BIM GIS的八大挑战!大挑战,见未来

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BIM与GIS的跨界融合,使微观领域的BIM信息与宏观领域的GIS信息实现交换和互操作,提升了BIM应用深度,将BIM的应用从单体延伸到建筑群甚至城市级,为GIS行业发展带来了新的契机,同时也带来了一些新的挑战。面对挑战,GIS基础平台要具备哪些能力?本文将剖析BIM GIS应用过程中遇到的难点以及应对方法。 在GIS平台中加载立交桥的BIM数据(左),并叠加在影像数据上(右)

BIM与GIS的跨界融合,使微观领域的BIM信息与宏观领域的GIS信息实现交换和互操作,提升了BIM应用深度,将BIM的应用从单体延伸到建筑群甚至城市级,为GIS行业发展带来了新的契机,同时也带来了一些新的挑战。面对挑战,GIS基础平台要具备哪些能力?本文将剖析BIM GIS应用过程中遇到的难点以及应对方法。


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在GIS平台中加载立交桥的BIM数据(左),并叠加在影像数据上(右)




挑战一:将BIM数据接入到GIS平台


国内外BIM建模软件种类繁多,不同的软件有各自的存储方式。这些数据格式彼此不同,且相对比较封闭没有公开文件结构,给BIM数据接入到GIS平台带来了最直接的挑战。


BIM数据依赖于BIM软件,比如Revit的rvt文件本身是不带贴图的,是存在于Revit安装目录的材质库中,要读取Revit数据的完整信息,包括属性、材质、几何等,离不开Revit软件本身。实现读取BIM数据目前最务实的方法就是基于BIM到GIS数据格式转换工具或插件,也就是基于BIM软件库的原生支撑,将BIM数据转换到GIS数据库。


SuperMap先后提供了多款BIM主流设计软件的转换插件和工具,如Autodesk旗下的Revit、AutoCAD以及Civil3D软件,以及Bentley的MicroStation CONNECT Edition、达索的CATIA软件,将数据的顶点和属性信息一次性导出,并且按类型或图层进行分类。导出数据不仅保留了BIM数据实例化的特点,还生成了多细节层次(Levels of Detail),提升数据在三维GIS平台中加载和浏览的性能。SuperMap也为某些行业的标准格式-IFC提供了对应的转换工具。




挑战二:实现BIM模型轻量化


BIM建模软件注重的是单一体建筑,但GIS需要管理一个区域或整个城市的BIM数据,并且GIS终端可能是配置不高的PC,甚至是Pad或手机,因此GIS面对的数据量挑战更大。所以我们不仅要解决数据格式转换,更要进行适当的数据轻量化和优化,SuperMap对外提供的插件已经内嵌了智能轻量化的能力。


实现BIM轻量化需要以下关键技术:

  • 原生LOD(Level of Detail)技术。BIM软件中的三维对象是参数化的,比如圆柱体,用圆心、半径、高度来描述,但导入GIS系统要三角化成三角网,在三角化时,利用此技术可生成多个不同细节层次的模型,即将BIM模型解析出不同的显示精度和显示层级。


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不同细节层次(左为LOD-0,右为LOD-2)的风管模型


  • 实例化技术,即对BIM模型中存在的大量共用对象只存储一份。如在建造阶段,会存在大量的螺丝钉对象,它们的顶点和材质等都是一样的,只是位置不同,通过存储一个螺丝钉和多个位置的方式实现复用模型。在显卡也支持这样的实例化渲染,从而提升渲染效率。




挑战三:在GIS平台表示 BIM模型


对象模型是一类GIS空间数据模型,用来描述离散空间的要素,包括二/三维点、线、面以及三维体对象模型。其中,三维体对象是通过拓扑闭合、高精度的三角网来表示的。三维体对象模型可以表示现实对象,如建筑、桥梁等。


GIS要从室外走向室内,室内数据需要BIM来获取。要实现BIM模型支持查询、统计及分析等功能,首先需要解决如何在GIS平台表示BIM模型的难题。与3ds Max模型相比,BIM模型不是一张皮的表面模型,它是体对象,具备完善的拓扑完整性及闭合性,因此可以用三维体对象模型来表达这样的建筑。


BIM模型进行三角化后,统一到三维体对象模型,可以做三维空间关系判断(包含、相交、相离)、三维空间运算(交、并、差),还支持计算表面积和体积,支持多种三维空间分析如控高分析、构建三维缓冲区等,为灵活定制城市设计规则提供技术支撑。


城市设计-控高分析 




挑战四:BIM单体之间链接网络表示


网络模型是另一类GIS空间数据模型,包括二维网络数据模型以及三维网络数据模型。三维网络模型数据可以表示道路、管廊、管线等数据之间的拓扑连接关系。BIM的应用对象往往是单体建筑,但如何实现如地下管线、铁路、隧道、港口等大规模区域性对象的管理,则需要集成GIS来实现,用三维网络模型数据来表示BIM单体之间的链接网络,比如道路数据,可以提取出带拓扑连接关系的三维点、线对象,然后构建三维网络数据模型。


这样就可以将BIM模型应用于各种复杂的实际工程领域中,例如爆管网络分析,若某一处市政水网/供热管网/天然气管道的地下管线发生了爆裂,我们可以基于三维网络数据模型的拓扑关系知道关闭哪些阀门,哪些管线受到了影响,从而及时、快速的解决问题。


三维设施网络分析-爆管分析




挑战五:三维数据坐标转换


BIM通常采用独立的坐标系统,如地方坐标系,GIS数据来源众多,采集方式各异,所采用的坐标系也存在一定的差异性。BIM与GIS集成应用面临着各自坐标系不同,无法匹配的问题。GIS最基本的能力就是坐标转换,点线面的坐标转换已经十分成熟,但转换能力是否能应用到三维模型数据中,对GIS平台也是一个挑战。


SuperMap已实现支持三维模型的逐顶点坐标转换能力,支持BIM模型和GIS数据在平面坐标系和地理坐标系之间的转换,实现在地球曲率影响下的BIM模型和GIS数据精确匹配,避免渲染时的裂缝和漏洞等问题,满足众多行业,如桥梁、道路、水利大坝等,在建设、运营、管理过程中对数据的精度需求。


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地方坐标系下的BIM模型转换到地理坐标系下,再叠加到天地图上的显示效果

                                                                                   



挑战六:BIM与多源数据融合匹配


GIS有一个很重要的特性,就是集成了海量多源数据,比如地形影像、倾斜摄影模型、激光点云、精细模型、水面、地下管线以及场数据等。如何实现BIM与多源数据融合匹配,从而提高数据的利用价值,这是对BIM GIS应用的又一挑战。


要进行融合匹配,首先需要进行坐标转换和数据配准,将BIM模型与倾斜摄影模型、地形等多源数据统一到一个坐标系,实现各种信息对齐;然后再对数据进行操作和处理,进行诸如镶嵌压平裁剪等操作,实现数据平滑衔接、纹理拼接自然。


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BIM模型与多源数据融合




挑战七:三维空间数据标准 缺乏


三维空间数据的高效发布、数据共享和数据标准是三维GIS应用热点之一。BIM GIS得到了越来越广泛的应用,但缺乏统一的三维空间数据标准和规范,三维空间数据的互操作和开放共享成为难点,这在一定程度上制约了BIM GIS更加深入的应用。


目前,国内外已经推出了众多数据标准和格式,如S3M、I3S、3D Tiles等。这些标准与格式的推出,推动了三维数据标准化和三维数据的开放共享。


SuperMap推出的S3M(Spatial 3D Model)标准,适用于网络环境和离线环境下海量多源三维空间数据的数据传输、交换、高性能可视化,实现了在B/S下发布和共享海量BIM与GIS数据,也实现了海量BIM与GIS数据在桌面端、浏览器端、移动端的相关应用。




挑战八:多终端支持BIM GIS应用


IT技术的飞速迅猛发展,深刻而长远地影响了BIM与GIS两个领域。其中,VR/AR以及WebGL等IT新技术,为BIM GIS应用注入了强劲的动力。为了实现这些IT新技术与BIM、GIS的集成应用,需要多终端支持BIM GIS应用。


SuperMap基于HTML5 WebGL技术,推出了轻量级三维客户端,这样无须安装软件、无须安装插件、无须下载数据,就可以在浏览器上高效浏览三维服务,并通过开源的S3M规范支持实用的三维空间查询、量算以及空间分析等功能。SuperMap将AR与BIM、GIS结合,在GIS移动端平台上将数字化的BIM投放到任何场景中。如在施工现场,将设计方案与实际施工现场进行比对,可以及时发现问题并进行修正。


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Cross裁剪


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BIM GIS AR


结语


软硬件实力的不断提升,以及数字化社会的建设需求,为BIM和GIS技术的跨界融合创造了机会。BIM GIS的应用价值不可限量,需要大家不断深入探索与挖掘。


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