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摘要：BIM和GIS集成的应用领域非常广阔实现这两个概念和技术的集成将对城市的民用建筑和基础性设施的问题产生重大影响。但是由于BIM和GIS最初是为了不同的目的而开发的，因此在集成上遇到了很多挑战。通过对BIM和GIS的发展和不同之处的分析，归纳总结现阶段BIM和GIS集成的现状并介绍集成在建筑全生命周期的应用。
关键词：建筑信息模型；地理信息系统；IFC；CityGML；建筑全生命周期
0介绍
建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）作为一种全新的理念和技术正受到国内外学者和业界的广泛关注[1]。目前美国国家BIM标准（National Building Information Modeling Standard，NBIMS）给出了相对完整的定义[2]：建设项目的物理和功能特性的数字表示。地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是在计算机软硬件的支持下，对整个或者部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和扫描的技术系统[3]。
BIM包括非常丰富和详细的几何和语义视图的建筑信息，但是它不包括周围的环境信息。GIS能够在大空间尺度上基于室外环境的功能和物理空间关系来实现空间分析。然而它缺乏详细和全面的建筑信息数字储存库。BIM和GIS的集成系统能够在项目生命周期的各个阶段对信息进行有效的管理。任何空间和时间尺度的信息在这种系统中可用于不同的应用，有效管理来自于不同来源的信息可以为决策提供必要的支持。
BIM和GIS的集成能够给社会生产带来极大的益处，但是在BIM和GIS的集成中遇到了许多挑战。在BIM和GIS集成的早期，地理信息系统的用户试图集成BIM数据或CAD数据进入GIS系统，而BIM用户在BIM系统中使用空间信息。目前集成的解决方案变得更加中和。本文通过回顾了BIM和GIS集成的现状并介绍了集成在建筑全生命周期的应用。
1地理信息系统的发展
GIS的实质是以实测数据为基础的数据库，不仅具有非常好的数字化制图系统和空间查询等决策功能，还具有自身的数据库管理功能。在不同领域内被广泛与应用，包括测绘、资源管理、城乡规划、灾害监测、交通运输、水利水电等[4]。
地理信息系统的发展已接近40年，用户的需要、科技的进步等因素，三维GIS真正的实用起来。三维GIS通过三维空间坐标实现对现实世界的虚拟复现，但是城市立体结构越来越复杂，传统的测绘手段已经不能有效的采集到建筑物室内的信息。受到数据来源的制约三维GIS建模只是停留在具有简单的几何外观属性的表面模型。现阶段广泛采用的手工建模数据已经不能满足人们精细化的需求。为了将更多的精细化细节丰富到3D模型不同物体之间的空间关系需要被识别。此时BIM和GIS的集成就显示了其极大的优势。
2建筑信息建模
自2002年开始，工程建设行业开始使用BIM这一词汇，目前在美国、欧洲、日本等国家BIM的发展和应用已经达到了一定水平[5]。BIM是基于三维数字技术的数据模型，该模型包含了项目整个生命周期的基本设施设计和项目数据。具有两个独立系统和软件程序相互通信和转换数据的能力。
BIM支持透明的信息共享和管理，并在整个项目生命周期中为客户或用户提供交互式操作。BIM可以简单的设计和代表一个项目，还可以提供额外的维度来进行工程分析。如：从成本、进度、物流、可访问性、安全性、可持续性等，通过结合这些建筑业务功能工程分析可以在建筑设施生命周期的每个阶段进行。尽管BIM已经发展成为一个复杂的系统，实际上一栋建筑并没有被设计成独立于宏观建筑的微观项目。此外大规模的空间查询和定位是BIM的两大限制，因此广泛的建筑环境视图对于现代建筑管理中的数据管理至关重要。
3 BIM与GIS的集成
BIM和GIS的集成简单的说就是BIM与GIS之间的数据互操作。包括引入新标准，修订旧标准和转换翻译数据格式。新的标准和模式的引入可以从根本上解决集成的问题，因为它避免了两者之间的障碍。然而新的标准和模式只能从一个特定的角度中解决方案，如基础设施或室内空间。没有一个单一的标准能够涵盖整个地区的所有方面因为新的标准和模型的开发是一个非常耗时和耗费成本的过程。
城市地理标记语言（City Geography Markup Language，CityGML）是地理空间领域最为全面的地理信息交换标准[6]。CityGML 定义了城市和区域中最常见地物的类型及相互关系，兼顾地物的几何、拓扑、语义、外观等方面的属性且定义了LOD0－LOD4（Level of Development）共5个细节层次的信息模型，可以实现所有专题在不同尺度上的几何和语义信息表达。CityGML被定义为一个公共语义信息模型，可以有不同的程序共享。但是它主要是来构建现实世界所存在的信息并不适用与建筑生命全周期尤其是建筑的设计过程。工业基础类（Industry Foundation Class，IFC）是行业内最全面、最受欢迎的BIM交换格式旨在展示建筑背景。它是BIM建立的一个通用信息交换标准，并得到AEC行业中大多数BIM软件的支持[7]。BIM中的LOD概念代表了建筑生命周期各个阶段BIM模型的预期完备性，可以用来规范BIM模型的精度。LOD被定义为从建筑概念设计到竣工设计的五个层次。BIM和GIS的集成中IFC和CityGML需要匹配完全不同的LOD。但是从某些角度来看，两者的LOD具有很强的相关性并且在BIM中表示相同的东西，这为两者的集成提供了有利的条件。
IFC和CityGML是BIM和GIS领域最受欢迎和最具代表性的标准格式，分别作出大量的努力来转换、映射和扩展它们以使其兼容彼此。几何和语义层次是BIM和GIS集成的两个数据层次的子层次，几何层次更注重几何相关信息的转换，而语义层次更注重全属性信息的传递。BIM和GIS集成重点是在几何层面上实现几何变换，同时尽量减少或消除语义信息在语义层面上的错配。BIM和GIS的集成需要更多关注两种数据格式之间的信息流动，即它们之间的信息共享。
4.建筑项目全生命周期的应用
BIM和GIS的集成能够在建设项目的整个生命周期中得到充分应用。在可行性阶段，可以利用 GIS 分析工程建筑和周围水文、地质的三维关系，BIM模型可以根据这些地理分析模拟场地的利用状况方便进行可行性研究。设计阶段，二者的融合可以对施工过程进行仿真。施工阶段，BIM和GIS一起提供关于建筑材料的高度透明的信息，增强供应链的可视化，并提供对供应商选择的信息的访问。运维阶段，可以利用二者对设备的维修提供最优化决策。为建筑性能提供有效的反馈，促进建筑性能的持续改进。
参考文献：
[1]何清华，钱丽丽，段运峰，等.BIM在国内外应用的现状及障碍研究[J].工程管理学报.2012（1）：12-16.
[2]王树臣，刘文锋.BIM+GIS的集成应用与发展[J].工程建设，2017（10）：19-24.
[3]张佳琪.BIM与GIS数据融合方法研究[D].长春工程学院，2019.
[4]陆守一.地理信息系统[M].北京：高等教育出版社，2006.
[5]贺灵童.BIM在全球的应用现状[J].聚焦信息化.2013（3）：12-19.
[6]陈引川.对城市地理标记语言（CityGML）的探讨[J].测绘科学，2009，34（5）：145-146.
[7]邱奎宁，王磊.IFC标准的实现方法[J].建筑科学，2004（03）：76-78.