BIM+GIS跨界的力量

1、BIM+GIS 跨界的力量摘要：BIM與GIS的有效整合，將在國土安全、室內導航、三維城市建模、市政模擬、資 產管理等領域發(fā)揮重要作用。伴隨IFC還是CityGML的逐漸融合，更多跨界“橋梁”仍需不斷搭建。談到三維城市、數(shù)字城市，人們認為城市三維GIS就是對城市里的建筑、道路等城市對象進行三維建模，再把這些模型放到其對應的地理位置上，與虛擬實景技術結合進行城市空間場景漫游，如果僅是這個目的，那只能說這是一個帶有準確地理位置的三維城市微縮模 型。因為目前采用的測量手段對建筑內部的墻壁、門窗、管線設施以及走廊空間建模難以實現(xiàn)，針對以上建模，傳統(tǒng)做法是以CAD記錄建筑物的幾何形狀、空間關系等圖形化關

2、系，其他如工作進度、外在環(huán)境條件、材質、費用等非圖形化信息則是由其他信息系統(tǒng)處理。幸好現(xiàn)在有了 BIM，BIM技術不但能整合上述建筑物的圖形以及非圖形信息，用虛擬 三維實景的方式呈現(xiàn)，并建立信息流模型， 減少信息在建筑各階段傳遞過程中的流失?？傮w上講，CAD用來繪制建筑物，BIM是用來整合和管理建筑物本身所有階段信息，GIS則是整合及管理建筑外部環(huán)境信息。把微觀領域的BIM信息和宏觀領域的 GIS信息進行交換和相互操作，滿足查詢與分析空間信息的功能，是未來城市GIS的發(fā)展方向。為不同世界架橋BIM和GIS整合已漸漸成為業(yè)內的焦點，各大出版物和項目都對此一片叫好。然而現(xiàn) 在這兩者到底能整合到什么

3、程度呢？似乎在從業(yè)者的角度來看，BIMer和GISer依舊生活在兩個不同的“平行宇宙”中。雙方使用不同的技術、標準以及其他手段企圖想要將對方融合 到己方。目前為止有兩種方向，一是GISer利用已開發(fā)的 GIS技術和標準將建筑視為地理空間的一種數(shù)據(jù)，另一種是 BIMer利用精細的建筑模型以及周邊的設施例如街道、地形、地 下管道等，他們認為這是GIS向BIM融合。很明顯的，這兩種事物根本沒有融合。BIM被GISer當作了構筑環(huán)境的基本數(shù)據(jù)源，而GIS僅被BIMer視為關鍵的空間數(shù)據(jù)源。在建筑領域，建筑從設計到施工產生大量的信息，特別是建筑設計三維模型，包含了建筑詳細的空間信息，但這些信息主要為建筑

4、施工服務；而在城市三維 GIS領域，主要研究如何對城市建筑三維建模，這樣首先要獲得這些建筑詳細的空間信息。但是兩個領域的數(shù)據(jù)格式完全不同， 沒法將建筑的空間信息直接搬過來為己所用。因此，雖然雙方都很想打破界限，但是卻一直沒能找到可以連接“平行宇宙”的“橋梁”。這個“橋梁”將是一個出色的中央模型服務器角色，在其上通過標準語言使BIM和GIS雙方能夠共享數(shù)據(jù)，當然，這個“橋梁”可能不是一方搭建就能完成的，需要雙方共同出力以 期完成。因此有針對 IFC和CityGML融合的研究來以助力 BIM和GIS真正融合交匯。BIM方的IFCBIM（Buildi ng In formation Modeli n

5、g建筑信息模型）是以建筑物的三維數(shù)字化為載體，以建筑物全生命周期（設計、施工建造、運營、拆除）為主線，將建筑生產各個環(huán)節(jié)所需要的信 息關聯(lián)起來，所形成的建筑信息集。二維的圖紙只是用線條和符號表達建筑構件的信息， BIM則是以三維立體形式表達建筑構件，并且可以展現(xiàn)構件之間的互動性，反饋構件相互 作用信息。BIM技術在歐洲使用的比較普遍，德國、挪威和芬蘭這三個國家的BIM軟件普及率已達到60%以上。BIM起始于美國，有相關調查顯示2007年時美國的BIM使用率大約為28%，經過這些年的發(fā)展，到 2011年就上升到了 81%，增長非?？臁５乾F(xiàn)在國際上 有上百種BIM軟件，這些軟件有的側重于建筑三維

6、建模，有的側重于鋼結構設計，但各個 軟件數(shù)據(jù)格式不同，無法整合，成為行業(yè)限制瓶頸，降低工作效率。IFC（Industry Foundation Classes工業(yè)基礎類），建筑業(yè)界習慣稱為IFC標準，是IAI（TheIn ternatio nal Allia nee for In teroperability國際協(xié)同聯(lián)盟）建立的一個標準名稱。IFC標準數(shù)據(jù)文件有很好的平臺無關性，它作為一種中性的數(shù)據(jù)文件具有良好的自描述能力，不會因為相關軟件系統(tǒng)的廢棄而造成信息流失?，F(xiàn)在越來越多的 BIM軟件宣布支持IFC標準，提供IFC標準的數(shù)據(jù)交換接口，這些軟件的不同BIM模型信息可以轉換為IFC標準數(shù)據(jù)文

7、件，這樣形成同一數(shù)據(jù)模型的建筑產品，以IFC標準格式的數(shù)據(jù)流通。GIS 方的 City GMLCityGML（City Geography Markup Lan guage ，城市地理標記語言）是一種用來表示和傳輸 城市三維對象的通用信息模型，它是最新的城市建模開放標準。該標準源自地理研究領域 （GIS），用來存儲和交換虛擬城市三維模型。GML是由OGC（開放式地理信息系統(tǒng)協(xié)會）于1999年提出的一種開放性的元語言，用于地理要素的空間幾何信息的建模以及非空間屬性信息的傳輸及存儲。隨著技術的發(fā)展以及行業(yè)的應用訴求上升，GIS的研究對象從過去的二維到現(xiàn)在的三維甚至多維。GML主要用來表現(xiàn)二維地理空

8、間要素，而CityGML主要用來表現(xiàn)城市三維對象的通用信息。它對道路、建筑、水域、植被、綠地等的描述進行了定義。但該標準對建筑的細節(jié)描述十分有限（遠遠不及IFC的詳細程度）。因此需要在CityGML中兼容IFC提供的準確、詳細的細節(jié)數(shù)據(jù)。若想真的搭建“橋梁”，IFC需要通過中央模型服務器實時在線，因此需要開源的BIMserver。這就意味著IFC的語義和關系應在 GIS環(huán)境中可用。因此CityGML被用來達成 這一目的，但是直接將默認的IFC的語言系統(tǒng)封裝進 CityGML是行不通的。為此，在 2009年，CityGML的新擴展一一GeoBIM作為標準開始實行。通過它，IFC的數(shù)據(jù)就可以進入C

9、ityGML中。這樣就搭好了一做橋梁。融合能做什么這兩個系統(tǒng)的整合以后的應用領域很廣闊，包含城市和景觀規(guī)劃、建筑設計、旅游和休閑活動、3D地籍圖、環(huán)境模擬、熱能傳導模擬、移動電信、災害管理、國土安全、車輛和 行人導航、訓練模擬器、移動機器人、室內導航等。雖然BIM在國內應用很少，但是行業(yè)內應該關注并展望 BIM和GIS結合所帶來的思路的轉變、成本的降低以及效率的提高。國土安全在OGC的網(wǎng)站上有個以國土安全為目標的“狙擊手行動”測試。其中設置了一個場景：一名重要的政客沿著特定的路線行進，出于安全需要，需要事先找到所有能看到這條路線的窗子和建筑物，并通過計算得出狙擊手可能躲藏的位置。以往是在3D查

10、看器中瀏覽沿線所有的建模模型，并以專業(yè)人員的經驗來判斷狙擊手可能選擇的位置。但是現(xiàn)在可以通過 BIM和GIS共同生成的城市的模型數(shù)據(jù)來生成一個線路沿線上符合條件的窗子和建筑的列表報 告。如果只是應用其中一方作為分析手段都會產生局限性。例如CityGML不會儲存窗子的寬度和高度，而且要是通過幾何形狀去算的話將會非常復雜且費時費力；而且IFC中卻正好存儲了窗子的尺寸，兩者通過GeoBIM就達到了 IFC數(shù)據(jù)與CityGML的有效融合。這個例子正是通過利用路線沿線的城市模型所附加的非常詳細的CityGML信息和IFC模型的數(shù)據(jù)，所以我們非常簡便并準確地才能定位和識別窗子。室內導航現(xiàn)在行業(yè)中都想解決室

11、內定位這一難題，但是大多關注的都是定位的手段，例如到底是Wi-Fi還是藍牙，是 LFC還是NFC等等，但是室內定位的地圖卻一般都是建筑的二維電子 圖來生成的，甚至只是示意圖；室外的地圖導航都開始真三維化了，室內導航還用二維線條，這著實有點跟不上節(jié)奏了！但是如果有BIM ,那這一問題就能迎刃而解：通過BIM提供的建筑內部模型配合定位技術可以進行三維導航，例如有公司為央視新大樓開發(fā)的室內導航系 統(tǒng)，就是利用了 BIM和GIS，可以為員工進行跨樓層跨樓體的導航。同時也可以在模擬突發(fā)事件時，事先規(guī)預演工的疏散路線等情況，這將極大降低因災害引起的人員傷亡。三維城市建模城市建筑類型各具特色，外型尺寸不同，

12、外部顏色紋理不同，以及障礙物阻擋等。 如果是“航測+地面攝影”，后期需要人工做大量貼圖；如果是用價格昂貴的激光雷達掃描，成本 太高而且生成的建筑模型都是“空殼”，沒有建筑室內信息，同時室內三維建模工作量也不小，并且無法進行室內空間信息的查詢和分析。而通過BIM，可以輕易得到建筑的精確高度、外觀尺寸以及內部空間信息。因此，通過綜合BIM和GIS，先對建筑進行建模，然后把建筑空間信息與其周圍地理環(huán)境共享，應用到城市三維GIS分析中，就極大的降低了建筑空間信息的成本。當然這個前提是建筑都應用到BIM，現(xiàn)階段在我國還依舊很難實現(xiàn)。市政模擬通過BIM和GIS融合可以有效的進行樓內和地下管線的三維建模，并

13、可以模擬冬季供 暖時熱能傳導路線，以檢測熱能對其附近管線的影響?；蚴钱敼芫€出現(xiàn)破裂時使用疏通引導方案可避免人員傷亡及能源浪費。資產管理以BIM提供的精細建筑模型為載體，利用GIS來管理建筑內部資產的位置等信息，可以提高資產管理的自動化水平和準確性。不會出現(xiàn)資產管理不明，或是不在它該在的位置這種尷尬情況。BIMer , GISer相向而行BIM和GIS融合在國外已經喊了很久了，大家也都在為此而努力著，無論是IFC還是CityGML都是進步的表現(xiàn)。同時，為了加速兩者融合，除了需要標準融合，也應該盡快出臺相應的從業(yè)資質認證， Esri全球社區(qū)發(fā)展行業(yè)經理兼“地理設計傳教士”的Shannon McElvaney也在采訪中呼吁“BIM和GIS的融合需要打破固有的、保守的文化壁壘?！彼J為因為沒有工程認證，部分GISer在建筑界“舉步維艱”。例如，經常會聽到測量師說“GISer不懂準確度、精確度”。同樣的GIS行業(yè)