BIM與GIS數(shù)據(jù)融合關(guān)鍵技術(shù)研究

1.1 融合 ***

目前BIM與GIS數(shù)據(jù)融合主要有兩種途徑，一種是通過中間交互格式，將BIM模型按照IFC（Industry Foundation Classes）標(biāo)準(zhǔn)組織數(shù)據(jù)，或者轉(zhuǎn)換成OBJ、DirectX、OSG 等成熟的三維引擎支持的格式，GIS系統(tǒng)直接讀取。優(yōu)勢是轉(zhuǎn)換簡單，一般BIM軟件都支持IFC、OBJ等格式數(shù)據(jù)的導(dǎo)出，可直接利用現(xiàn)成的轉(zhuǎn)換接口，缺點是存在數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換質(zhì)量不可控。另外一種是通過插件，調(diào)用平臺提供的數(shù)據(jù)接口從底層進行二次開發(fā)，實現(xiàn)BIM與GIS數(shù)據(jù)的融合。該 *** 優(yōu)勢是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換質(zhì)量可控，數(shù)據(jù)能滿足工程項目應(yīng)用需求，缺點是對不同的GIS平臺都需要開發(fā)一套接口工具，對BIM與GIS平臺的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都要有足夠了解，需要具備較強的研發(fā)能力。

1.2 考核因子分析

BIM模型導(dǎo)入GIS平臺后，考核數(shù)據(jù)融合效果的因子主要包括以下幾方面：幾何結(jié)構(gòu)、幾何位置、幾何屬性、CAD屬性（如圖層、顏色、透明度等）、紋理屬性、工程屬性等關(guān)鍵信息是否完整。一般中間格式轉(zhuǎn)換方式很難做到紋理屬性和工程屬性的無損。另外，BIM模型在GIS平臺的運行效率也可以作為考核數(shù)據(jù)融合效果的一個因子。除了GIS平臺本身的運行效率，GIS平臺對BIM模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化能力也是提高模型運行效率的一個方面。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)研究

由于BIM數(shù)據(jù)采用的CAD平臺與GIS平臺在數(shù)據(jù)的表達、組織和管理方式上有很大的區(qū)別，因此在數(shù)據(jù)融合時需要重點考慮以下幾方面。

1.3.1 數(shù)據(jù)組織

BIM數(shù)據(jù)以圖層為單位進行元素管理，一個圖層可以包含多種數(shù)據(jù)類型的元素，一個文件由多個圖層組成。另外，多個文件可以參考組成總裝文件。GIS數(shù)據(jù)以圖層為單位進行要素管理，一個圖層只能包含一種數(shù)據(jù)類型的要素，多種類型要素通過要素集進行管理，一個文件可以由多個要素集組成。介于BIM數(shù)據(jù)可以多級深度參考，為確保數(shù)據(jù)被提取到更低層級，同時保證轉(zhuǎn)換后圖層關(guān)系正確，因此需要建立起圖層-圖層、參考文件-要素集，總裝文件-文件方面的映射。

1.3.2 數(shù)據(jù)存儲

BIM模型一般將幾何與屬性存儲于同一文件，GIS軟件一般將幾何與屬性分開存儲，此外還會有地理坐標(biāo)信息的相關(guān)定義文件，而BIM模型一般沒有地理坐標(biāo)信息定義。BIM模型的顏色、線寬、符號、透明度等通過屬性進行表達，GIS平臺里這些屬性一般通過符號化的方式進行表達。對于多個同類元素，BIM模型通過共享單元來減少數(shù)據(jù)存儲，加快渲染速度，GIS平臺需要逐一進行實例化表達。對于結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，BIM一般采用分開存儲的方式，GIS平臺采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲方式，因此可以統(tǒng)一存儲BIM模型結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。

1.3.3 數(shù)據(jù)表達

BIM數(shù)據(jù)中元素的基本單元有點、單元、線、面、體等，尤其是三維表達上，可以用各種體來表達復(fù)雜的三維實體，如旋轉(zhuǎn)體、帶倒角的體、參數(shù)實體等，在GIS里，三維元素統(tǒng)一以Mesh來表達，因此數(shù)據(jù)被離散化處理，為更大程度控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換損失并保證GIS平臺的運行效率，需要在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時進行精度控制。如原始的一個圓柱體，轉(zhuǎn)換成Mesh時，可以設(shè)置成96、48、24或8個節(jié)點不同等級，在GIS平臺下，不同尺度采用不同的顯示等級。

對于紋理的表達，BIM數(shù)據(jù)一般通過貼圖的方式來表示模型的局部材質(zhì)，GIS平臺下，除了貼圖，還可以用正射影像來表示大范圍的地表紋理。

2.1關(guān)鍵項測試

為驗證BIM模型轉(zhuǎn)換后的關(guān)鍵信息是否完整，選取了不同行業(yè)典型項目數(shù)據(jù)進行測試，包括軌道交通、水利水電、工民建、市政工程等，從圖1~4可以看出，SuperMap和Skyline平臺下BIM模型的幾何結(jié)構(gòu)、幾何位置、幾何屬性、CAD屬性、紋理屬性、工程屬性等關(guān)鍵信息被完整保留。

2.2具體項目測試

為論證插件的轉(zhuǎn)換效率和GIS平臺的運行效果，選取了紹興地鐵1號線一個站點的BIM模型進行測試。BIM模型內(nèi)容包括建筑、結(jié)構(gòu)、通風(fēng)空調(diào)、排水消防、裝修、施工場平等，模型總裝容量大小1G，轉(zhuǎn)GIS平臺后數(shù)據(jù)文件沒有發(fā)生明顯的變化，其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)超圖udb耗時30min，udb轉(zhuǎn)s3m需要6h，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)Skyline 3dml耗時2h。模型在GIS平臺運行效果見圖5所示。

轉(zhuǎn)換插件支持面向B/S一體化應(yīng)用的數(shù)據(jù)同步導(dǎo)出，在轉(zhuǎn)換過程中，發(fā)現(xiàn)從udb轉(zhuǎn)s3m 數(shù)據(jù)格式相對較慢，雖然插件的性能優(yōu)于SuperMap平臺本身提供的轉(zhuǎn)換工具，但是比 Skyline從.x生成3dml的效率還是要低，需要SuperMap平臺對自身提供的s3m數(shù)據(jù)格式予以優(yōu)化。從渲染效果來看，SuperMap要優(yōu)于Skyline平臺，與原始BIM模型的顯示效果更加接近。在運行效率上，Skyline平臺下BIM模型的運行更加流暢，速度優(yōu)于SuperMap平臺。