基于BIM+GIS技術集成在工程建設和管理中的應用探析
——以我國南方某市為例

文｜南寧市勘察測繪地理信息院 王威 陳龍；南寧市城鄉(xiāng)建設信息中心 黃紹宗

1 引言

近年來，BIM 技術在工程建設領域中日益得到廣泛關注，且不斷向深度和廣度兩個方向延伸發(fā)展，為建筑行業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。BIM 這一概念最早見于Autodesk 公司2002 出版的白皮書，它對BIM 賦予了“協(xié)同設計”“構件設計”的重要特征，最初目的是為了更好解決設計行業(yè)的痛點，服務于軟件市場的營銷推廣。BIM的核心是通過虛擬技術、數(shù)字化技術為實際的建筑模型虛構一個三維可視化、信息完整的建模工程信息庫，該信息庫包含了構件對象（幾何信息、專業(yè)屬性、狀態(tài)信息等）和非構件對象（空間、運動行為等）狀態(tài)信息，依托此三維信息模型，有效的提升了建筑工程的信息集成和表達的水平，為建設工程項目參建各方提供了一個可信息交換、信息共享和人機交互的信息載體。因此，BIM 也逐漸成為了建筑行業(yè)信息化的代名詞，BIM 技術的推廣應用程度也間接反映了當?shù)亟ㄖ袠I(yè)的信息化水平。BIM具有數(shù)字化設計，數(shù)據(jù)庫動態(tài)變化、更新、豐富和充實、三維表達，建設工程全生命周期數(shù)據(jù)共享交互等特征，基于這些特征，設計、施工、運維的團隊能開展高效協(xié)同，提升工作效率，并節(jié)約成本，迅速得到了業(yè)界的廣泛認可。

2 國內(nèi)BIM+GIS 技術集成應用現(xiàn)狀

2.1 BIM 與GIS 技術集成應用的必然性

BIM 的精細化三維模型在設計、施工、運維各階段的應用，除了模型本身的精細化表達，也離不開其項目本身周邊環(huán)境的相關要素，否則就脫離了實際的大空間環(huán)境場，變成空中樓閣。如城市Shoppingmall的建設，需了解周邊的交通設施分布情況、人流分布情況、其他商業(yè)綜合體的分布情況等，而GIS 的強項就是對宏觀地理環(huán)境的模擬和反演，可以為BIM 從設計到施工各階段提供強有力的空間分析和決策支持，因此，BIM 需要GIS。

GIS 主要致力于宏觀場景的研究和應用，為廣大行業(yè)提供所需的精準地理信息數(shù)據(jù)管理、分析及決策，隨著CIM 城市的發(fā)展，提出了越來越多精細化的要求，BIM數(shù)據(jù)是豐富GIS 數(shù)據(jù)的一個重要組成部分，能讓GIS從宏觀走向微觀，實現(xiàn)精細化管理。如消防救援，不僅要分析事故現(xiàn)場周邊環(huán)境，同時也需要了解建筑物內(nèi)部的空間構造，如果能及時調(diào)用該建筑物的BIM 模型，結合實景三維模型，就可以實現(xiàn)宏觀到微觀的精細化消防搶險，因此，GIS 也需要BIM。

GIS 主要針對大場景、宏觀的地理信息，BIM 主要針對小場景、微觀的建筑信息，都屬于城市信息模型（CIM）的重要組成部分，它們之前并無可替代性，反而形成了宏觀到微觀、地上到地下、空間關系和屬性關系等表達互補，BIM 技術的數(shù)據(jù)可以作為GIS 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源。反之 ，GIS 的數(shù)據(jù)信息也可以用作BIM 的數(shù)據(jù)源 ，達到BIM 技術與GIS 技術的數(shù)據(jù)共享轉化，從而實現(xiàn)兩種技術互相融合的目地。正因為在城市建設的應用中有如此天然的內(nèi)在聯(lián)系，從某種程度上說，GIS 讓BIM 有了更大的舞臺，BIM讓GIS變動更加生動而豐富。因此，GIS+BIM 技術的集成應用是必然趨勢。目前，BIM 技術與GIS 技術集成已經(jīng)在水利工程、軌道和市政工程、地下空間管理、場地分析、城市規(guī)劃建設管理、建筑文物保護修復等方面得到了較好的應用。

2.2 BIM 技術推廣應用政策分析

BIM 技術是“十三五”期間建筑業(yè)信息技術發(fā)展的重要內(nèi)容，是實現(xiàn)建筑業(yè)現(xiàn)代化的重要手段，也是推進新型智慧城市建設的重要技術，有利于引導裝配式建筑規(guī)范化、標準化發(fā)展，有利于推進建設行業(yè)供給側改革。2014-2016年期間，國家先后出臺了《關于推進建筑業(yè)發(fā)展和改革的若干意見》（建市〔2014〕92 號）《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》（建質(zhì)函〔2015〕159 號）《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》（建質(zhì)函〔2016〕183 號）《國家新型智慧城市評價指標》（GB/T33356-2016）《國務院辦公廳關于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見》（國辦發(fā)〔2016〕71 號）《中共中央國務院關于進一步加強城市規(guī)劃建設管理工作的若干意見》（國辦發(fā)〔2016〕）等多個政策文件，對BIM 技術應用、建筑行業(yè)信息化建設、數(shù)據(jù)和信息化服務能力都做了相關的要求。從政策文件分析來看，要不斷創(chuàng)新思路，提升信息化水平，提高管理和服務水平，BIM 技術、GIS 技術、互聯(lián)網(wǎng)技術等集成應用是建筑行業(yè)信息化水平的關鍵。BIM 模型等建筑數(shù)據(jù)對于住建、國土、規(guī)劃、發(fā)改委等管理部門來說是非常重要的信息資源，如何利用云計算、大數(shù)據(jù)、GIS 等技術管好數(shù)據(jù)，用好數(shù)據(jù)，挖掘這些信息的潛在價值，以及如何讓更多的信息通過安全可靠的機制共享給其他部門是迫切需要解決的難題，同時也是在海量信息發(fā)展時代下對安全和數(shù)據(jù)共享帶來的一個全新的挑戰(zhàn)。

3 BIM 與GIS 技術集成應用關鍵技術

3.1 云計算平臺技術

目前，云計算平臺服務模式主要由基礎設施即服務（IaaS）、平臺即服務 （PaaS）和軟件即服務（SaaS）三個層次構成。云計算平臺主要提供處理器、內(nèi)存、存儲、網(wǎng)絡接口等計算能力，從某種意義上來講，任何基于互聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)集成、展示、分析應用都離不開云計算平臺，否則效果很差，沒有生命力。BIM 模型是精細化模型，單體本身的數(shù)據(jù)量較多，GIS 數(shù)據(jù)亦然。海量BIM 數(shù)據(jù)和GIS 數(shù)據(jù)能基于互聯(lián)網(wǎng)有效的利用，發(fā)揮更大的價值需要優(yōu)秀的云計算平臺。

近年來，云計算平臺技術已經(jīng)得到了很快的發(fā)展，目前市面上已有數(shù)量眾多的商業(yè)軟件可用于構建云基礎設施，如微軟、Google、IBM、Oracle、Saleforce、EMC、阿里巴巴、中國移動等，不少產(chǎn)品基于OpenStack 等開源的方案進行構建?；陂_源方案的云平臺軟件有著相對于私有云平臺軟件不具備的優(yōu)勢，比如，由于業(yè)務需求的多樣性，需要定制化的開發(fā)，開源的系統(tǒng)具備更廣闊的開發(fā)應用環(huán)境，相應的業(yè)務需求在開源環(huán)境下，能夠更快的開發(fā)和部署上線，而且，可供產(chǎn)品開發(fā)的開發(fā)商以及軟件類型選擇也更多。與之相反，非開源的產(chǎn)品一般價格不菲，初期雖能較為快速和穩(wěn)定的運行，但由于其產(chǎn)品的封閉性，后期的定制化擴展性就相對較差，容易出現(xiàn)廠商鎖定的問題。

3.2 云端閃現(xiàn)技術

BIM 閃現(xiàn)技術是指通過對BIM 源數(shù)據(jù)的重建，在不損失BIM 數(shù)據(jù)品質(zhì)的前提下，運用云計算技術，通過固定網(wǎng)絡帶寬，快速高效地獲取云端海量的BIM 數(shù)據(jù)，實現(xiàn)應用端（PC 端、手機端）閃現(xiàn)的視覺效果。其主要指標包括：1) 不損失BIM 源數(shù)據(jù)；2）海量BIM 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡高效傳輸，屏顯快于5-10秒，既閃現(xiàn)；3) 模型材質(zhì)信息無縫集成及閃現(xiàn)；4) 模型構件屬性無縫集成及閃現(xiàn)。

BIM 三維空間拓撲結構交叉，但傳統(tǒng)三維GIS 的數(shù)據(jù)組織無法優(yōu)化三維BIM 數(shù)據(jù)。為保證BIM 平臺的數(shù)據(jù)分發(fā)和各專業(yè)系統(tǒng)對BIM 數(shù)據(jù)的應用，必須實現(xiàn)海量BIM 模型數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的快速獲取和高效表達。

3.3 多源數(shù)據(jù)融合技術

在數(shù)據(jù)服務方面，要能兼容Bentley、Revit、MicroStaion、CATIA 等主流BIM 建模軟件，支持OGCI3S 三維切片服務標準，支持多種數(shù)據(jù)格式的智能、無損轉換，并與常規(guī)GIS 數(shù)據(jù)（影像、矢量）、三維傾斜數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)以及多類專題數(shù)據(jù)進行兼容和集成，實現(xiàn)統(tǒng)一的編碼管理與調(diào)用，解決BIM 信息跨平臺、跨領域、跨階段傳遞的難題，為設計、施工和運維階段的工程綜合應用提供數(shù)據(jù)支撐，實現(xiàn)GIS+BIM數(shù)據(jù)的落地應用。

4 BIM+GIS 技術集成在我國南方某市建設管理中的應用及成效

4.1 應用情況

南方某市較為重視信息化工作，2017年出臺了新型智慧城市建設實施方案，屬于全國較早開展這項工作的城市。城市建設管理部門較為重視BIM 技術的推廣和應用，把信息化建設作為推動行業(yè)轉成升級、推動新型智慧城市的重要抓手，先后印發(fā)了多個推廣BIM 技術的政策性文件，并積極開展頂層規(guī)劃設計、試點項目應用、BIM技術管理中心研發(fā)、BIM 技術指南編制、BIM 技術賽事、配套政策制定、專家?guī)旖ㄔO等工作，為推進BIM 技術的廣泛和深度應用，解決全市BIM 技術發(fā)展中存在的問題，推動BIM 技術發(fā)展邁向更高水平不斷改革創(chuàng)新做了大量工作和努力。2017年，該市投資建設了BIM 技術運用管理平臺，這是針對城市建設管理部門BIM+GIS 技術集成應用的管理平臺，在省（區(qū)）級乃至全國率先啟用。

平臺“一個中心，多種應用”的“1+X”應用模式構建，“一個中心”指BIM 技術運用管理中心，“多種應用”指項目拿到施工許可開始施工到項目竣工驗收該周期的各個階段監(jiān)管服務，依托BIM 數(shù)據(jù)、GIS 數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)等建設項目全生命周期多源數(shù)據(jù)，統(tǒng)籌管理全市城鄉(xiāng)建設項目、企業(yè)與人員。

4.2 取得的成效

宏觀上初步實現(xiàn)了對城市級建設項目可視化、可量化、全覆蓋的有效統(tǒng)籌管控。我國建筑行業(yè)的信息化相對于國土、水利、環(huán)保等部門相對落后。建設項目傳統(tǒng)管控方式人力成本高、信息化水平低、管理效率低下，面對近年來城市建設項目的高速增長，出現(xiàn)了 “管不全面、管不過來、管不到位”的問題，如何對城市級項目實現(xiàn)有效管控是建設管理部門的痛點和難點。南方某市利用BIM 技術、GIS 技術、無人機傾斜技術、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術等集成，打造了一個BIM+GIS 城市級項目管理和服務平臺，項目的精確位置、周邊環(huán)境、用地紅線、施工進度、特定區(qū)域的作業(yè)視頻流等地理信息要素豐富，項目的總體數(shù)量、空間分布情況、整體建設進度、施工方誠信等統(tǒng)計信息全面，這些數(shù)據(jù)和信息應用服務在一定程度上有效解決了以前“管不全面、管不過來、管不到位”的問題，宏觀上初步實現(xiàn)了對全市建設項目的全面統(tǒng)籌管控。

微觀上初步實現(xiàn)了對單個建設項目全生命周期精細化管控。業(yè)務辦理信息化全流程、項目管理全生命周期一直是建設管理部門致力追求的發(fā)展方向，傳統(tǒng)的單個建設項目管理存在項目全生命周期數(shù)據(jù)缺失、數(shù)字化程度低、跨部門管理難度高等缺陷。通過BIM+GIS 城市級項目管理和服務平臺實現(xiàn)了項目管理業(yè)務流程再造，審批和監(jiān)管業(yè)務過程數(shù)字化，項目前期、施工管理、竣工驗收、檔案歸集等四個業(yè)務全生命周期數(shù)據(jù)有效集成，項目工地現(xiàn)場信息、項目業(yè)務信息、項目建設應用信息等三大重要信息高效流轉，有效提升了項目管理信息化水平，初步實現(xiàn)了單個建設項目全生命周期的精細化管理。

有效助力行政事務改造，營造了良好的營商環(huán)境。BIM+GIS 城市級項目管理和服務平臺按照“1+X”應用模式構建，打通原有的行業(yè)的信息化平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)跨層級、跨部門共享，將項目全生命周期的各個辦事環(huán)節(jié)信息化無縫連接，審批、監(jiān)管、驗收等環(huán)節(jié)均可一個賬號登入、一個系統(tǒng)辦理，實現(xiàn)了“24 小時不打烊”“群眾零跑腿”的政務改革目標，有效地節(jié)約了政務資源，便捷了群眾辦事，對改善營商環(huán)境有較好促進作用。

有效助力建筑行業(yè)的轉型升級、城市精細化管理和治理。信息化是建筑行業(yè)監(jiān)管和服務的重要抓手，南方某市依托BIM+GIS 城市級項目管理和服務平臺，按照工序質(zhì)量“人、機、料、法、環(huán)、測”六大關鍵重要因素實現(xiàn)建設項目全生命周期數(shù)據(jù)的有效歸集，今后在時間和空間兩個維度將形成一個建筑行業(yè)大數(shù)據(jù)，為城市住建、國土、環(huán)保、城管等部門提供寶貴的數(shù)據(jù)支持，助力建筑行業(yè)發(fā)展的轉型升級，有效推動城市的精細化管理和治理。

5 結束語

BIM+GIS 技術集成的信息化應用，能有效支撐政府科學決策，利于服務模式的轉變和創(chuàng)新，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的整合，并節(jié)約投資成本。通過提供工程建設BIM 共享云平臺，可以避免工程參建單位各自重復建設BIM 平臺，集成工程建設各方信息，形成信息匯聚平臺，與傳統(tǒng)的管理流程通過同一個數(shù)據(jù)庫對接，徹底打破城市建設“信息孤島”，促進工程建設各方加強對工程安全、質(zhì)量、進度、投資等方面的管控；BIM 技術在裝配式建筑產(chǎn)業(yè)有著重大的應用價值，通過探索建立符合裝配式建筑設計施工要求的BIM 技術應用體系，能有效推動裝配式建筑及相關產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展；BIM 與GIS 兩種技術作為CIM 城市建設的重要基石，今后將會得到更多的應用。因此，BIM+GIS 技術的集成應用是一個大趨勢，其縱深發(fā)展將有助于城市社會治理和城市網(wǎng)格化精細治理。