GIS—BIM技术在城市建筑规划中的应用

邓甫安　贺建　罗振华　陈凡

摘 要：随着城市的高速发展，城市建筑规划问题弊端日益显现，可持续的城市建筑规划成为城市发展的最大需求，然而，传统的城市建筑规划却难以满足这一目的。GIS与BIM技术的集成的提出，为解决这一困难提供了契机。该文通过介绍GIS_BIM的集成过程，深入分析了其在城市建筑规化中的应用点，得出GIS_BIM技术必将使城市建筑规划走向更加合理和规范的道路。

关键词：GIS BIM 城市建筑规划 可持续发展

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（c）-0006-02

随着绿色建筑、智能建筑以及城市可持续发展概念的不断深入，传统的城市建筑规划越来越不满足人们的需求，所带来的弊端也日益突出，如建筑的光污染、建筑的空间布局、通风不合理等问题。建筑作为城市空间的基本组成元素，其功能和外部空间的呼应关系是城市规划的重要组成部分，如何进行合理健康的建筑规划是城市规划面临的最大难题[1]。近年来，计算机技术及大数据的高速发展，带来了GIS空间信息技术的大力发展，同时也推动了建筑业BIM技术变革时代的到来，而GIS与BIM技术的集成给合理健康的城市建筑规划带来了契机。该文主要介绍了GIS空间信息技术、BIM技术以及GIS_BIM技术集成，分析了GIS_BIM技术在城市建筑规划中的具体应用点，得出GIS_BIM技术必将使城市建筑规划走向更加合理和规范的道路，为城市的可持续发展奠定基础。

1 GIS-BIM技术简介

1.1 地理信息系统（GIS）

地理信息系统（GIS，Geographic Information System）是指以计算机、地理学与地图学为基础，结合专业软件，对地理空间信息进行获取、输入、编辑、存储、查询、分析计算、制图显示等处理的综合性空间计算机技术。GIS这一概念最早由加拿大土地局在针对专题地图的叠加、面积量算等的研究工作中提出，1963年加拿大科学家R.F.Tomlinson利用计算机技术开发出了用于土地利用分析的地图数据系统，奠定了GIS技术的基础。近年来，伴随着数据库管理技术的迅猛发展，地理信息系统已经发展为结合了地理学、地图学、遥感以及计算机科学的综合性学科，被广泛应用于土地管理、城市建筑规划、土木工程、海洋工程、遥感测绘、森林科学等多个领域[2]。

1.2 建筑信息模型（BIM）

BIM是建筑信息模型（Building Information Modeling）的缩写，以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，该数据模型是物理设施和功能特性的数字表达，也是一个共享的信息平台，在项目的不同阶段，各个参与方都能在该数据模型中进行提取、插入、更新和信息的修改，實现各方实时的协同工作，为建筑物从概念到拆除的全寿命周期过程提供可靠的决策依据。与传统的建筑工作方式相比，BIM技术具有着可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性、一体化、参数化及信息完备性八大特点。自1975年乔治亚理工大学的Chuck Eastman教授提出BIM概念以来，BIM技术就得到了突飞猛进的发展，先后有Charles Eastman、Jerry Laiserin及McGraw-Hill建筑信息公司等都对其进行了延伸和发展，逐渐改变着项目各参与方的工作模式，成为建筑业发展的一种必然趋势。

1.3 GIS-BIM集成平台

GIS是用于道路、电力、供水、燃气等大空间尺寸的一种技术，是对空间地理位置相关信息数据进行管理的系统，BIM是用于单体建筑的结构、建筑、机电等进行信息建模，实现建筑物设计、施工、运营等全寿命周期的管理，将GIS与BIM技术进行集成，不仅能够实现城市级别的全视野的信息管理，还能精细到单体建筑物内部详细的三维空间信息展示，实现微观领域与宏观领域的信息交换和对接，满足更精确的空间信息的查询与分析功能，在城市建筑规划中起到协调性功能评价互补。

在GIS与BIM技术集成过程中，需要解决的主要困难是两个系统之间数据融合共享。在BIM技术中，各BIM软件之间实现信息的共享，通常是通过IFC标准的数据接口，形成统一的建筑数据模型实现软件之间的数据流通。IFC标准是一种很好的数据文件，它不会因为平台的不同造成信息的大量流失。GIS则是通过CityGML标准来体现三维城市的通用信息，该标准对道路、电力、植被等大空间尺寸的信息有着很好的描述，但对建筑物的细节描述却十分有限。因此，在CityGML标准中实现IFC标准的兼容是GIS与BIM集成的关键所在。为实现这一目的，2009年，CityGML标准扩展为GeoBIM标准，成功实现了IFC数据在GIS中的导入，促进了GIS与BIM的融合[3]。

2 GIS-BIM技术在城市建筑规划的应用点

GIS_BIM技术在城市建筑规划中的应用，可实现从宏观到微观、室外到室内、地下到地上的多层次的功能分析，如三维测量、光照分析、通风分析、设计方案的比选、建筑供应链的监控，都能为建筑规划提供准确可靠的决策依据。

2.1 三维测量

三维测量主要是对被测物进行全方位的测量，如测量空间的距离、地块的面积、建筑面积、住宅间距以及土方的挖填计算等，确定被测物的三维坐标测量数据，从而为这些距离、面积挖方填方的设计提供合理可靠的理论依据。近些年来，随着城市的快速发展，大量的高层建筑的修建以及建筑物密集程度增加，导致三维测量成为一大难题。在GIS_BIM技术集成的地理信息系统平台中，通过城市室内外模型的精准构建，三维测量可以得到很好的解决。进行空间距离的测量时，只需在系统中点击出要测量的两端点，屏幕上就会自动地计算出两点的距离，无论是室外的长距离的测量还是室内的微观测量都能够实现；角度的测量只需确定出三个点，就可以得出以第二点为顶点的角度；面积的测量只需确定测量地区的定点就可求出。

2.2 日照分析

在以往的城市规划设计中，日照分析在二维图纸中都是比较困难的点，往往易被忽略或设计不够科学，导致建筑室内的采光、取暖与视觉不合理。随着人们环保意识的增强，近年来因为日照问题引起的矛盾和法律纠纷越来越来多，建筑物日照越来越得到人们的重视。日照分析主要是为了考察建筑地理位置、建筑的间距、建筑的空间格局十否满足要求，防止建筑物遮挡光线或是造成光污染等。在GIS_BIM的三维地理信息系统中，通过将建筑物进行三维的建模，使用BIM技术模拟性的优势，首先计算出不同时间点的太阳位置，再模拟出不同时间点各栋建筑物之间不同的光照遮挡情况，从而进一步计算出建筑间距、阴影面积等是否合理，为建筑物规划设计提供优化依据。

2.3 通视分析

通視分析作为城市空间结构研究的基本问题，主要是以某一点为观察点对该区域的通视情况进行分析，对建筑物的高度进行合理的控制，让城市中的景点及其周围的建筑物都有其合理的高度，保护景点良好的视觉效果。通视分析包括了两点间的可视性分析，观察点视域范围分析以及多点通视面积的交集计算。利用GIS_BIM的城市三维模型进行通视分析，可以选择三维模型中的任意一点作为观察点，观察视野前的建筑物和景观的通视情况，有着很好的精确性和直观性。

2.4 通风分析

通风设计作为建筑设计的重要组成部分，其有着将建筑物室内污浊的空气直接或净化后排至室外，再把新鲜的空气补充进来，从而保持室内的空气环境符合卫生标准的作用。其目的有以下几种：（1）保证排除室内污染物；（2）保证室内人员的热舒适；（3）满足室内人员对新鲜空气的需要。现代的建筑设计中积极地考虑自然通风，并注意与地域建筑的有效结合，对于自然通风的合理利用、节约能源具有现实意义。基于GIS_BIM的城市三维模型进行自然及机械通风的模拟分析，可直观地模拟出室内外的通风情况，找出通风设计中不足，优化通风设计，达到设计的绿色环保效果。

2.5 建筑供应链的监控

建筑供应链是一种考虑了网络、态度和协作三种属性的按订单制造的供应链。其中网络是指建筑项目的全寿命周期过程中为满足各方面的要求而形成的一种网络组织；态度指的是各参与方的态度，将对供应链产生巨大的影响；协作是指各参与方都以最低成本为目标完成质量合格产品的过程。与其他一般产品的供应链管理一样，建筑供应链也会出现库存问题及伙伴合作问题，同时还会因为施工场地及施工条件的限制，出现现场管理考虑不周或经验不足所引起的矛盾和空间冲。因此，如何有效地避免建筑供应链的空间问题、延迟问题及人员协作问题的发生对实现建筑供应链的目标至关重要。

BIM_GIS的城市三维信息化系统，通过BIM对拟建项目的内部进行详细的建模，再利用GIS分析与建筑供应链有关的对象，对BIM空间分析能力的不足进行弥补，形成一个可视化的建筑供应链物料监控管理系统，从而保证在各个环节做到物料的顺利交付。

2.6 建筑设计方案对比分析

建筑师们在进行方案设计的时候都希望自己的方案能顺利地通过甄选，但在方案的最初设计到中标的过程中，往往都存在着很多反复修改的地方，最终中标的作品都经过了千锤百炼。以往方案的比选最多都是通过二维设计图纸的一个比较得出，由于二维图纸的局限性，对建筑的三维立体空间不能直观准确的展示，其对专业人员的要求及时间成本的花费都是巨大的，而且这种模式很有可能造成经过大量的工作后选出的设计方案，在实施过程中发现并不是业主所想要的结果。在GIS_BIM城市三维模型系统中，通过GIS准确的空间信息的表达，以及BIM技术所形成的细致的建筑模型，可以有效地展示出设计方案的三维外观，同时其建筑的日照、通风、通视情况都能很好地模拟展现，充分显示出设计方案人性化、标准化的一面，以及设计不足的一面也能展现出来，这样就能很好地提供一种直观的对比方式，使选择出的设计规划方案更加合理。

3 结语

GIS与BIM技术的集成，通过GIS宏观的时空分析能力与BIM微观的三维建筑模型构建，实现建筑的日照分析、通风分析、通视分析、建筑供应链管控及建筑设计方案的对比选择，对城市建筑规划提供技术上的帮助和支持，必将使城市建筑规划走向更加合理和规范的道路，为城市的可持续发展奠定基础。

参考文献

[1] 陈基伟.建筑规划设计在城市规划建设中的重要性思考[J].世界家苑，2012（6）：247-250.

[2] 韩振镖，伊节.三维GIS 在城市规划领域中的应用[J]. 测绘通报，2002（8）：49-55.

[3] 邓绍伦.基于BIM-GIS技术的建设方案与区域规划协调性评价研究[J].建筑经济，2016（6）：41-44.