BIM+GIS技術(shù)在校園建設(shè)規(guī)劃管理中應(yīng)用的研究

舒 炎 劉競(jìng)擇

BIM+GIS技術(shù)在校園建設(shè)規(guī)劃管理中應(yīng)用的研究

舒 炎 劉競(jìng)擇

[上海交通大學(xué)]

目前高校新校區(qū)已從集中式大規(guī)模建設(shè)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹С謱W(xué)術(shù)目標(biāo)的方式塑造校園的更新，這對(duì)基建項(xiàng)目規(guī)劃管理的精準(zhǔn)度提出了很高要求。為適應(yīng)這個(gè)要求，同時(shí)也為了配合政府各有關(guān)部門行政審批改革以及對(duì)新技術(shù)的推廣，如規(guī)劃與自然資源局廣泛應(yīng)用的地理信息系統(tǒng)，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)要求應(yīng)用的建筑信息模型，本文提出采用建筑信息模型（Building Information Modeling， 以下簡(jiǎn)稱BIM）+地理信息系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱GIS）技術(shù)，以解決基建項(xiàng)目規(guī)劃管理中遇到的問(wèn)題，主要包括前期場(chǎng)地分析、方案比選、配套建設(shè)等項(xiàng)目?jī)?nèi)容，并提出優(yōu)化方案，以期在項(xiàng)目規(guī)劃開(kāi)始階段實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益期望的最大化。

BIM；GIS；校園建設(shè)規(guī)劃；基建管理

現(xiàn)階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已普遍應(yīng)用于基建項(xiàng)目全過(guò)程，而隨著項(xiàng)目圖紙從二維平面逐漸向三維立體的轉(zhuǎn)變，BIM相關(guān)軟件的使用也越來(lái)越廣泛。在政府層面上，根據(jù)住建部《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)》有關(guān)工作部署，全國(guó)各建管部門先后制定相應(yīng)政策進(jìn)行推廣：上海市住房與城鄉(xiāng)管理委員會(huì)在《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)上海市BIM技術(shù)推廣應(yīng)用的通知》中，明確在土地出讓、規(guī)劃審批、報(bào)建、施工圖審查、竣工驗(yàn)收備案等環(huán)節(jié)BIM應(yīng)用范圍；深圳建筑工務(wù)署在《BIM應(yīng)用實(shí)施綱要》中也提出了市建筑工務(wù)署B(yǎng)IM應(yīng)用的階段性目標(biāo)。在高校層面，因大部分項(xiàng)目資金來(lái)源于國(guó)家財(cái)政，BIM技術(shù)需要根據(jù)實(shí)際情況按規(guī)定應(yīng)用，但是主要在設(shè)計(jì)及施工階段。其實(shí)，在項(xiàng)目規(guī)劃中使用BIM技術(shù)也同樣重要，不僅可以明確單體建筑的設(shè)計(jì)條件，提升建筑模型的精細(xì)化程度，還可以將其與GIS技術(shù)結(jié)合，建立設(shè)計(jì)目標(biāo)與設(shè)計(jì)環(huán)境的基本聯(lián)系，解決兩者在設(shè)計(jì)、施工中不協(xié)調(diào)的矛盾，并提供可靠的信息支持。

一、GIS技術(shù)和BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

對(duì)于BIM和GIS技術(shù)的研究主要是項(xiàng)目空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用及管理?？臻g數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)則是三維模型，不僅包括傳統(tǒng)二維模型中建筑屬性中坐標(biāo)、用地范圍、建筑名稱、層高、層數(shù)、使用性質(zhì)等信息，還在此基礎(chǔ)上增加空間信息（高程信息），這對(duì)于空間分析、規(guī)劃、管理至關(guān)重要。早期三維建模通過(guò)FLASH動(dòng)畫技術(shù)實(shí)現(xiàn)位置標(biāo)記、可視化漫游效果，三維建模軟件出現(xiàn)以后依靠標(biāo)準(zhǔn)的二維底圖實(shí)現(xiàn)了部分三維分析功能，如果再基于影像的地形仿真，影像與空間數(shù)據(jù)庫(kù)集成在GIS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)大規(guī)模三維模型的管理。在項(xiàng)目等規(guī)劃階段將兩者結(jié)合，可以更早的確定項(xiàng)目?jī)?nèi)容，減少不必要變動(dòng)，進(jìn)而保證工期，控制造價(jià)。

在區(qū)域運(yùn)營(yíng)階段已出現(xiàn)很多成熟的應(yīng)用，如很多房產(chǎn)項(xiàng)目采用GIS+BIM+FM（運(yùn)營(yíng)管理）解決資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理和運(yùn)維管理實(shí)現(xiàn)問(wèn)題[1]。關(guān)于兩項(xiàng)技術(shù)分別介紹如下：

（一）GIS技術(shù)介紹

GIS技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)就是使空間數(shù)據(jù)表達(dá)趨向多比例尺、多尺度、動(dòng)態(tài)多維和實(shí)時(shí)三維可視化[2]，其中二維GIS已經(jīng)具備很成熟的理論和應(yīng)用技術(shù)，但是它只處理表達(dá)平面X、Y軸上的數(shù)據(jù)信息，不包含Z軸的數(shù)據(jù)信息，而三維GIS進(jìn)行三維空間表達(dá)時(shí)要考慮多個(gè)z值[3]，大部分三維GIS平臺(tái)對(duì)于三維模型的細(xì)節(jié)表述不太清楚，非常依賴第三方建模軟件。目前GIS技術(shù)已普遍的用于規(guī)劃土地管理、城市安全管理等，涉及到的相關(guān)軟件包括ArcGIS、Super Map、MapInfo等。

（二）BIM技術(shù)介紹

與GIS技術(shù)一樣的是，BIM技術(shù)增加了高度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)模型可視化、功能分析，而且操作性更強(qiáng)，以實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的多維模型大大方便了工程人員[4]。其集成了建筑、結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)備等三維（3D）信息模型，能夠解決項(xiàng)目各系統(tǒng)間的矛盾沖突[5]。還可以增加時(shí)間、成本等信息，實(shí)現(xiàn)施工工序模擬、造價(jià)成本控制等功能。用到的相關(guān)軟件包括AutoCAD，3DMAX、Sketchup、Autodesk Revit 2016、ArchiCAD（三維建模軟件），Naviswoks（模型整合與瀏覽、碰撞檢查）等。

（三）三維建模的主要流程：

首先處理二維CAD平面圖（測(cè)繪圖紙）或影像數(shù)據(jù)，進(jìn)行BIM三維建模，導(dǎo)出IFC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)文件，然后完善建筑數(shù)據(jù)庫(kù)信息，最后在GIS平臺(tái)通過(guò)City GML標(biāo)準(zhǔn)集成[6]?？衫肎IS平臺(tái)自帶空間可視化分析功能，也可以進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)需求功能。如圖1所示：

圖1 校園三維可視化流程圖

二、校園基本建設(shè)規(guī)劃問(wèn)題及目標(biāo)

目前國(guó)內(nèi)大部分院校已經(jīng)完成新校區(qū)建設(shè)，主要建設(shè)模式由集中式轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⑹剑?xiàng)目開(kāi)始單獨(dú)立項(xiàng)實(shí)施。單獨(dú)項(xiàng)目規(guī)劃中經(jīng)常遇到規(guī)劃不合理的問(wèn)題，如控規(guī)理解有偏差，不能充分利用土地；建設(shè)過(guò)程中建筑設(shè)計(jì)與周邊場(chǎng)地不協(xié)調(diào)；測(cè)繪地形圖中的尺寸沒(méi)有隨時(shí)間更新，項(xiàng)目規(guī)劃過(guò)度依賴舊數(shù)據(jù)；考慮施工場(chǎng)地、施工臨時(shí)用房與施工車輛選址有疏漏等。所以在校園基本建設(shè)規(guī)劃中不僅要考慮宏觀政策因素，而且要結(jié)合學(xué)校和項(xiàng)目的實(shí)際情況，明確規(guī)劃的目標(biāo)原則及具體內(nèi)容，從空間布局、主材選擇、管理模式上來(lái)滿足新時(shí)代的發(fā)展需要以實(shí)現(xiàn)精細(xì)的規(guī)劃管理。

（一）掌握校園基本建設(shè)規(guī)劃的原則

1.符合政府政策性法規(guī)，包括《教育部直屬高校基本建設(shè)管理辦法（2017年修訂）》、《普通高等學(xué)校建筑面積指標(biāo)》、所在地控制性詳細(xì)規(guī)劃、基建規(guī)范化管理制度等。

2.統(tǒng)籌兼顧學(xué)校戰(zhàn)略規(guī)劃、校園規(guī)劃、基本建設(shè)規(guī)劃、校園建設(shè)導(dǎo)則等各項(xiàng)規(guī)劃內(nèi)容。

3.匹配自身土地儲(chǔ)備、經(jīng)濟(jì)狀況、建設(shè)條件、學(xué)科背景、使用對(duì)象等要求。

（二）確定建設(shè)項(xiàng)目的具體內(nèi)容

在前期階段，管理者需要考慮建筑與場(chǎng)地兩方面因素。其一，建筑。確定項(xiàng)目定位與規(guī)模、建筑高度、建筑面積、用地面積、高度、層高、層數(shù)、地上面積、地下面積、人防面積、綠化面積、停車位、交通組織、建筑風(fēng)格。其二，場(chǎng)地。確定與周邊建筑關(guān)系、光照分析、綜合管線配套優(yōu)化規(guī)劃方案，減少不必要的修改。結(jié)合BIM技術(shù)進(jìn)行量化建模，有助于實(shí)現(xiàn)規(guī)劃的精細(xì)化，從而滿足決策的科學(xué)性與方案設(shè)計(jì)的規(guī)范性，提高整個(gè)工程項(xiàng)目建成后的社會(huì)價(jià)值。

總結(jié)起來(lái)，在規(guī)劃階段每個(gè)基建項(xiàng)目不僅是單個(gè)項(xiàng)目的集中表述，還需統(tǒng)籌考慮學(xué)校戰(zhàn)略、環(huán)境、配套各方面的問(wèn)題。利用三維可視化和仿真模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)性能化模擬分析、綠色建筑性能評(píng)估和裝配式建筑虛擬設(shè)計(jì)，有利于建設(shè)、設(shè)計(jì)和施工等單位溝通，優(yōu)化方案，減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，提高建筑性能和設(shè)計(jì)質(zhì)量[7]。

三、GIS+BIM技術(shù)用于校園規(guī)劃管理的現(xiàn)狀

按照規(guī)劃，某?，F(xiàn)已經(jīng)完成70%的建設(shè)，正處于重點(diǎn)建設(shè)階段，主要是滿足“雙一流”學(xué)科建設(shè)需求，對(duì)接學(xué)科、科研發(fā)展。其中大部分新建項(xiàng)目對(duì)自有土地利用要求高，在考慮設(shè)計(jì)方案時(shí)，要處理好設(shè)計(jì)目標(biāo)與設(shè)計(jì)環(huán)境的基本關(guān)系。

（一）整體校園規(guī)劃管理平臺(tái)建設(shè)

目前該校已分兩期建立了自己的校園地圖，包括二維和三維兩種形式，如圖2所示?；贕IS平臺(tái)+三維建模軟件，實(shí)現(xiàn)校園導(dǎo)覽，并提供了基本的測(cè)距、測(cè)面工具。可以作為建設(shè)單位前期方案階段的設(shè)計(jì)依據(jù)。

圖2 校園三維平臺(tái)效果圖

（二）新建項(xiàng)目BIM模型植入

在單一項(xiàng)目建設(shè)中，一般在設(shè)計(jì)階段由建設(shè)單位委托第三方BIM咨詢顧問(wèn)單位，進(jìn)行BIM建模、碰撞檢測(cè)、三維管線綜合、豎向凈空分析、深化設(shè)計(jì)檢驗(yàn)、可視化展示。某一建設(shè)項(xiàng)目中BIM的可視化展示如圖3所示，在該模型中可以測(cè)量不同層高的高度數(shù)據(jù)，直觀地分析建筑與場(chǎng)地的關(guān)系。

圖3 某項(xiàng)目BIM模型

此次BIM技術(shù)在項(xiàng)目各階段中具體應(yīng)用的流程如下表所示。

表1 BIM技術(shù)應(yīng)用流程表

四、GIS+BIM用于基建管理的思考與建議

BIM的建設(shè)項(xiàng)目管理模式已成為主流，高校有關(guān)建設(shè)部門正在大膽嘗試，逐步推進(jìn)。下一步形成統(tǒng)一的信息管理平臺(tái)，將完善的BIM模型導(dǎo)入已建成的GIS地圖平臺(tái)，開(kāi)發(fā)相應(yīng)功能，從而實(shí)現(xiàn)全過(guò)程BIM技術(shù)應(yīng)用。特別是在規(guī)劃階段，利用BIM模型，提出空間建構(gòu)設(shè)想、創(chuàng)意表達(dá)形式及結(jié)構(gòu)方式的初步解決方法等，同時(shí)注重場(chǎng)地分析、建筑性能模擬分析、設(shè)計(jì)方案比選、虛擬仿真漫游的形式實(shí)現(xiàn)[7]。在此基礎(chǔ)上完善校園GIS平臺(tái)，增加相應(yīng)功能及流程，項(xiàng)目規(guī)劃的準(zhǔn)確性也將不斷提高。

（一）集成豐富的相關(guān)數(shù)據(jù)

通過(guò)技術(shù)平臺(tái)場(chǎng)地注意結(jié)合控規(guī)直接計(jì)算容積率、高度、總建筑面積等；輔助現(xiàn)場(chǎng)踏勘，放樣定位；形成“五通一平”解決方案，如綠化移植、管線移位等；明確場(chǎng)地與相鄰建筑物關(guān)系，如設(shè)計(jì)風(fēng)格、施工影響等。這些需要相關(guān)大量的項(xiàng)目信息以及GIS平臺(tái)下二次功能開(kāi)發(fā)，才能實(shí)現(xiàn)這些功能。

（二）確保信息的規(guī)范、可靠性

隨著建筑的不斷修繕或者實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的更迭，場(chǎng)地信息經(jīng)常發(fā)生變化，因此，保證維護(hù)平臺(tái)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性尤為重要?？梢栽黾訒r(shí)間維度，展現(xiàn)不同時(shí)期校園建設(shè)變化對(duì)比，為新建項(xiàng)目提供指導(dǎo)方向。

（三）以BIM為中心形成統(tǒng)一的管理流程

采用統(tǒng)一的軟件輔助管理流程，后續(xù)將造價(jià)、竣工、運(yùn)維加入進(jìn)來(lái)，促進(jìn)項(xiàng)目信息及管理的模式化、規(guī)范化，提高管理水平。目前階段改善CAD繪制施工圖，Sketchup建模渲染的方案設(shè)計(jì)流程，針對(duì)不同設(shè)計(jì)方案利用BIM建模，快速導(dǎo)入到GIS中進(jìn)行規(guī)劃階段的評(píng)價(jià)和優(yōu)缺點(diǎn)分析。

[1]何清華，錢麗麗，段運(yùn)峰，李永奎.BIM在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的現(xiàn)狀及障礙研究[J].工程管理學(xué)報(bào)，2012，26（01）:12-16.

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（責(zé)任編輯：趙永奎）