【BIM与GIS】如何将BIM数据导入GIS平台?

【BIM与GIS】如何将BIM数据导入GIS平台?

建筑信息模型(Building Information Modeling),简称BIM,国家标准GB/T 51212-2016《建筑信息模型应用统一标准》将BIM做如下定义:在建设工程及设施全生命周期内,对其物理和功能特性进行数字化表达,并依此设计、施工、运营的过程和结果的总称,简称模型。

BIM数据不仅包含常见的建筑物(Building),还包含各种构筑物(Structure),例如:厂房、水坝、电站等,也包含线状的基础设施,例如:路、铁路、隧道、管廊、管道等。随着BIM技术应用的普及,尤其是BIM+GIS应用的不断深入,业界开始对BIM数据在三维场景中实时浏览的性能有了更高的要求,于是BIM数据的轻量化需求就比较迫切。

现阶段BIM数据主要来自于BIM设计软件,众所周知,国内外BIM设计建模软件种类繁多,不同的软件有各自的存储格式。这些数据格式彼此不同,且大多数相对比较封闭没有公开文件结构,在此就不一一例举。以下为一些常见的BIM数据格式:

1、IFC是IFC(Industry Foundation Class,工业基础类)标准定义的信息交换标准格式,存储了工程项目全生命周期的信息。目前常用的BIM软件都支持输出IFC格式的BIM数据。

2、RVT是Autodesk Revit系列软件使用的BIM数据格式。Revit软件是目前进行BIM建模的主流软件,因此其项目文件.rvt目前应用广泛,使用者较多。

3、DGN是Bentley公司MicroStation系列产品使用的数据格式,采用二进制存储。

4、3DXML格式是Dassault Systems公司推出的开放式BIM数据格式。它是基于XML的轻量化数据格式,具有体积小、压缩比高的特点,使其能提供更快的文件传输速度和更短的存储时间。

5、DWF(Design Web Format,Web图形格式),是由Autodesk开发的一种高度压缩的轻型文件格式。

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BIM数据导入GIS平台的三种方法

目前,BIM数据导入GIS平台软件,通常有三种实现方式:

1、第一种方法是通过自行研发的BIM插件,将BIM数据导入GIS平台软件。该方法是基于BIM软件提供的数据接口进行二次开发,也就是基于BIM软件的原生支撑,将BIM数据转换到GIS数据库。这种方式的优点在于数据质量可以得到保障,获取的数据信息量丰富,如模型的LOD层也能原生接入,能最大限度地满足应用需求。但对不同的GIS软件和BIM软件都需要开发一套接口工具,需要对GIS软件和BIM软件的数据结构都有足够的了解,而且对研发能力的要求较高。

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2、第二种方法是通过中间数据格式实现BIM与GIS的数据交互。该方法是将BIM模型按照IFC标准组织生成IFC格式数据,或者转换成FBX、OBJ、OSG等模型数据格式,GIS软件可直接读取。这种方式的优点在于转换简单,一般常用的BIM软件都支持导出IFC等格式的数据。但这种方式可能导致数据丢失、数据转换质量不佳、数据转换时间过长等问题。

3、第三种方法是GIS软件直接读取BIM数据。这种方式从GIS软件内部支持了BIM数据的接入,不仅省时省力,而且可以保证读取的BIM数据质量,但目前受限于BIM软件的产品模式,GIS软件可直接读取的BIM数据格式还较少。

为了更好的保留BIM的几何信息和属性信息,通常采用第一种方式实现将BIM数据导入GIS平台中。

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BIM数据导入GIS平台遵循的三条原则

BIM软件通常采用参数化的方式建模,但是,BIM软件提供的API,通常只能获取三角化后的三角网(Mesh)。因此,在将BIM数据导入GIS平台时,为了更好地保留BIM数据的精度、拓扑和语义完整性以满足后续各种指标运算、空间分析的要求,并且更好地实现对BIM数据做轻量化处理,通常会遵循以下三条原则:

1、通常采用高精度的、拓扑闭合的三维体数据模型来表达,以更好地保留BIM数据的精度、拓扑和语义完整性。

三维体数据模型是通过高精度的、拓扑闭合的三角网曲面界定了一个均质的实体空间。该实体空间的三角网曲面边界是一个有向的、封闭的二维流形(2-Manifolds),其拓扑关系采用半边数据结构(Halfedge Data Structure)表达。半边数据结构,是一种以边为中心的数据结构,如图1所示。每一条边(Edge)都是由两条方向相反的半边(Half-Edge)组成,每条半边中存储一个入射顶点(Vertex)和入射三角面(Triangle)。如果边的一个半边是边界半边,则该边是边界边。如果曲面不包含边界半边,则曲面是拓扑闭合的。一般来说,半边的方向是逆时针的,因此面的法向量是朝外的(遵循右手定律)。

  

【BIM与GIS】如何将BIM数据导入GIS平台?

图 1 半边数据结构

 

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图2 高精度、拓扑闭合的三维体数据模型表达BIM模型

借助三维体数据模型,可实现BIM数据在GIS平台软件中的三维空间查询和分析等多种操作,主要包括三维空间关系判断、三维空间运算、降维运算、体积和表面积运算、三维缓冲区分析等,可为灵活定制城市设计规则库提供技术支撑。

2、可采用BIM三角化时原生构建的多细节层次(LOD,Level of Detail)模型,以更好地对BIM数据做轻量化处理。

参数化的BIM模型,在三角化时,可以构建不同的细节层次的三角网,即参数化的曲面可以三角化成不同细节层次的三角网,如图3所示。原生构建的LOD模型,不仅可以更好地轻量化数据,还可以保留三角网的拓扑关系。

 

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图3 不同细节层次的BIM模型

3、可采用实例化技术,以减少模型数据的冗余。

针对在BIM数据中同一个模型放置在不同位置或以不同姿态摆放的情况,可采用实例化技术存储,采用几何模型+姿态/位置矩阵的方式存储,可实现相同的几何模型只存储一次,减少磁盘存储空间;绘制时也可采用实例化技术,可以减少显卡的渲染压力,提升渲染效率。

 

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图4 实例化技术

不同领域的BIM数据的精细程度也不尽相同。根据实际应用需求,还可以采用更多灵活的方法,对BIM数据进行轻量化处理,比如依据具体应用,对属性信息进行轻量化处理。

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结语

近年来,BIM与GIS的集成应用越来越广泛且深入,如何将BIM数据导入GIS平台实现信息交互成为了首要解决的问题。基于本文,SuperMap提出了目前被业界普遍运用的技术方案。未来,SuperMap会联合更多合作伙伴,提供更多行之有效的解决方案,为“BIM+GIS”的发展和应用落地贡献一份力量。

提示:该文所涉及到的技术流程源于“超图集团”

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