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GIS与BIM集成在城市建筑规划中的应用研究_王玲莉

2017-11-26 8页 doc 22KB 52阅读

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GIS与BIM集成在城市建筑规划中的应用研究_王玲莉GIS与BIM集成在城市建筑规划中的应用研究_王玲莉 GIS与BIM集成在城市建筑规划中的应用研究 王玲莉1,戴晨光1,马?瑞1 (1.信息工程大学 地理空间信息学院,河南 郑州 450052) 摘?要:为提高城市建筑规划的质量与效率,在GIS系统中采用了BIM信息进行城市建筑规划,并在城市建筑空间分析上进行了一些实验。结果表明,这种将微观领域的BIM信息和宏观领域的GIS信息的相互操作,能够满足查询与分析空间信息的需要,是未来城市GIS的发展方向。关键词:GIS;BIM;城市建筑规划 中图分类号:P208 文献标...
GIS与BIM集成在城市建筑规划中的应用研究_王玲莉
GIS与BIM集成在城市建筑规划中的应用研究_王玲莉 GIS与BIM集成在城市建筑规划中的应用研究 王玲莉1,戴晨光1,马?瑞1 (1.信息大学 地理空间信息学院,河南 郑州 450052) 摘?要:为提高城市建筑规划的质量与效率,在GIS系统中采用了BIM信息进行城市建筑规划,并在城市建筑空间上进行了一些实验。结果明,这种将微观领域的BIM信息和宏观领域的GIS信息的相互操作,能够满足查询与分析空间信息的需要,是未来城市GIS的发展方向。关键词:GIS;BIM;城市建筑规划 中图分类号:P208 文献标志码:B 文章编号:1672-4623(2016)06-0075-04 建筑物是一座城市最基本的元素,是城市空间的实体部分。在现今灿烂的人类文化发展史上,城市建筑有着不可取代的位置。一方面体现城市功能的使用,另一方面又以实体的方式展现外在空间的呼应关系。城市建筑规划是城市规划的重要组成部分,合理健康的建筑规划是社会文明和发展的真实写照[1]。 GIS数据是空间信息的基础,集成了三维城市模型的信息,为庞大的城市建筑规划数据提供了有效的管理、存储和维护手段,很多城市空间管理系统都是基于GIS开发而成[2]。然而GIS一直以来致力于获取、保存、管理、分析以及真实呈现地理环境,透过三维建模技术——————————————————————————————————————————————— 展示建筑物外观以及地理位置,而对于建筑物内部信息、成本、承包商、设计变更等信息却无法进一步取得,致使很多人对GIS的认知仅停留在查看建筑物的空间信息、呈现建筑物外观、结合虚拟实景技术进行特定空间的导览等狭隘的应用。总体上讲,GIS是管理建筑物外部环境信息、用相关工具建立信息以及搭建GIS管理平台。 在城市建筑规划中,只对城市建筑物外部环境信息进行整合管理,会忽略掉很多影响建筑物规划的重要信息,GIS本身也无法整合和管理建筑物所有阶段的信息。BIM的出现弥补了这种不足。BIM(building information modeling)即建筑信息模型,是在三维技术的支持下进行建筑数据收录与展示的平台;是全寿命周期管理模式的成熟应用,帮助项目管理企业在管理建筑的过程中建立起完善的信息共享平台[3];是以建筑物的三维数字化为载体,以建筑物的全生命周期为主线,将建筑生产各个环节所需要的信息关联起来,形成的建筑信息集[4]。BIM不仅能用三维实景的方式 收稿日期:2015-11-10。项目来源:国家自然科学基金资助项目(41271450,41471336)。 整合建筑物的图形、非图形信息,还可以建立信息模型,减少信息在建筑各阶段传递过程中的流失。 BIM和GIS整合已逐渐成为业内的焦点。在建筑领域,建筑从设计到施工产生大量的信息,特别是建筑设计三维模型,包含了建筑详细的空间信息,各种信息集合在一起形成BIM。而在三维GIS领域,主要研究如何对城市建筑物三维建模,获得建筑的详细空间信息。BIM——————————————————————————————————————————————— 和GIS的融合首先要解决的是两个领域的数据共享问题。市场中大多数BIM软件支持IFC,提供IFC标准的数据接口,形成统一数据模型的建筑产品,以IFC标准格式的数据流通。IFC标准数据文件有很好的平台无关性,是一种中性的数据文件,具有很好的自描述能力,不会因为软件系统的废弃而造成信息流失。三维GIS使用的是CityGML,CityGML主要用来表现城市三维对象的通用信息,它对道路、建筑、水域、植被、绿地等的描述进行了定义,但该标准对建筑物的细节描述十分有限。因此需要在CityGML中兼容IFC提供的准确、详细的细节数据[5]。在2009年,CityGML新的扩展,即GeoBIM作为标准开始实行,通过GeoBIM,IFC的数据就可以进入CityGML中,从而促进了BIM与GIS的融合。 BIM和GIS融合后的应用很广阔,如国土安全、室内导航、三维城市建模、市政模拟和资产管理等诸多领域。BIM在国内应用很少,行业内应该关注BIM和GIS结合所带来的各种好处,如思路的转变、成本的降低以及效率的提高。本文验证了BIM和GIS融合助力城市建筑规划应用的可行性,首先介绍了三维建模的方法,然后讲述了在研究过程中已经实现的成果, ?76?地理空间信息第14卷第6期 例如在城市建筑的三维测量、日照分析、通视分析以及建筑规划对比分析等方面的应用。 2?GIS与BIM集成助力城市建筑规划 BIM有相应的工具来生产和管理建筑模型信息,GIS是用相关专——————————————————————————————————————————————— 业工具收集建筑物模型信息来构建平台。BIM面向的对象明确,数量有限,管理室内信息有一定的优势。不是任何时候都需要GIS与BIM的融合,比如研究建筑物里的人群购物是否便利,周边环境发生自然灾害时GIS无需BIM的任何信息;如果建立虚拟景观三维系统,BIM的可视化模型信息就有很大的作用。随着智慧城市技术的快速发展,很多人理解智慧城市仅仅是根据使用目的建立不同的GIS系统,但事实上不管是数字城市还是智慧城市,只有GIS系统的参与不可能完成如此庞大的工程,必须借助BIM才能做到真正的城市智能化。 本文主要研究建筑物和周边环境的搭配效果是否能协调工作,如日照分析、通视分析、建筑物方案对比分析等;以及利用BIM的可视化、协调性、模拟性和优化性建立建筑物BIM可视化信息的三维GIS系统。在对建筑物进行管理的同时,还可利用计算机对空间建筑物进行测量。2.1?三维测量 三维测量主要是指量测空间距离、住宅间距、地块面积、建筑面积以及填挖方计算等。三维测量就是为这些面积、间距的设计提供合理的数据。在建筑物很密集、超高建筑很多的情况下,测量的难度会加大,而在GIS与BIM集成的三维空间地理信息系统中,三维测量可以很好地解决这个问题。在进行距离量测时,只需单击要测量线段的两个端点,三维实景窗口中就会显示出距离;在进行高度量测时,单击两个点就可知道该两点之间的高度;在进行角度量测时连续点击三个点,就可求出以第二个点为顶点的角度值;在进行面积量测时,连续单击测量区域的各个顶点,就可以求得该区域的面积。演示结果如——————————————————————————————————————————————— 图2所示。 1?利用BIM软件建立建筑物三维模型 城市建筑物类型各具特色,外型尺寸、颜色、纹理均不相同,还会遇到障碍物阻挡等问题。如果采用摄影测量的方法,后期需要大量人工贴图;如果是用价格昂贵的的激光雷达扫描,成本太高且生成的建筑物模型没有室内信息,三维建模的工作量非常大。通过BIM可以轻易得到建筑物的精确高度、外观尺寸以 及内部空间信息。综合BIM和GIS,先对建筑物进行建模,然后把建筑物空间信息与周围地理环境共享,应用到城市三维GIS中,极大地降低了建筑物空间信息成本。 本文使用的是BIM建筑软件Revit,由Autodesk公司开发,有助于设计、建造和维护质量更好、能效更高的建筑模型。在Revit模型中,所有的图纸、二维视图、三维视图、明细表都是同一个建筑模型数据库的信息表现形式。 模型建立是全过程的基础和核心,包含室内和室外2种,这2种模型表现重点不一样。室内模型由于空间范围较小,所以制作要求比较精细,非常注重一些小的造型细节;而室外造型相对来说比较粗糙一些,只需考虑重要部分的造型,次要部分可以只建立大致轮廓或直接使用贴图实现,这样可以提高模型实时显示速度,且不影响模型场景效果。 建模对象主要包括楼体、附属物和室内物体,因此建模的主要工作就是楼体建模、附属物建模和室内物体建模,建成后组合各对象模——————————————————————————————————————————————— 型,然后对场景进行渲染,生成真实感模型场景。模型完成后,还要对模型质量进行检查和控制,如果没有这个流程,就无法知道模型制作是否正确,是否能够在实际中使用。本文主要探讨建筑物模型,其他地物未做过多的处理,最后得到的三维模型场景如图1所示。 图2?三维测量 2.2?日照分析 图1?建筑物三维模型????? 日照对于建筑物室内的采光、取暖以及视觉都有 第14卷第6期 王玲莉等:GIS与BIM集成在城市建筑规划中的应用研究?77? 比较大的影响,日照分析主要是为了满足建筑容积、建筑间距等对指标的需求,防止遮挡光或者光污染等问题。日照分析主要包括4个方面:遮挡分析、单点分析、窗洞分析以及日照仿真分析。在日照分析中需要研究不同季节日照情况对建筑物的高度、体积等的影响,并且计算出建筑物的日照时间、阴影面积等数据,然后通过三维模型展示现实光影效果。在基于GIS与BIM的三维空间地理信息系统中,利用BIM的模拟性,先模拟设计出的建筑物模型,再模拟不能在真实世界中的操作,如日照分析。使用该系统对某点进行日照分析时,必须要知道太阳相对于该点的位置,太阳高 式 [6] 观周围的建筑都具有适当的尺度,从而保护了景点或景观的视觉——————————————————————————————————————————————— 效果。通视分析是以某一点为观察点,研究某一区域的通视情况。通视分析的基本内容有3 个,一是两点之间的可视性分析;二是可视域分析,即给定一个观察点,基于一定的相对高度,分析给定范围内观察点所能通视覆盖的区域;三是多点通视面积的交集计算,由被覆盖的可视面积反求待定位置与高度。 本文采用的通视性算法是基于大地坐标的通视性检查算法[7],是现有通视性检查算法的一种改进。该,视线在球面上的投T,T为检(x1,y1,z1)、(x2,TAB的地心惯性坐标,: (3) ;b=(y2-y1)coslatL ;R为地球半径;L为则判定不能通视;为: sin(Ab)=sin式中,β cos(Aa)分析效果。 图3?日照分析 2.3?通视分析 城市内的通视分析主要是为了对建筑物的高度进行控制,是城市空间结构研究的基本问题,科学合理的建筑物通视分析让城市中一些重要的景点和景 图4?通视分析 2.4?建筑设计方案对比分析 城市的建筑师们都希望自己的方案能够顺利通过 ?78?地理空间信息第14卷第6期 实施,但是在实际操作过程中,有很多地方需要反复修改,最初设计的方案和中标的方案往往大径相庭[8]。所以好的设计方案都是要——————————————————————————————————————————————— 经过多方位、多角度、多层次的分析对比,对总体规划、建设方造型要求、投资规模、建筑节能等多方面进行深入的分析,所以在设计时不要局限于一套设计方案,多个方案会有更强的竞争力与说服力。所以通过多方案对比来找出最佳方案显得尤为重要。以往,设计师们都是在二维图纸上展现自己的设计方案,由于二维平面的局限性,建筑物空间信息不能够得到很好的表达,建筑物的材质、 体现。在GIS武汉大道,地势比较平坦,高度差在4 m内,区域面积大约0.7 km2,主要地物有办公大楼、中小学、酒店、花园以及服务类的普通店面。利用上述方法建立实验区内的建筑物三维模型,在基于GIS与BIM集成的城市建筑物管理系统中对建筑物进行三维测量、日照分析、通视分析以及建筑设计方案对比分析。三维测量模块可以快速获取距离、角度以及面积等测量值,日照分析模块能够形象地显示建筑物受日照的情况,通视分析模块能够快速、准确地进行建筑物的可视性分析,建筑设计方案对比分析模块使建筑规划结果更具有说服力。以上结果验证了BIM与GIS的集成应用到与GIS与[J]. [J].测绘 [J].土 GIS数据集成:IFC与 [J].土木建筑工程信,1983 [J]. 计算机仿真.2008,25(11) 0228-04 [8] 李云飞,朱向梅,李雨蓓. 初探建筑设计方案对比研究[J]. ——————————————————————————————————————————————— 规划与设计.2012,26:366-367第一作者简介:王玲莉,硕士,研究方向为摄影测量与遥感。 3?实验分析 本文建立的模型是以长江水利委员会为中心的区域,周围分别是解放大道、黄浦路、永清路、建设大道、 ———————————————————————————————————————————————
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