“BIM+三维扫描+GIS”融合技术在既有建筑绿色改造中的应用探讨

摘 要：在城市智慧建设和绿色建筑建设的理念下，越来越多建筑物不能满足当下人们的需求，因此需要对其进行改造。既有建筑改造不能依赖于过去传统的技术，尤其在绿色改造这样的背景下，多维信息技术的综合应用就显得至关重要。文章分析了“BIM+三维扫描+GIS”融合技术应用到既有建筑改造中的意义，提出了对应的策略。三维扫描技术可以快速获得建筑结构信息，将获得的信息导入BIM软件，通过BIM软件构建建筑模型，在既有的建筑模型基础上进行改造方案的建模，结合GIS技术实现虚拟体验，搭建多维信息技术数字应用平台，形成多维信息技术的融合应用，最终可以提高建筑改造的效率和质量。

关键词：BIM；三维扫描；GIS；建筑改造

1 前言

随着BIM（建筑信息模型）、三维扫描和GIS（地理信息系统）技术的发展，为既有建筑改造提供了新的解决方案。BIM技术可以应用在整个建筑改造过程中，包括方案设计、工程施工、项目管理；三维扫描技术可以有效快速地对既有建筑的信息进行数据采集，为后期改造提供可靠的数据信息；GIS技术可以对地理空间数据进行有效的管理和规划，为改造提供合理的空间结构信息。将BIM、三维扫描、GIS技术融合起来，可以提高既有建筑绿色改造的质量和效率，实现绿色建筑、智慧建筑的目标[1]。

2理论基础与融合技术概述

2.1 BIM技术概述

BIM技术的意义就是建筑信息模型，将数字信息技术应用到建筑设计、施工和管理中，实现综合解决工程方案。BIM技术可以将建筑信息用数字表达，建立可视化及多维度的综合性建筑模型，包括建筑几何尺寸、材料属性、空间关系等全面的建筑信息[1]。在设计、施工和运维阶段中实现信息共享和更迭，因此会提高工程效率及质量，降低工程成本，优化改造方案。

2.2三维扫描技术概述

三维扫描技术是一种可以高效获取既有建筑信息的技术。它通过发射激光或结构光等，捕捉物体表面的点云数据，然后通过软件处理生成物体的三维模型。三维扫描技术在既有建筑改造中具有重要应用，能够快速准确地获取建筑的现状信息，为改造设计提供精确的基础数据[2]。此外，三维扫描还可以用于建筑的历史保护、损坏评估和施工监测等方面。

2.3 GIS技术概述

GIS技术为地理信息系统技术，可以实现数据的采集、存储、管理、分析和可视化的数字信息技术[3]。在既有建筑改造中，GIS技术可以对建筑的地理位置、周边环境、土地利用情况等进行分析，给建筑工程规划决策提供科学依据及数据。

2.4融合技术的意义

将BIM、三维扫描和GIS融合技术应用在既有建筑绿色改造中，这将是建筑改造行业的新方向，具有突破性意义。多维信息技术的价值在于数字化、信息化和全局观，并不是单纯的模型。与传统改造技术对比，多维信息技术的应用在于技术的创新，多种信息技术的配合，发挥不同的作用。

三维扫描技术体现在改造前建筑模型的信息采集，传统的技术需要人工对每一个构件进行现场测量复核，尤其对于棚户区改造项目，工程量特别大，简单的数据采集就会耗费大量人工与时间，但要是采用三维扫描，可以快速精确地得到点云数据生成三维模型，而生成的模型不仅和实物一样，而且建筑结构构件尺寸及几何信息也是和实物完全一致的。然后利用三维扫描的信息建立BIM建筑改造模型，BIM模型使得改造后的建筑可视化更高，结合结构验算软件进行结构验算，分析BIM模型与有限元模型的兼容性。有限元模型则采用BIM模型的数据对既有建筑进行结构验算，保证设计模型与计算模型的一致性，而后进行虚拟建造，对施工图的错漏碰撞进行检测，对改造方案进行优化设计，再结合开源信息GIS技术，可以让用户不受时间和空间限制地去体验。

3“BIM+三维扫描+GIS”融合技术在既有建筑绿色改造中的应用分析

3.1三维扫描技术在建筑改造中的应用

既有建筑改造前，需要对建筑进行详细的检测分析评价，如实地掌握既有建筑现状，但有些老旧建筑物已经没有相关的工程资料，如勘察报告、设计图纸等核心资料都没有，因此对于既有建筑的检测鉴定分析带来了更大的挑战，需要技术人员去现场测量，这就大大增加了工作量，而且，现场人工测量也会产生误差，因此，三维扫描技术发挥着至关重要的作用。利用激光扫描或摄影测量等方法，快速获取建筑的现状几何信息，形成高精度的云点数据，再将采集的数据进行处理。

此外，因为采集的数据数量比较大，并且每次采集的坐标不同，所以需要对云点数据进行坐标统一。在扫描的过程中会采集到部分无用的数据，在整理数据时需要将这些数据剔除，对数据进行精简处理，形成较为全面精确的数据。随后，将这些点云数据直接导入BIM软件中建立三维模型。在BIM模型中，建筑的各个组成部分，包括结构、构件尺寸、材料属性、设备布置等都需要进行建模。这样建模以后，可以将既有建筑的现状信息精确地记录和管理，保证后续的改造设计和施工数据的精确性。

3.2 BIM技术在建筑改造中的应用

BIM技术在既有建筑改造的设计阶段发挥着至关重要的作用。建筑师根据已有的建筑模型信息进行分析，到了项目规划阶段，设计师就可以利用BIM技术对既有建筑空间进行高效、精确的评估，将临时性和永久性的设施以3D模型的形式展示出来，将复杂的数据可视化、具体化，避免人为检查产生误差，可以让客户更具体、直观地体验，进而对方案提出合理的反馈意见。设计师也可以在BIM模型中进行多方案的探索和比较，实现空间布局、结构系统和能源效率等方面的优化。利用BIM软件的仿真和分析功能，可以对建筑的热舒适性、照明效果、通风性能等进行评估，从而为制定节能环保的设计方案提供帮助。

在项目设计过程中，既有建筑改造需要多个专业协同配合完成设计内容，包括建筑、结构、给排水、暖通、电气等专业之间的相互协同配合，但传统的技术无法预先知道各专业之间的碰撞问题，当发生碰撞以后就不得不返工，造成设计工作比较繁琐以及设计效率降低的问题。利用BIM技术可以高效地解决这个难题，将各专业集合起来建立完整的模型，再模拟建造过程中产生的碰撞问题，设计师就可以据此及时调整设计方案，保障了后续的施工进度与质量。

3.3 GIS在建筑改造中的应用

GIS技术在既有建筑改造中主要用于宏观层面的分析和规划。通过GIS系统，规划师可以对建筑所处的地理环境进行全面分析，包括周边交通网络、公共设施分布、自然景观特征等。这些信息有助于制定符合城市发展规划和社区需求的改造策略。GIS还可以用于土地利用规划和基础设施布局优化，确保改造项目的整体协调性和可持续性。

3.4融合技术的应用实例分析

“BIM+三维扫描+GIS”融合技术在全球范围内的既有建筑改造项目中得到了成功应用。比如，某历史建筑改造项目中，通过三维扫描技术获取了建筑的精确现状模型，然后使用BIM技术进行改造设计，同时利用GIS技术进行周边环境分析和交通规划[4]。这种融合应用确保了改造方案的精准性和实用性，同时提高了项目的管理效率和协调性。通过这些成功案例，可以看出“BIM+三维扫描+GIS”技术在促进既有建筑可持续改造方面的巨大潜力。

再比如，深圳市某中心实验楼的改造，该既有工程没有完整的电子图、改建数据不完整，以及归档资料不全，因此是一个很大的挑战。于是，设计师在该工程中应用BIM技术与三维扫描技术，强调了在建模和设计优化方面的精确性和效率提升，强调了三维扫描技术在捕获准确和完整空间信息方面的优势，为改造设计和施工提供了坚实的基础。

4“BIM+三维扫描+GIS”技术在既有建筑绿色改造中面临的问题

4.1建筑企业的科学认知不够

部分施工企业及专业技术人员的认知不够，不敢于积极接受新的技术，没有重视多维信息技术在既有建筑改造中的应用优势，尤其对于改造过程的复杂性缺乏高效的综合认知，导致信息技术在施工阶段的应用不够突出，影响了改造过程的施工效率。如果施工企业不够重视多维信息技术的应用，进而也会影响到设计企业对多维信息技术的应用，最终导致多维信息技术在既有建筑改造整个过程中的应用，无法广泛推进该技术的应用。

4.2专业技术人才不够

“BIM+三维扫描+GIS”融合技术的应用需要相关人员具备相应的技术知识和操作技能，然而目前这方面的专业人才相对匮乏。尤其在既有建筑改造过程中，多维信息技术融合技术方面的人才数量较少，技术人员要么不懂信息技术，要么只懂某个单一的信息技术，但融合技术的应用需要技术人员全面掌握多维信息技术。如果技术人员不懂多维信息技术的应用，就会对改造方案的了解不够全面，降低了改造过程中多维信息技术的优势，尤其对于施工过程中各专业之间的碰撞问题更加难以解决，大大降低了改造效率及质量。

4.3技术整合的挑战

融合BIM、三维扫描和GIS技术在技术层面上存在一定的挑战。这些技术各自有不同的数据格式、处理流程和应用领域，将它们整合到一个统一的平台上需要克服数据兼容性和软件互操作性的问题。多维信息技术之间的融合较为复杂，包括BIM和GIS技术之间数据格式不同、坐标系也不同，因此如何找到融合的平衡点是至关重要的。

4.4数据管理和安全挑战

在“BIM+三维扫描+GIS”融合应用中，将产生大量的空间数据和模型信息，在这个过程中需要对数据进行分析处理，而如何剔除无用的信息及数据是一个关键的问题，只有得到精确的数据信息才可以构建更加精确的建筑模型。如何有效地管理这些数据，保证数据的完整性和安全性，是一个重要的挑战。

5“BIM+三维扫描+GIS”技术在既有建筑绿色改造中的应用策略

5.1加强企业的科学认知

从建筑企业角度方面来说，需要建筑企业高度重视多维信息技术的先进性和高效性，只有技术落实才可以推动建筑改造的绿色健康发展。从政府政策到企业管理制度都要为多维信息技术工作的开展提供有力的帮助，如开设多维信息技术研发部门等措施促进建筑改造的高效性。

5.2加强人才队伍的建设

加大对三维扫描、BIM和GIS技术的应用研究，专业人才的培养是关键，不管是设计单位还是施工单位，都需要建立专业人才队伍，定期对多维信息技术人员进行培训，提高技术人员的专业素养，只有专业技术人员的技术过硬才可以保障绿色改造方案的先进性，进一步保障改造方案可视化，满足绿色建筑改造的发展需求。

5.3技术整合的解决策略

三维扫描、BIM和GIS技术之间的融合解决策略，包括开发通用的数据交换标准和接口协议，以及采用开放式的软件架构来支持不同技术之间的无缝连接。搭建多维信息技术数字化平台，实现设计成果的可视化交换，使传统的设计成果在BIM技术的架构下可视化集成，为后期数字平台应用于既有建筑绿色改造提供理论依据。

5.4解决数据管理和安全问题的策略

解决策略包括联合行业权威机构、龙头企业、专家学者、骨干企业等力量，通过专家研讨论证，建立标准化的数据管理流程，采用数据库和云存储技术进行数据存储和备份，以及实施严格的数据访问控制和加密技术来保护数据安全。

6结论

数字时代正快速发展中，“BIM+三维扫描+GIS”融合技术在既有建筑改造中的应用展现出巨大的潜力和优势，但在实际应用中仍面临技术整合、数据处理和应用经验方面的挑战，因此需要进一步研究和探索，以推动这一融合技术在既有建筑改造领域的广泛应用和发展。

参考文献

[1]国林.BIM-GIS技术在建筑工程可视化中的应用[J].佛山陶瓷，2023，33（12）：80-82.

[2]乔学良，乔广宇，李明科，等.BIM+三维扫描技术在古建筑及文物复原方面的工程应用[J].四川建筑科学研究，2022，48（3）：20-24.

[3]张艳玲，安乐，石磊.BIM+GIS技术在城市建筑三维可视化中的应用研究[J].建设科技，2024（2）：65-67.

[4]桂玉环.基于BIM+三维激光扫描技术的云南古桥梁数字档案建设研究[D].云南大学，2022.