BIM+GIS一体化助力CIM发展
来源丨 刘燕、金珊珊（北京建筑大学）
转载丨 城市信息模型CIM
【摘要】随着我国城市建设能力和水平的提升，城市管理的海量数据和业务需求的推动，“智慧城市”的概念逐渐在我国发展开来，而BIM、GIS、IOT等CIM核心技术要素的诞生为搭建基于CIM的智慧城市平台奠定了坚实的基础，进一步深入推进了我国智慧城市的建设发展。本文介绍了GIS、BIM相关概念及二者之间的关系，论述了BIM+GIS一体化的具体应用方向，以期为我国城市建设整合资源，提升城市服务水平，迈向智慧化探索新路径。
【关键词】智慧城市；CIM；BIM；GIS；IOT
1.GIS、BIM、CIM相关概念
CIM(City Information Modeling，城市信息模型 )，与BIM概念相对应，它将作用对象从单个建筑物或项目群扩大到整个城市，是对城市各要素及其时间、空间信息的数字化表达。从技术层面讲，城市信息模型是大场景GIS+小场景BIM+IOT的有机综合体。BIM与GIS可以在大范围的自然环境里提供不同尺度的建筑对象可视化，而 IOT可以将实时的信息流反馈到数字模型当中，使CIM平台呈现客观世界所有的状态，即我们经常说到的“数字孪生” 概念。
（1）GIS在CIM中的应用
GIS( Geographic Information System或Geo-Information system，地理信息系统 ) 是基于对实际的地理情况的信息采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述所建立的空间信息系统。该技术拥有强大的空间分析能力与数据管理能力，能够很好地展示建筑物与其外部环境的空间信息，存储海量三维地理空间数据。但GIS缺乏对于建筑物内部的高精度表达，不能准确反映微观建筑的内部信息。
（2）BIM在CIM中的应用
而BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型），则是针对建筑物实体与其 功能特性的数字化表达，贯穿于工程项目策划、设计、实施、运营全生命周期。如果将城市信息模型比作人的机体，那么BIM就是机体中的细胞。它能在三维数字的基础上将建筑物的内外部信息精细、准确的呈现出来，但其支持空间范围小，在结合建筑物与地理环境进行展示上存在缺陷，也不具备GIS技术的强大数据管理能力。
我们可以明确看出，没有地理信息系统，建筑信息模型成为“空中楼阁”；离开建筑信息模型，地理信息系统止步建筑之外。BIM用于存储一个个微观建筑物或项目群的点信息，GIS则存储从城市地理空间到城市运行脉络的一系列面信息。因此BIM与GIS是点和面、宏观与微观的关系，二者在CIM技术中各司其职，优势互补，再结合物联网技术，建立起了一个附着着海量动态数据的虚拟城市模型，实现 1+1>2 的效果。城市信息模型不仅仅是外表相似的三维模型和实时运行数据，更要展示隐含在背后城市运行脉络，即数据服务于业务而非服务于感官。
2.BIM+GIS一体化的CIM平台应用
2.1 BIM+GIS使城市管理集约高效
（1）工程建设项目审批
传统的城市管理体系往往以不同的角度来解析城市管理，这些管理业务又被分配给多个不同职权部门，往往会出现信息孤岛、重复工作等情况，不利于我国构建互联互通、融合集成的城市管理机制。
2019年国务院发布《国务院办公厅关于全面开展工程建设项目审批制度改革的实施意见（国办发〔2019〕11 号）》，其中明确提出要统一信息数据平台 ；地方工程建设项目审批管理系统要具备“多规合一” 业务协同、在线并联审批、统计分析、监督管理等功能，在“一张蓝图”基础上开展审批。
BIM+GIS的一体化解决方案即保留了BIM技术的协同性、可视化等优势，又将GIS的大场景地理空间元素引入，共同构建出一个包含各精度层级的城市甚至地区级信息共享云平台，实现各方并联式审批和监管等业务功能，全面提升城市空间利用价值。
（2）城市存量规划
目前我国部分城市发展已经渐渐开始由增量向存量转变。通过城市更新等手段促进城市功能优化调整的存量规划 , 目前日益受到城市管理者的重视。相比于增量规划，存量规划需考虑的城市信息更加复杂，需要准确的评估、详细的数据。基于BIM+GIS+IOT的CIM平台而形成的数字孪生城市能够充分还原客观城市，反映土地、人口、建筑以及相关产权信息。此外 存量规划涉及的权利相关方众多，需要政府和各个市场参与主体共同协商、共担责任、共享利益。而BIM与GIS的一体化平台即可实现各方共商、数据共享，提高规划水平与规划效率。
2.2 BIM+GIS为工程建设领域带来技术革新
集成BIM+GIS技术，在工程项目生命周期的各个阶段都发挥着重要的作用。在前期决策阶段，BIM+GIS一体化平台使得项目能够以现实环境为背景，从而为社会、 经济、环境等因素的评估提供大量数据，大大提升决策准确度和城市规划水平。在项目设计阶段，与以往的各方设计人员脱离外部地理空间进行设计相比，在BIM+GIS一体化平台中的设计坐标系与城市坐标系完全一致，那么建筑物的城市位置就是精确无误的。此外各专业设计人员还可以基于真实的环境参考协调共商，降低设计和后期建造过程中的风险。在项目实施阶段，运用地理空间数据可以完善物流调度，以缩短工期和减少资源浪费，提高施工效率。在项目运营阶段，一体化平台可以实时监控资产情况，在项目维护、故障预测等方面发挥重要作用。在项目全生命周期内，无论身处何地，城市管理方和项目建设方都能管理存储于云端的数据并重复获取或利用这些信息，无需数据转换。
2.3 BIM+GIS 让城市生活更美好
当然，BIM+GIS一体化方案不止于仅将政府和建设企业作为服务对象，它还在于为人们提供更好的生活和生活环境。
例如，随着我国工程设计、建造水平的不断提升，体量庞大、内部结构复杂的大型公共建筑越来越多，如果标识不够清晰，人们往往会在建筑物内部迷失方向， 在危机状况下逃生困难。相较于完善的室外导航系统，室内导航系统还不够成熟，大多数停留在二维电子地图甚至仅有平面 示意图的阶段。BIM与GIS的结合很好地为完善的室内外导航系统提供了技术支持。当城市交通模型与建筑物模型平滑衔接， 人们在室外导航下到达目标建筑物并进入建筑物内部，即可在模拟三维情景的导航指示下到达最终目标地点，比如医院中的科室、校园中的教室、商城里的店面等等。完整的室内外三维导航系统便利了人们的生活，节约大量时间，提高了人们的办事效率。此外还可利用BIM+GIS完整的导航系统进行应急疏散和城市救援、物资输送路线模拟，帮助安全管理者制定应急疏散方案，把握应急疏散黄金时间。
BIM+GIS一体化的CIM平台可以应用于城市业务的方方面面、服务于人们生产 生活的点点滴滴，如智慧园区、智慧经济、 智慧服务等等。
图 1 智慧化城市发展阶段
3. 结论
图1所示为我国智慧化城市发展阶段。如图所示，我国城市智慧化进程正滞留于数字化向智能化迈进的阶段。由于智慧城市概念过于宽泛，体系过于庞杂，因此智慧城市的建设无法一蹴而就。而BIM+GIS一体化的CIM平台则是我国向智慧化城市迈进的重要切入面和技术支撑。
城市是一个多种要素组合关联的复杂生态系统，要实现城市的可持续发展需要新技术、新思维与城市现代化发展深度融合，创造出更多智慧管理的方法与手段。BIM+GIS不仅仅是一个承载应用的容器，更是无数新思路、新技术、新创造的底层支持平台，必将与城市共同升级，促进城市发展。
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