BIM與GIS融合關(guān)鍵技術(shù)及解決方案

BIM技術(shù)在各行各業(yè)不斷深入應(yīng)用，對(duì)三維GIS提出了新的挑戰(zhàn)。面對(duì)BIM與GIS融合的技術(shù)難題，超圖突破了BIM主流數(shù)據(jù)的無損接入等關(guān)鍵技術(shù)，開拓了三維GIS向大型工程領(lǐng)域發(fā)展，為BIM+GIS應(yīng)用提供了有力的技術(shù)和平臺(tái)支撐。

BIM技術(shù)及其在規(guī)劃、房產(chǎn)、建筑、水利、電力、交通等行業(yè)的不斷發(fā)展和深入應(yīng)用，對(duì)三維地理信息系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)，三維空間信息在GIS平臺(tái)中不只停留在“看一看”的階段，而需要從數(shù)據(jù)接入、處理、渲染到分析及結(jié)果的輸出，形成完整的閉環(huán)，為相關(guān)行業(yè)應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，為管理和決策提供可靠依據(jù)。

為了應(yīng)對(duì)BIM+GIS融合的技術(shù)難題，SuperMap GIS突破了BIM主流數(shù)據(jù)的無損接入、BIM數(shù)據(jù)到GIS平臺(tái)的精準(zhǔn)匹配、超百萬級(jí)BIM模型實(shí)時(shí)繪制等關(guān)鍵技術(shù)，突破了BIM數(shù)據(jù)與三維實(shí)體模型無縫對(duì)接技術(shù)，借助三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)了BIM數(shù)據(jù)在GIS平臺(tái)中的分析及運(yùn)算能力，開拓了三維GIS向建筑、橋梁、隧道、水利大壩等大型工程應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，為BIM+GIS應(yīng)用提供了有力的技術(shù)和平臺(tái)支撐。

BIM數(shù)據(jù)對(duì)接

在數(shù)據(jù)層面，超圖為BIM與GIS的融合提供了Revit、Bentley、CATIA等BIM主流設(shè)計(jì)軟件的數(shù)據(jù)導(dǎo)出插件，數(shù)據(jù)的頂點(diǎn)和屬性信息一次性導(dǎo)出，并且按類型或圖層進(jìn)行分類。導(dǎo)出的數(shù)據(jù)不僅保留了BIM數(shù)據(jù)實(shí)例化的特點(diǎn)，還生成了多細(xì)節(jié)層次(Levels of Detail)，可提升數(shù)據(jù)在三維GIS平臺(tái)中加載和瀏覽的性能；同時(shí)，導(dǎo)出的數(shù)據(jù)還保留了BIM數(shù)據(jù)的拓?fù)渫暾约伴]合性。拓?fù)溟]合的三維對(duì)象可以進(jìn)行空間運(yùn)算、空間關(guān)系查詢、空間分析、與地形數(shù)據(jù)進(jìn)行布爾運(yùn)算等。

BIM數(shù)據(jù)接入后會(huì)存儲(chǔ)在模型數(shù)據(jù)集中，數(shù)據(jù)集中每條記錄代表一個(gè)BIM實(shí)體對(duì)象，包含了模型幾何信息(GeoModel 3D)和屬性信息兩個(gè)部分。為了滿足更多BIM設(shè)計(jì)軟件的對(duì)接需求， SuperMap GIS 9D組件產(chǎn)品提供并公開了GeoModel 3D讀寫的開發(fā)接口，用戶可以自行解析出BIM數(shù)據(jù)每個(gè)對(duì)象的骨架、材質(zhì)、紋理及屬性信息，通過相應(yīng)的接口構(gòu)建模型對(duì)象，將BIM數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)集中。

BIM數(shù)據(jù)編輯及輕量化

BIM+GIS應(yīng)用涵蓋BIM的全生命周期，在BIM的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維各個(gè)階段，超圖的合作伙伴基于SuperMap GIS也已完成了很多典型的應(yīng)用案例，同時(shí)發(fā)現(xiàn)BIM與GIS融合在數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)匹配、模型實(shí)時(shí)繪制等方面存在技術(shù)難題。

為了應(yīng)對(duì)BIM+GIS融合的技術(shù)難題，SuperMap GIS研發(fā)了BIM主流數(shù)據(jù)的無損接入、BIM數(shù)據(jù)到GIS平臺(tái)厘米級(jí)精準(zhǔn)匹配、超百萬級(jí)BIM模型實(shí)時(shí)繪制等關(guān)鍵技術(shù)，開拓了三維GIS向建筑、橋梁、隧道、水利大壩等大型工程應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，為BIM+GIS應(yīng)用提供了有力的技術(shù)和平臺(tái)支撐。

01 BIM數(shù)據(jù)編輯

超圖三維平臺(tái)不僅可以編輯BIM對(duì)象的幾何信息和屬性信息，還可以編輯BIM對(duì)象的某個(gè)子對(duì)象，比如：子對(duì)象的紋理替換、紋理的色調(diào)調(diào)整等，還支持導(dǎo)出為OSGB、S3M、GLTIF、STL、OFF、DAE等多種數(shù)據(jù)格式。此外，為了方便用戶更便捷地編輯BIM模型位置，SuperMap iDesktop 9D產(chǎn)品提供了模型數(shù)據(jù)集的批量編輯功能，可對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)集圖層進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)等操作。

整體平移

整體旋轉(zhuǎn)

02 BIM數(shù)據(jù)輕量化

不同的領(lǐng)域BIM數(shù)據(jù)的精細(xì)程度也不盡相同，對(duì)GIS應(yīng)用來說，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需求，將BIM數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維GIS平臺(tái)需要進(jìn)行不同程度的輕量化操作，在SuperMap iDesktop 9D產(chǎn)品中提供了多種BIM輕量化和三角網(wǎng)的操作，包括：提取外殼(外殼和內(nèi)部分離)、三角網(wǎng)簡(jiǎn)化、子對(duì)象簡(jiǎn)化(刪除)、刪除重復(fù)頂點(diǎn)、計(jì)算(刪除)法線、模型拆分、模型合并等諸多實(shí)用功能。下面以三角網(wǎng)簡(jiǎn)化為例詳細(xì)介紹。

BIM三角網(wǎng)簡(jiǎn)化

1、簡(jiǎn)化時(shí)是否約束邊界：簡(jiǎn)化時(shí)需要保持邊界不變形，則勾選復(fù)選框，否則取消勾選復(fù)選框；

2、簡(jiǎn)化條件：?jiǎn)螕簟敖y(tǒng)計(jì)三角面數(shù)”按鈕，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示在按鈕右側(cè)，顯示了該模型圖層的最小、最大三角面片數(shù)，根據(jù)最小、最大三角面片數(shù)來設(shè)置簡(jiǎn)化過濾條件，模型對(duì)象的三角面數(shù)量在該區(qū)間內(nèi)才參與簡(jiǎn)化操作；

3、簡(jiǎn)化信息：滑動(dòng)刻度條設(shè)置簡(jiǎn)化率，簡(jiǎn)化三角面片數(shù)。每次改變刻度值都會(huì)對(duì)選中的模型圖層進(jìn)行簡(jiǎn)化，在右邊視窗可預(yù)覽簡(jiǎn)化后的效果。

03 基于BIM數(shù)據(jù)分析運(yùn)算

超圖新一代三維GIS技術(shù)在二三維一體化數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上，新增了三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型，定義了三維實(shí)體對(duì)象的空間運(yùn)算、空間關(guān)系查詢(包含、相交、被包含、分離等空間關(guān)系)、空間分析等技術(shù)，突破了BIM主流數(shù)據(jù)與三維實(shí)體模型無縫對(duì)接技術(shù)，借助三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)了BIM數(shù)據(jù)在GIS平臺(tái)中的分析及運(yùn)算能力。

1、支持布爾運(yùn)算，BIM數(shù)據(jù)之間進(jìn)行交、并、差運(yùn)算，得到新的三維實(shí)體對(duì)象；

2、支持空間關(guān)系查詢，BIM數(shù)據(jù)和三維實(shí)體對(duì)象之間的空間關(guān)系查詢?cè)诔鞘性O(shè)計(jì)及建筑設(shè)計(jì)等領(lǐng)域都會(huì)有廣泛的應(yīng)用；

3、支持獲取截面，對(duì)BIM數(shù)據(jù)進(jìn)行剖切，獲取二維戶型圖；

獲取截面

4、支持獲取三維邊界，BIM數(shù)據(jù)提取三維邊界面，與大規(guī)模地形進(jìn)行鑲嵌操作，實(shí)現(xiàn)精確的位置匹配；

BIM模型與地形精確匹配

5、支持與地形布爾運(yùn)算，BIM數(shù)據(jù)與地形進(jìn)行布爾運(yùn)算(差運(yùn)算)，實(shí)現(xiàn)在山體模型中挖出貫通的隧道；

6、支持批量修改對(duì)象的顏色及可見性，比如單獨(dú)顯示某一樓層信息，定義sql語(yǔ)句，查詢出該層樓所有對(duì)象的ID，根據(jù)ID設(shè)置對(duì)象可見性；還可根據(jù)查詢結(jié)果設(shè)置對(duì)象顏色，比如按照構(gòu)建類型設(shè)置顏色。

04 BIM數(shù)據(jù)發(fā)布共享

BIM數(shù)據(jù)在三維場(chǎng)景中高效加載和瀏覽，需要把數(shù)據(jù)進(jìn)行切片處理，通過構(gòu)建多層次細(xì)節(jié)LOD、實(shí)例化存儲(chǔ)與繪制、粗糙層對(duì)象過濾等技術(shù)，生成S3M格式的三維瓦片，實(shí)現(xiàn)了海量BIM數(shù)據(jù)在桌面端、瀏覽器端、移動(dòng)端的高效渲染，解決了用戶從服務(wù)發(fā)布到多種客戶端加載應(yīng)用環(huán)節(jié)的實(shí)際問題。

超圖三維團(tuán)隊(duì)在多年技術(shù)積累基礎(chǔ)上，研發(fā)了開放的三維空間數(shù)據(jù)規(guī)范——Spatial 3D Model（S3M），解決了BIM等多源三維數(shù)據(jù)在GIS平臺(tái)中的存儲(chǔ)、融合、互操作的關(guān)鍵問題，解決了傳輸和解析延遲問題。基于WebGL硬件加速的可視化渲染技術(shù)，兼容多終端（移動(dòng)，瀏覽器，桌面）的跨平臺(tái)特性，以最大化滿足用戶需求。

SuperMap采用了HTML5 WebGL技術(shù)，推出了“零”客戶端三維產(chǎn)品——SuperMap iClient3D for WebGL。SuperMap iClient3D for WebGL是一款輕量級(jí)的三維客戶端開發(fā)平臺(tái)，支持硬件加速的可視化渲染技術(shù)，免除了三維渲染對(duì)插件的依賴，用戶無需下載、安裝插件，即可高效瀏覽三維服務(wù)，提升了用戶的Web 開發(fā)及終端訪問體驗(yàn)。WebGL技術(shù)提供的硬件加速渲染，可借助系統(tǒng)顯卡在瀏覽器流暢顯示三維場(chǎng)景和模型，用戶可以方便的在瀏覽器上實(shí)現(xiàn)Web端三維效果。

BIM數(shù)據(jù)在“零”客戶端產(chǎn)品中的效果

隨著BIM在大型工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，BIM與GIS的融合成為新的研究熱點(diǎn)。BIM與GIS更傾向于一種互補(bǔ)的關(guān)系，BIM是用來整合和管理建筑物本身所有階段的信息，GIS則是整合及管理建筑及外部環(huán)境信息。BIM與GIS融合將微觀領(lǐng)域的BIM信息和宏觀領(lǐng)域的GIS信息進(jìn)行交換和相互操作，滿足查詢與分析空間信息的功能；BIM將GIS引入了微觀領(lǐng)域，拓展了三維GIS的應(yīng)用領(lǐng)域，是未來城市GIS的發(fā)展方向。

（責(zé)任編輯：奚雅青）