BIM在三维数字城市中的集成与应用研究

2015-03-30胡章杰

测绘通报 2015年1期

胡章杰，张艺

(1．重庆市勘测院，重庆400020;2．重庆市勘测院，重庆400020)

一、引言

随着城市信息化需求进一步深化，对承载城市信息的空间数据载体提出了更高要求，不但要实现城市宏观大场景室外三维建模及应用，还要解决建筑物内部空间及设施的三维建模问题，以实现对城市信息资源的全面感知、全面整合、全面挖掘、全面共享和全面协同，提高城市管理和服务水平，实现“智慧城市”的建设目标。目前的三维数字城市建模手段和方式，难以满足更深入的应用分析需求。BIM是以建筑物三维数字化为载体，为数字城市提供了详细的内部空间几何及功能语义信息。通过开展BIM和三维数字城市的集成［1］，有助于极大降低建筑内部空间信息的获取成本，推送建筑室内外空间一体化应用。

BIM与GIS的集成被视为数字城市向智慧城市发展的关键技术之一，受到国内外专家学者的广泛关注。但受制于数据来源、软件平台、显示效率等技术难题，现有研究仅仅开展了单个BIM模型向GIS模型的转换与集成，尚未实现BIM数据在三维城市中的集成和应用。三维数字城市建设领域已具有多年技术积累，为了进一步丰富三维数字城市数据内容，应该拓展其应用外延。

二、总体思路

以开展建筑工程竣工规划核实工作中收集到的大量施工图为资料基础，提出了基于施工图制作BIM模型，并基于三维数字城市基础平台开展BIM集成应用研究的技术思路。总体思路主要包括3个环节:

1)从CAD的建筑构件图形向语义空间信息一致的BIM模型转换。基于Revit API进行二次开发，对CAD文件中涉及建筑构件的图形要素进行交互式处理，生成BIM模型，并将BIM模型转换为IFC标准数据格式，实现建筑构造信息的标准化表达。

2)从BIM模型向建筑构件信息BCM模型的映射。开发数据转换中间件，通过空间映射将IFC中的实体模型数据转换为BCM中表面模型数据，并同步进行建筑构件的语义映射。

3)基于三维数字城市平台开展BCM信息的访问和应用。其中持久层基于开源数据库及自主研发的三维GIS引擎实现BCM空间数据库存储与管理，数据访问组件提供BCM建筑构件要素的读取写入访问接口，应用层基于集景三维数字城市基础平台开展建筑物室内外一体化集成和应用。

4)形成了丰富的三维数字城市数据资源;通过将建筑信息模型应用于工商法人、建筑人口、应急消防、场馆建设等管理工作，拓展了三维应用外延。

总体思路如图1所示。

图1 总体思路

三、技术方案

1．基础数据建设

提出一种BIM与三维数字城市集成的方法，该方法基于施工图纸(CAD)开展建筑信息模型交互式构建，然后通过空间和语义信息映射将其转换为建筑构件信息模型［2］，并建立建筑构件信息库，在三维数字城市场景开展建筑构件信息的集成应用。创新性地提出了基于建筑施工图高效生成BIM模型的方法，解决了国内BIM应用普及程度低、手工构建BIM模型效率低下的问题，实现了BIM数据向3DGIS数据的自动转换与多细节层次集成，解决了三维数字城市室内建筑模型的数据源问题。BIM数据生产流程见图2。

图2 BIM数据生产流程

2．数据组织管理

定义多细节层次建筑构件信息模型可实现建筑几何、拓扑、语义属性信息的有效表达，进而搭建了IFC和CityGML之间的数据转换桥梁。根据建筑构件信息模型，定义其几何、语义和拓扑的关系，完成了建筑在BIM中的信息存储和表达，实现了BIM数据向3DGIS数据的自动转换。图3为BIM数据库组织建设。

图3 BIM数据库组织建设

3．长效机制保障

建立BIM模型更新机制，以规划竣工核实收集的建筑施工图为基础，实现城市建成区新竣工建筑工程的室内室外三维模型的动态建设和同步更新［3］，为BIM模型数据库提供长效机制，形成丰富的三维数字城市数据资源。

4．软件系统研发

实现三维建筑室内外一体化应用系统，能够支持基于LOD的室外三维场景动态展示和室内漫游，模型LOD技术加快虚拟现实中图形生成的速度，提供高速度、高质量的图形绘制方法。此外还提供了针对建筑信息模型的基本功能，如建筑构件信息查询、构件信息统计、建筑面积计算等。

四、应用展示

1．室内建筑信息模型在工商管理中的应用

企业法人库、地理空间库应由工商政府管理部门、规划管理部门牵头建设，项目组通过将法人库中的注册地址与地理空间库中的实有地址进行关联匹配，实现两库的对接融合。系统在三维室内外一体化的背景下，将地理信息与工商元素进行整合，做到“精准定位，内外实景，科学执法、合理布控、数据分析、服务决策”。工商管理应用见图4。

图4 工商管理应用

2．室内建筑信息模型在建筑人口信息管理中的应用

充分借助建筑物信息普查、人口信息普查等领域的数据成果，项目组立足于丰富的三维数字城市资源、建筑信息模型数据，开展了建筑人口管理系统建设的探索与应用。建筑人口信息管理应用见图5。

图5 建筑人口信息管理应用

3．室内建筑信息模型在智慧商场中的应用

图6为某家具卖场室内外一体化应用的展示，主要面向商场物业管理、停车场管理［4］、应急指挥［5］等，待今后三维地理信息在移动终端普及后，还可以进一步推广到普通公众用户，提升应用价值。

图6 智慧商场应用

4．室内建筑信息模型在场馆建设管理中的应用

结合重大场馆建设项目，基于以上研究成果，为场馆建设管理提供应用示范。系统可以展示不同月份的施工过程和进度，并支持对比分析。还可展示视频监控、钢结构监控［6］等，并支持实时监控和分析、预警，为建筑施工及运营安全过程监管提供了有力的技术支撑。图7为重大场馆建设管理应用。

五、结束语

提出了一种BIM与三维数字城市集成的方法，通过提出这种基于建筑施工图高效生成BIM模型的方法，实现建筑构件的自动化建模，解决了国内BIM应用普及程度低、手工构建BIM模型效率低下的问题。此外项目还在多个领域进行了建筑室内外一体化的示范应用，将BIM技术与三维数字城市进行很好的整合，具有广阔的应用前景。