基于GIS的BIM模型建立在地下管网的开发应用

阙瑜

【摘 要】BIM模型的节点优化功能和GIS数据的处理分析功能都是各自的领先方面，使BIM技术和GIS技术在实际应用中进行完美结合，为工程建设提供有利的数据支持和平台管理，是当前大数据时代亟待解决的问题。本文通过对地下管网的建模研究基于GIS数据库的BIM模型构建的开发和应用。

【关键词】GIS数据库；BIM技术；三维动态管理模型；数据应用

一、引言

党的十九大报告进一步指出，中国特色社会主义进入了新时代，进入了从站起来、富起来到强起来的伟大飞跃，我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。习近平在2018年新年贺词中再次强调，要“让人民生活更加幸福美满”。实现城市管理精细化，成为全国各大中型城市政府的一项重要任务。而智慧城市的建设顺应了人民对美好生活的需要，在智慧城市建设中，由于城市动脉的地下管网在无声中为人民的生活输送能量。地下管网的建设优化尤其重要。

在地下管网的建设规划中，管网的定位信息和节点管理成为了重中之重。由于城市的飛速发展，地下管网不但像动脉控制着人们的生活，也像各种小筋脉渗透到城市的各个角落。所以地下管网中定位信息数据不断增加形成了大型的数据库，这种包含大数据的数据库建设不但对精度要求越来越高，对各种拓扑关系中的信息查询利用也越来越频繁。随着1967年开发的CGIS系统到现代ERSI公司开发的GIS软件不断发展，地理信息系统也从数据到过程到解释结果进行了完美过渡，这种现代GIS技术处理地下管网的地理信息显得游刃有余。

但地下管网每天也在不断更新优化，在建设管理运营过程中，要对这种实体进行精确把控管理就需要建筑信息模型。BIM技术通过数字化技术，为这个地下管网提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。实现了从空间、时间上的双重把控。提高地下管网模型的集成化程度。本文主要阐述在实际的技术融合过程中问题和基于大数据时代中现有技术的设想。

二、BIM技术和GIS技术简述

BIM建立虚拟的建筑工程三维模型包含建筑工程信息库。该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，还包含了非构件对象（如空间、运动行为）的状态信息。借助这个包含建筑工程信息的三维模型，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，从而为建筑工程项目的相关利益方提供了一个工程信息交换和共享的平台。

地理信息系统（GeographicInformationSystem），简称GIS系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

三、BIM技术在GIS数据库中构建地下管网模型

为了综合利用BIM技术和GIS技术，使两种技术为复杂多变的地下管网服务，需要基于两种技术建立互相融合识别的工作平台。目前两种技术数据处理速度受限，不能单纯把两种技术直接简单融合，在计算机语言处理方面也不能达到共用，大多数国内平台都是通过建立动态的工作平台，同时操作两种数据库，在一些结构的边界进行简单定位和拾取。

通常使用的BIM技术和GIS数据库构建地下管网模型的步骤为：1、首先通过BIM技术建立三维模型，并通过各种碰撞检查使得结构之间更合理更精细。2、然后再讲BIM模型中精细化的标准数据导入supermap 软件中。在导入SUPERMAP软件时注意对定位技术的要求，要选择好适当的经纬点，将整个模型与实际空间进行连接定位。3、最后通过对导入GIS平台SUPERMAP软件的BIM模型进行外壳提取，对特定边界进行空间定位，从而达到对模型中每个点进行定位。将精细化的BIM模型无所保留的载入GIS数据库中，并达到可视化效果。那么在对地下管网系统进行构建模型时尤其需要注意以下几点：（1）地下管网数据由于其特殊性，边界数据不是简单的直线边界。而是一些光滑的曲线或者曲面，那么在对边界信息进行定义和拾取的时候通常是对轴线进行拾取。通过轴线来定位BIM模型中的其他位置关系。（2）在可视化效果处理时由于曲线数据的解析比直线数据解析效率更低，所以在可视化过程中需要对管网的个体结构进行数学建模。（3）地下管网的空间关系往往比单个建筑、构筑物更复杂，所以在节点的处理和空间位置关系的处理上容易出现黏连，那么在进行定位检查时需要更仔细。

四、BIM技术和GIS技术融合问题及解决构想

BIM精细化三维模型中的数据是三维GIS重要的数据来源，然而两者数据模型在几何和语义上差异是阻碍BIM与GIS集成应用的重要问题。

而目前常用的计算机融合手段通常是为了能使所有数据在平台内相互流通，需要将所有数据转换为BIM使用的IFC标准数据，然后将IFC标准数据转换为矢量地理格式，通过GIS数据工作原理，用ID相互连接，是数据在两种不同的软件平台进行流通。然后在构建模型时将BIM模型进行数据解析，将其转换为GIS模型中的SKYLINE软件需要的DIRECT X格式，最后语义的解析就使用GIS数据中的ID值，然后再对三维skyline软件在GIS平台上进行二次开发，对BIM的节点数据进行整理、细化。建立精细的三维动态管理模型。

GIS强大的数据库功能和不断扩展的二次开发功能，使得各种语言在该平台进行融合，而从空间和实体上的融合需要BIM技术的支持。所以虽然GIS技术与BIM技术的融合还处于探索阶段，但计算机软件功能的开发势必会使得这两项技术为更便利的工程管理服务进行不断优化融合。SUPERMAP已经有了对多元数据进行无缝集成的优势，未来发展的其他开发工具，不但会在算法分析、语义定义上进行集成，甚至可以通过CAD软件进行插件设计，然后在进行可视化展示。这也将是工程技术中BIM和GIS技术融合的发展趋势。

五、融合技术的开发应用前景

BIM模型和GIS数据库的集成助力在地下管网建设的各个方面，如地下管网的全生命周期中的建设、使用、维护。未来融合技术会在地下管网的如下领域进行开发研究：

（1）空间规划设计：地下管网为了节约空间通常埋设在地下，所以其空间位置关系在设计规划阶段都属于不可见，那么为了合理利用好地下管网的“家”，那么对地表下的开发利用和数据库建设需要GIS数据和勘测数据进行有机结合。

（2）建设管理阶段：通过建筑信息模型的节点分析设计中，可以对地下管网在建工程进行动态监控，这是BIM模型本就具有的功能，但在实施过程中，往往各单位对数据的需求不同，导致其在数据调用时不能具体分析，那么为了使BIM技术在功能上更强大，在使用中更方便。通常应该设置一些根据使用单位不同的“傻瓜式”插件，这些插件在单位调用数据时能有具体数据的使用侧重点。将建设过程中的审核阶段放入模型中，会使得模型更动态。

（3）运营维护应用：由于地下管网涉及的单位众多，而且权属侧重不一致，各单位还有涉密部分，所以在运营维护时通常调用数据没有权限，未来建立公开数据系统和加密数据系统、审核系统为一体的数据库系统将是GIS的发展研究方向，当然这些系统在建立之前都需要统一的规范设计。这将是一个巨大工作量，也是一个大的发展研究方向。