摘要: 如今，有很多工具可以帮助我们了解自己的过去和未来。我们比以往任何时候都更需要一张地图，引导我们克服当前的挑战，走向更智能、更可持续的未来。然而该如何构建这样一张地图呢？幸运的是，这不是一个新问题；制图技术是随着人类理解当前和未来环境的内在动力而发展起来的。并...
如今，有很多工具可以帮助我们了解自己的过去和未来。我们比以往任何时候都更需要一张地图，引导我们克服当前的挑战，走向更智能、更可持续的未来。然而该如何构建这样一张地图呢？幸运的是，这不是一个新问题；制图技术是随着人类理解当前和未来环境的内在动力而发展起来的。并且已经并行开发了多种技术来解决这一问题。
GIS 和 BIM 就是两个这样的工具，它们的集成可能是开启绘制未来世界地图能力的关键。本文将解释这两种地理空间技术是什么、如何将它们集成、它们可以一起做什么，以及在集成这两个复杂系统时确实出现的一些障碍。
探索 GIS
在构建地图之前，最好对当今最复杂地图背后的内容有深入的了解。GIS 是地理信息系统的简称。 它的历史可以追溯到 1800 年代，但直到 1970 年代才发明现代版本。一个典型的 GIS 设置是一个计算机化的地图，它索引大量的位置数据并对用户正在寻找的内容做出响应。借助 GIS，可以探索在建筑环境和自然环境表面下流动的复杂交错信息流。用更具体的术语来说，GIS 是指软件和数字工具的集合，允许用户可视化和分析与给定地点相关的复杂信息集。
GIS 是一种交互式数字地图，其中包含有关某个地方的多个历史、环境和机构信息，可以根据用户的需要进行调整。GIS 应用程序提供了一系列过滤器，该过滤器可以相互添加、减少或堆叠，以提供有关远景的各种视角。除了上述两个应用程序之外，GIS 还作为大量免费在线地图应用程序的基础，包括 Natural Earth Data、Open Topography、NASA Earth Observatory，甚至是当地县政府托管的财产记录数据库。主要思想是用数据丰富地图。任何可以固定到物理位置的信息都可以合并并编目到 GIS 地图中，并可以像搜索引擎一样使用它来揭示可能被忽视的模式。正是这种全面和开放的品质使 GIS 成为适用于各种利益相关者（包括政府、医疗保健、工业、商业、非营利组织、学术和科学专业人士）的强大地理工具。
建筑信息模型情境化
如果 GIS 能够深入了解世界的现状，那么下一步就是找到可以打开一扇窗户了解世界可能样貌的工具。BIM 或建筑信息模型，这是数字地理技术经典的最新成员。
尽管 BIM 最初构想于 1970 年代，但直到 2000 年代初才完全成熟，取代 CAD（计算机辅助设计）成为建筑、工程和施工 (AEC) 行业的首选设计工具。BIM 是一种协作式计算机化过程，可以生成复杂的尚未建造结构的三维模型。想象一座可以从多个角度探索的虚拟摩天大楼，不仅包括墙壁、地板和天花板，还包括更深层次的元素，如电气、管道和 HVAC 系统。添加操作这些层中的每一层的能力，以观察对一个层的更改将如何影响下游的其他层，并且对 BIM 的工作原理有了很好的了解。作为一种设计工具，BIM 使跨学科的 AEC 专业人员能够以前所未有的方式进行协作，以创建对建筑项目的外观，及其在整个生命周期中行为方式高度准确的模拟。
了解 GIS 和 BIM 之间的差异
既然对 BIM 和 GIS 有了基本的了解，那么可能会想到一个棘手的问题：为什么要集成它们？精明的读者可能已经注意到 GIS 和 BIM 有一些惊人的相似之处。归根结底，它们都是处理大量数据的地图平台。毕竟，每个首字母缩略词之间的共同字母代表“信息”。另外，每个都能够生成实际环境的复杂交互式表示。从这个角度来看，结合 GIS 和 BIM 的想法可能听起来很奇怪，就像将可口可乐与百事可乐混合或将 BluRay 与其已停产的竞争对手 HD DVD 合并一样。确实，这两个应用程序不是在相互竞争吗？如果是这样，为什么不让他们决斗，看看哪一个获胜？2011年，在 Autodesk 大学的一次会议上，这是引发 “BIM与GIS大辩论” 的一系列问题。这场讨论的主要驱动因素之一是对这两种技术不兼容的不满。每种方法都很有用，但将 BIM 文件编织到 GIS 资产中或反之亦然仍然是一个繁琐的过程，结果喜忧参半。在座无虚席的计算机专家和 AEC 行业专业人士的演讲中，据报道，会议上的一位发言人尖刻地嘲笑 BIM 是 “CAD 和 GIS 的私生子”。虽然有时很轻松，但辩论的中心问题是一个严肃的问题：谁应该在 GIS 和 BIM 之间的斗争中获胜？
然而没过多久，就变成了更和谐的旋律。该行业最终接受了这样一个现实，即 BIM 和 GIS 在不同领域各有所长，互为补充。辩论逐渐变成了对话，最终在 2017 年宣布 Autodesk 和 ESRI，分别是 BIM 和 GIS 领域的两大巨头，正在合作寻找更无缝地集成其平台的方法。决定组建这个改变游戏规则联盟的一个主要因素是，越来越多的 ESRI 客户要求在 ArcGIS 平台中提供更好的 3D 建模功能。没有什么比 BIM 更擅长 3D 建模了。Autodesk 的首席执行官当时表示，通过 GIS 和 BIM 合作而不是竞争，社区将获得前所未有的能力，以“建设更加互联、更具弹性的城市和基础设施，并着眼于可持续性。”
GIS + BIM：集成和互操作性的好处
让我们暂时回到之前讨论的理论摩天大楼。在开始构建之前，需要对其进行设计。为此，没有什么能比得上 BIM 多层 3D 建模功能的复杂性。借助 BIM，现在拥有了一幅错综复杂的精确虚拟地图，描绘了摩天大楼的外观以及它随着时间的推移将如何运行。但摩天大楼并不存在于真空中。它恰好坐落在围绕它的建筑和自然环境的更大范围内。那么该地区是否容易发生洪水？附近有公共交通吗？车辆交通如何影响当地商业？这些以及许多其他关于基础设施和环境特征的大局问题超出了 BIM 的范围，BIM 的边界只延伸到虚拟摩天大楼的外表面。
为了将对周围世界的更深入了解纳入地图，将需要更广泛的 GIS 地理空间镜头。因此，这就是集成这两种地理工具的主要好处：GIS 是森林，BIM 是树木。一个生成对单个结构的错综复杂的详细模拟，而另一个则充实这些结构一旦建成后将居住的世界。
BIM 到 GIS 工作流的优势
节省时间：正如所确定的，现代任何精心设计的项目都将不可避免地利用 GIS 和 BIM。每个都有独特的优势，可以互补。然而，如果这些平台不兼容，这种现实就变得不那么可行了。这就是 2000 年代初期的情况，当时让 BIM 和 GIS 协同工作的任务是让行业专业人士头疼的主要原因。这两种工具都非常有用，但它们就是无法通信。寻找解决方法将它们拼接在一起需要花费大量时间，而这些时间本可以花在其他地方更有效。BIM 和 GIS 工作流的无缝集成极大地减少了这种浪费，使团队能够专注于他们的工作：找出最智能和最可持续的方法来设计和建造项目到景观中。
节省成本：BIM 和 GIS 的融合意味着项目团队不必在单独的数字地理工具套件上花费那么多成本。他们的整合也意味着在建设成本上花费的钱更少。代价高昂的错误可能发生在建筑项目生命周期的任何阶段，但当利益相关者可以使用 BIM 模拟整个过程中的每个步骤时，发生错误的可能性会大大降低。与此同时，GIS 可以揭示有关建筑工地的重要隐藏真相，例如施工前的土壤质量或有毒化学品暴露，事后纠正所有这些都可能非常昂贵。
通过构建软件互操作性提高互连性：当关键数据必须不断地从一个平台转换到另一个平台时，它会在裂缝之间丢失。文件格式和工作流程的差异是造成下游沟通不畅的原因。GIS 和 BIM 的结合确保信息的完整性在项目的每个阶段都保持强大。更重要的是，它们的凝聚力使人们更容易识别和利用机会来提高效率，否则这些机会可能会被忽视。
卓越的设计：这可能是显而易见的，但 BIM 和 GIS 的结合会产生卓越的设计。项目团队需要能够在挑战到来之前就预见到挑战。GIS 以数据为中心的地理空间性使得进入拥有最全面基于位置知识的工作现场，比以往任何时候都容易，这将继续影响将在 BIM 中建模的所有设计和施工决策。有一句行业谚语很好地捕捉了动态：“ GIS 为 BIM 提供信息，BIM 为 GIS 提供燃料” 换句话说，GIS 指导建造什么项目、如何建造以及在哪里建造；而 BIM 反过来又为以 GIS 为代表的更大的建筑环境增加了细节和复杂性。结果是更好的设计以从宏观到微观的信息为中心。
GIS 和 BIM 如何协同工作？
处于这两种工具核心的地理数据能够以前所未有的方式设想基于现实的可能性。通过 GIS 和 BIM 的集成，现在有能力创建我们在本文开头着手构建的地图。那么，我们要建设什么样的未来呢？GIS 和 BIM 有两个特别适合探索的分支：
- 可持续建设
- 智慧城市
BIM 到 GIS的可持续建设
在未来的几十年里，我们将需要应对挑战，利用有限的资源为地球上越来越多的受气候变化困扰的人建设城市。为了应对这些挑战并确保子孙后代拥有更美好的明天，必须采用更环保、更可持续的建筑方法。
这意味着通过利用风能和太阳能、安装更环保的管道和 HVAC 系统、实施更绿色的城市设计以及使用绿色混凝土等可再生建筑材料来减少碳排放。需要同时实施一系列可持续发展战略，所有这些战略都可以在 6D BIM 的数字沙箱中探索和完善。为确保最高程度的准确性和实用性，这些虚拟模型还需要通过 GIS 提供大量信息。例如，如何利用森林、湿地和多年生草原等自然特征来建设更具弹性、能够抵御气候变化的基础设施？科学和环境 GIS 平台拥有这些类型问题的答案，从而可以最大限度地提高整个频谱的可持续性。
智慧城市的 BIM 到 GIS
与 BIM 和 GIS 一样，“智慧城市”的概念设想了一个由数据驱动的城市未来。在这个愿景中，城市被转变为庞大的数字数据库，与多层传感器和微型计算机交织在一起，这些传感器和微型计算机跟踪构成城市物理空间的街道、建筑物和基础设施的变化。
智能城市可以检测和分析从人流量和噪音水平到公用事业使用和互联网连接的一切，可以将出现的模式传播给公众，实时用于推动行政决策，并在更长的时间范围内进行研究以影响公共政策。要打造智慧城市，需要一个高度复杂的数字框架，在该框架内可以监控、整理所有这些数据并付诸实践。BIM 和 GIS 是可用于精确构建此类框架的两个最强大的工具。
GIS + BIM 的挑战
将 BIM 与 GIS 集成是向前迈出的重要一步，但这并不意味着我们不会在此过程中遇到一些绊脚石。数字时代是一把双刃剑。计算能力几乎无限的潜力只能与其生成的惊人数据量相媲美。地理空间数据也不例外。在过去的几年里，我们看到了一些改进，但将 BIM 和 GIS 的信息和不同的工作流交织在一起仍然是一个重大挑战。
另一个障碍与规模有关。GIS 市场目前价值略低于90 亿美元，预计在未来几年内会增长得更大。与此同时，市场分析师预测，到 2026 年，价值 60 亿美元的 BIM 行业将激增至近 140 亿美元。这就是说，GIS 和 BIM 都是庞大的行业，在整合之前已经沿着平行但独立的轨道发展了多年。在任何大型机构中都很难让每个人都在同一页面上，更不用说跨越两个技术领域的多个人了。每个平台都有自己的专业爱好者和根深蒂固的实践，已经取得了长足的进步，但就 BIM 和 GIS 究竟应该如何协同工作达成共识在未来许多年仍将是一个挑战。
