融合BIM、GIS和IOT技術(shù)的智慧園區(qū)方案設(shè)計探究

高宏旭

摘 要：本文研究了BIM、GIS和IOT技術(shù)在智慧園區(qū)系統(tǒng)中的融合應(yīng)用。通過分析智慧園區(qū)系統(tǒng)中的BIM、GIS和IOT技術(shù)特點，設(shè)計了融合三種技術(shù)的智慧園區(qū)綜合應(yīng)用系統(tǒng)方案，進而構(gòu)建了綜合性、功能性較強的園區(qū)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計模型。所設(shè)計的融合BIM、GIS和IOT技術(shù)的智慧園區(qū)方案能夠有效提高智慧園區(qū)的智能化、低能耗程度，實現(xiàn)對園區(qū)的智慧化管理。

關(guān)鍵詞：智慧園區(qū);BIM技術(shù);GIS技術(shù);IOT技術(shù);園區(qū)管理系統(tǒng)

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A

討論面向智慧園區(qū)的BIM、GIS和IOT技術(shù)融合應(yīng)用之前，需要先了解三種技術(shù)的特點及其與智慧園區(qū)系統(tǒng)的關(guān)系。三種技術(shù)在智慧園區(qū)中綜合應(yīng)用系統(tǒng)中的作用如圖1所示。

1 融合BIM、GIS和IOT技術(shù)的智慧園區(qū)方案技術(shù)分析

1.1 智慧園區(qū)中的BIM技術(shù)

在智慧園區(qū)綜合應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)中，BIM技術(shù)起到系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐的作用，通過構(gòu)建一種一體化的智慧園區(qū)建筑信息模型，將園區(qū)做整體的智慧化體系設(shè)計，進而達到各系統(tǒng)互聯(lián)互通、智能協(xié)作的效果。

BIM技術(shù)在整個智慧園區(qū)應(yīng)用系統(tǒng)中所參與的設(shè)計模塊為建筑模型設(shè)計，即建立智慧園區(qū)的建筑模型：以整個智慧園區(qū)內(nèi)部各建筑的數(shù)據(jù)、信息為基礎(chǔ)，仿真化模擬各建筑物，將智慧園區(qū)建筑的各種信息做可視化、模擬化和動態(tài)化展現(xiàn)，如建筑內(nèi)部的房間布局規(guī)格、電梯位置、安全出口位置、機電設(shè)備位置、線路管道走向等。在設(shè)計建筑模型的過程中，需要將園區(qū)建筑物進行有效銜接，使其能夠更加密切的保持聯(lián)系，并通過BIM技術(shù)保持統(tǒng)一、協(xié)同、聯(lián)動。未來對智慧園區(qū)綜合應(yīng)用系統(tǒng)的BIM技術(shù)應(yīng)用展望為實現(xiàn)單一性任務(wù)、階段性任務(wù)的處理和應(yīng)對，并最終達到全面共享建筑全壽命周期的效果[1-2]。

1.2 智慧園區(qū)中的GIS技術(shù)

在智慧園區(qū)綜合應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)中，GIS技術(shù)的主要功能是建立智慧園區(qū)建筑的有效連接關(guān)系，即通過將建筑物地理學(xué)與地圖相結(jié)合的方式，將智慧園區(qū)內(nèi)部各建筑的地理信息歸入統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)當(dāng)中，從而形成更為便捷的數(shù)據(jù)分析功能，用于綜合園區(qū)系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)處理。智慧園區(qū)中的GIS技術(shù)包括3D模型建立、GIS與BIM技術(shù)融合兩個部分。

1.2.1 3D模型建立

與BIM技術(shù)應(yīng)用存在相似之處的是，GIS技術(shù)也是通過建立模型的方式，將智慧園區(qū)內(nèi)部的建筑物形成模型，從而便于更好地分析數(shù)據(jù)。但GIS技術(shù)建模的側(cè)重點在于通過地理信息數(shù)據(jù)構(gòu)建智慧園區(qū)的3D模型，更加立體地呈現(xiàn)出園區(qū)內(nèi)部各建筑物的地理位置以及建筑的外觀。只有將3D GIS技術(shù)與BIM技術(shù)相結(jié)合，才能解決GIS技術(shù)在外觀建模上的不足，從而更加立體、可視化地呈現(xiàn)出智慧園區(qū)內(nèi)部各建筑物的體系構(gòu)成、建筑位置、建筑外表以及建筑內(nèi)部的狀態(tài)，形成更加智能化的園區(qū)模型。

1.2.2 GIS技術(shù)與BIM技術(shù)的初步融合

實現(xiàn)GIS技術(shù)與BIM技術(shù)的初步融合，即利用GIS技術(shù)完成園區(qū)內(nèi)的目標信息定位與導(dǎo)航，如景觀的查找、休閑區(qū)和旅游區(qū)的位置、車輛導(dǎo)航、室內(nèi)導(dǎo)航等;利用BIM技術(shù)更好地表現(xiàn)出建筑內(nèi)部的各種信息，如熱能傳導(dǎo)線路規(guī)劃、景觀規(guī)劃設(shè)計、移動通信設(shè)計等。最終將園區(qū)內(nèi)建筑物的地理信息和外觀狀態(tài)具體地呈現(xiàn)出來。

對各種突發(fā)事件的模擬是智慧園區(qū)應(yīng)用中的一種常見事件。例如某工業(yè)園區(qū)內(nèi)部發(fā)生了生產(chǎn)事故，可以利用GIS技術(shù)定位事故的準確發(fā)生位置，并利用其進行合理的安全線路規(guī)劃。同時，利用BIM技術(shù)對于發(fā)生在建筑物內(nèi)部空間的事故逃生線路進行規(guī)劃，如安全逃生出口、電梯位置、最佳逃生路線等?？梢哉f，BIM技術(shù)可以更加精準地分析建筑物的高度、內(nèi)部空間的尺寸、規(guī)格[3]，并與GIS技術(shù)相結(jié)合，達到建筑物信息與地理環(huán)境信息有效銜接的效果，低成本、綜合化構(gòu)成智慧的園區(qū)環(huán)境。

1.3 智慧園區(qū)中的IOT技術(shù)

IOT技術(shù)在智慧園區(qū)綜合應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)中是一種更加高效的信息管理方式，通過園區(qū)內(nèi)部事物的智能組網(wǎng)，實現(xiàn)智能信息采集、運行維護以及能源效能管理，從而支撐整個系統(tǒng)的高效運轉(zhuǎn)。現(xiàn)階段，基于IOT的智慧園區(qū)系統(tǒng)已經(jīng)初步形成了體系化管理模式，涵蓋多個領(lǐng)域和場景，這也為BIM、GIS和IOT技術(shù)應(yīng)用融合提供了新模式。通過IOT技術(shù)實現(xiàn)園區(qū)環(huán)境感知和信息傳輸，以大數(shù)據(jù)和云計算為基礎(chǔ)構(gòu)建數(shù)據(jù)管控平臺，將BIM技術(shù)與GIS技術(shù)融合其中，形成智能化的智慧園區(qū)綜合應(yīng)用系統(tǒng)。

2 融合BIM、GIS和IOT技術(shù)的智慧園區(qū)系統(tǒng)方案

融合BIM、GIS和IOT技術(shù)實現(xiàn)智慧園區(qū)的智能化、可視化、個性化管理已經(jīng)成為趨勢?；谏衔膶θN技術(shù)的應(yīng)用分析，本節(jié)設(shè)計了一種融合BIM、GIS和IOT的智慧園區(qū)綜合應(yīng)用管理系統(tǒng)方案，如圖2所示。該方案自下而上包括五層：硬件層、接入層、數(shù)據(jù)層、功能層和展現(xiàn)層。

（1）硬件層：包括各種園區(qū)終端設(shè)備，如攝像頭、門禁閘機、煙霧傳感器、電表、水表、溫控設(shè)備等等，亦稱為終端層。（2）接入層：通過各種無線射頻裝置或者傳感器實現(xiàn)對園區(qū)環(huán)境與設(shè)備狀態(tài)的動態(tài)、可控采集，并將所采集信息通過網(wǎng)絡(luò)有序傳輸至IOT平臺進行預(yù)處理。（3）數(shù)據(jù)層：對IOT平臺預(yù)處理后的園區(qū)環(huán)境數(shù)據(jù)、企業(yè)數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析、推演與預(yù)測，并進行歸類存儲。（4）功能層：基于數(shù)據(jù)層輸入的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的功能控制或服務(wù)提供，例如根據(jù)環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)啟動空調(diào)、加濕器等設(shè)備，根據(jù)煙霧濃度數(shù)據(jù)啟動火災(zāi)預(yù)警等。（5）展現(xiàn)層：包括數(shù)據(jù)大屏、管理平臺、終端APP等，其中數(shù)據(jù)大屏負責(zé)展現(xiàn)園區(qū)數(shù)據(jù)態(tài)勢、管理平臺為系統(tǒng)管理者提供操作接口，終端APP為用戶提供服務(wù)接口。

智慧園區(qū)綜合應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計模型如圖3所示。

上述方案已經(jīng)實現(xiàn)了BIM、GIS和IOT技術(shù)的有機融合：通過IOT的末端傳感器設(shè)備全面采集智慧園區(qū)中包括建筑在內(nèi)的各種事物的信息，并在數(shù)據(jù)層實現(xiàn)分析處理;借助功能層設(shè)計，實現(xiàn)規(guī)劃園區(qū)內(nèi)部交通情況、設(shè)施分布情況的實現(xiàn)動態(tài)管控，建立完善的突發(fā)事件應(yīng)急機制，形成園區(qū)空間展示與設(shè)備維護等功能;利用展現(xiàn)層的多維度、多模式人機交互接口，同時結(jié)合GIS與BIM技術(shù)滿足用戶的導(dǎo)航、查詢、信息管理等多種類型服務(wù)需求，并通過自動化系統(tǒng)智能控制園區(qū)設(shè)備的工作。顯然，本文設(shè)計的方案能夠?qū)崿F(xiàn)園區(qū)運營成本的按需管理，滿足園區(qū)工作人員的不同需求，具有智慧化特征、良好的擴展性和可移植性，可以靈活應(yīng)用于不同類型園區(qū)的運營管理。

3 結(jié)語

本文研究了融合BIM、GIS和IOT技術(shù)的智慧園區(qū)系統(tǒng)設(shè)計方案，在分析智慧園區(qū)的BIM、GIS和IOT技術(shù)特點的基礎(chǔ)上將三者進行有效融合，最終構(gòu)建了一種基于分層的智慧園區(qū)綜合應(yīng)用系統(tǒng)方案，并給出了系統(tǒng)設(shè)計模型。所提出的智慧園區(qū)系統(tǒng)方案可以有效提高不同類型園區(qū)的管理水平，并為用戶提供個性化、多樣化、智慧化的服務(wù)。

參考文獻

[1] 謝易辰.智慧園區(qū)建設(shè)方案略談[J].技術(shù)與市場，2019，26（12）：65-67.

[2] 王衛(wèi)偉.智慧園區(qū)的BIM、GIS和IOT技術(shù)應(yīng)用融合探討[J].智能建筑，2015（7）：46-48.

[3] 史艾嘉.BIM技術(shù)與GIS技術(shù)融合應(yīng)用研究[J].價值工程，2019，38（21）：179-181.