BIM+GIS 技术在城市历史建筑保护修缮中的协同应用研究

前言

城市历史建筑是城市历史文化的重要载体，承载着城市的记忆和发展脉络。然而，随着城市化进程的加速，许多历史建筑面临着不同程度的损坏和破坏，保护修缮工作刻不容缓。传统的历史建筑保护修缮方法存在数据采集不全面、信息管理不高效、分析决策缺乏科学性等问题。BIM 技术能够对建筑进行数字化建模，集成建筑的各种信息；GIS 技术则可对地理空间数据进行管理和分析。将BIM 与GIS 技术协同应用于城市历史建筑保护修缮中，能够实现数据的有效整合和共享，为保护修缮工作提供更加全面、准确的信息支持，从而提高保护修缮的效果和水平。

一、BIM+GIS 技术概述

1. BIM 技术特点

BIM 技术是一种基于数字化三维模型的综合管理系统。它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。BIM 模型不仅包含了建筑的几何信息，如建筑的形状、尺寸、位置等，还涵盖了非几何信息，如建筑材料的性能、设备的参数、施工进度计划等。通过BIM技术，各参与方可以在同一个模型上进行数据的创建、修改和共享，实现信息的实时更新和协同工作。例如，在历史建筑保护修缮中，设计师可以利用BIM 模型对建筑的结构进行分析，施工人员可以根据模型进行施工进度的安排和资源的调配。

2. GIS 技术特点

GIS 技术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。GIS 技术具有强大的空间分析能力，能够对地理空间数据进行叠加分析、缓冲区分析、网络分析等。在城市历史建筑保护修缮中，GIS 技术可以对历史建筑的地理位置、周边环境等进行分析，为历史建筑的保护规划提供决策支持。例如，通过 GIS 技术可以分析历史建筑周边的交通状况、人口密度等，从而合理规划保护修缮的方案。

3. BIM 与 GIS 协同应用优势

BIM 与GIS 的协同应用能够实现二者优势的互补。BIM 技术侧重于建筑内部信息的管理和分析，而 GIS 技术则侧重于建筑外部地理空间信息的处理。将二者结合起来，可以实现建筑内部信息与外部地理空间信息的无缝对接。GIS 技术可以为BIM 模型提供准确的地理定位和周边环境信息，使BIM 模型更加真实地反映建筑的实际情况；BIM 模型中的详细建筑信息可以丰富GIS 数据库，为GIS 分析提供更多的内容。例如，在历史建筑保护修缮中，通过BIM+GIS 技术可以全面了解历史建筑的内部结构和外部环境，从而制定更加科学合理的保护修缮方案。

二、BIM+GIS 技术在城市历史建筑保护修缮中的应用流程

1. 数据采集与整合

数据采集是BIM+GIS 技术应用的基础。对于历史建筑，需要采集的信息包括建筑的几何信息、材质信息、历史资料等。可以利用激光扫描、摄影测量等技术获取建筑的三维几何数据，通过现场调研和实验室检测获取建筑材料的性能数据。还需要收集历史建筑的相关历史资料，如建筑图纸、照片、文献等。在采集到数据后，需要将BIM 数据和 GIS 数据进行整合。可以通过建立数据接口和数据转换标准，将BIM 模型中的信息导入到GIS系统中，实现数据的共享和协同管理。

2. 三维建模与可视化

基于采集和整合的数据，进行历史建筑的三维建模。利用BIM 软件创建历史建筑的三维模型，将建筑的几何信息、材质信息等准确地反映在模型中。将BIM 模型与GIS 数据进行融合，生成包含建筑内部信息和外部地理空间信息的三维可视化模型。通过三维可视化模型，管理人员可以直观地查看历史建筑的现状，包括建筑的外观、内部结构、周边环境等。

3. 模拟分析与决策支持

利用 BIM+GIS 技术进行模拟分析，为历史建筑保护修缮提供决策支持。可以进行结构分析，评估历史建筑的结构安全性，预测建筑在不同荷载作用下的响应。还可以进行环境分析，如日照分析、风环境分析等，了解历史建筑周边的环境状况对建筑的影响。通过模拟分析，可以发现历史建筑存在的问题和潜在风险，从而制定针对性的保护修缮方案。

三、BIM+GIS 技术在城市历史建筑保护修缮中的应用案例分析

1. 案例背景介绍

选取某城市的一座具有代表性的历史建筑作为案例进行分析。该历史建筑建于上世纪初，具有重要的历史文化价值。由于年代久远，建筑出现了不同程度的损坏，如墙体裂缝、屋顶漏水等。建筑周边的环境也发生了很大的变化，对建筑的保护造成了一定的影响。为了保护该历史建筑，决定采用BIM+GIS 技术进行保护修缮工作。

2. BIM+GIS 技术应用过程

在数据采集阶段，利用激光扫描技术获取了建筑的三维点云数据，通过现场调研和实验室检测获取了建筑材料的性能数据。收集了建筑的历史图纸和相关文献资料。在数据整合方面，将BIM 模型与GIS 数据进行了融合，建立了包含建筑内部信息和外部地理空间信息的数据库。在三维建模与可视化阶段，创建了历史建筑的三维可视化模型，通过该模型可以直观地查看建筑的现状和周边环境。

3. 应用效果评估

通过BIM+GIS 技术的应用，该历史建筑的保护修缮工作取得了良好的效果。在数据管理方面，实现了数据的集中管理和共享，提高了信息的利用效率。在设计阶段，设计师可以根据三维可视化模型进行更加准确的设计，减少了设计变更的次数。在施工阶段，施工人员可以根据BIM 模型进行施工进度的安排和资源的调配，提高了施工效率。在运营管理阶段，管理人员可以通过BIM+GIS 系统对历史建筑进行实时监测和维护，及时发现和处理问题。

结语

BIM+GIS 技术在城市历史建筑保护修缮中具有重要的应用价值。通过二者的协同应用，能够实现数据的有效采集与整合、三维建模与可视化以及模拟分析与决策支持，为历史建筑保护修缮工作提供更加全面、准确的信息支持。从案例分析可以看出，BIM+GIS 技术的应用能够提高历史建筑保护修缮的效率和质量，降低成本，减少风险。未来，需要进一步加强BIM+GIS 技术的研究和应用，制定统一的数据标准，培养专业的技术人才，推动BIM+GIS 技术在城市历史建筑保护修缮中的广泛应用，为城市历史文化的传承和发展做出更大的贡献。随着科技的不断进步，如人工智能、大数据等技术的发展，有望与BIM+GIS 技术进行深度融合，进一步提升城市历史建筑保护修缮的水平。

参考文献：

[1]唐国兰.浅析城市更新中历史保护建筑修缮工程的传承与创新[J].上海房地,2023,(02):27-30.

[2]周颖,李占鸿,金毅.建筑更新改造过程中对周边历史建筑保护的监测技术探究[J].建筑结构,2020,50(S02):644-647.