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GIS和BIM集成在城市建筑规划中的应用
文 / 谢庆朋 天津市房屋鉴定建筑设计院 天津 300081
【摘 要】建筑是整座城市中最基本的元素,而城市建筑规划也是城市规划中的主要组成部分.为了达到城市建筑规划的主要目标,提高城市建筑规划的整体水平,需要在其中将 GIS技术和 BIM 技术进行集合使用,使城市建筑物在管理方面呈现出功能互补的特点.为提高城市建筑规划的质量与效率,在 GIS 系统中采用了 BIM 信息进行城市建筑规划,并在城市建筑空间分析上进行了一些实验. 结果表明,这种将微观领域的 BIM 信息和宏观领域的GIS 信息的相互操作,能够满足查询与分析空间信息的需要,是未来城市 GIS 的发展方向.
【关键词】GIS 与 BIM 集成；城市建筑规划；应用
1.前言
现代信息技术为空间管理提供了解决问题的方案.有研究表明 BIM 运用于运维管理能够为各参与方提供便捷的平台,实现设计、施工、运维的信息共享,建立建筑物物业空间管理模型,还有研究关注 GIS 与空间管理的结合.除此之外,业内人士对于 BIM 和 GIS 的结合应用也表现出了浓厚的兴趣和极大的关注.在建筑领域,建筑从设计到施工产生大量的信息,特别是建筑设计三维模型,包含了建筑详细的空间信息,各种信息集合在一起形成BIM.而在三维 GIS 领域,主要研究如何对城市建筑物三维建模,获得建筑的详细空间信息.
2.建筑三维模型的建立
对于城市建筑物来说, 由于其主体功能的不同,其建筑类型、建筑结构和颜色等方面各有不同,为解决建筑建设过程中出现的各种问题,需要对建筑物的整体信息进行采集,建立相应的建筑三维模型.但就目前所知的建筑三维模型建立方法来说,其工作量较大,成本较高,并不适用于城市建筑物的三维模型建立当中.针对这种情况,可利用 BIM 技术来对建筑物的整体高度、尺寸结构和内部空间信息进行获取,并建立相应的三维模型,然后可利用GIS 技术,将建筑空间信息与周围的地理信息进行共享,在能保证建筑物信息精确度的情况下,降低建筑物的空间信息成本.
BIM 与 GIS 融合最主要要解决的是如何进行两个领域的数据共享.近年来,越来越多的 BIM 软件支持 IFC 标准,提供 IFC 标准的数据接口,形成统一数据模型的建筑产品,以 IFC 标准格式的数据流通.IFC 标准是一个计算机能够处理的建筑数据表示和交换标准.三维 GIS 采用 City GML 来表示城市三维通用信息,从 2009 年 Geo BIM 作为City GML 标准开始实行,为 BIM 与 GIS 的融合提供了可能.通过Geo BIM,IFC 的数据就可以进入City GML中,进行数据共享.
3.GIS 与 BIM 集成助力城市建筑规划
随着智慧城市技术的快速发展,很多人理解智慧城市仅仅是根据使用目的建立不同的 GIS 系统,但事实上不管是数字城市还是智慧城市,只有 GIS系统的参与不可能完成如此庞大的工程,必须借助BIM 才能做到真正的城市智能化.
本文主要研究建筑物和周边环境的搭配效果是否能协调工作,如日照分析、通视分析、建筑物方案对比分析等；以及利用 BIM 的可视化、协调性、模拟性和优化性建立建筑物 BIM 可视化信息的三维GIS 系统.在对建筑物进行管理的同时,还可利用计算机对空间建筑物进行测量.
3.1 三维测量
三维测量主要是指量测空间距离、住宅间距、地块面积、建筑面积以及填挖方计算等.三维测量就是为这些面积、间距的设计提供合理的数据.在建筑物很密集、超高建筑很多的情况下,测量的难度会加大,而在 GIS 与 BIM 集成的三维空间地理信息系统中,三维测量可以很好地解决这个问题.在进行距离量测时,只需单击要测量线段的两个端点,三维实景窗口中就会显示出距离；在进行高度量测时,单击两个点就可知道该两点之间的高度；在进行角度量测时连续点击三个点,就可求出以第二个点为顶点的角度值；在进行面积量测时,连续单击测量区域的各个顶点,就可以求得该区域的面积.
3.2建筑方案的设计对比
建筑设计方式与实际的施工流程总会存在一定的差异.由于工程造价、投资规模和建筑节能的影响,需要设计人员设计出不同的设计方案,结合实际的建筑需求,来选择出最合适的方案.在传统的设计过程中,都是在二维图纸上进行设计,这样的设计方案不能很好的表达出建筑空间信息.目前可以在 GIS+BIM 组合来进行方案设计,在对建筑信息进行获取的同时,对建筑物前后的变化情况进行模拟,结合实际的需求,能够对设计的合理性进行充分检验.
3.3日照分析
日照对于建筑物室内的采光、取暖以及视觉都有比较大的影响,日照分析主要是为了满足建筑容积、建筑间距等对指标的需求,防止遮挡光或者光污染等问题. 日照分析主要包括4个方面 ： 遮挡分析、单点分析、窗洞分析以及日照仿真分析.在日照分析中需要研究不同季节日照情况对建筑物的高度、体积等的影响,并且计算出建筑物的日照时间、阴影面积等数据,然后通过三维模型展示现实光影效果. 在基于GIS与BIM的三维空间地理信息系统中,利用 BIM 的模拟性,先模拟设计出的建筑物模型,再模拟不能在真实世界中的操作,如日照分析.日照分析涉及到时间、地域、建筑造型等多种因素,要将这些相互影响的因素综合起来进行人工计算分析是非常困难的,但是如果通过城市数字三维模型将这些因素以一种形象化的方式表现出来就变得简单很多,要分析规定时间点各栋建筑之间的遮挡与被遮挡情况,即遮挡分析,可以根据建筑物阴影分析来获取建筑物的遮挡情况.可根据日照分析结果来判断建筑物之间的距离是否合理,为建筑物规划设计提供依据.当一个建筑物被另外一个建筑物遮挡时,被遮挡的部分比未遮挡部分接受日照少,如图1 所示.
3.4 通视分析
城市内的通视分析主要是为了对建筑物的高度进行控制,是城市空间结构研究的基本问题,科学合理的建筑物通视分析让城市中一些重要的景点和景观周围的建筑都具有适当的尺度,从而保护了景点或景观的视觉效果.通视分析是以某一点为观察点,研究某一区域的通视情况.通视分析的基本内容有 3 个,一是两点之间的可视性分析；二是可视域分析,即给定一个观察点,基于一定的相对高度,分析给定范围内观察点所能通视覆盖的区域；三是多点通视面积的交集计算,由被覆盖的可视面积反求待定位置与高度.
结语 :
在 GIS 系统中应用 BIM 对建筑物进行分析,不仅有助于科学合理地进行城市规划,还可以对建筑设计提供技术上的帮助和支持.本文展示的只是GIS 与 BIM 集成应用的一部分,希望在今后的工作中能开展更加全面的研究.
参考文献：
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