BIM+GIS集成技术在智慧校园中的应用

王建 杨亚婷 陆雨竹 王章琳 董帅

摘要：智慧校园作为当代高校的最终发展目标和必然发展趋势，综合运用了当今社会中的多项前沿技术。BIM和GIS作为当代社会的前沿、综合性技术，在智慧校园的管理平台中发挥着重要作用。该文在阐述了BIM和GIS各自技术特点的基础上，通过构建两种技术的集成模型，分析了BIM+GIS集成技术在智慧校园中的应用。最后发现该集成技术在智慧校园管理平台的应用极大提高了智慧校园的智能程度，在一定意义上，对智慧校园的发展起到了推动作用。

关键词：智慧校园;BIM技术;GIS技术;集成技术;智能管理

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）22-0227-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 前言

智慧校园是综合运用云计算、物联网、大数据、社交网络等多种新兴技术，全面感知校园物理环境，智能识别师生学习和工作的情景，并将学校的物理空间和数字空间进行有机结合，为师生建立了智能开放的教育学习环境以及方便舒适的生活环境，它是一个以人为本、以服務为核心的创新型校园[1]。简单来说，智慧校园就是一个更智能更方便的校园。建设智慧校园是一个长期的发展过程。它是一种将人、设备、环境、资源以及各种社会因素，在信息化的背景下有机结合在一起的智能而独特的校园系统;它是以物联网为基础，以信息的关联共享为核心，通过多种技术进行信息传递的系统;它是科技迅速发展背景下，信息化发展的高级阶段和教育信息化发展的必然趋势。

BIM作为建筑行业的前沿技术，被得到广泛应用;GIS作为一门涉及多方面的交叉技术，也被应用到越来越多的领域。BIM在实体定位和空间分析等操作上存在缺陷，而GIS却不能表现建筑内部的详细信息，通过把BIM和GIS两项技术进行集成，使二者优势互补，在充分发挥各自优势的同时，也将创造更大的使用价值。把这项集成技术应用到智慧校园的建设中，不仅提高了智慧校园的智能化管理力度，还推动了智慧校园的发展，

2 BIM与GIS发展现状

BIM（ Building Information Model）是“建筑信息模型”的简称。它不仅是我们对项目进行设计而建立的理想数字模型，而且是我们利用这个模型所携带的信息对项目进行分析、模拟、完善、施工和维护的过程[2]。因此可以看出，BIM既是一种数字模型，又是一个过程，其核心是信息。它作为数字模型存放着项目的完整、实时且相互关联的信息，并贯穿着该建筑从概念设计到拆除阶段的整个生命周期。为整个生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程[3]。不管是作为项目设计的数字模型，还是贯穿项目整个生命周期的过程，归根到底都是在对项目的信息进行采集、管理、修改和使用的过程。在这个过程中，任何一个对象信息发生变化，与之相关联的对象信息也会有所更改，从而保证了信息的准确、一致性。这样一来，模型能够更好地适应设计中的变更，提高了项目的工作效率和质量，并减少了一些不必要的人物财力的消耗。它是一种面向建筑且基于对象的数字化技术，它的基础是门、窗、墙体等构件，计算机可自动识别模型中的不同构件，并根据建筑信息对各种构件的数量进行统计[4]，通过这些统计信息，工作人员可以清楚地知道项目所需材料、数量和尺寸分别是什么、是多少，并更好更准确地评估项目成本。作为当今建筑行业的前沿技术，它不仅涉及建筑设计方面的知识，还需要IT方面的技术支持[5]。随着技术水平的提高，它的实现不再是通过基础的绘图软件就可以完成，而是需要一系列相关软件完成的，一般将这些软件分为两类：一类是通常用来创建BIM模型的核心软件（包括结构设计、可持续分析、运营管理等）;另一类利用BIM模型的分析软件（包括结构分析、设备管理、可视化等）[6];

GIS即地理信息系统，它是一个以地理空间数据为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间数据进行采集、存储、管理、分析和可视化的综合性系统。它的操作对象是空间数据，它能对这些具有位置、属性、时态三个主要特点的空间数据进行采集、存储、管理、分析和可视化，这也正是GIS区别于其他信息系统的标志。其优势在于强大的空间分析能力。空间分析是根据已经确定的应用分析模型，通过对空间数据的拓扑运算和属性数据的联合运算等各种操作运算，来分析某一区域的地理现象，从而获得更有效的数据或某一特定问题的解决方案[7]。GIS能把实体的空间数据和属性数据结合起来，从而更好地解决各种复杂的地理相关问题。因此，GIS常被用在我们生活中的很多领域。

基于BIM和GIS的技术特点，可以将二者进行有机结合，使其优势互补，创造出更大的应用价值。

3 BIM+GIS集成技术的模型构建

BIM+GIS的集成技术，实质上是对建筑物内部微观模型信息和室外宏观信息的关联整合[8]，要建立BIM+GIS集成技术的模型，我们以我校为例，并从以下三方面进行讨论。

（1）CIS模型构建：我们可以通过无人机等设备获取我校遥感卫星影像图，再借助GIS的相关软件来添加我校主要位置、属性等信息，完成数字化等操作，实现GIS模型的创建。如图1所示为我校遥感影像：

（2）BIM模型的构建：利用BIM相关软件可以构建出集成丰富建筑物信息的三维模型，例如建筑所用的具体材料、材料费用等信息都会存储在BIM模型中;同时还可以从不同角度展现建筑，查看其在每个角度的效果，如图2、3、4，为建立好的我校教学楼a栋从正面、背面、侧面三个角度构建的BIM模型：

（3）最后，利用三维模型构建软件，我们可以将我校各建筑的BIM模型与GIS模型进行融合，这样就完成了我校BIM+GIS模型的构建，也可以说是建立了带有我校建筑物内部信息的GPS智能管理平台。

4 BIM+GIS集成技术在智慧校园中的应用

智慧校园的建设是一个长期且较复杂的工程，运用BIM技术可以对校园内各建筑的模型信息进行统计和分析，GIS技术可以用来进行地理环境要素等宏观信息的分析，并可实现校内的精准定位等。将二者结合起来可以构造一个具备查询、分析等多功能的智能管理平台，对智慧校园的发展起到推动作用。BIM+GIS集成技术在智慧校园中有如下几方面应用：

（1）促进校园规划方案的精准决策与实施。在学校需要对一些场地进行重新规划和利用时，BIM+GIS集成技術可以用来进行场地分析，设计人员也能参考微观和宏观的多源信息，并在宏观场景下进行设计，再通过查看设计的三维模型，不断对设计进行修改。这样不仅能实现场地的高效利用，而且建造出了实用价值更高的建筑。

（2）校园设备与基础设施的智能管理和维护。独立的建筑物通常是BIM的应用对象，通过BIM技术可以把学校设备信息添加到他们所在的教室信息中，利用BIM+GIS集成技术，可以把GIS研究的建筑物周边信息与BIM的微观信息进行融合，实现了设备的快速定位和查询。通过设备设施在智慧校园平台上的反馈，可实时查看并智能控制设备的运行状态，监控设施的好坏状态，如果有出现异常的设施，维修人员可通过平台收到的异常设施定位，并及时去进行修理。提高了校内设备设施的管理能力。

（3）三维校园可视化服务。智慧校园平台可以通过校园的BIM+GIS三维模型为还未入学的师生提供全方面了解学校真实环境的机会，入学前，他们可以通过智慧校园平台进入三维仿真的校园内，真实感受校园环境，了解校园主要情况。

（4）校园导航服务。室外导航是GIS的一个常用功能，应用BIM+GIS集成技术，可以将其导航范围扩大到室内，为在校师生提供了更好的导航服务：在学校，他们可以根据智慧校园平台的定位和导航服务，轻松到达自己的目的地;在发生意外时，BIM+GIS集成技术也可为师生提供最有最合理路径，引导其逃生。

（5）人员实时定位。根据校内人员的手机GPS定位功能，可以实时查询人员在校园内的位置，并可将人员的实时位置在校园地图中清楚展示出来。这样便可在保证校内人员安全的同时，也为老师上课查考勤带来了极大的便利。

（6）提高教务处的工作效率。教务处老师可在智慧校园平台上为各班各课程随机安排上课时间及教室，并可根据BIM+GIS模型信息实现教师一班级一教室一课程的集成管理，各任课教师和学生也可方便地查询相关课程信息，大大提高了工作效率。

（7）为师生带来了方便周到的校园生活。师生如有特殊或紧急情况需要使用教室，也可以通过此平台对空闲、符合其使用条件的教室进行查询和定位，并申请获得该教室的使用权，这样就提高了查找教室的效率。

（8）对地下管网的智能化管理。地下管网作为校园内的基础设施，也成为建设智慧校园的必经之路。BIM+CIS集成技术不仅可以用于对地上建筑物的智能化管理，也可完成地下管网的智能化管理。在管线施工时需要安装可实时掌握各管段参数的感知装置，然后进行管线、地形地物的普查，最后将这些信息加入到校园三维模型内即可[9]，这样BIM+GIS管理平台就可根据安装的感知装置实现地下管网的智能管理。

5 结论

BIM+GIS集成技术在智慧校园中的应用为教师、学生和校内工作人员在学习、工作、生活中带来了极大便利。在智慧校园中利用BIM+GIS集成技术，可以充分发挥这两项技术的优势，实现从宏观到微观、更有价值的信息共享，并创造出了更大的应用价值，推动了智慧校园的发展;可以在提高校园管理力度的同时简化操作;还可以有效实现校内人员和资源的相互交互，它也必将为我们的生活带来更多便利。

参考文献：

[1]蒋东兴，付小龙，袁芳，吴海燕，等，大数据背景下的高校智慧校园建设探讨[Jl.华东师范大学学报（自然科学版），2015：119-125+131.

[2]何关培.“BIM”究竟是什么？[Jl.土木建筑工程信息技术，2010，2：111-117.

[3]何清华，钱丽丽，段运峰，等.BIM在国内外应用的现状及障碍研究[J].工程管理学报，2012，26：12-16.

[4]王广斌，张洋，谭丹，基于BIM的工程项目成本核算理论及实现方法研究[J].科技进步与对策，2009，26：47-49.

[5]沈力，基于BIM的建筑业大数据研究初探[D].西南交通大学，2016.

[6]王珺.BIM理念及BIM软件在建设项目中的应用研究[D].西南交通大学，2011.

[7]吴信才，白玉琪，郭玲玲.地理信息系统（GIS）发展现状及展望[Jl.计算机工程与应用，2000：8-9，38.

[8]王树臣，刘文锋.BIM+GIS的集成应用与发展[J].工程建设， 2017，49：16-21.

[9]吴然，校园地下管网三维可视化应用研究[D].北方工业大学，2015.

【通联编辑：代影】

基金项目：长江大学2019大学生创新创业训练计划基金支持（2019037）

作者简介：王建（1999-），男，湖北通山县人，本科，主要研究方向为GIS应用;杨亚婷（1998-），女，新疆库尔勒人，本科，主要研究方向为GIS应用;陆雨竹（2000-），女，湖北襄阳人，本科，主要研究方向为GIS应用;王章琳（1998-），男，湖北竹溪县人，本科，主要研究方向为GIS应用;董帅（1998-），男，河南三门峡人，本科，主要研究方向为GIS应用。