胡章杰，張 藝

(1．重慶市勘測(cè)院，重慶400020;2．重慶市勘測(cè)院，重慶400020)

一、引 言

隨著城市信息化需求進(jìn)一步深化，對(duì)承載城市信息的空間數(shù)據(jù)載體提出了更高要求，不但要實(shí)現(xiàn)城市宏觀大場(chǎng)景室外三維建模及應(yīng)用，還要解決建筑物內(nèi)部空間及設(shè)施的三維建模問題，以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市信息資源的全面感知、全面整合、全面挖掘、全面共享和全面協(xié)同，提高城市管理和服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)“智慧城市”的建設(shè)目標(biāo)。目前的三維數(shù)字城市建模手段和方式，難以滿足更深入的應(yīng)用分析需求。BIM是以建筑物三維數(shù)字化為載體，為數(shù)字城市提供了詳細(xì)的內(nèi)部空間幾何及功能語義信息。通過開展BIM和三維數(shù)字城市的集成［1］，有助于極大降低建筑內(nèi)部空間信息的獲取成本，推送建筑室內(nèi)外空間一體化應(yīng)用。

BIM與GIS的集成被視為數(shù)字城市向智慧城市發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，受到國內(nèi)外專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。但受制于數(shù)據(jù)來源、軟件平臺(tái)、顯示效率等技術(shù)難題，現(xiàn)有研究?jī)H僅開展了單個(gè)BIM模型向GIS模型的轉(zhuǎn)換與集成，尚未實(shí)現(xiàn)BIM數(shù)據(jù)在三維城市中的集成和應(yīng)用。三維數(shù)字城市建設(shè)領(lǐng)域已具有多年技術(shù)積累，為了進(jìn)一步豐富三維數(shù)字城市數(shù)據(jù)內(nèi)容，應(yīng)該拓展其應(yīng)用外延。

二、總體思路

以開展建筑工程竣工規(guī)劃核實(shí)工作中收集到的大量施工圖為資料基礎(chǔ)，提出了基于施工圖制作BIM模型，并基于三維數(shù)字城市基礎(chǔ)平臺(tái)開展BIM集成應(yīng)用研究的技術(shù)思路?？傮w思路主要包括3個(gè)環(huán)節(jié):

1)從CAD的建筑構(gòu)件圖形向語義空間信息一致的BIM模型轉(zhuǎn)換。基于Revit API進(jìn)行二次開發(fā)，對(duì)CAD文件中涉及建筑構(gòu)件的圖形要素進(jìn)行交互式處理，生成BIM模型，并將BIM模型轉(zhuǎn)換為IFC標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，實(shí)現(xiàn)建筑構(gòu)造信息的標(biāo)準(zhǔn)化表達(dá)。

2)從BIM模型向建筑構(gòu)件信息BCM模型的映射。開發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中間件，通過空間映射將IFC中的實(shí)體模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為BCM中表面模型數(shù)據(jù)，并同步進(jìn)行建筑構(gòu)件的語義映射。

3)基于三維數(shù)字城市平臺(tái)開展BCM信息的訪問和應(yīng)用。其中持久層基于開源數(shù)據(jù)庫及自主研發(fā)的三維GIS引擎實(shí)現(xiàn)BCM空間數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)與管理，數(shù)據(jù)訪問組件提供BCM建筑構(gòu)件要素的讀取寫入訪問接口，應(yīng)用層基于集景三維數(shù)字城市基礎(chǔ)平臺(tái)開展建筑物室內(nèi)外一體化集成和應(yīng)用。

4)形成了豐富的三維數(shù)字城市數(shù)據(jù)資源;通過將建筑信息模型應(yīng)用于工商法人、建筑人口、應(yīng)急消防、場(chǎng)館建設(shè)等管理工作，拓展了三維應(yīng)用外延。

總體思路如圖1所示。

圖1 總體思路

三、技術(shù)方案

1．基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建設(shè)

提出一種BIM與三維數(shù)字城市集成的方法，該方法基于施工圖紙(CAD)開展建筑信息模型交互式構(gòu)建，然后通過空間和語義信息映射將其轉(zhuǎn)換為建筑構(gòu)件信息模型［2］，并建立建筑構(gòu)件信息庫，在三維數(shù)字城市場(chǎng)景開展建筑構(gòu)件信息的集成應(yīng)用。創(chuàng)新性地提出了基于建筑施工圖高效生成BIM模型的方法，解決了國內(nèi)BIM應(yīng)用普及程度低、手工構(gòu)建BIM模型效率低下的問題，實(shí)現(xiàn)了BIM數(shù)據(jù)向3DGIS數(shù)據(jù)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換與多細(xì)節(jié)層次集成，解決了三維數(shù)字城市室內(nèi)建筑模型的數(shù)據(jù)源問題。BIM數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程見圖2。

圖2 BIM數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程

2．?dāng)?shù)據(jù)組織管理

定義多細(xì)節(jié)層次建筑構(gòu)件信息模型可實(shí)現(xiàn)建筑幾何、拓?fù)洹⒄Z義屬性信息的有效表達(dá)，進(jìn)而搭建了IFC和CityGML之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換橋梁。根據(jù)建筑構(gòu)件信息模型，定義其幾何、語義和拓?fù)涞年P(guān)系，完成了建筑在BIM中的信息存儲(chǔ)和表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了BIM數(shù)據(jù)向3DGIS數(shù)據(jù)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。圖3為BIM數(shù)據(jù)庫組織建設(shè)。

圖3 BIM數(shù)據(jù)庫組織建設(shè)

3．長(zhǎng)效機(jī)制保障

建立BIM模型更新機(jī)制，以規(guī)劃竣工核實(shí)收集的建筑施工圖為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)城市建成區(qū)新竣工建筑工程的室內(nèi)室外三維模型的動(dòng)態(tài)建設(shè)和同步更新［3］，為BIM模型數(shù)據(jù)庫提供長(zhǎng)效機(jī)制，形成豐富的三維數(shù)字城市數(shù)據(jù)資源。

4．軟件系統(tǒng)研發(fā)

實(shí)現(xiàn)三維建筑室內(nèi)外一體化應(yīng)用系統(tǒng)，能夠支持基于LOD的室外三維場(chǎng)景動(dòng)態(tài)展示和室內(nèi)漫游，模型LOD技術(shù)加快虛擬現(xiàn)實(shí)中圖形生成的速度，提供高速度、高質(zhì)量的圖形繪制方法。此外還提供了針對(duì)建筑信息模型的基本功能，如建筑構(gòu)件信息查詢、構(gòu)件信息統(tǒng)計(jì)、建筑面積計(jì)算等。

四、應(yīng)用展示

1．室內(nèi)建筑信息模型在工商管理中的應(yīng)用

企業(yè)法人庫、地理空間庫應(yīng)由工商政府管理部門、規(guī)劃管理部門牽頭建設(shè)，項(xiàng)目組通過將法人庫中的注冊(cè)地址與地理空間庫中的實(shí)有地址進(jìn)行關(guān)聯(lián)匹配，實(shí)現(xiàn)兩庫的對(duì)接融合。系統(tǒng)在三維室內(nèi)外一體化的背景下，將地理信息與工商元素進(jìn)行整合，做到“精準(zhǔn)定位，內(nèi)外實(shí)景，科學(xué)執(zhí)法、合理布控、數(shù)據(jù)分析、服務(wù)決策”。工商管理應(yīng)用見圖4。

圖4 工商管理應(yīng)用

2．室內(nèi)建筑信息模型在建筑人口信息管理中的應(yīng)用

充分借助建筑物信息普查、人口信息普查等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)成果，項(xiàng)目組立足于豐富的三維數(shù)字城市資源、建筑信息模型數(shù)據(jù)，開展了建筑人口管理系統(tǒng)建設(shè)的探索與應(yīng)用。建筑人口信息管理應(yīng)用見圖5。

圖5 建筑人口信息管理應(yīng)用

3．室內(nèi)建筑信息模型在智慧商場(chǎng)中的應(yīng)用

圖6為某家具賣場(chǎng)室內(nèi)外一體化應(yīng)用的展示，主要面向商場(chǎng)物業(yè)管理、停車場(chǎng)管理［4］、應(yīng)急指揮［5］等，待今后三維地理信息在移動(dòng)終端普及后，還可以進(jìn)一步推廣到普通公眾用戶，提升應(yīng)用價(jià)值。

圖6 智慧商場(chǎng)應(yīng)用

4．室內(nèi)建筑信息模型在場(chǎng)館建設(shè)管理中的應(yīng)用

結(jié)合重大場(chǎng)館建設(shè)項(xiàng)目，基于以上研究成果，為場(chǎng)館建設(shè)管理提供應(yīng)用示范。系統(tǒng)可以展示不同月份的施工過程和進(jìn)度，并支持對(duì)比分析。還可展示視頻監(jiān)控、鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)控［6］等，并支持實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析、預(yù)警，為建筑施工及運(yùn)營(yíng)安全過程監(jiān)管提供了有力的技術(shù)支撐。圖7為重大場(chǎng)館建設(shè)管理應(yīng)用。

五、結(jié)束語

提出了一種BIM與三維數(shù)字城市集成的方法，通過提出這種基于建筑施工圖高效生成BIM模型的方法，實(shí)現(xiàn)建筑構(gòu)件的自動(dòng)化建模，解決了國內(nèi)BIM應(yīng)用普及程度低、手工構(gòu)建BIM模型效率低下的問題。此外項(xiàng)目還在多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了建筑室內(nèi)外一體化的示范應(yīng)用，將BIM技術(shù)與三維數(shù)字城市進(jìn)行很好的整合，具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖7 重大場(chǎng)館建設(shè)管理應(yīng)用

該研究也存在不足，現(xiàn)有研究框架主要關(guān)注對(duì)單體建筑物BIM信息在三維地理空間的展示集成，缺少大規(guī)模的建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)與三維數(shù)字城市集成框架的研究。此外，在應(yīng)用層面，對(duì)應(yīng)目前熱點(diǎn)室內(nèi)導(dǎo)航等仿真應(yīng)用，缺少更深入的應(yīng)用需求挖掘，今后將進(jìn)一步開展這方面的研究。

［1］ 薛梅．一種建筑信息模型與三維數(shù)字城市集成方法［J］．地理信息世界，2014(5):111-117．

［2］ 李德超，張瑞芝．BIM技術(shù)在數(shù)字城市三維建模中的應(yīng)用研究［J］．土木建筑工程信息技術(shù)，2012(1):47-51．

［3］ 陳東海．城市空間三維數(shù)據(jù)快速提取與更新研究［J］．北京測(cè)繪，2012(4):19-22．

［4］ 胡章杰，何興富．城市停車場(chǎng)三維地理信息平臺(tái)研究與應(yīng)用［J］．城市勘測(cè)，2014(5):47-50，55．

［5］ 歐斌，解正明，孫睿英．廣義最短路徑在街區(qū)人員疏散中的應(yīng)用研究［J］．測(cè)繪與空間地理信息，2013(10):100-102．

［6］ 明鏡，薛梅．空間信息集成管理平臺(tái)的建立及其在應(yīng)急工程搶險(xiǎn)中的應(yīng)用［J］．工程勘察，2013(8):61-66．