黃楠鑫，王 佳，李 智，周小平,3，張 純，宋冰玉

?

基于IFC的室內(nèi)地圖模型構(gòu)建研究

黃楠鑫1，王 佳1，李 智2，周小平1,3，張 純4，宋冰玉4

(1. 北京建筑大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，北京 100044；2. 北京市首都公路發(fā)展集團(tuán)有限公司，北京 100161；3. 中國人民大學(xué)信息學(xué)院，北京 100872；4. 盈嘉互聯(lián)(北京)科技有限公司，北京 100041)

室內(nèi)地圖構(gòu)建屬于一項(xiàng)基礎(chǔ)性研究，可為導(dǎo)航、疏散等建筑室內(nèi)智能化應(yīng)用提供數(shù)據(jù)與技術(shù)支持。室內(nèi)環(huán)境的復(fù)雜性，存在信息提取耗時(shí)且成本高，提取的室內(nèi)信息不完整等問題，而已有的室內(nèi)地圖模型通常體量龐大，數(shù)據(jù)復(fù)雜且冗余嚴(yán)重，實(shí)用性較低。為此，將BIM技術(shù)與室內(nèi)地圖研究相結(jié)合，以BIM通用交互格式工業(yè)基礎(chǔ)類(IFC)文件為數(shù)據(jù)源，提取幾何與語義信息，提出一種室內(nèi)地圖模型的構(gòu)建方法。內(nèi)分類定義地圖節(jié)點(diǎn)，完成對(duì)建筑室內(nèi)信息的抽象表達(dá)；通過設(shè)置閾值來簡(jiǎn)化地圖中節(jié)點(diǎn)數(shù)量以達(dá)到模型的優(yōu)化。該模型中可導(dǎo)入經(jīng)典尋路算法生成最短路徑，并且設(shè)計(jì)路徑優(yōu)化方法。

工業(yè)基礎(chǔ)類；室內(nèi)地圖；節(jié)點(diǎn)選??；路徑優(yōu)化

隨著城市發(fā)展，建筑越來越密集精細(xì)，人們的移動(dòng)范圍從室外平面向建筑內(nèi)縱向深入，對(duì)于空間信息技術(shù)的需求也日益提高。但室內(nèi)區(qū)域通常是封閉或半封閉空間，且相比于戶外要復(fù)雜得多，由于傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的局限，室內(nèi)信息的收集是高成本且耗時(shí)的，收集到的信息也通常是不完整的[1]。對(duì)此人們需要構(gòu)建室內(nèi)地圖模型，完成對(duì)建筑室內(nèi)的信息化集成。室內(nèi)地圖的幾何坐標(biāo)精確性、層次關(guān)系清晰性以及數(shù)據(jù)信息的豐富性，對(duì)于像室內(nèi)導(dǎo)航、機(jī)器人服務(wù)、無人駕駛自動(dòng)泊車、應(yīng)急疏散等場(chǎng)景是至關(guān)重要的。與GIS為基礎(chǔ)的室外路網(wǎng)系統(tǒng)相比，室內(nèi)地圖不僅有很高的研究前景，而且具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。

隨著建筑信息模型(building information modeling，BIM)技術(shù)的日益發(fā)展和國家政策推進(jìn)，BIM模型在設(shè)計(jì)和施工過程中已得到大規(guī)模應(yīng)用，使之成為建筑信息的重要來源[2]。BIM模型強(qiáng)調(diào)微觀空間信息描述，包含大量建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，其完整的幾何及語義信息是可以作為室內(nèi)地圖的重要信息來源。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于將BIM應(yīng)用與室內(nèi)空間分析進(jìn)行了許多研究，其主要有網(wǎng)格法與幾何圖法。LIN等[3]提出運(yùn)用網(wǎng)格方法處理3D室內(nèi)空間路徑規(guī)劃，但其地圖模型存在數(shù)據(jù)復(fù)雜、實(shí)用性低的問題。在幾何圖研究中，文獻(xiàn)[4]從BIM中進(jìn)行圖形構(gòu)建和路線尋找，從而解決救援和撤離等應(yīng)急決策相應(yīng)問題；文獻(xiàn)[5]構(gòu)建室內(nèi)地圖模型并完成與室外GIS路網(wǎng)的集成并進(jìn)行路徑規(guī)劃；但由于地圖模型忽略構(gòu)件的語義信息，易造成模型數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。本文提出以工業(yè)基礎(chǔ)類(industry foundation classes，IFC)為數(shù)據(jù)源，提取與構(gòu)圖相關(guān)室內(nèi)構(gòu)件的建筑信息，設(shè)計(jì)包含室內(nèi)信息的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)選取，構(gòu)建地圖模型并對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，最后在構(gòu)建好的地圖模型上，任意輸入起始位置，利用經(jīng)典尋路算法，即可生成最短路徑并優(yōu)化。研究基本框架如圖1所示。

圖1 室內(nèi)地圖模型構(gòu)建研究框架

1 BIM與室內(nèi)信息

BIM是建設(shè)項(xiàng)目的物理特性與功能特性的數(shù)字化表示，且是從建設(shè)項(xiàng)目的最初概念設(shè)計(jì)開始的整個(gè)生命周期里做出任何決策的可靠共享信息資源。在BIM領(lǐng)域中，IFC是建筑信息資源傳輸與交互的重要組成部分[6]。

1.1 IFC概述

IFC是國際協(xié)同聯(lián)盟為實(shí)現(xiàn)建筑信息的共享與交換建立的標(biāo)準(zhǔn)[7]。IFC作為開放的國際標(biāo)準(zhǔn)，具有完善的信息分類和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，易于信息的提取和相關(guān)應(yīng)用的開發(fā)，是數(shù)據(jù)交換和信息共享的良好媒介[8]。該標(biāo)準(zhǔn)自1997年以來共更新發(fā)布了十多個(gè)版本，本文提出的室內(nèi)路網(wǎng)構(gòu)建數(shù)據(jù)源均為目前市場(chǎng)較通用的IFC 2×3標(biāo)準(zhǔn)文件。

1.2 源文件解析

為獲取IFC文件中的建筑數(shù)據(jù)，需對(duì)IFC標(biāo)準(zhǔn)使用的形式化的數(shù)據(jù)規(guī)范語言EXPRESS進(jìn)行解析。本文使用開源軟件IfcOpenShell作為解析器，首先將IFC的實(shí)體類型進(jìn)行映射對(duì)象化[9]，解析后的數(shù)據(jù)，以JSON對(duì)象的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。JSON格式輕量、自我描述性強(qiáng)且獨(dú)立于編程語言，之后的研究也將在此格式的IFC數(shù)據(jù)之上進(jìn)行。圖2為一個(gè)門構(gòu)件解析前后的幾何信息表達(dá)。接下來面向室內(nèi)路徑規(guī)劃需求，提取IFC模型內(nèi)建筑構(gòu)件的室內(nèi)信息。

圖2 某門構(gòu)件解析前(左)與解析后(右)幾何表達(dá)對(duì)比圖

1.3 面向室內(nèi)構(gòu)件的信息提取

IFC中定義了600多個(gè)建筑實(shí)體與300多個(gè)建筑類型，以及定義了建筑構(gòu)件間的連接關(guān)系。在IFC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，實(shí)體類型是數(shù)據(jù)模型的核心，所有對(duì)象實(shí)體都繼承于父類IfcObject[10]。整個(gè)IFC模型通過樹狀結(jié)構(gòu)層層遞進(jìn)，從而囊括不同種類的建筑構(gòu)件要素。表1為本文構(gòu)建室內(nèi)路網(wǎng)需要的建筑構(gòu)件，以及構(gòu)件對(duì)應(yīng)的IFC中實(shí)體名稱。

表1 室內(nèi)地圖相關(guān)的建筑構(gòu)件與IFC實(shí)體對(duì)應(yīng)表

1.3.1 語義信息提取

語義信息主要提取構(gòu)件的屬性信息與樓層信息，IFC文件通過自身的屬性機(jī)制能夠?qū)?shí)體對(duì)象關(guān)聯(lián)的所有屬性進(jìn)行抽象性概括。IfcProperty定義IFC文件中實(shí)體對(duì)象的屬性信息，包含簡(jiǎn)單屬性 IfcSimpleProperty、復(fù)雜屬性IfcComplexPro-perty以及屬性關(guān)系IfcPropertyDependencyRelatio-nship。其中IfcSimpleProperty類型表示單一屬性對(duì)象的泛化，其各種子類型建立了各種屬性值設(shè)置的方式；IfcComplexProperty用于定義屬性集內(nèi)復(fù)雜屬性，通過定義屬性列表使復(fù)雜信息能在不同屬性集中復(fù)用；IfcPropertyDependencyR-elationship描述了兩個(gè)屬性值之間的一種確定的依賴關(guān)系。

實(shí)體中IfcBuildingStorey類型表示建筑物的層，其始終與一個(gè)IfcBuilding (建筑或建筑物)相關(guān)聯(lián)。建筑樓層包括對(duì)屬于該樓層空間的引用，所有建筑構(gòu)件都被分配到其所在的建筑物層。如果建筑元素(或空間)跨越許多樓層，且與其他連接元件(例如開口或門窗)分別直接分配給所在層。通過對(duì)IfcBuildingStorey的信息提取，可得到整個(gè)建筑物的樓層信息。

1.3.2 幾何信息提取

幾何信息方面，IFC內(nèi)與室內(nèi)地圖相關(guān)的建筑室內(nèi)構(gòu)件都繼承于IfcProduct，其定義的子類型中包含幾何信息的實(shí)體類為IfcProductRepresentation與IfcObjectPlacement。其中IfcProductRepresentation定義構(gòu)件的形狀、輪廓等幾何表示；IfcObjectPlacement定義構(gòu)件的位置與坐標(biāo)系，包括絕對(duì)坐標(biāo)與相對(duì)坐標(biāo)[11]。

IFC內(nèi)采用計(jì)算幾何實(shí)體表達(dá)方法，其中定義了精確幾何描述、構(gòu)造實(shí)體幾何模型(constructive solid geometry，CSG)、半空間定義、掃掠實(shí)體(SweptSolid)、邊界表達(dá)模型(B-rep)、表面模型和幾何集等7種表達(dá)形式。這些機(jī)制構(gòu)建了IFC中實(shí)體模型的精確表達(dá)，但是不利于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理與可視化顯示[12]。IFC解析器，可以將IFC內(nèi)實(shí)體幾何表達(dá)轉(zhuǎn)換為三角網(wǎng)格(triangle mesh)數(shù)據(jù)。三角網(wǎng)格結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，易于讀取，是目前在圖形研究上較通用的幾何表達(dá)格式。

室內(nèi)地圖對(duì)構(gòu)件的幾何要求為其基本輪廓與位置布局，因此構(gòu)件中有許多幾何數(shù)據(jù)是多余的，同時(shí)過大的數(shù)據(jù)量也會(huì)影響地圖構(gòu)建的效率，本文引入OBB包圍盒算法，遍歷表達(dá)構(gòu)件幾何的三角網(wǎng)格頂點(diǎn)，通過主成分分析獲得始終沿構(gòu)件主體方向的OBB主軸。主成分分析中引入?yún)f(xié)方差矩陣概念(如式(1))，與為構(gòu)件內(nèi)任意三角網(wǎng)格點(diǎn)，通過計(jì)算其，，值的協(xié)方差表達(dá)2個(gè)三角網(wǎng)格點(diǎn)相關(guān)性，協(xié)方差矩陣的特征向量即為構(gòu)件主體方向。由包圍盒提取到建筑構(gòu)件的外輪廓坐標(biāo)信息，將作為路網(wǎng)構(gòu)建的幾何數(shù)據(jù)源，即

2 地圖模型構(gòu)建

本文構(gòu)建的室內(nèi)地圖模型以幾何圖網(wǎng)模型為基礎(chǔ)，建筑室內(nèi)空間中的三維對(duì)象和其關(guān)聯(lián)關(guān)系將被轉(zhuǎn)換為對(duì)偶空間內(nèi)的節(jié)點(diǎn)與邊。轉(zhuǎn)換后，整體建筑信息變成節(jié)點(diǎn)邊連接的關(guān)系結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，已被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外空間網(wǎng)絡(luò)分析。結(jié)合經(jīng)典圖論，本文提出一種包含節(jié)點(diǎn)選取與節(jié)點(diǎn)優(yōu)化的多層次、輕量化路網(wǎng)模型構(gòu)建方法。圖3(a)為一簡(jiǎn)單單層辦公樓IFC模型。

首先進(jìn)行平面地圖構(gòu)建，根據(jù)樓層信息篩選同層的建筑構(gòu)件，將同層內(nèi)的墻、柱、窗、門等構(gòu)件的幾何信息平面二維化，投影在樓層平面上。然后提取本層中建筑外墻的幾何數(shù)據(jù)，將其作為地圖外邊界。

2.1 節(jié)點(diǎn)選取

對(duì)于室內(nèi)平面地圖的節(jié)點(diǎn)選取，根據(jù)室內(nèi)構(gòu)件的特點(diǎn)，將節(jié)點(diǎn)定義為3大類，以便于節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化。

在第一類節(jié)點(diǎn)選取中，篩選門、落地窗和墻上門洞等含出入口屬性的建筑構(gòu)件，將其平面幾何中心抽象為節(jié)點(diǎn)，定義為門點(diǎn)，如圖3(b)中三角形點(diǎn)。在第二類節(jié)點(diǎn)中，篩選內(nèi)墻等含大型建筑構(gòu)件，將這些構(gòu)件投影外輪廓相交線的中點(diǎn)抽象為節(jié)點(diǎn)，定義為拐點(diǎn)，如圖3(b)中方形點(diǎn)，若遇到墻柱相連的情況，直接定義柱的幾何中心為拐點(diǎn)，拐點(diǎn)的定義完成路網(wǎng)中障礙信息的儲(chǔ)存。在最后一類節(jié)點(diǎn)中，結(jié)合圖論知識(shí)，沿門等出入口構(gòu)件連通方向，取門等出口前對(duì)面墻距離一半位置的點(diǎn)為門前點(diǎn)，過門前點(diǎn)做其對(duì)應(yīng)墻面的水平線與中垂線，線的交點(diǎn)抽象為節(jié)點(diǎn)，定義為連接點(diǎn)，如圖3(b)中圓點(diǎn)。連接點(diǎn)作為門點(diǎn)與拐點(diǎn)的中介，定義了連通兩點(diǎn)間的最短距離，避免了繞路的產(chǎn)生。選取的節(jié)點(diǎn)間通過邊連接，兩點(diǎn)間直線距離抽象為邊的權(quán)值，生成平面拓?fù)渎肪W(wǎng)模型，如圖3(c)所示。

圖3 平面室內(nèi)地圖構(gòu)建

2.2 節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化

由于IFC標(biāo)準(zhǔn)定義的多樣性與廣泛性，一些模型在通過計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)選取處理后，可能會(huì)產(chǎn)生體量龐大的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，容易形成數(shù)據(jù)冗余。在實(shí)際生產(chǎn)生活中，對(duì)于路網(wǎng)模型的精度是有需求的，過大的數(shù)據(jù)量將影響空間分析效率。不利于路網(wǎng)模型應(yīng)用的展開。對(duì)平面地圖的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)化，是對(duì)IFC中室內(nèi)信息輸出智能控制的體現(xiàn)。本文提出了一種地圖節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化算法，其基礎(chǔ)是節(jié)點(diǎn)歸一化思想，具體流程如圖4所示。

圖4 節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化流程圖

本算法引入閾值(單位為mm)。閾值的下限應(yīng)大于地圖內(nèi)移動(dòng)體的基本尺寸，如移動(dòng)體為人則應(yīng)高于1 000 mm；上不設(shè)限，若大于平面地圖內(nèi)最大邊，則默認(rèn)平面內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)入分類簡(jiǎn)化。值的具體設(shè)置將取決于用戶對(duì)地圖模型輸出要求的高低，這也是對(duì)模型精度控制的體現(xiàn)。將與平面地圖內(nèi)兩節(jié)點(diǎn)間的最短距離，即邊的權(quán)值進(jìn)行對(duì)比，若邊權(quán)值小于，則兩端節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行分類簡(jiǎn)化。在對(duì)單層平面模型內(nèi)的邊數(shù)據(jù)進(jìn)行遍歷，選取滿足條件的節(jié)點(diǎn)后，進(jìn)入分類節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化。

節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化分為4類：①如果邊兩端為門點(diǎn)與拐點(diǎn)，將兩點(diǎn)歸一為拐點(diǎn)，并將該點(diǎn)加入門點(diǎn)集，即一點(diǎn)雙屬性；②如果邊兩端為門點(diǎn)與連接點(diǎn)，將兩點(diǎn)歸一為門點(diǎn)；③如果邊兩端為拐點(diǎn)與連接點(diǎn)，將兩點(diǎn)歸一為拐點(diǎn)；④如果邊兩端都是連接點(diǎn)，則將兩點(diǎn)歸一化為邊上中點(diǎn)，4類情況外的兩端節(jié)點(diǎn)將保留，最后對(duì)簡(jiǎn)化之后的3類點(diǎn)集重新進(jìn)行點(diǎn)邊連接與權(quán)值計(jì)算。圖5為某單層路網(wǎng)模型節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化前后對(duì)比，其=3 500 mm。

圖5 節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化前后模型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)對(duì)比

2.3 多層構(gòu)建

完成平面地圖后需將模型內(nèi)的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓展到多層，需要建立樓層地圖。本文將樓梯口或電梯口抽象為單層平面地圖的終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)層數(shù)，建立縱向的建筑層關(guān)聯(lián)，樓梯口作為建筑樓層過渡元素將抽象為節(jié)點(diǎn)，相互連接，形成室內(nèi)地圖模型從水平到垂直的拓?fù)潢P(guān)系。樓梯的節(jié)點(diǎn)提取較為復(fù)雜，由于樓梯類型多樣，以及可能出現(xiàn)的錯(cuò)位和分層現(xiàn)象，需要對(duì)樓梯的起點(diǎn)和終點(diǎn)進(jìn)行樓層劃分。樓梯的類型主要分為2類：

(1) 上層和下層樓板之間樓梯是相連的，為一個(gè)聯(lián)通的整體。層間的樓梯部分只需選取2個(gè)節(jié)點(diǎn)，即樓梯口的中點(diǎn)(如圖6中As，Ae)。邊連接先通過對(duì)樓梯正面、側(cè)面與頂面三方向投影，然后提取外輪廓的幾何中心線為邊。

(2) 層與層之間的樓梯中存在隔斷樓板(如圖6中藍(lán)框部分)。該樓板信息可以在IfcSlab中提取，但其不屬于上下任一個(gè)樓層。這種情況需要添加中間節(jié)點(diǎn)，選取樓梯與隔斷樓板界面為中間節(jié)點(diǎn)(如圖6中Bs，Be)，邊連接方法與第一類相同。最后將平面與樓層的地圖相連接，完成立體化的多層建筑室內(nèi)地圖模型構(gòu)建(圖7)。

圖6 樓梯在點(diǎn)邊選取時(shí)的正側(cè)頂三視圖

圖7 多層室內(nèi)地圖模型

3 模型應(yīng)用

完成室內(nèi)地圖模型構(gòu)建后對(duì)模型進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)，可以根據(jù)實(shí)際設(shè)置需求，選定相應(yīng)的空間點(diǎn)作為路徑規(guī)劃的起點(diǎn)與終點(diǎn)，運(yùn)用迪杰斯特拉算法(Dijkstra)進(jìn)行計(jì)算，生成最短路徑。該過程可任意計(jì)算一個(gè)節(jié)點(diǎn)到其他任意節(jié)點(diǎn)的最短路徑，該算法快捷有效且拓展性強(qiáng)。

在生成最短路徑的過程中，由于起點(diǎn)和終點(diǎn)的隨機(jī)性，首先需搜索最近范圍內(nèi)地圖節(jié)點(diǎn)作為地圖模型內(nèi)起點(diǎn)與終點(diǎn)，再進(jìn)行路徑計(jì)算。最后生成連接路徑時(shí)，在起點(diǎn)和終點(diǎn)位置會(huì)存在部分的轉(zhuǎn)折，并不是從起點(diǎn)到終點(diǎn)的最短路徑。因此，需要對(duì)當(dāng)前層生成的路徑進(jìn)行優(yōu)化。

對(duì)于當(dāng)前層生成路徑上的所有點(diǎn)，按照路徑順序依次與起點(diǎn)直線相連，若連線不穿過任何墻體時(shí)，說明起點(diǎn)可以直接到達(dá)當(dāng)前路徑點(diǎn)而不經(jīng)過查找出的最鄰近節(jié)點(diǎn)，則可以優(yōu)化起點(diǎn)至當(dāng)前路徑點(diǎn)處，終點(diǎn)算法相同。

以圖8為例，為起點(diǎn)，為終點(diǎn)，路徑為----?？梢钥闯觯?路徑為冗余路徑，因此分別連接-與-后，判斷是否與墻體相交。可發(fā)現(xiàn)，-未與墻體相交，因此可優(yōu)化--至-，新的路徑為---。將該優(yōu)化算法應(yīng)用至多層地圖模型中，最終生成立體化的最優(yōu)路徑。路徑的可視化展示如圖9所示，以圖中4層辦公樓IFC模型為源文件，構(gòu)建室內(nèi)地圖模型后輸入隨機(jī)跨樓層起點(diǎn)與終點(diǎn)，運(yùn)用算法生成最優(yōu)路徑(折線)。

圖8 辦公室平面內(nèi)路徑優(yōu)化圖

圖9 模型內(nèi)路徑展示

4 總結(jié)與展望

面對(duì)室內(nèi)空間分析研究中對(duì)于信息高精度需求與傳統(tǒng)室內(nèi)信息提取困難、信息不完整等現(xiàn)狀、本文以BIM模型為數(shù)據(jù)來源，通用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IFC為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，提出了一種多層次、立體化的建筑室內(nèi)地圖模型的構(gòu)建方法與地圖模型的簡(jiǎn)化方法，并通過實(shí)驗(yàn)得以驗(yàn)證，可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)模型的精度控制，提高計(jì)算效率。本文構(gòu)建的室內(nèi)地圖模型，能為應(yīng)急疏散、室內(nèi)導(dǎo)航、機(jī)器人等智能應(yīng)用提供技術(shù)與數(shù)據(jù)支持。未來豐富路網(wǎng)信息多樣性和路網(wǎng)模型交互等都將是研究重點(diǎn)。本文的室內(nèi)地圖模型構(gòu)建思路，同樣適用于室內(nèi)外管網(wǎng)、交通工程和道路橋梁建設(shè)管理領(lǐng)域。

[1] 李佩瑤, 湯圣君, 劉銘崴, 等. 面向?qū)Ш降腎FC建筑模型室內(nèi)空間信息提取方法[J]. 地理信息世界, 2015, 22(6): 78-84.

[2] 王婷, 池文婷. BIM技術(shù)在4D施工進(jìn)度模擬的應(yīng)用探討[J]. 圖學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 36(2): 306-311.

[3] LIN Y H, LIU Y S, GAO G, et al. The IFC-based path planning for 3D indoor spaces [J]. Advanced Engineering Informatics, 2013, 27(2): 189-205.

[4] CHEN A Y, HUANG T. Toward BIM-enabled decision making for in-building response missions [J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2015, 16(5): 2765-2773.

[5] TEO T A, CHO K H. BIM-oriented indoor network model for indoor and outdoor combined route planning [J]. Advanced Engineering Informatics, 2016, 30(3): 268-282.

[6] 高雪, 王佳, 衣俊艷. 基于BIM技術(shù)的建筑內(nèi)疏散路徑引導(dǎo)研究[J]. 建筑科學(xué), 2016, 32(2): 143-146.

[7] 劉強(qiáng), 張建平, 胡振中. 基于鍵-值緩存的IFC模型Web應(yīng)用技術(shù)[J]. 清華大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2016, 56(4): 348-353.

[8] 朱亮, 鄧非. 基于語義映射的BIM與3D GIS集成方法研究[J]. 測(cè)繪地理信息, 2016, 41(3): 16-19.

[9] 徐照, 徐夏炎, 李啟明, 等. 基于WebGL與IFC的建筑信息模型可視化分析方法[J]. 東南大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2016, 46(2): 444-449.

[10] 張寅寶. 基于建筑信息模型的室內(nèi)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提取方法[J]. 地理空間信息, 2015(5): 92-93.

[11] 施平望, 林良帆, 鄧雪原, 等. 基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑構(gòu)件表達(dá)與管理方法研究[J]. 圖學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 37(2): 249-256.

[12] ZHOU X P, WANG J, GUO M, et al. Cross-platform online visualization system for open BIM based on WebGL [J/OL]. Multimedia Tools & Applications, 2018: 1-16[2018-05-26].https://link.springer.com/article/10.100 7%2Fs11042-018-5820-0.

Research on the Construction of Indoor Map Model Based on IFC

HUANG Nan-xin1, WANG Jia1, LI Zhi2, ZHOU Xiao-ping1,3, ZHANG Chun4, SONG Bing-yu4

(1. School of Electrical and Information Engineering, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 100044, China; 2. Beijing Capital Highway Development Group Co. Ltd., Beijing 100161, China; 3. School of Information, Renmin University of China, Beijing 100872, China; 4. BIM Winner (Beijing) Technologies Co. Ltd., Beijing 100041, China)

Indoor map model construction is a basic research, which can provide data and technical support for indoor intelligent applications such as indoor navigation, emergency evacuation, and robot services. Traditional indoor information extraction methods are time-consuming and costly, and the extracted indoor information is usually incomplete. In the existing indoor map research, the model usually has a large volume, the data is complex and the redundancy is serious, and the application rate is low. With the development of BIM technology and the advancement of national policies, this study provides new ideas for indoor map model research. The paper combines BIM technology with indoor map model research, using BIM universal interactive format (industry foundation classes) IFC file as data source to extract geometric and semantic information and puts forward a new construction method of indoor map model. By defining three types of nodes in the model, the abstract expression of the internal information of the building monolayer is completed. Using the idea of node normalization, set the threshold to simplify the number of nodes in the indoor topology network and achieve the purpose of optimizing the indoor map model. In the indoor map model, the shortest path can be generated by the classic path finding algorithm, and the design algorithm will realize the path optimization.

industry foundation classes (IFC); indoor map; node selection; path optimization

TU 17

10.11996/JG.j.2095-302X.2019010186

A

2095-302X(2019)01-0186-07

2018-06-11；

2018-07-09

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(71601013)；北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(4174087)；北京市教委面上項(xiàng)目(SQKM201710016002)；北京市建筑大學(xué)建大英才項(xiàng)目

黃楠鑫(1994-)，男，福建龍巖人，碩士研究生。主要研究方向?yàn)锽IM技術(shù)在空間分析領(lǐng)域應(yīng)用研究。 E-mail：nanxinhuangkodo@foxmail.com

王 佳(1969-)，女，北京人，教授，博士，碩士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)锽IM技術(shù)、建筑消防等。E-mail：wangjia@bucea.edu.cn