BIM與GIS融合在城市建筑設(shè)計中的應(yīng)用研究

湯高峻

杭州弘利房地產(chǎn)開發(fā)有限公司 浙江 杭州 310000

引言

通過BIM技術(shù)進(jìn)行建筑設(shè)計，可以建立統(tǒng)一的模型，提高設(shè)計的準(zhǔn)確性，使設(shè)計問題得到全面的優(yōu)化，因此，應(yīng)用BIM技術(shù)建立建筑模型已經(jīng)成為建筑設(shè)計的重要基礎(chǔ)。但是BIM技術(shù)也存在無法準(zhǔn)確展現(xiàn)不同建筑距離的問題，受此因素影響很容易影響人們對建筑物參數(shù)的判斷，難以滿足人們對建筑物品質(zhì)的于要求。而運用GIS技術(shù)建立模型，可以準(zhǔn)確展現(xiàn)建筑的外形和位置信息，所以將BIM與GIS融合進(jìn)行應(yīng)用逐漸受到人們的廣泛關(guān)注和重視。

1 工程案例

本文以某工程為例，該項目全長18.9千米，雙向6車道，路面層內(nèi)采用了雙向連續(xù)混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)。該工程發(fā)揮現(xiàn)代技術(shù)優(yōu)勢，充分運用BIM技術(shù)建立如圖1所示的實景建模效果圖，對建筑物及其周圍邊境進(jìn)行全面的分析，并建立規(guī)范的建筑設(shè)計方案。

圖1 實景建模效果圖

2 BIM與GIS的融合

將BIM與GIS進(jìn)行融合，可以使兩個領(lǐng)域中的信息進(jìn)行緊密的融合，達(dá)到及時共享的目的。BIM軟件與GIS標(biāo)準(zhǔn)具有明顯的不同，該標(biāo)準(zhǔn)并沒有對建筑物細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的描述。隨著GIS標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，該標(biāo)準(zhǔn)涵蓋的數(shù)據(jù)更加多元、詳細(xì)，并且已經(jīng)結(jié)合實際制定了全新的標(biāo)準(zhǔn)，逐漸開始開始實行。在這一標(biāo)準(zhǔn)的影響下，BIM與GIS進(jìn)行了緊密的融合[1]。

CityGML可以對城市與地域之間的關(guān)系進(jìn)行全面的梳理，并對目標(biāo)的外觀和幾何等屬性進(jìn)行分析和考慮。其不僅與圖形交換格式具有緊密的聯(lián)系，同時也可以在多種不同城市模型中進(jìn)行應(yīng)用，以提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。作為一種融合性較強(qiáng)的技術(shù)手段，其可以通過建立細(xì)節(jié)層次模型對三維城市的元素進(jìn)行深入的分析[2]。

其中，LODO層是2.5維的數(shù)字地形模型，與影像圖相疊加；第一層為城市街區(qū)模式，可以對樓塊平面信息進(jìn)行分析；而第二層可以對建筑外觀和植被對象等進(jìn)行描述；第三層主要涉及到建筑結(jié)構(gòu)方面，可以對建筑及其周邊交通環(huán)境進(jìn)行描述；第四層可以詳細(xì)描述建筑內(nèi)部的所有信息，使設(shè)計人員對建筑有整體性的了解。

通過BIM建立的建筑物數(shù)據(jù)可以為建筑設(shè)計提供準(zhǔn)確的依據(jù)，并通過不同程序的轉(zhuǎn)換，使其成為符合對象的屬性信息，從而完成數(shù)據(jù)的處理，為BIM與GIS融合提供穩(wěn)定的基礎(chǔ)[3]。

3 BIM與GIS融合在城市建筑設(shè)計中的應(yīng)用

BIM與GIS融合后，可以進(jìn)一步提高城市建筑設(shè)計效果，使設(shè)計更加精準(zhǔn)、快速，具體體現(xiàn)在多方面。以下對其進(jìn)行細(xì)致的分析。

3.1 建筑密度與容積率的計算

建筑密度與容積率是城市建筑設(shè)計中最為關(guān)鍵的兩個因素，對于建設(shè)者來說容積率直接決定建筑所占的比例，而對于客戶來說容積率直接影響居住的舒適感受，一個良好的建筑對于容積率有著非常嚴(yán)格的要求，其建筑密度一般不能超過50%。

通過三維測量可以得到明確的數(shù)據(jù)，為建筑密度與容積率計算提供準(zhǔn)確的依據(jù)，使建筑不同空間面積得到合理的利用。在BIM與GIS融合后，可以建立三維空間地理信息系統(tǒng)中，為測量工作開展提供便利，同時可以對存在的問題進(jìn)行有效的解決，例如測量距離，只需要點擊兩個端點，就可以直接顯示，減少了以往測量的煩瑣性，花費時間較少，在進(jìn)行面積測量時通過點擊各頂點，就可以準(zhǔn)確計算該區(qū)域的面積[4]。

3.2 日照分析

通過日照分析，可以使城市建筑設(shè)計與建筑方面的各項要求相統(tǒng)一，避免建筑在建設(shè)完成后影響光線。建筑日照分析會受到氣候區(qū)域、建筑形態(tài)方面的影響，在日照分析時需要對不同季節(jié)、不同位置的太陽照射情況進(jìn)行分析，日照情況對建筑物的高度和體積等都會產(chǎn)生影響，只有準(zhǔn)確計算建筑物的日照時間，在實踐中進(jìn)行準(zhǔn)確的估算，才能使建筑保持合理的間距，提高土地資源的利用效率，如果間距不合理，將會與日照法規(guī)出現(xiàn)差異，引發(fā)賠償問題[5]。

在BIM與GIS融合的三維空間地理信息系統(tǒng)中，可以充分利用BIM技術(shù)的優(yōu)勢，仿真模擬日常情況。通過城市數(shù)字三維模型，可以以形象化的方式展示日照的整個過程，并對建筑遮擋情況進(jìn)行科學(xué)的分析[6]。通過建筑物陰影情況，可以獲取完整的遮擋信息，進(jìn)一步判斷建筑物距離的合理性，保證建筑物規(guī)劃設(shè)計的準(zhǔn)確性提供參考。

3.3 通視分析

在城市建筑規(guī)劃設(shè)計中，為了避免對周圍環(huán)境造成破壞，提高景觀的美觀性，需要合理控制周圍建筑物的高度。只有對周邊建筑物進(jìn)行分析，才能保證城市建筑與周邊建筑物高度保持協(xié)調(diào)。同時，分析就是以某一點作為觀察，對某一區(qū)域的通視情況進(jìn)行科學(xué)的分析[7]。通過透視分析，可以對建筑物的待定位置與高度進(jìn)行確定。同時，在分析時需要將建筑物與周邊環(huán)境進(jìn)行緊密的結(jié)合，綜合性的分析。在BIM與GIS融合的三維空間地理信息系統(tǒng)中，也可以對其進(jìn)行比較。為了提高分析的準(zhǔn)確性，需要將BIM與GIS進(jìn)行緊密的融合，并建立統(tǒng)一的模型，全面檢查通視結(jié)果的準(zhǔn)確性，并深入進(jìn)行分析和研究，以不同顏色代表不同的區(qū)域。

3.4 建筑設(shè)計方案對比分析

好的設(shè)計方案需要花費大量的時間，從多方面滿足總體規(guī)劃與建設(shè)方面的要求，并對不同方案進(jìn)行比較和分析，從中選擇最為合理的設(shè)計方案。以往進(jìn)行方案設(shè)計需要在二維平面中進(jìn)行，二維平面空間有限，建筑物空間信息不能準(zhǔn)確展示。在BIM與GIS融合系統(tǒng)中，可以使設(shè)計方案涵蓋更加廣泛的信息，并科學(xué)計算建筑密度與容積率。通過不同方面的分析為專家設(shè)計方案提供準(zhǔn)確的依據(jù)，從而對比分析出最為合理的方案，通過BIM技術(shù)建立模型，可以準(zhǔn)確展示建筑物的實際信息，并對建筑物的變化情況進(jìn)行分析，模擬設(shè)計方面的要求，對設(shè)計合理性進(jìn)行檢驗，避免設(shè)計不合理影響城市建筑的順利施工。

采用無人機(jī)加實景建模，可以對建筑周邊環(huán)境與地形地貌進(jìn)行還原，保證周邊環(huán)境與地形地貌的真實性，與后期三維模型相結(jié)合，可以對不同方案存在的問題有及時的了解，全面改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計方案中存在的問題，具體如圖2所示。

圖2 實物模型真實還原現(xiàn)狀

3.5 控制建筑空間信息成本

BIM技術(shù)可以準(zhǔn)確展示建筑物的所有信息，是城市建筑的微觀個體。GIS則可以從整體方面對城市基礎(chǔ)設(shè)施、建筑外部信息等進(jìn)行明確的管理，BIM與GIS技術(shù)融合可以為城市建筑物發(fā)展提供重要的支持。

BIM與GIS集成可以充分利用三維模型，為建筑設(shè)計提供數(shù)據(jù)方面的支持。由于城市建筑類型比較多元化，如果只是以航測進(jìn)行拍攝，后期煩瑣性較強(qiáng)，如果采用雷達(dá)進(jìn)行掃描，不僅需要花費大量的時間，成本也比較高。同時建筑模型無法對室內(nèi)信息進(jìn)行模擬和分析，而通過BIM技術(shù)可以在三維空間建立模型，對地下管線情況進(jìn)行全面的展示，獲取詳細(xì)的內(nèi)部空間信息，并及時分享和傳遞信息，使設(shè)計人員可以根據(jù)信息合理布線。在三維GIS分析中進(jìn)行應(yīng)用，可以合理控制建筑空間信息成本，避免建筑空間信息獲取花費較多的時間，增加投入資金。

3.6 建筑選址、施工中進(jìn)行應(yīng)用

通過集成應(yīng)用，可以充分發(fā)揮兩種技術(shù)的優(yōu)勢。在項目決策階段，通過兩種技術(shù)的融合，可以為決策者提供準(zhǔn)確的依據(jù)，使決策者可以對場地使用條件等信息有清晰的了解，準(zhǔn)確選擇城市建筑的位置。在建筑施工階段，可以及時了解設(shè)備運行情況，保證設(shè)備的穩(wěn)定性能。從城市建筑設(shè)計需求出發(fā)，以BIM工作方法為基礎(chǔ)，從設(shè)計到施工等不同階段進(jìn)行全壽命周期計劃。在設(shè)計階段合理安排建筑結(jié)構(gòu)、水電等進(jìn)出線路，解決協(xié)作設(shè)計方面的問題。在施工階段，設(shè)備購買和施工進(jìn)度安排等，建立每日施工模型，對施工情況進(jìn)行全范圍的監(jiān)控，遠(yuǎn)程控制，保持施工的協(xié)調(diào)性，使施工風(fēng)險因素可以及時規(guī)避和發(fā)現(xiàn)，避免施工成本的增加。

排水供電是城市建筑設(shè)計可以運行的重要基礎(chǔ)，對建筑安全產(chǎn)生直接影響，為了提高建筑的美觀和安全性，需要合理布設(shè)管線。管線的合理布置可以為排水系統(tǒng)提供有力的支撐。以往管線設(shè)計需要在二維平面中進(jìn)行，設(shè)計師很難對設(shè)計管線存在的問題有所了解，無法準(zhǔn)確估計成本，導(dǎo)致建筑設(shè)計效果，始終不理想。BIM技術(shù)在協(xié)同設(shè)計、管道綜合等方面都具有重要的優(yōu)勢。通過建立統(tǒng)一的模型，可以使建筑設(shè)計工作更加簡單，強(qiáng)化協(xié)同的有效性。使排水系統(tǒng)設(shè)計人員可以根據(jù)正確的修改意見，合理優(yōu)化設(shè)計，提高協(xié)同設(shè)計質(zhì)量。

4 結(jié)束語

綜上所述，在BIM與GIS融合的過程中，可以建立穩(wěn)定的集成系統(tǒng)，通過 系統(tǒng)的三維測量模塊可以對建筑面積進(jìn)行準(zhǔn)確的計算，保證各項建筑設(shè)計參數(shù)的準(zhǔn)確性。通過日照分析可以對建筑物受日照的情況有清晰的了解；也可以對建筑設(shè)計方案進(jìn)行比較，從中選擇最為合理的方案進(jìn)行建設(shè)。所以，也可以說BIM與GIS融合系統(tǒng)內(nèi)可以對城市建設(shè)設(shè)計提供輔助。