作為城市化發(fā)展的高級階段，智慧城市通過大系統(tǒng)整合、新一代信息技術交互、公眾多方參與和互動來實現(xiàn)城市的可持續(xù)創(chuàng)新，進而使城市管理更加精細、環(huán)境更加協(xié)調、經濟更加繁榮、生活更加便捷。伴隨著技術的不斷發(fā)展，信息化手段、移動技術、智能穿戴及工具在工程建設和運維階段的應用不斷提升，基于城市基礎設施的物理信息融合的智慧管理應運而生。
依托BIM這個包含建筑工程信息的三維模型，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，從而為建筑工程項目的相關利益方提供了一個工程信息交換和共享的平臺。但其空間分析能力較為微觀，并且BIM模型設計軟件支持的空間范圍小，無法承載海量大范圍的地形數(shù)據(jù)，也不具備對地理信息進行分析和建筑周邊環(huán)境整體展示的功能。地理信息系統(tǒng)(GIS)可以對整個地球空間上的信息進行宏觀的分析與管理，清晰地展示建筑物與地理環(huán)境的關系，具有極強的空間綜合分析能力，常被用來協(xié)助工程規(guī)劃設計，還有城市中與地理空間有關的各類管理分析。但其局限性是無法展示微觀模型，無法創(chuàng)建精細化的建筑模型和詳細的模型信息。
因此，將BIM與3DGIS技術整合可以同時進行建筑的精細化模型創(chuàng)建以及大場景地理信息的管理和分析，實現(xiàn)了分析、管理從微觀到宏觀的海量數(shù)據(jù)，又能更全面地展示可視化信息。以BIM和GIS技術融合為核心的物理信息融合的管理手段，可以優(yōu)化傳統(tǒng)基礎設施的管理方式，顯著提高城市建設管理的智能化。
1、概述
1.1 BIM+3DGIS技術應用現(xiàn)狀
三維GIS可基于地形和周邊宏觀的地物信息，為BIM提供大場景規(guī)劃、室外視域分析等三維GIS功能，提供決策支持;而BIM模型可為三維GIS提供精細的建筑構件信息，使得GIS從室外走向建筑內部，實現(xiàn)室內外一體化的管理。
基于BIM與3DGIS技術集成的軟件平臺開發(fā)，國內的專家、學者已經開展了一些研究。針對自主研發(fā)的隧道圍巖量測自動化監(jiān)測技術，建立GIS十BIM十物聯(lián)網的安全監(jiān)測平臺;研發(fā)了基于BIM與3DGIS集成的鐵路橋梁施工管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)從3D GIS可視化、漫游和三維空間分析到BIM施工管理、施工動態(tài)模擬和施工進度管理等功能;開發(fā)了基于ZTMapGIS的三維建筑信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了建筑模型的可視域分析、爆管分析、火災逃生模擬等功能。
1.2智能化管理的現(xiàn)狀與發(fā)展
傳統(tǒng)的建設智能化管理系統(tǒng)主要基于人工運維方式，存在許多問題，例如:設備的利用率很低;重復建設率高;同時無法實現(xiàn)智能化物理系統(tǒng)監(jiān)控和信息管理的互聯(lián)互通及共享交換，無法滿足智能建設在綜合管理和服務方面業(yè)務協(xié)同的功能需求。當前不少城市基礎設施存在各系統(tǒng)相互獨立、大量信息孤島、數(shù)字化基礎弱等問題，基礎設施難以做到可視化、信息化和效率化，數(shù)字化與自動化結合嚴重不足，缺乏統(tǒng)一的監(jiān)控和運維平臺等問題。
基礎設施物理信息智能化管理才能驅動城市建設管理向前發(fā)展。從基礎物理數(shù)字化到信息互聯(lián)網十物聯(lián)網十云計算基礎的發(fā)展模式是智慧城市基礎設施物理信息管理智能化建設的發(fā)展趨勢。BIM與GIS的融合可以實現(xiàn)從微觀到宏觀的多尺度城市管理，在室內導航、公共場所的應急管理、城市和景觀規(guī)劃、各種環(huán)境狀況模擬等方面都將產生難以估量的價值。
智慧管理思路應服務基礎設施的規(guī)劃、設計、施工、運維等過程。因此，傳統(tǒng)的城市基礎設施建設管理過程與智慧管理思路需要快速對接、協(xié)同融合，應采用基于物理信息協(xié)同的智能化管理，搭建基礎設施物理信息融合智能化管理平臺。
2、智能化管理平臺框架設計
城市基礎設施物理信息融合智能化管理平臺是基于BIM和GIS技術的融合，獲取項目的物理精確信息數(shù)據(jù)以及實時的狀態(tài)信息，實現(xiàn)基礎信息數(shù)據(jù)管理、資源綜合管理、結構健康監(jiān)測、安全評估預警、指揮控制等功能。根據(jù)智慧基礎設施綜合管理的需求，從中央管控的整體管理思路出發(fā)，集成物理設備的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)、報警信息、聯(lián)動控制信息等動態(tài)數(shù)據(jù)，結合云計算、云存儲以及大數(shù)據(jù)挖掘等技術，針對基礎設施的生命周期、結構信息、養(yǎng)護信息以及運行信息進行深度挖掘、關聯(lián)分析與預測分析，建立基礎設施管養(yǎng)模型，并通過BIM十GIS技術集成將基礎設施物理監(jiān)測信息可視化，進行物理信息融合，為管養(yǎng)部門提供強有力的養(yǎng)護決策和支持。
集成的物理信息融合智能化系統(tǒng)包括環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等。如圖1所示，基礎設施物理信息智能化管理平臺共劃分為4個子系統(tǒng)，分別是環(huán)境物理設備監(jiān)控系統(tǒng)、BIM十3DGIS系統(tǒng)、運維平臺和信息數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。不同的項目需要結合自身特點，綜合考慮智能化管理平臺架構，結合所需的邏輯架構、功能結構，系統(tǒng)化建設基于BIM十GIS集成的物理信息智能化管理平臺。
3、基于BIM+3DGIS物理信息智能化管理平臺功能需求
3.1 BIM+3DGIS三維信息管理
3DGIS地圖模塊以三維空間物理信息數(shù)據(jù)資源庫為基礎，集成影像數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、建筑物模型，為管理人員提供可視化建設管理服務，直觀展示建設地理信息、位置分布，周邊道路、設施、環(huán)境信息以及重要單位，提高工作的準確性，推進建設、空間、設施設備科學化管理。在3DGIS場景中放入BIM模型，通過三維GIS虛擬再現(xiàn)區(qū)域建設物、管網系統(tǒng)及其他設備，在三維場景中實現(xiàn)場景的漫游、查詢、統(tǒng)計以及多種空間分析等功能。
3.2運維管理
1）設備及資產管理。利用系統(tǒng)中BIM模型所提供的設備及資產的相關資料和信息，運用信息化技術增強設備及資產監(jiān)管力度，降低資產的閑置浪費，充分發(fā)揮設備效能，使業(yè)主在設備資產管理上更加規(guī)范，進而從整體上提高管理水平。該模塊應提供設備的可視化管理、信息查詢、故障分析、安全評估等操作功能。
2）工單管理。工單管理模塊有利于設施設備的耗損預測及制定預防性的保養(yǎng)計劃。管理人員可根據(jù)工單的緊急性或特定需求，制定執(zhí)行計劃，計算執(zhí)行成本，為前期工作從申請到批準、執(zhí)行、完工乃至最后的工作匯報提供一個完整的流程管理。
3）健康監(jiān)測及預警。平臺以BIM模型為載體，通過物聯(lián)設備及網絡傳輸手段，實現(xiàn)實時監(jiān)測、監(jiān)測分析、報警查詢、質量評估等功能。通過應變監(jiān)測、荷載監(jiān)測等數(shù)據(jù)信息，監(jiān)測該工程結構使用狀態(tài)及其發(fā)展趨勢，使結構實時處于可知和可控的狀態(tài)，當相關監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生異常時，系統(tǒng)自動發(fā)送警示消息。技術人員可針對性地對異常區(qū)域進行檢查，尋找可能的事故隱患，快速排除故障維持正常運行。
應急情況可依據(jù)危險程度、影響程度、緊急程度進行分級，在系統(tǒng)中以不同顏色等級呈現(xiàn)處理排序，以及目前出現(xiàn)故障需處理的系統(tǒng)類型，使管理人員能快速的從系統(tǒng)中點選此項報警，直觀了解出問題的設備，以及此設備在三維中的具體位置，并可查該設備的歷史修繕信息，作為應急處置與故障排除的參考依據(jù)。
4）巡檢管理。針對該平臺，可配合開發(fā)手機應用軟件用于物理設備巡檢管理及日常設備維護記錄。同時，在物理設備發(fā)生故障時，可在第一時間將故障信息推送至管理人員的手機客戶端，APP收到預警信息后，管理人員可及時到現(xiàn)場有效地處理設備問題，降低故障損失。
3.3環(huán)境監(jiān)控管理
通過管理平臺預留接口，對前端攝像機、編碼器、控制器等設備進行統(tǒng)一管理，通過管理平臺實現(xiàn)全網統(tǒng)一的用戶、權限和視頻資源管理，滿足系統(tǒng)多用戶監(jiān)控、管理需求。環(huán)境監(jiān)控管理模塊應具有安防設備管理、信息自動分類顯示、事件查詢、視頻復核、遠程控制等功能。
3.4數(shù)據(jù)分析
該模塊主要對項目運營消耗的能源(如:電、水、熱力等)進行監(jiān)測、記錄、分析。通過智能能耗監(jiān)測，實現(xiàn)對項目內的水、電、暖等能源消耗情況進行分量式監(jiān)測以及電能分項數(shù)據(jù)采集，建立能源消耗和成本控制數(shù)據(jù)庫，并構建多級能耗監(jiān)管系統(tǒng)。通過BIM模型查看各分區(qū)內設備能耗信息，可以生成歷史、實時、預測能耗趨勢圖、統(tǒng)計報表等。實時監(jiān)測各種能源的詳細使用情況，為節(jié)能降耗提供直觀科學的依據(jù)，促進管理水平的提高，降低運營成本，使能源充分合理使用，控制浪費，達到節(jié)能減排，最終達到提高用能效率的目的。
4、基于BIM+3DGIS集成物理信息融合智能化管理平臺的價值
1）實現(xiàn)各系統(tǒng)的統(tǒng)一管理。平臺可以充分利用各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)在統(tǒng)一的平臺進行信息發(fā)布、在統(tǒng)一的綜合數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)維護和二次利用、在統(tǒng)一的配置管理界面對系統(tǒng)的參數(shù)進行調整等，真正實現(xiàn)平臺的一站式管理城市基礎設施智能化管理是完備的全過程信息整合平臺，解決了傳統(tǒng)管理過程中資料易缺失、查詢不便、信息表達不一致、信息孤立等問題;同時，也實現(xiàn)了從規(guī)劃、設計、建設到運維的全過程智能化管理，尤其是將運維環(huán)節(jié)中的日常巡檢、健康監(jiān)測、安全管理、應急處置等功能進行集成。
2）BIM與3DGIS技術融合的應用優(yōu)勢。通過將BIM和GIS整合，先對建筑進行建模，然后把建筑空間信息與其周圍地理環(huán)境共享，應用到城市三維GIS分析中，就極大的降低了建筑空間信息的成本。運用GIS和BIM建立的精細建筑內部與宏觀路網結合的城市系統(tǒng)模型，實現(xiàn)了城市地上地下設施一體化管理、室內外設施一體化管理，又實現(xiàn)生活中可見設施與工程隱蔽設計的一體化管理，從而達到城市全要素空間設施的智能化管理。
3）平臺操作簡單高效化。平臺上的數(shù)據(jù)均為可進行二次利用的具有高附加值的信息，能夠充分根據(jù)管理人員的需求或者工作特點來進行操作和管理，從而降低了平臺管理人員操作各個系統(tǒng)的專業(yè)門檻，真正以需求來驅動平臺的建設和管理過程，使得管理人員從海量繁瑣的信息數(shù)據(jù)和復雜的操作中脫離開，在做好管理工作的同時還能有效降低人力成本。
4）平臺管理無地域限制?；谠朴嬎?、物聯(lián)網等信息技術開發(fā)的智能化管理平臺具有高兼容性的同時還可以進行遠程控制，不受地域限制，能夠有效減少基礎軟硬件環(huán)境的重復建設，降低成本并且管理靈活。
5、若干BIM+GIS集成物理信息融合智能化管理平臺應用案例
5.1成都泛悅城市工地的智慧工地管理
智慧工地是指運用信息化手段，通過三維設計平臺建立工程項目信息模型，結合使用物聯(lián)網智能硬件實時采集工程相關數(shù)據(jù)，打造施工過程管理的信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)協(xié)同互聯(lián)、智能監(jiān)控、科學決策的高效管理模式，并將工程信息模型與物聯(lián)網采集的工程環(huán)境數(shù)據(jù)進行挖掘分析，為工程施工提供過程趨勢預測及科學預案，實現(xiàn)工程施工可視化管理和物理信息融合智慧化決策[fist。該案例以BIM十GIS為核心，以項目施工階段管理為主線，探索搭建了智慧工地管理平臺。圖2是該項目在基坑開挖檢測時BIM模型在3DGIS中的展示。
5.2黃驊港智慧港口綜合管廊智慧基礎建設云平臺
黃驊港項目將建成國內領先的物理感知建設、智慧建設的綜合云平臺，采用云計算、BIM、物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息科技應用，構建建設智慧環(huán)境，有效節(jié)省各種資源，形成基于物理信息和綠色環(huán)保的智慧建設生態(tài)環(huán)境。黃驊港智慧港口綜合管廊集成BIM十3DGIS十FM十IOT智能運維管理平臺系統(tǒng)，如圖3所示該系統(tǒng)以單主機雙屏幕的方式呈現(xiàn)，掌握物理宏觀的地理信息到微觀的設施設備信息，并從事件處理框架中獲取監(jiān)控數(shù)據(jù)、維護紀錄、統(tǒng)計分析等信息。
5.3內蒙古綜合管廊BIM+GIS+VR智慧基礎建設云平臺
該項目開發(fā)了綜合管廊VR互動系統(tǒng)，包括VR頭盔漫游，以及設備屬性查詢、環(huán)境監(jiān)控查詢等互動功能。借助VR系統(tǒng)，幫助非專業(yè)人士更好地了解管廊設備的內部結構、運作狀態(tài)、事故狀態(tài)、檢修方式等建立管廊BIM/VR系統(tǒng)，并將無線傳感器采集的實時數(shù)據(jù)跟VR系統(tǒng)互動，體驗可視化、數(shù)字化、智能化的沉浸式效果，圖4展示了仿真范例。
6結論與展望
BIM與GIS集成應用為構建智慧城市提供了數(shù)據(jù)基礎和技術支持。將基礎設施BIM模型整合GIS監(jiān)控數(shù)據(jù)，則市政道路、橋隧、軌道交通等的工作狀態(tài)等信息可以及時反饋到BIM模型中，這對多尺度城市基礎設施管理具有重要的現(xiàn)實意義。相對于傳統(tǒng)的建設智能化系統(tǒng)的信息相對孤立、交互性較差、數(shù)字化程度低，基于BIM十GIS的智能化管理平臺在信息共享及集成、可視化、協(xié)同性、安全性等方面有顯著成效。但是在BIM十GIS技術集成處于探索階段的背景下，基于BIM十GIS的智能化管理平臺的發(fā)展將會面臨較多挑戰(zhàn)，例如:如何實現(xiàn)BIM模型輕量化、數(shù)據(jù)格式轉換和標準擴展等。此外，BIM與GIS的整合應用中，可以結合其他技術(如物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)等)，來增強智慧城市管理的時效性、信息共享性及數(shù)據(jù)準確性。因此，不同的項目需要結合自身特點，綜合考慮智能化管理平臺架構，結合所需的邏輯架構、功能結構及輔助技術，系統(tǒng)化建設基于BIM十GIS集成的物理信息智能化管理平臺。
基于BIM十GIS的物理信息融合智能化管理平臺將是一個能夠全面感知的載體，植入VR技術、物聯(lián)網、云計算等先進技術的創(chuàng)新建設模式，創(chuàng)建線上以數(shù)據(jù)濃縮呈現(xiàn)的虛擬世界，真正從源頭打造智慧城市。
原文來自：http://www.nutritioncertificationboard.com/blog/index.php/article/189.html