GIS+BIM+IOT技术在传统村落中的参数化保护与发展初探

张 成 龚慧敏

（江西农业大学林学院/园林与艺术学院，江西南昌 330045）

传统村落的保护和发展是风景园林研究领域的重要话题，随着社会的高速发展，村庄正逐渐地减少。加快建设智慧城市和数字乡村，探索数字化下乡村的保护和发展具有重要意义，有利于突破传统村落结构保护活动的静态方式，实现参数化的动态保护，利用强大数据存储与参数化管理能力，是当今时代背景下传统村落可持续保护与发展的重要机遇。

1 参数化技术在传统村落保护与发展中的概念阐述

建筑信息模型（building information model，BIM）、地理信息系统（geographic information system，GIS）、物联网（the internet of things，IOT）等信息化技术的发展有助于推进传统村庄参数化的保护和发展研究。BIM技术可以作为传统村落保护和发展的中观层面，是建筑物内部结构的重要数据源，为建筑物模型提供全生寿周期的管理，能够结合GIS使用。GIS可以作为传统村落保护和发展的宏观层面，构建三维的地理信息场景，通过IOT实现动态更新与监控。IOT作为传统村落保护和发展的微观层面，结合相关的技术实现万物互连，促进传统村落智能化的保护和发展。三者配合有助于实现微观、中观和宏观场景的统一，数字化技术可以对传统聚落的信息进行收集、分析、处理和利用等工作，与时俱进不断优化与细化，实现传统聚落参数化的保护与发展。将多种技术结合有利于传统村落的全面保护和发展，直观展示内部逻辑。

2 GIS、BIM、IOT技术在传统村落的参数化保护与发展中的特点

探讨传统村落如何通过参数化、有机更新等技术实现更好地保护和发展，需要突破传统村落结构保护活动的静态方式，利用强大数据存储与参数化管理能力，为传统村落数字化保护与发展提供可能，建立动态立体的可视化数据分析系统，再现传统村落原貌，实现参数化的保护。

2.1 GIS在传统村落的保护与发展中的特点

GIS作为服务于地理空间信息云的技术，可以作为传统村落保护和发展的宏观层面，涉及范围广，拥有空间数据库的处理能力，具有强大的三维空间数据分析、信息管理、可视化和查询能力。在计算机等设备的硬件的支持下，GIS空间信息系统软件可以进行数据收集存储、管理分析，对地球表面空间的地理分布数据进行管理、处理和分析。

地理空间分析通过系统地建立和分析三维模型，从三维视点入手，进行可视化分析处理，具有广泛的应用场景，有利于直观展示数据，实现三维模型分析。

2.2 BIM技术在传统村落的保护与发展中的特点

BIM可以作为传统村落保护和发展的中观层面，涉及中小尺度范围内的构筑物，是建设全寿命周期内的信息模型，包含项目设计、施工、运行、管理、甚至解体的内容信息，可以对村落建筑的信息进行建模处理，包含项目所有物理和功能信息。

BIM技术保证传统村落构筑物内部信息的交互，有利于各个阶段的数据相互交换，便于统一管理，为建设开发决策提供可靠依据。BIM技术可以缩短传统村落的建设工期，降低发展建设的风险，有利于各个学科（结构、电气、暖通等）的相互协调合作，提高效率，进行共同的作业。BIM技术联系传统村落构筑物的生命期，包括规划设计、施工运营等阶段的不同数据，完整地展现项目对象，支持动态项目信息的生产、管理和共享，可以使建设项目的参与方共同开展使用，有利于相互交流，深化发展。

GIS可以弥补BIM宏观环境不足的问题，在传统村落中，高精度的BIM成为GlS的重要数据来源。GIS与BIM的集成有利于制作相对完整的三维系统模型，将使二者优势互补。在规划设计阶段，有利于复杂模型的分析，通过可视化的特征分析复杂节点，对重要区域的保护和发展有帮助，结合IOT等互联网技术，进一步实现有机动态更新保护与发展。

2.3 IOT技术在传统村落的保护与发展中的特点

IOT技术促使静态保护工作思维模式改变，可以作为传统村落保护和发展的微观层面，涉及微小尺度的传感器与检测设备单元，在感应、监控、定位、智能化识别等方面具有巨大的贡献。IOT技术通过传感器将人员、构筑物、材料等要素连接起来，在重点的范围内配置物联网设备，实现对保护对象的智能化监控，构建传统村落建设参数化的大网络有利于实时掌握实际情况。但物联网本身不能获取物体的原始信息数据，可以将IOT技术结合多种传感器和人工智能等技术，为传统村落重点保护对象量身打造符合内在需求的智能设备，将各种要素结合起来，实现现场智慧平台的构筑，达到虚拟与现实的统一。

技术路线如图1所示。

图1 技术路线

3 GIS、BIM、IOT技术在传统村落的参数化保护与发展中应用

3.1 GIS技术在传统村落的保护与发展中的应用

目前，有很多的GIS软件平台，以国外ArcGIS和国内MapGIS、SuperMapGIS为主流。在软件交互方面，ArcGIS、SuperMap等软件具有良好的兼容性，可以引领当前BIM+GIS深度集成的技术发展。

（1）有利于二维和三维一体化，统一坐标系统。

（2）有利于各个BIM单体之间的信息交互，实现网络管理，直观展现各个环节的信息。

（3）有利于传统村落宏观层面的GIS分析，促进地理信息的管理和空间分析。

（4）有利于为城乡建筑和传统村落群服务，提供BIM数据管理能力的支撑。

可突破传统村落的结构性保护的静态方法，GIS强大的数据存储和管理能力可以为传统村落的形态研究提供数据，记录历史数据，对比发生的变化，有利于推进传统村落的研究。

3.2 BIM技术在传统村落的保护与发展中的应用

GIS补充BIM缺乏的宏观环境，推进BIM的应用，并拓展BIM的应用领域，将精细化的单体模型设计提升至多维空间数据管理。

高精度BIM是GIS重要的中微观数据源。BIM具有数据结构复杂、数据信息多等特征，在硬件资源有限的条件下，实现大规模的BIM和GIS数据的交互或可视化仍是一个挑战性的课题，特别是在Web终端和移动终端的应用。在传统村落的参数化保护与开发中，可以选择具有代表性的重点村落构筑物进行BIM建模，为古建筑留下更详细的信息模型。随着科学技术的发展，人工智能等三维激光扫描技术涌入，三维激光扫描仪的点云计算可以在逆向工程中使用，获取构筑物的外观的点云数据集，还原传统村落构筑物的模型，有利于提高BIM在传统村落建模中的工作效率。

3.3 IOT技术在传统村落中保护与发展中的应用

IOT技术有利于万物互联，建立物与人的信息交互，为相互交互的信息提供沟通的桥梁。将各种功能的传感器有选择地应用在客观构筑物上，收集各类的数据信息，进行数据分析，接入互联网，可以实现万物互联，进行智能化感知，管理物体。

可以在计算机上应用虚拟现实技术，建立传统村落重点保护对象的虚拟信息模型，让人们借助立体眼镜、头盔、手套等设备，身临其境地体验传统村落的虚拟旅游。将物联网技术有机地融入传统村落的发展中，将优美的乡村风光通过云平台传输到互联网上进行共享，可以促进乡村旅游的发展，有利于传统村落的保护和发展。在构建物联网技术框架并将其应用于传统村落的保护与发展方面，需要信息管理平台技术、网络通信技术和人工智能等多学科、多技术合作，需要大家共同努力开发建设。

4 结语

参数化的传统村落保护与发展是一种智能的有机更新，而不是简单修复旧的或替代性恢复。为了更好地适应时代发展，需要在未来进行深入研究，结合BIM、GIS和IOT等其他等相关技术，归纳相关实践经验，通过综合运用各种信息化技术，促进多方参与，实现高效科学的管理。随着计算机和信息技术的发展，有关参数设计的定义将会增多，通过BIM建立传统村落构筑物的中观信息模型，利用GIS提供传统村落的宏观地理空间信息，最终利用物联网的IOT网络技术进行微观层面的建设，实现有利于传统村落的保护和发展新模式，借助大数据、云计算等技术，在移动终端实现远程动态分析管理，使传统村落的保护和发展模式更智能和更高效。传统村落仍然存在参数化保护与发展成本较高、应用系统碎片化等问题，难以建立大规模、全面的管理平台，需要未来进一步研究。