谈GIS技术与BIM理念的结合

黄新波

HUANG Xin-bo

（山东港通智汇信息技术有限公司）

(Shandong Gangtong Zhihui Information Technology Co., Ltd.)

谈GIS技术与BIM理念的结合

黄新波

HUANG Xin-bo

（山东港通智汇信息技术有限公司）

(Shandong Gangtong Zhihui Information Technology Co., Ltd.)

地理信息系统与建筑信息模型可谓是当下十分热门的两项新技术，二者诞生的背景不同，满足的功能需求不同，故应用的方向也不尽相同。论文结合在实际应用中的认知与理解，论述二者结合运用的相关问题。虽然目前两者的结合还较为困难，但可以明确的是，这两者的结合，将会是“1+1＞2”原理的经典诠释。

地理信息系统；建筑信息模型；IFC；OGC

1　概念

BIM是建筑信息模型的英文缩写（Building Information Modelings），它是集成了建筑工程项目各类相关信息的工程数据模型，可以演示建筑项目生命周期不同阶段的数据、过程和资源，是对工程对象的完整描述，可以被建筑项目参与各方普遍使用。这一概念，体现了BIM运用的连贯性与协同性。“数据模型”是不断集成各类工程信息的过程，也是建筑物模拟预建的过程，“普遍使用”则体现了BIM的协同使用，体现了其良好的开放与交互特点。

地理信息（GIS）是指与所研究对象的空间地理分布有关的信息，它表示地表物体及环境固有的数量、质量、分布特征、联系和规律[1]。信息系统是指在计算机上对数据和信息进行采集、存储、加工和再现[2]，由上述两个概念，我们可以描述地理信息系统的基本涵义，就是在计算机技术支持下，来管理空间数据，真实反映地物空间地理位置信息的技术和方法。

2　区别与联系

抛开精确的定义不谈，用最简单的认知对GIS和BIM进行区分的话，可以这样理解，GIS是应用于大空间尺度的[3]，比如道路、燃气、电力、通讯、供水等，而BIM是负责单体工程信息管理的，如建筑、结构、机电等。

根据笔者的理解，“地理信息系统”与“建筑信息模型” 的核心都是“信息”，区别在于GIS是对空间信息以及与地理位置相关的数据和信息进行管理，而BIM则是针对某一特定的构筑对象进行设计、施工、运营等不同时期的信息管理。地理信息应用着重是在具有广泛的视域及大视野场景中，如城市级别的规划展示与功能分析等。对于全视野中的重点视对象的信息管理，则无法详细到极精细的层级。而BIM的起源则是单体构筑物的三维设计及详细的三维展示，单看其展示作用是注重个案的表达。GIS大场景的烘托可以使BIM模型不突兀、不孤立，而且可提供空间及定位的可视化参考。而对于特定模型的详尽表达（包括直接视觉效果、项目开展的管控等），则是BIM的优势所在。总结起来说， GIS是用来整合及管理建筑外部环境信息的，而BIM 是用来整合和管理建筑物本身所有阶段物理特征和功能特性的。两者的结合可以有这样的尝试——“把微观领域的 BIM 信息和宏观领域的 GIS信息进行交换和相互操作，满足查询与分析空间信息的功能，是未来城市 GIS 的发展方向”[4]。

3　现阶段的各自应用

3.1BIM理念的设计

BIM的应用最早起于三维设计，现在正在不断完善和实现其概念体系，逐步形成由上游设计向下游施工、运营延伸的全生命周期覆盖。BIM设计阶段完成了大部分物理特征信息的集成及管理，为后续各工程阶段的应用提供了基础数据。

BIM设计强调直接的三维设计，即在计算机上进行目标建筑物的虚拟，这个虚拟的过程涵盖了工程项目的全过程。图1是某项目三维设计的简单截图。

图1　三维设计样例

3.2GIS技术的应用

GIS系统具有强大的数据处理和分析功能，广泛应用于市政规划、智慧水利、智慧交通、应急安保、智慧城市、三维房产等各大领域。其三维仿真展示效果及定制功能的实现都非常优秀，正在成为国家经济发展的重要支撑。

图2　地理信息系统场景示例

如图2所示，即是地理信息技术支撑下建立起来的上海市三维地理信息展示场景，除了可展示功能之外，还可以根据用户的实际使用需求，来实现特定的功能。

在现阶段，地理信息场景中的模型是通过“翻模”的手段生成的，如果不人为地去添加“兴趣信息”，则只是一个没有灵魂的空壳体，“徒有其表”。但是，如果这些模型是贯穿了设计、施工、运营等阶段的具有生命力的建筑信息模型，那这些模型则具有了完备的信息。进一步形象化的解释，翻模的模型就像是效果图，而建筑信息模型则类比于设计图纸，这样的区分，对于设计人员来说，就很好理解了。

4　结合应用案例

GIS与BIM结合的基本原理是：通过Skyline无缝集成BIM的设计数据，实现从宏观到微观、室外到室内、地上到地下的一体化管理是BIM与GIS结合运用的重要方式[5]。同时，结合GIS的多维信息展现，实现可以为广泛的领域提供多种应用，包含城市和景观规划、建筑设计、环境模拟、移动电信规划、灾害管理、应急安全、车辆和行人导航、室内导航等领域。实现工程的规划、设计、施工、运营等全生命周期管理，实现可视化、科学化、精确化管理。

CCTV大厦的室内导航系统，是两者良好结合的优秀案例。该系统是借助Skyline地理信息平台，利用BIM所生产的数据模型及属性信息库，实现了建筑全生命周期信息在地信平台管理与应用。如图3、图4所示，该系统是利用BIM模型实现了楼宇内部的导航功能。

图3　CCTV导航系统界面1

图4　CCTV导航系统界面2

但是，这个处理过程却是复杂和繁琐的，由于二者的应用标准并不完全相同，数据与信息不通用，需要进行数据的二次加工。据悉，Skyline软件的研发层，正在积极地探索如何进行二者数据无缝衔接的应用开发，相信在不久的将来，BIM模型一定可以直接为地理信息系统应用，可以实现带有“海量数据”的BIM模型在地理信息平台上的集成。

此外，还有一种观点认为，可以以BIM应用为主线，在工程项目的不同阶段，以GIS进行辅助，主要是借助其三维展示的部分功能。暂且不论这样的方式会限制两者功能的发挥，单就这种方式本身而言，就不能叫做GIS与BIM的结合应用，只能算作是两者部分功能的“组合”，是对GIS与BIM结合运用的曲解。

5　“结合”的困难

前面谈了很多，二者结合的关键性问题是——数据共享。现而今，BIM是在IFC的标准体系下来建立和管理数据，而CityGML编码标准则是地理信息行业的通用数据法则。所以，“标准”的融合是二者能够结合的关键步骤。

IFC是Industry Foundation Classes的简写，译为“工业基础类”，即IFC标准，是 IAI(The International Alliance for Interoperability 国际协同联盟)建立的一个标准名称。IFC 标准数据文件具有平台无关性，它作为一种中性的数据文件具有良好的自描述能力，不会因为相关软件系统的废弃而造成信息流失。众多的BIM 软件都提供 IFC 标准的数据交换接口，这些不同的软件可以将BIM 模型信息转换为 IFC 标准数据文件，并以 IFC 标准格式的数据流通。

OGC是Open GIS Consortium的简写，译为“开放地理空间信息联盟”，是为地理信息的互操作而成立的非营利性GIS技术与标准化国际组织[6]。GML是由 OGC于 1999 年提出的一种开放性的元语言，用于二维地理要素的空间几何信息的建模以及非空间属性信息的传输及存储。随着技术的发展以及行业应用的诉求上升，GIS的研究对象从过去的二维到现在的三维甚至多维，由其开发的基于3D建模的CityGML编码标准主要用来表现城市三维对象的通用信息，但该标准对建筑的细节描述能力十分有限。因此需要在CityGML中兼容IFC提供的准确、详细的细节数据。

两者的结合可以做而且也正在做这样的尝试，由IFC通过中央模型服务器实时在线，提供开源的BIM服务。而在GIS方面，则是由CityGML被用来将IFC的语义和关系封装进GIS系统中。现在，有实质性的进展是，2009年，CityGML的新扩展——GeoBIM作为标准开始实行。通过它，IFC的数据就可以进入CityGML中，这样就搭起了一座两者互通的桥梁。

标准的融合是重点，但不是唯一，除此之外，还有很多工作需要做，如“思想呼吁融合，行动有所保守”的理念桎梏，以及行业界限和知识体系不通的尴尬等。Esri 全球社区发展行业经理Shannon McElvaney说，“BIM和GIS的融合需要打破固有的、保守的文化壁垒[7]”，就很生动地说明了这个问题。

6　总结

目前，国内外对于BIM与GIS的结合应用都表现出了浓厚的兴趣和极大的关注——There is an increasing interest in the integration of BIM and GIS[8]，是我们经常可以在相关外文文献上看到的表述，并且可以看出都是近两三年才兴起的研究热点。所以，GIS与BIM的结合是技术跨界及产业融合的重要特征[9]。

毫无疑问，GIS和BIM的融合是大势所趋，也必将带来巨大的价值，而且方向也是明确的。但是从现阶段来看，无论在标准融合还是技术上、管理上乃至实际应用上，都还有诸多需要讨论和解决的困难。可以说，想要在GIS系统中把BIM模型“拿来即用”是“光明的前途”，但道路注定是坎坷的，需要假以时日，需要需求的引导和培养。

[1]龚健雅.地理信息系统基础[M].北京：科学出版社，2001.

[2]陆守一.地理信息系统[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]http://wenku.baidu.com/ link?url=I03V8lfc-2KEfG3D7aGpss_UA jCRtZHSU09Ui5gBICMUp7hIFichOEZk QfdWjKEK2MDSQlwsKsUCw8WzHwtf Z46mhYYd79W7bd-_FSZZ—a GIS结合BIM技术在数字城市中的应用.

[4] http://www.chinabim.com/related/ gis/2013-12-18/5808.html BIM+GIS=？And how？

[5] http://www.skylineglobe.cn/solution. aspx.

[6]李德仁，王伟，龚健雅，等.数据、标准和软件试论发展我国地理信息产业的若干问题[J].中国图像图形学报，1999，4A(1)：126.

[7] http://link.springer.com/chapter/10.10 07%2F978-3-642-12670-3_13 Integration of BIM and GIS: The Development of the CityGML GeoBIM Extension.

[8]http://dspace.sliit.lk/ handle/123456789/60 Jayakody, A.The Development of the CityGML GeoBIM Extension for Real-Time Assessable Model (Integration of BIM and GIS).

[9] C. Eastman, P. Teicholz, R. Sacks and K. Liston, BIM Handbook: A Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers, and Contractors, John Wiley & Sons (2008).

Preliminary Discussion on the Integration of GIS and BIM

Geographic Information System(GIS) and Building Information Modeling(BIM) are both very hot technical topics at present. Since their differences in both backgrounds and functional designs, the two techniques are applied in different domains. This paper discusses some related issues on the integration of GIS and BIM based on our understandings obtained in real applications. Although the combination of the two techniques are still difficult, but definitely, the integration of GIS and BIM will be a classic interpretation of the idea of “one plus one is greater than two”.

GIS; BIM; IFC; OGC