BIM与GIS结合构建智慧城市及其应用梳理

1.什么是智慧城市?

依据城市化的水平,城市被划分为五代:第一代是原始城市,第二代是市区化城市,第三代是郊区化城市,第四代是网格化城市,第五代是智能网格化城市,也称作智慧城市。

智慧城市是城市发展的新阶段,其以网格化的传感器网络作为其神经末梢,形成自组织,自适应并具有进化能力的智慧生命体。现阶段智慧城市的初级阶段即数字城市,是城市在信息化发展阶段的重要目标。可以简单理解为运用信息管理和通信技术等手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息,通过软、硬件设备用于实现城市智慧式管理和运行,进而为城市中的人创造更美好的生活,促进城市的和谐、可持续发展。

2.BIM与GIS

BIM 是一个设施( 建设项目) 物理和功能特性的数字表达,它是一个共享的知识资源,是一个分享有关这个设施的信息,为该设施从建设到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程,在项目的不同阶段,不同利益相关方通过在 BIM 中插入、提取、更新和修改信息,以支持和反映其各自职责的协同作业。BIM技术就是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础进行建筑模型的建立。它具有可视化,协调性,模拟性,优化性和可出图五大特点。简单来说BIM就是建筑物的数字化信息模型,而BIM技术便是以这信息为基础开发数字模型并对项目进行设计、建造及运营管理的一项技术。

地理信息系统(Geographic Information System)是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统地理信息系统(GIS)技术是近些年迅速发展起来的一门空间信息分析技术,在资源与环境应用领域中,它发挥着技术先导的作用。

GIS技术不仅可以有效地管理具有空间属性的各种资源环境信息,对资源环境管理和实践模式进行快速和重复的分析测试,便于制定决策、进行科学和政策的标准评价,而且可以有效地对多时期的资源环境状况及生产活动变化进行动态监测和分析比较,明显地提高工作效率和经济效益,为解决资源环境问题及保障可持续发展提供技术支持。GIS是一种通过使用计算机获取大量地理信息并对其进行多样性处理的系统,而GIS技术则是通过这一系统的处理结果来解决实际问题的一种技术。

3.BIM与GIS的融合

BIM与GIS之间并无可替代性,而是更倾向于一种互补关系。GIS的出现为城市的智慧化发展奠定了基础,BIM的出现附着了城市建筑物的整体信息,两者的结合创建了一个附着了大量城市信息的虚拟城市模型,而这正是智慧城市的基础。总体来说,BIM是用来整合和管理建筑物本身所有阶段信息,GIS则是整合及管理建筑外部环境信息。把微观领域的BIM信息和宏观领域的GIS信息进行交换和结合,对实现智慧城市建设发挥了不可替代的作用。

基于GIS和BIM的集成和融合能给人类带来的价值将是巨大的,方向也是明确的。在国际范围内,各国的专家学者对智慧城市多持有乐观态度,大力倡导建设。基于BIM和GIS结合的智能城市将是一个成熟技术的融合,它还包含精准的城市三维建模,发达的城市传感网络,实时的城市人流监控,使城市中的人们的生活更加智能和便捷。从卫星遥感到地理信息,接着又从数字城市到智慧城市,随着科学技术的进步,我们的城市将越来越智能。

4.基于 BIM 和 GIS 结合的智能城市

在基于GIS和BIM的融合以后的应用领域非常广阔,包含一下几大方面:城市和景观规划、建筑设计和管理、旅游和休闲活动、环境模拟、热能传导模拟、灾害管理、三维导航等。

5.城市景观规划

运用GIS和BIM, 我们可以建立一个区域完整的城市系统模型, 模型中附着建筑和道路的详细信息,如:设计单位、施工单位、建设时间、使用时间、使用年限、建筑现状、建造材料、道路连接等。当道路出现损坏时, 我们可以快速从模型中找出这条路的信息,联系施工单位、材料供应商、相连通的道路,以便合理疏导交通流、尽快修好损坏路段,恢复交通。

在规划设计城市时,可以给设计好的规划建立模型,置入现状系统模型中,模拟城市车流、检测规划设计的合理性,根据模拟的结果优化规划设计。目前BIM技术在城市规划领域中已有广泛应用, 尤其是在轨道交通和桥梁方面,从设计到投入使用,BIM 贯穿项目的全生命周期,已取得良好的成效。

6.三维导航

现在行业中都想解决室内定位这一难题,但是大多关注的都是定位的手段,例如到底是WiFi还是蓝牙,是LFC还是NFC等等,但是室内定位的地图却一般都是建筑的二维电子图来生成的,甚至只是示意图; 室外的地图导航都开始真三维化了,室内导航还用二维线条。但是如果有BIM,那这一问题就能迎刃而解:通过BIM提供的建筑内部模型配合定位技术可以进行三维导航。

随着建筑设计和施工技术的发展,建筑造型各异,体量越来越大,建筑内部结构越来越复杂,人们的活动不是在室内就是在室外,在高层建筑、室内面积大的建筑中,特别是标识不够清晰明确的情况下,人们也比较容易迷失方向,尤其是在商场、活动中心、医院等地方,就算方向感很好的人想一下子搞清楚东南西北也是很不容易的,因此人们对于室内导航的需求不亚于室外导航。

然而现在为数不多的室内导航图也只是二维电子图,甚至只是示意图,用起来同样不是很方便, 而BIM与GIS结合,刚好能解决这个问题。成熟的三维 GIS 平台,已经支持物联网数据的接入,结合 BIM 建筑模型特点,可以轻松做到模拟真实情景定位,应用方面当然也很广,比如博物馆里寻找展厅、商场里寻找店面、医院里寻找科室、学校里寻找教室等。

7.消防管理

与传统的建筑消防安全管理相比,由于BIM模型的三维特性,可以直观显示建筑内部结构、消防位置布局和消防通道状态等,通过碰撞检查解决软冲突和硬冲突,促进不同专业的协同,通过火灾模拟和人员疏散模拟,为新型的建筑工程消防设计提供依据。

BIM模型包含项目全生命周期中各专业和各阶段的全部信息,不仅包括建筑构件,还包括丰富的族库以及自建族文件功能,可建立灭火器、火灾探测器、消防栓等消防设备,并且可提供该消防设备的各种参数信息,将消防信息整合到BIM模型中,可以制定相应的消防预案, 指导消防救援工作。在运维阶段,通过将 BIM 数据库整合到智能消防系统设计,与自动控制、传感器、计算机网络等技术相结合,通过系统平台实现主动防火功能和被动防火功能,以达到最佳的防火保护。

8.环境模拟

各种灾害安全工程的不断进步已经极大地减少了火灾事故和人员伤亡。尽管这是一个好消息,但是这种发展也导致了未曾遇见的问题:由于灾害事故不很频繁,消防官兵获得的实战经验正在减少。这导致了消防人员实战经验和火场指挥技能的降低。灾害环境模拟是解决技能退步的有效方法。

通过BIM和GIS的技术结合,综合运用计算3D建模技术、人工智能、声热光电等增强体感技术,构建出精确真实的VR全景的灾害场景,并通过VR眼镜、手柄及语音对话模式进行沉浸式人机交互演练,培养和锻炼消防官兵的安全意识和消防能力。同时,VR演练系统还结合当前互联网技术,实现多人团队演练,以场景式教学的模式提升消防群体应对突发性灾害的处置能力和安全素质。

9.建筑设计和管理

传统的施工现场安全监控主要是施工方单方面进行,安全事务的处理受管理者的经验影响较多,具有较大的片面性和局限性,不利于安全事务的处理。系统通过BIM技术、GIS技术、移动计算、物联网等手段,实现对建筑工程的精细化管理和对施工现场进度、安全、质量的监控。进度滞后时,查看项管和总包的周报和进度情况分析通过决策端的BIM模型查看进度情况,从设计阶段开始就整合业主、设计、施工等参与项目的多方进行协同安全分析、监控和处理,整合各方的管理资源,及时解决项目中出现的安全问题。各参与方都能通过BIM实时”查看”系统, 安全状态数据信息自动更新一览无余。

共畅GIS+BIM市场前景

随着建筑技术的不断发展和完善,欧美、日本、新加坡等发达国家将BIM(Building Information Model)技术广泛运用于建筑设计、施工以及维护阶段。我国建筑业正处在朝现代化、信息化、工业化不断转型升级的关键时期,BIM成为中国建筑业发展的必然选择。2018年1月1日起实施的住建部印发的国家标准《建筑信息模型施工应用标准》(编号:GB/T51235-2017),更是将BIM技术推上了高速发展的快车。

新时代的智慧城市会经历从规划、设计、建设、管理和运营的全生命周期,需要室内室外一体化、地上地下一体化管理,需要将宏观和微观相结合,需要将BIM的技术优势融入到城市建筑或构件的每一个细胞。BIM+GIS技术已占领未来智慧城市的技术制高点,成为全国各地多行业用户的应用热点,以及相关企事业单位的研发投入重点。

日前,BIM+GIS专题研讨会走进济南,来自浪潮软件股份有限公司、山东省交通规划设计院、山东高速信息工程有限公司、中铁工程设计院、山东省地矿工程勘察院等近40家山东省内从事BIM和GIS的科研机构、高校和企业的80余位中高层管理和技术人员汇聚一堂,共同探讨BIM+GIS技术在城市规划、道路交通、工程设计等领域的研究成果和应用前景。

中国航天建设集团华航环境发展有限公司智慧产业中心副总经理吴宝林作了《大型工程项目中BIM与GIS的融合》的报告,分享了中国航天建设集团在城市建设和环境管理中的成果和经验。在北京城市副中心项目中,BIM软件建立的工程设计、施工、运维等各阶段详细的资源库,都能够准确无损的与GIS平台对接,并基于GIS融合管廊模型、监测数据、管理数据等多源数据,实现整个工程的智能化、精细化管理。

山东同圆数字科技有限公司技术总监刘宁博士为大家分享了《BIM与GIS的技术融合研究与应用》的主题报告,以济南西客站片区项目、济南CBD项目为例,详细介绍了同圆在规划设计、城市建设、运维监管过程中,基于SuperMap GIS基础软件和BIM技术的融合,为三维可视化工程项目管理带来的创新应用。

中国机械工业第六设计研究院智能与信息工程中心科技研发部部长丁金听作了《BIM+GIS在工程建设管理中的应用》的报告,分享了中机六院在房屋建筑、工业园区、轨道交通等行业三位一体的BIM设计与验证、多方协作、工程管控、主要设备数据采集、竣工移交等方面的经验。

超图研究院三维研发中心产品经理李濛作了《新一代三维GIS技术与BIM结合应用》的报告,分享了BIM+GIS无缝融合的关键技术进展,如超图新一代三维产品在支持主流BIM软件(Revit、CATIA、Bentley)灵活接入、BIM数据轻量化、海量BIM数据承载、BIM与多源数据融合技术、无插件客户端等方面的技术突破。

会上,众多行业专家就BIM+GIS技术在多领域的相关研究成果和广泛应用,展开了热烈的讨论。经过多年发展,BIM与GIS技术融合日趋成熟,超图将发挥新一代三维GIS技术的优势,为山东区域内的合作伙伴提供商业化应用的技术支撑服务,携手合作伙伴共建良好的BIM+GIS产业生态,为用户提供更多有价值的应用。

本次研讨会由山东省建筑信息模型(BIM)技术应用联盟、山东省勘察设计协会特别支持,由中国地理信息产业协会云计算与物联网工作委员会、北京超图软件股份有限公司联合主办,超图软件豫鲁平台客户中心总经理王洋主持会议。

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