BIM 與GIS結(jié)合實現(xiàn)三維建模的方法研究。三維GIS 良好的表面模型分析能力與幾何語義信息豐富的BIM 數(shù)據(jù)集成是實現(xiàn)從外部環(huán)境走向內(nèi)部部署的必經(jīng)步驟。本文概述了多種集成方法，主要介紹了基于SuperMap 軟件平臺實現(xiàn)兩者集成的方法應用，其中，精細模型數(shù)據(jù)由Revit 軟件構(gòu)建，使用JavaScript 語言進行開發(fā)，并通過iServer 向網(wǎng)絡發(fā)布三維地圖服務。

關鍵詞: 建筑信息模型( BIM) ; 地理信息系統(tǒng)( GIS) ; 三維建模; SuperMap

隨著三維GIS 技術的不斷進步與發(fā)展，更精細化的系統(tǒng)設計要求被提出以適應詳盡的空間管理。無論是組件GIS 還是WebGIS，為了提供更多的屬性信息與更逼真的實物展現(xiàn)，都需要提升三維建模技術。目前，已有數(shù)字模型的建立大多是基于三維GIS 和Sketchup、3DsMax、Auto-CAD 等軟件，生成的建筑模型只能實現(xiàn)外觀上的可視化，沒有工程屬性，不能抽取施工圖紙，也不能導出材料報表等信息[1] 。建筑信息模型( Building Information Modeling，BIM) 能夠?qū)⒔ㄖ锶S數(shù)字化模擬還原，同時，具備詳細的內(nèi)部空間幾何及功能語義信息，是信息技術在建筑行業(yè)應用發(fā)展的必然結(jié)果[2] 。BIM 與GIS 的集成對未來智慧城市的發(fā)展起到關鍵作用，填補了建筑物室內(nèi)外一體化應用的空白。在軟件平臺的選取上，SuperMap 軟件可以滿足多元數(shù)據(jù)集成的需要，并具有強大的開發(fā)功能以完成不同層次的GIS 應用延伸。

1 BIM 與GIS 集成的方法

為了實現(xiàn)BIM 與GIS 的無縫銜接，國內(nèi)外學者在不同方面進行研究。IFC ( Industry Foundation Classes) 是BIM 數(shù)據(jù)的一種標準，作為一個建筑數(shù)據(jù)模型標準，其他的軟件都把自己的數(shù)據(jù)按照IFC 標準進行生產(chǎn)，這樣形成同一數(shù)據(jù)模型的建筑產(chǎn)品，以IFC 標準格式的數(shù)據(jù)流通[3] 。CityGML( City Geography Markup Language，城市地理標記語言) 是一種3DGIS 領域通用的數(shù)據(jù)模型標準。

兩者的整合應該從數(shù)據(jù)層、語義層、拓撲層以及可視化層4 個層面進行[4] 。薛梅根據(jù)IFC 標準基礎，結(jié)合數(shù)字城市應用特點設計了具有空間語義一致性的建筑構(gòu)件信息模型BCM( Building Component Model) ，在此基礎上提出建筑信息模型和三維數(shù)字城市集成方案[5] ; Azarakhsh[6] 等利用Extract Transform Load( ETL) 程序?qū)FC 格式的BIM 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量地理格式，用ID 值相互連接，在此基礎上進行房屋的視角分析和陰影分析; 趙霞等提出語義約束的RVT 模型到CityGML 模型的轉(zhuǎn)換方法，以BIM 模型豐富的語義信息為約束實現(xiàn)幾何簡化及轉(zhuǎn)換[7] ; 彭雷等通過數(shù)據(jù)解析的方式提取BIM 模型關鍵要素，轉(zhuǎn)化為可被三維GIS 平臺Skyline 軟件接受的DirectX 格式，各部件的語義信息靠ID 值一一對應，然后對Skyline 進行二次開發(fā)，實現(xiàn)建筑物間距自動審批功能[8] ; 范登科以鐵路車站三維信息模型為數(shù)據(jù)基礎，采用數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換軟件FME，按照特征集中要素ID 的區(qū)分方式，調(diào)整配置合理的參數(shù)，轉(zhuǎn)換到Skyline 平臺中，利用TerraExplorer 軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成[9] 。

雖然BIM 與GIS 跨平臺的數(shù)據(jù)融合還在初步探索中，但由以上已經(jīng)取得的進展可以看出兩者的銜接方法多是基于空間轉(zhuǎn)換算法的不斷優(yōu)化。SuperMap 軟件具有多元數(shù)據(jù)無縫集成的優(yōu)勢，SuperMap 8c 系列在已有的基礎上集成了相關算法，不斷進行功能升級，對于BIM 數(shù)據(jù)格式，如IFC、FBX、OBJ、OSGB 等格式予以支持，真正實現(xiàn)了向三維GIS 表面模型中加載BIM 實體模型。

2 總體思路

1) 三維模型創(chuàng)建

以CAD 底圖作為數(shù)據(jù)基礎，在Autodesk Revit 中進行BIM 模型制作，BIM 建模的核心特征之一是模型參數(shù)化設計，對于建筑中所需的不同構(gòu)件，Revit 軟件中都有對應的族可供選擇，對于墻、梁、柱、樓板等，可將系統(tǒng)族原有尺寸改變?yōu)閷嶋H參數(shù)進行保存應用，而對于門窗系統(tǒng)，允許在可載入族中選擇滿足形狀構(gòu)件族，并可反復使用，方便形成族樣板以供后續(xù)調(diào)用。模型室內(nèi)局部三維剖面圖如圖1 所示。

可視化的建模過程提高了模型重現(xiàn)的精度，但各個結(jié)構(gòu)之間的碰撞現(xiàn)象仍不可避免，為了模型的正確還原，本文研究利用Autodesk Navisworks 軟件進行碰撞檢查，通過碰撞檢查報告結(jié)果糾正模型。目前，廣泛使用的方法是將Revit 中的模型以.nwc 格式導入Navisworks 軟件中進行進一步檢查協(xié)調(diào)，完善模型架構(gòu)。檢查碰撞結(jié)果如圖2所示。

2) 模型導入

Revit 制作出的BIM 模型數(shù)據(jù)為. rvt 格式，需要通過Revit 插件將其導入SuperMap 軟件中。在Revit 中切換到三維視圖，選中附加模塊中的SuperMap export 功能鍵，設置好插入點經(jīng)緯度及渲染格式后完成導出，加載到Super-Map idesktop 中新建的三維場景后進行模型展示。在模型數(shù)據(jù)集加載成功后，對象操作模塊里提取的BIM 外殼變?yōu)榭捎脿顟B(tài)，所謂提取外殼是指將模型外部框架與內(nèi)部構(gòu)造分別存儲，更有利于可視化分析?！疤崛　鼻?，可以設置觀察者的相對位置，若改變參數(shù)還可以繼續(xù)“添加”，點擊“提取”后，模型即被選擇到數(shù)據(jù)集中。待多次調(diào)整選擇后，外部輪廓全部選中，保存提取結(jié)果，生成兩個數(shù)據(jù)集，如圖3、圖4 所示。

3) 功能開發(fā)

在SuperMap 軟件中基于Javascript、HTML 語言進行二次開發(fā)，SuperMap iclient3D 8C for Plugin 通過Web GIS三維插件創(chuàng)建三維場景。作為服務性GIS 開發(fā)平臺，它采用面向服務的架構(gòu)來進行設計實現(xiàn)，支持多種SOA( Service-Oriented Architecture，面向服務的體系架構(gòu)) 實踐的標準和空間信息服務標準，能使用于各種SOA 體系架構(gòu)中[10] 。

創(chuàng)建服務時，考慮到信息安全的重要性，首先，要設置用戶的角色與權(quán)限。在創(chuàng)建目標文件夾中要拷貝iclient for 3D 中自帶的類庫lib 文件夾，方便類庫的引用。然后，在此文件夾下創(chuàng)建HTML 文件，編寫過程中注意的是要將代碼中的charset 改為utf- 8。加載圖層的前提是div 一個容器，實現(xiàn)基本的瀏覽、縮放、選擇、查詢功能，利用SuperMap iServer 發(fā)布地圖服務，達到不同平臺的數(shù)據(jù)及功能溝通與分享的目的。

3 BIM 與GIS 集成應用方向

BIM 與GIS 集成在建筑的初期規(guī)劃、施工過程、建成銷售整個生命周期中都有不同方面的應用:

1) 建筑空間規(guī)劃: 建筑的空間規(guī)劃對建筑本身的影響及其對周圍環(huán)境的影響是城市規(guī)劃不容忽視的，只通過三維表面模型的構(gòu)建是無法評估建筑影響因素大小的。建筑是無法與周圍的環(huán)境脫離的，周圍環(huán)境可以決定建筑的用途、性質(zhì)，影響建筑構(gòu)件的部署( 如門、窗的位置) ，必然會間接造成室內(nèi)空間規(guī)劃的優(yōu)化與改進，而建筑坐落的位置，形狀也會對即將融入的環(huán)境發(fā)揮作用。

考慮到這些因素，BIM 提供的建筑模型可以供規(guī)劃者調(diào)試建筑內(nèi)、外部幾何構(gòu)造以達到符合安全標準，如改變窗戶的數(shù)量、樓梯階層、樓板厚度、安全通道等; 同時，為滿足建筑生活圈的便利，由GIS 搭建的公共設施( 公園、娛樂場所、醫(yī)院等) 也是決策者不可忽略的因素。將BIM 融合到GIS 中真正地實現(xiàn)了宏觀微觀的銜接，無論是居民小區(qū)的選址還是辦公樓的空間規(guī)劃都將受益于兩者結(jié)合的分析方法。

2) 建設項目進度監(jiān)測: 對于施工過程中的建設項目，為達到在規(guī)定工期內(nèi)完成高質(zhì)量工程，需要對其進行實時跟蹤監(jiān)測，以便及時調(diào)整工作任務或改進施工方案。BIM 能夠加入時間軸形成4D 進度監(jiān)測系統(tǒng)，這種監(jiān)測不再是時間與規(guī)劃成果相互獨立的文字記錄，而是通過前期BIM 三維建模結(jié)合時間軸做成動畫演示，更真實地反映建設項目的進度，也可提前模擬工程竣工成果，做到全方位預知，將誤差降到最小。而作為與外界交流運輸通道的GIS 系統(tǒng)則需要分析哪條線路最適合運輸建筑材料等。里應外合的系統(tǒng)會大大縮短工期及減輕規(guī)劃難度，實時掌控建筑全生命周期。

3) 三維房產(chǎn)確權(quán): 房產(chǎn)作為大眾關心的熱點問題之一，明確房屋產(chǎn)權(quán)是避免財產(chǎn)糾紛的重要依據(jù)。但隨著樓層數(shù)的增高，僅僅通過二維圖紙劃分產(chǎn)權(quán)邊界對于立體房產(chǎn)是片面的、不精確的，故而要上升確權(quán)維度必須要有精細三維模型，BIM 模型可以解決不同戶型的精確邊界劃分，對于地上房產(chǎn)，比如陽臺、閣樓、電梯間等位置能夠通過剖切三維模型區(qū)分共有、私有面積; 地下產(chǎn)權(quán)，如地下車庫，通過GIS 精確定位標號，并借助模型可視化測量得到面積。精細建模彌補了二維房產(chǎn)無法表達出每一樓層每一戶的不同產(chǎn)權(quán)界限的缺憾，使得房屋確權(quán)程序化、數(shù)字化、全面化。

4) 房產(chǎn)交易: 房地產(chǎn)作為現(xiàn)代消費品，如何更好地宣傳房地產(chǎn)是每個銷售公司最為注重的切入點。更直觀的展示效果，更全面的信息瀏覽，更便捷的交付手段，都需要GIS 與BIM 的完美結(jié)合。當在網(wǎng)上發(fā)布房地產(chǎn)精細模型后，消費者就可以足不出戶進入自己滿意的套房進行瀏覽，并對周圍的環(huán)境設施進行考察。通過查詢詳細的附屬信息可以了解到建筑容積率、墻面、樓板的材質(zhì)、房間面積等，大大簡化了房產(chǎn)交易的煩瑣過程，并且沉浸式的漫游效果更人性化。無論是房屋出售還是租賃，讓消費者自主進入BIM 與GIS 共同構(gòu)建的室內(nèi)、外環(huán)境都有利于房產(chǎn)交易環(huán)境。

4 結(jié)束語

隨著3D GIS 技術不斷趨于成熟，真三維實體的應用也愈發(fā)廣泛，如何從建立三維表面模型過渡到建筑物內(nèi)部形態(tài)是當下重點研究方向。本文通過SuperMapidesktop 三維平臺將BIM 建筑信息模型數(shù)據(jù)融合到3DGIS 場景中，并進行屬性開發(fā)，以便服務發(fā)布后查詢分析，較好地彌補了“空盒子”建筑物的現(xiàn)狀，實現(xiàn)了宏觀與微觀環(huán)境的密切結(jié)合，同時，介紹了結(jié)合后豐富的技術應用，對今后建筑的室內(nèi)外一體化及內(nèi)部設施管理提出了建議性嘗試。

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