BIM與GIS的跨界融合，使微觀領域的BIM信息與宏觀領域的GIS信息實現(xiàn)交換和互操作，提升了BIM應用深度，將BIM的應用從單體延伸到建筑群甚至城市級，為GIS行業(yè)發(fā)展帶來了新的契機，同時也帶來了一些新的挑戰(zhàn)。面對挑戰(zhàn)，GIS基礎平臺要具備哪些能力？本文將剖析BIM+GIS應用過程中遇到的難點以及應對方法。

在GIS平臺中加載立交橋的BIM數(shù)據(jù)（左），并疊加在影像數(shù)據(jù)上（右）

挑戰(zhàn)一：將BIM數(shù)據(jù)接入到GIS平臺

國內外BIM建模軟件種類繁多，不同的軟件有各自的存儲方式。這些數(shù)據(jù)格式彼此不同，且相對比較封閉沒有公開文件結構，給BIM數(shù)據(jù)接入到GIS平臺帶來了最直接的挑戰(zhàn)。

BIM數(shù)據(jù)依賴于BIM軟件，比如Revit的rvt文件本身是不帶貼圖的，是存在于Revit安裝目錄的材質庫中，要讀取Revit數(shù)據(jù)的完整信息，包括屬性、材質、幾何等，離不開Revit軟件本身。實現(xiàn)讀取BIM數(shù)據(jù)目前最務實的方法就是基于BIM到GIS數(shù)據(jù)格式轉換工具或插件，也就是基于BIM軟件庫的原生支撐，將BIM數(shù)據(jù)轉換到GIS數(shù)據(jù)庫。

SuperMap先后提供了多款BIM主流設計軟件的轉換插件和工具，如Autodesk旗下的Revit、AutoCAD以及Civil3D軟件，以及Bentley的MicroStation CONNECT Edition、達索的CATIA軟件，將數(shù)據(jù)的頂點和屬性信息一次性導出，并且按類型或圖層進行分類。導出數(shù)據(jù)不僅保留了BIM數(shù)據(jù)實例化的特點，還生成了多細節(jié)層次(Levels of Detail)，提升數(shù)據(jù)在三維GIS平臺中加載和瀏覽的性能。SuperMap也為某些行業(yè)的標準格式-IFC提供了對應的轉換工具。

挑戰(zhàn)二：實現(xiàn)BIM模型輕量化

BIM建模軟件注重的是單一體建筑，但GIS需要管理一個區(qū)域或整個城市的BIM數(shù)據(jù)，并且GIS終端可能是配置不高的PC，甚至是Pad或手機，因此GIS面對的數(shù)據(jù)量挑戰(zhàn)更大。所以我們不僅要解決數(shù)據(jù)格式轉換，更要進行適當?shù)臄?shù)據(jù)輕量化和優(yōu)化，SuperMap對外提供的插件已經內嵌了智能輕量化的能力。

實現(xiàn)BIM輕量化需要以下關鍵技術：

• 原生LOD（Level of Detail）技術。BIM軟件中的三維對象是參數(shù)化的，比如圓柱體，用圓心、半徑、高度來描述，但導入GIS系統(tǒng)要三角化成三角網，在三角化時，利用此技術可生成多個不同細節(jié)層次的模型，即將BIM模型解析出不同的顯示精度和顯示層級。

不同細節(jié)層次（左為LOD-0，右為LOD-2）的風管模型

• 實例化技術，即對BIM模型中存在的大量共用對象只存儲一份。如在建造階段，會存在大量的螺絲釘對象，它們的頂點和材質等都是一樣的，只是位置不同，通過存儲一個螺絲釘和多個位置的方式實現(xiàn)復用模型。在顯卡也支持這樣的實例化渲染，從而提升渲染效率。

挑戰(zhàn)三：在GIS平臺表示BIM模型

對象模型是一類GIS空間數(shù)據(jù)模型，用來描述離散空間的要素，包括二/三維點、線、面以及三維體對象模型。其中，三維體對象是通過拓撲閉合、高精度的三角網來表示的。三維體對象模型可以表示現(xiàn)實對象，如建筑、橋梁等。

GIS要從室外走向室內，室內數(shù)據(jù)需要BIM來獲取。要實現(xiàn)BIM模型支持查詢、統(tǒng)計及分析等功能，首先需要解決如何在GIS平臺表示BIM模型的難題。與3ds Max模型相比，BIM模型不是一張皮的表面模型，它是體對象，具備完善的拓撲完整性及閉合性，因此可以用三維體對象模型來表達這樣的建筑。

BIM模型進行三角化后，統(tǒng)一到三維體對象模型，可以做三維空間關系判斷（包含、相交、相離）、三維空間運算（交、并、差），還支持計算表面積和體積，支持多種三維空間分析如控高分析、構建三維緩沖區(qū)等，為靈活定制城市設計規(guī)則提供技術支撐。

城市設計-控高分析 

挑戰(zhàn)四：BIM單體之間鏈接網絡表示

網絡模型是另一類GIS空間數(shù)據(jù)模型，包括二維網絡數(shù)據(jù)模型以及三維網絡數(shù)據(jù)模型。三維網絡模型數(shù)據(jù)可以表示道路、管廊、管線等數(shù)據(jù)之間的拓撲連接關系。BIM的應用對象往往是單體建筑，但如何實現(xiàn)如地下管線、鐵路、隧道、港口等大規(guī)模區(qū)域性對象的管理，則需要集成GIS來實現(xiàn)，用三維網絡模型數(shù)據(jù)來表示BIM單體之間的鏈接網絡，比如道路數(shù)據(jù)，可以提取出帶拓撲連接關系的三維點、線對象，然后構建三維網絡數(shù)據(jù)模型。

這樣就可以將BIM模型應用于各種復雜的實際工程領域中，例如爆管網絡分析，若某一處市政水網/供熱管網/天然氣管道的地下管線發(fā)生了爆裂，我們可以基于三維網絡數(shù)據(jù)模型的拓撲關系知道關閉哪些閥門，哪些管線受到了影響，從而及時、快速的解決問題。

三維設施網絡分析-爆管分析

挑戰(zhàn)五：三維數(shù)據(jù)坐標轉換

BIM通常采用獨立的坐標系統(tǒng)，如地方坐標系，GIS數(shù)據(jù)來源眾多，采集方式各異，所采用的坐標系也存在一定的差異性。BIM與GIS集成應用面臨著各自坐標系不同，無法匹配的問題。GIS最基本的能力就是坐標轉換，點線面的坐標轉換已經十分成熟，但轉換能力是否能應用到三維模型數(shù)據(jù)中，對GIS平臺也是一個挑戰(zhàn)。

SuperMap已實現(xiàn)支持三維模型的逐頂點坐標轉換能力，支持BIM模型和GIS數(shù)據(jù)在平面坐標系和地理坐標系之間的轉換，實現(xiàn)在地球曲率影響下的BIM模型和GIS數(shù)據(jù)精確匹配，避免渲染時的裂縫和漏洞等問題，滿足眾多行業(yè)，如橋梁、道路、水利大壩等，在建設、運營、管理過程中對數(shù)據(jù)的精度需求。

地方坐標系下的BIM模型轉換到地理坐標系下，再疊加到天地圖上的顯示效果

                                                                                   

挑戰(zhàn)六：BIM與多源數(shù)據(jù)融合匹配

GIS有一個很重要的特性，就是集成了海量多源數(shù)據(jù)，比如地形影像、傾斜攝影模型、激光點云、精細模型、水面、地下管線以及場數(shù)據(jù)等。如何實現(xiàn)BIM與多源數(shù)據(jù)融合匹配，從而提高數(shù)據(jù)的利用價值，這是對BIM+GIS應用的又一挑戰(zhàn)。

要進行融合匹配，首先需要進行坐標轉換和數(shù)據(jù)配準，將BIM模型與傾斜攝影模型、地形等多源數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個坐標系，實現(xiàn)各種信息對齊；然后再對數(shù)據(jù)進行操作和處理，進行諸如鑲嵌壓平裁剪等操作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)平滑銜接、紋理拼接自然。

BIM模型與多源數(shù)據(jù)融合

挑戰(zhàn)七：三維空間數(shù)據(jù)標準缺乏

三維空間數(shù)據(jù)的高效發(fā)布、數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)標準是三維GIS應用熱點之一。BIM+GIS得到了越來越廣泛的應用，但缺乏統(tǒng)一的三維空間數(shù)據(jù)標準和規(guī)范，三維空間數(shù)據(jù)的互操作和開放共享成為難點，這在一定程度上制約了BIM+GIS更加深入的應用。

目前，國內外已經推出了眾多數(shù)據(jù)標準和格式，如S3M、I3S、3D Tiles等。這些標準與格式的推出，推動了三維數(shù)據(jù)標準化和三維數(shù)據(jù)的開放共享。

SuperMap推出的S3M（Spatial 3D Model）標準，適用于網絡環(huán)境和離線環(huán)境下海量多源三維空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸、交換、高性能可視化，實現(xiàn)了在B/S下發(fā)布和共享海量BIM與GIS數(shù)據(jù)，也實現(xiàn)了海量BIM與GIS數(shù)據(jù)在桌面端、瀏覽器端、移動端的相關應用。

挑戰(zhàn)八：多終端支持BIM+GIS應用

IT技術的飛速迅猛發(fā)展，深刻而長遠地影響了BIM與GIS兩個領域。其中，VR/AR以及WebGL等IT新技術，為BIM+GIS應用注入了強勁的動力。為了實現(xiàn)這些IT新技術與BIM、GIS的集成應用，需要多終端支持BIM+GIS應用。

SuperMap基于HTML5 WebGL技術，推出了輕量級三維客戶端，這樣無須安裝軟件、無須安裝插件、無須下載數(shù)據(jù)，就可以在瀏覽器上高效瀏覽三維服務，并通過開源的S3M規(guī)范支持實用的三維空間查詢、量算以及空間分析等功能。SuperMap將AR與BIM、GIS結合，在GIS移動端平臺上將數(shù)字化的BIM投放到任何場景中。如在施工現(xiàn)場，將設計方案與實際施工現(xiàn)場進行比對，可以及時發(fā)現(xiàn)問題并進行修正。

Cross裁剪

BIM+GIS+AR

結語

軟硬件實力的不斷提升，以及數(shù)字化社會的建設需求，為BIM和GIS技術的跨界融合創(chuàng)造了機會。BIM+GIS的應用價值不可限量，需要大家不斷深入探索與挖掘。

緊跟技術發(fā)展，艾三維軟件期待與更多的用戶與合作伙伴一起推進BIM+GIS集成應用，最終形成快速高效、完善實用的行業(yè)解決方案。業(yè)務咨詢熱線 4000333136