基于BIM-GIS技術(shù)融合的智慧校園建設(shè)

舒菁英

高校是為企業(yè)和社會(huì)輸送人才的，2010年IBM正式提出“智慧城市”的愿景。根據(jù)《“十三五”智慧城市總體規(guī)劃（2016～2020）》統(tǒng)計(jì)，全國(guó)69%以上的地級(jí)城市要建設(shè)智慧城市。“智慧校園”既是“智慧城市”的縮影，又是“智慧城市”的子系統(tǒng)之一，是由相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)性的建筑物或建筑群體組成，并利用先進(jìn)的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)整合系統(tǒng)的方式來(lái)運(yùn)行。人們對(duì)于三維場(chǎng)景的需求日益增加，如何使用信息系統(tǒng)更好地為人們的生活服務(wù)是當(dāng)今亟需解決的問(wèn)題。校園的可視化及智慧校園的建設(shè)已經(jīng)成為必不可擋的趨勢(shì)。智慧校園的建設(shè)，既可以提高教學(xué)管理水平，又可以促進(jìn)教育事業(yè)的發(fā)展，具有十分重要的意義。用于智慧校園建模的Revit軟件由Autodesk公司開發(fā)，在建筑領(lǐng)域運(yùn)用極為廣泛，具有可視化的功能。該軟件具有操作簡(jiǎn)便、材質(zhì)豐富、自帶多種族庫(kù)等功能，可以進(jìn)行渲染和制作漫游動(dòng)畫，是目前國(guó)內(nèi)外用于建筑建模的主流軟件。該軟件還可以實(shí)現(xiàn)工作共享，整個(gè)課題團(tuán)隊(duì)可以共享一個(gè)建筑信息模型。ArcGIS可以制作地圖、管理空間數(shù)據(jù)、分析空間、整合信息等功能。

一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀。李平則（2018年）以高校、教師業(yè)績(jī)、學(xué)生成長(zhǎng)檔案管理平臺(tái)為基礎(chǔ)，探討智慧校園的建設(shè)。從信息化、智能化和人性化探討校園管理，從教育屬性的視角探究智慧校園的管理機(jī)制。王娟、孫妮（2018年）通過(guò)Citespace等工具分析發(fā)現(xiàn)，目前校園卡、數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、無(wú)線傳感設(shè)備等技術(shù)是國(guó)內(nèi)智慧校園的聚焦點(diǎn)，主要是在物理層面。

2.國(guó)外研究現(xiàn)狀。智慧城市是運(yùn)用高度發(fā)展的信息技術(shù)來(lái)整合與運(yùn)用信息資源，它包含智慧信息、智慧工業(yè)、智慧服務(wù)、智慧管理以及智慧生活（Kim等，2017年）。Renata（2017年）研究了歐洲的兩座智慧城市：阿姆斯特丹與熱那亞。前者第一個(gè)全面推行智慧城市，后者擁有歐洲最多數(shù)目的智慧城市項(xiàng)目并致力于整合這些項(xiàng)目。日本面臨著人口老齡化，疾病纏繞以及能源過(guò)度依賴等問(wèn)題，亟須一種方式最佳的城市規(guī)劃方式來(lái)整合所有的部門。智慧城市具有高度發(fā)展的信息及交流技術(shù)，有望可以解決城市規(guī)劃發(fā)展的問(wèn)題?；贐IM～GIS的技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)最佳的城市能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。（Shinji等，2017年）

二、智慧校園實(shí)現(xiàn)的技術(shù)流程

智慧校園的構(gòu)建，校園三維建模時(shí)關(guān)鍵。三維建模是智慧校園的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)校園可視化的前提。通過(guò)建立三維校園，可以呈現(xiàn)較為真實(shí)的校園場(chǎng)景。三維校園的核心是獲取建筑信息，信息的詳細(xì)程度將影響智慧校園的可視化狀況。

本研究在獲取CAD底圖的基礎(chǔ)上，運(yùn)用BIM主流軟件Revit進(jìn)行校園三維模型的建設(shè)，將BIM模型導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)輕量化，再運(yùn)用Arcgis將建筑模型串聯(lián)起來(lái)，形成一個(gè)整體。

基于BIM～GIS的智慧校園，將有效集成存儲(chǔ)資料，為師生與訪客提供一個(gè)全面的智能感知空間，對(duì)校園建筑進(jìn)行可視化定位及提供信息查詢服務(wù)。

數(shù)據(jù)是三維建模的基礎(chǔ)，校園建筑的三維模型是建立在材質(zhì)、尺寸等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上的。數(shù)據(jù)的精確度將影響模型建立的準(zhǔn)確度。在智慧校園模型建立過(guò)程，涉及的數(shù)據(jù)主要有：（1）總平面圖：本論文采用1：1500的總平面圖;（2）校園建筑物的材質(zhì)、尺寸等數(shù)據(jù)。

三、利用Revit對(duì)校園建筑進(jìn)行三維建模

智慧校園三維建模的步驟包括以下幾個(gè)部分：導(dǎo)入CAD底圖，完成三維模型建立，導(dǎo)出模型，實(shí)現(xiàn)模型輕量化。本論文采用1：500的各建筑平面圖、立面圖以及剖面圖。

1.導(dǎo)入底圖數(shù)據(jù)。建筑物是智慧校園構(gòu)建的基礎(chǔ)，首先需要將各建筑物的CAD底圖數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入到Revit當(dāng)中。導(dǎo)入前，將單位設(shè)置為米，這樣可以保證Revit建模與CAD圖紙的單位保持一致。其次是道路、草地、水池等建筑環(huán)境的底圖數(shù)據(jù)，并且賦予材質(zhì)信息。

2.三維實(shí)體建模。運(yùn)用Revit軟件建模過(guò)程中，可以先創(chuàng)建標(biāo)高與軸網(wǎng)，再在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建墻體、樓板、屋面以及門窗等構(gòu)件;也可以先建立概念體量模型，再根據(jù)概念體量生成標(biāo)高、墻體、門窗、樓板等三維構(gòu)件模型，最后再加軸網(wǎng)、尺寸標(biāo)注等注釋信息，完成整個(gè)項(xiàng)目。兩種方法異曲同工，本研究是以第一種對(duì)智慧校園建筑物進(jìn)行建模，這也符合國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)建筑物建模的繪制流程。

在建模過(guò)程中，各類門窗、散水以及臺(tái)階需要單獨(dú)建族。以推拉窗族為例，選擇Revit族庫(kù)中自帶的公制窗樣板文件，繪制外部窗框輪廓再進(jìn)行拉伸，以及玻璃的繪制和拉伸，并定義窗框以及玻璃的材質(zhì)。

通過(guò)BIM技術(shù)將該學(xué)校的建筑空間信息，包括結(jié)構(gòu)、設(shè)備、面積、體積、空間劃分等信息整合到Revit三維模型中。通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行漫游、相機(jī)以及查詢屬性信息等操作，可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地查看實(shí)體三維模型信息。

四、三維模型與GIS平臺(tái)的融合

智慧校園的實(shí)現(xiàn)須依據(jù)Arcgis的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)瀏覽、查詢等功能。校園三維場(chǎng)景建完后，將其導(dǎo)入到ArcGIS中，實(shí)現(xiàn)室外大環(huán)境與室內(nèi)精細(xì)環(huán)境的統(tǒng)一，從而建立智慧校園的智能平臺(tái)，使之能夠進(jìn)行空間分析、空間查詢以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

1.打造智能空間。 為學(xué)校的老師、學(xué)生以及來(lái)訪的客人提供一個(gè)全面的可感知得智能空間，對(duì)校園建筑進(jìn)行可視化定位及提供信息查詢服務(wù)。在BIM～GIS融合中看到的校園，不是一個(gè)平面圖形，而是可以進(jìn)入建筑體內(nèi)參觀的，了解內(nèi)部空間構(gòu)造。比如，在查閱報(bào)考信息時(shí)，考生可以通過(guò)BIM～GIS搭建的智慧校園平臺(tái)，感知校園環(huán)境，為填報(bào)志愿做準(zhǔn)備。入學(xué)后，可以通過(guò)該平臺(tái)查閱教學(xué)樓、圖書館地導(dǎo)航路線，更好地融入校園生活。

2.實(shí)現(xiàn)智能管理。運(yùn)用BIM與GIS技術(shù)，可以把校園建筑物、道路、設(shè)備等信息融合在一起，創(chuàng)建面向?qū)W生、教師、校園管理者的服務(wù)系統(tǒng)，服務(wù)系統(tǒng)圍繞運(yùn)營(yíng)管理、基礎(chǔ)設(shè)施以及物業(yè)管理而開展。通過(guò)數(shù)據(jù)集成，可以使得各個(gè)部門在同一平臺(tái)上分工協(xié)作，實(shí)現(xiàn)智能管理。校園智能管理包括市政、樓宇、應(yīng)急管理等。點(diǎn)擊任意一個(gè)子功能，系統(tǒng)將會(huì)定位其中的設(shè)施位置，并顯示相關(guān)信息，查看實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面等實(shí)時(shí)信息。同時(shí)，通過(guò)綜合服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)學(xué)校與外部環(huán)境的智能交流。

3.能夠智能交流。通過(guò)BIM與GIS技術(shù)的構(gòu)建的系統(tǒng)，形成交流平臺(tái)。通過(guò)這一平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)部門之間以及校內(nèi)外的有效溝通。

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)ArcGIS軟件與Revit軟件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了湖南某高校的校園場(chǎng)景的可視化。通過(guò)虛擬構(gòu)建智慧校園，實(shí)現(xiàn)了地理數(shù)據(jù)與建筑信息的統(tǒng)一，可以直觀地展現(xiàn)校園場(chǎng)景，還能查詢信息，提高辦事效率，有助于校園地運(yùn)維管理。本文在智慧校園三維模型構(gòu)建過(guò)程中，再運(yùn)用Revit軟件建模。再將BIM模型導(dǎo)入ArcGis中，從而實(shí)現(xiàn)了BIM與GIS的技術(shù)融合。系統(tǒng)的開發(fā)，可以為校園管理者、師生以及外來(lái)參觀與辦事人員進(jìn)行服務(wù)。[湖南省教育廳課題：基于BIM-GIS技術(shù)融合的智慧校園建設(shè)探討（課題編號(hào)：18C1423）]