文献标识码：A                                   文章编号：2096-6903（2023）02-0122-03

0 引言

建筑信息模型（BIM）和地理信息系统（GIS）在不同层面均可为用户提供三维模型表述。其中基于BIM的表述重在单体建筑管理，不能实现群体建筑空间信息管理；基于GIS的表述重在尺寸的精确和模拟现实重合，不能做到建筑构件级和内部层面的管理。通过结合BIM 与 GIS 各自的特点，实现单体建筑的BIM 信息与宏观区域的 GIS 信息交互融合，极大延伸了BIM的应用广度，也将GIS应用拓宽到建筑内部，从而提高 BIM 与GIS各自应用的领域。

1BIM与GIS关系

建筑信息模型（Building Information Modeling）是通过BIM3D、BIM4D、BIM5D等信息技术对建筑项目实施精细管理的技术手段。BIM 应用贯穿建筑物的规划、设计、施工、运维等整个生命周期，具有可视化、协調性、模拟性、优化性、精确可控性等优点，使建筑工程设计实现三维可视、模拟仿真等[1]。

地理信息系统（Geographic Information System）是借助地理学、地图学、遥感等技术，在计算机系统的支持下，对地理空间中的有关数据进行收集、存储、分析、计算等操作，是重要的空间基础设施系统。

BIM 技术主要应用于建筑全生命周期、全流程的管理，GIS 应用侧重于大范围的空间地理环境信息维护管理，二者在室内外规划、空间关系、三维功能、坐标系统等方面存在差异，具体内容见表1。

BIM和GIS虽有以上区别，但二者更有互补关系，将建筑物BIM数据导入GIS中，可建立可视化、能定位的建筑空间环境，室内能够获取坐标，室外可查看建筑模型，实现室内外环境的互动，达到建筑宏观情况全面可视的效果[2]。BIM技术可为GIS系统提供多种重要数据，同时统一管理全生命周期内的全部数据信息，使 GIS 空间表达能力实现极大提升，便于实现精细管理。

2 BIM+GIS融合应用方向及场景

2.1 装配式建筑中的BIM+GIS融合应用

传统建筑是通过零碎材料的碎片化组合搭建起来的，是由小不断聚大的建造过程。而装配式建筑是一种从大到小、从分到合的建造过程，整个建筑物分成较小的不同构件，先行在工厂内制造出来，再运到施工现场，通过拼接合成建筑整体，再进行混凝土浇筑，最终形成完好的建筑。装配式建筑不同于传统建筑的现场作业方式，大量的类似于外墙板、楼梯和预制柱等构件在车间生产加工后运到现场组装，实现建筑和装修一体化设计、施工同步进行，节约建筑时间，提高建筑质量。

但装配式建筑也有成本较高，尺寸受限制，应用领域有限等不足，结合BIM和GIS技术，可弥补装配式建筑的缺点，加快工程进度，节约建造成本，推进建筑行业智慧建造，如图1所示。

BIM和GIS技术可以应用与装配式建筑的如下场景[3]：①融合装配式建筑的 BIM 模型、真实施工环境下的地理信息，通过 GIS 平台开展施工过程仿真，做到施工工序及工艺过程的三维仿真模拟，仿真成果还可以成为施工交底文件，相比与传统纸质交底文件具有可视、高效的优势。②借助BIM和GIS融合提供的构件位置信息，指导现场施工，确保各构件精准对接，防止因构件组合不准产生的建筑质量问题，同时也可避免多次试错的时间成本，为装配式建筑的大量应用创造条件。

2.2 室内导航中的BIM+GIS融合应用

随着社会的发展进步，大量建筑物外部造型越来越美观复杂，内部构造体量越来越大，人在室内活动，很难辨别方向，因此室内导航是目前急需解决的重要难题。而像高德地图、百度地图等，其路径选择和定位都是二维的。GIS 系统可提供相关地理数据，对空间对象进行多种分析，但不能提供建筑室内信息数据，因而无法实现室内定位。BIM 技术能够高精度表达建筑全部信息，但不能显示建筑的空间位置分布信息；结合BIM和GIS 技术优势，可以达到微观也就是室内的导航和定位。

BIM+GIS融合技术能够充分利用位置坐标数据，实现定位导航、地标标识等服务。例如，在布局复杂的大型室内场景中，用户既可以查询想购买物品的位置，又可以查询想去的场所，场所服务者也可以针对性地进行推送，提供个性化服务[4]。或者在复杂的大型地下停车场中停车后，往往不容易找到停车位，BIM+GIS技术可以提供室内坐标，帮助找到停车位与进出口，如图2所示。

2.3 建筑数字运维中的BIM+GIS融合应用

建筑设施管理数据量巨大，而BIM模型可以承载海量构建信息，再结合GIS的位置信息，能为建筑数字运维提供强大工具，本文以电梯维保为例展示BIM+GIS在建筑数字运维中的应用。使用BIM系统有关软件，通过二维图纸翻录，建立电梯的三维BIM模型，从而现实电梯外形、内部构造、嵌入墙体和装饰装修等信息的数字化描述。

目前已开发出 GIS 软件能够实现 BIM 模型的直接导入，进而能够借助类似软件平台查阅电梯的产品信息、所处位置、运行状况等数据。一旦电梯发生故障，其能够方便地将相关数据信息调取出来，随同维修指令形成维修工单，一并推送给有关维修方和管理方。维修方处置人员能够通过手持终端，接收平台推送的信息，可快速定位故障电梯位置，完成维修并将工单处置结果回传至软件平台，及时反映维修处理进度。

BIM+GIS在电梯维保方面的另一个优势，体现在电梯安全事故应急管理中。传统电梯应急过程，从出现故障到紧急求助，而后救援人员达到，由于信息割裂，往往需要等待较长时间，给被困人员造成巨大心理压力，甚至出现强行开门产生严重后果[5]。BIM+GIS方案应用于应急过程，可以借助平台调取电梯内各种基本情况及事故电梯所在建筑外部的相关信息，从而实现建筑内外统一规划和指挥，合理配置救援力量，确保救援人员快速到达并尽快熟悉周边环境，让救援更加直观高效，能够起到减灾的效果。

3 BIM和GIS融合的关键点

3.1 数据融合转换

数据融合包括数据格式融合和多源数据融合。目前市场上BIM软件应用种类较多，不同软件有各自的数据储存格式。如Revit的RVT格式、Autodesk的DWF格式、Gehry Technology的CGR格式，各種 BIM 软件生成的模型格式的读取依赖于BIM 软件自身，相对封闭没有公开文件结构，缺乏统一标准，不同数据的转换成为 BIM 与 GIS 融合首先需要解决的问题。另外，GIS系统从不同数据源集成了巨量数据，如地理地形图像、倾斜摄影模型、激光点云数据等，同时BIM模型往往也包含了海量数据，如何实现不同数据源的融合匹配是BIM+GIS应用的又一挑战。

3.2 BIM轻量化

BIM建模软件往往是针对单个建筑进行建模，但因为建筑涉及的构件数量太多，大型建筑的数据量也很巨大。而GIS则需要整合某个区域、整个城市甚至更大空间的BIM数据，因此BIM+GIS融合后面对的数据量挑战更大，并且目前市面上的GIS应用终端可能只是一般的PC、Pad或手机，系统配置较低，难以运行大量数据，因而对融合数据进行适当轻量化和优化，是BIM+GIS融合应用得以实现的重要基础。

3.3 三维数据标准和坐标转换

三维空间数据的高效发布、数据共享和数据标准是GIS应用的重要内容。目前，BIM+GIS融合广泛应用于各类场景，但相关数据应用尚未形成统一的标准和规范，数据的操作和共享成为急需解决的难题。此外，BIM与GIS融合应用也存在坐标系区别导致无法匹配的问题，因BIM数据来源单一，具有独立坐标系统；而GIS数据由于源头较多，采集方法多样，坐标系各不相同，如何有效实现坐标转换也是一大挑战。BIM+GIS融合关键点及解决思路如表2所示。

4 结语

随着科学技术的持续发展，BIM技术与 GIS 技术在各自领域的研究和应用不断深化，两者融合应用的广度和深度不断拓展，同时围绕两者融合关键点的解决方案也不断丰富，融合应用的场景也必将更加广泛，并在生产生活中发挥更大的效应。

参考文献

[1] 赵杏英，陈沉，杨礼国.BIM与GIS数据融合关键技术研究[J].大坝与安全，2019（2）：7-10.

[2] 陈先军.BIM技术在装配式建筑中的应用[J].有色金属设计， 2021（4）：61-63.

[3] 徐航航.BIM和GIS技术在建筑物消防安全中的应用[J].内蒙古科技与经济，2019（7）：93-95.

[4] 李寒曦等.WLAN室内定位技术在BIM模型中的应用探讨.科技通报，2016（9）：145-148.

[5] 胡祎.地理信息系统（GIS）发展史及前景展望[D].北京：中国地质大学，2011.