溫丹祺，朱邦仁，滿衛(wèi)東

(華北理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063210)

BIM從提出至今，已經(jīng)從概念普及進(jìn)入到應(yīng)用發(fā)展階段，其最早應(yīng)用在建筑行業(yè)，不同國家、政府和企業(yè)結(jié)合各自的文化和管理機(jī)制開展實(shí)驗(yàn)研究和應(yīng)用實(shí)踐[1]。房地產(chǎn)行業(yè)作為重要的民生產(chǎn)業(yè)，與銀行、公積金、稅收、物業(yè)等多個(gè)行業(yè)具有密切的關(guān)系，與百姓生活和經(jīng)濟(jì)利益息息相關(guān)[2]。

GIS數(shù)據(jù)是空間信息的基礎(chǔ)，然而GIS一直致力于相關(guān)地理環(huán)境分析，通過三維建模技術(shù)來展示建筑物的外觀，而建筑物內(nèi)部信息無法進(jìn)一步獲得，使得三維GIS僅停留在查看建筑物的空間信息[3]。BIM建立的三維模型雖然有著豐富的建筑信息，但是BIM著重于管理單體建筑，對于解決大范圍建筑群體空間信息管理卻存在不足[4-6]。從GIS和BIM各自特點(diǎn)來看，GIS注重外部宏觀環(huán)境，BIM注重內(nèi)部微觀信息，因此將BIM和GIS進(jìn)行融合，既可以發(fā)揮各自優(yōu)勢，又可以拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域[7]。該項(xiàng)研究通過探討B(tài)IM和GIS 技術(shù)的數(shù)據(jù)共享與交互集成，充分發(fā)揮2種技術(shù)優(yōu)勢，以解決房屋出售三維建模問題，極大地降低建筑內(nèi)部空間信息的獲取成本，實(shí)現(xiàn)協(xié)同管理[8,9]。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于GIS+BIM的房屋出售信息管理系統(tǒng)主要從用戶角度出發(fā)，針對現(xiàn)有購房過程中存在的一些問題提出了更好的解決方案。用戶在對房屋的總體框架不太了解的情況下需要到現(xiàn)場去對房屋進(jìn)行參觀考察，以往提供給用戶做決策的主導(dǎo)因素是房屋的平面圖以及相應(yīng)的圖像，通過GIS將BIM的房屋結(jié)構(gòu)以及各種屬性信息以良好的三維可視化效果展示給用戶，可以給用戶提供更好的購房體驗(yàn)和決策支持。其次，購房者在去參觀房屋的時(shí)候，房屋的采光會作為重要的購房因素，但是用戶往往會被銷售人員帶到采光較好的同款房屋，用戶很難了解自己實(shí)際購買房屋的采光條件如何，因此該系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)光源，使購房者對房屋采光獲得直觀的體驗(yàn)。

1.1 開發(fā)環(huán)境配置

基于GIS+BIM的房屋出售管理系統(tǒng)運(yùn)用BIM(Building Information Modeling)技術(shù)，房屋模型基于Revit平臺構(gòu)建，以Visual Studio 2010作為開發(fā)工具，以超圖公司提供的SuperMap iClient for WebGL功能開發(fā)包作為平臺進(jìn)行各種地理信息系統(tǒng)功能的開發(fā)，以C#作為開發(fā)語言，前臺頁面使用Html生成靜態(tài)標(biāo)簽，JavaScript生成動態(tài)樣式及響應(yīng)函數(shù)，CSS對頁面進(jìn)行樣式調(diào)整[10]，SQL Server2008作為后臺數(shù)據(jù)庫，設(shè)計(jì)并開發(fā)出基于B/S的服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)某小區(qū)房屋信息管理以及房屋三維瀏覽。

1.2 數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)部分是小區(qū)樓房三維模型系統(tǒng)的核心，數(shù)據(jù)包括屬性數(shù)據(jù)和地理空間數(shù)據(jù)。具體而言，樓房數(shù)據(jù)包括三維模型空間數(shù)據(jù)和對應(yīng)的模型各種屬性數(shù)據(jù)等。在三維模型繪制過程中，將建筑物的詳細(xì)信息導(dǎo)入到建筑物中[11]。依據(jù)系統(tǒng)需求和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體情況，可將數(shù)據(jù)層分為空間數(shù)據(jù)層和屬性數(shù)據(jù)層?？臻g數(shù)據(jù)層存儲的是地理對象的空間位置信息，將空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分層有利于地理空間信息表達(dá)，層次關(guān)系明顯；屬性數(shù)據(jù)層存儲地理對象的屬性信息，包括實(shí)體尺寸、種類、材質(zhì)和結(jié)構(gòu)用途等，主要以數(shù)據(jù)表的形式存儲于SuperMap iDesktop 9D的文件型數(shù)據(jù)集中。對于模型本身自帶的屬性數(shù)據(jù)之外，根據(jù)用戶需求可以自己創(chuàng)建字段，根據(jù)實(shí)際情況添加屬性信息，以達(dá)到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流通完整性。

將小區(qū)樓房三維模型具體劃分為三維外部框架和室內(nèi)三維2個(gè)部分，三維外部框架主要是用戶尚未"穿墻而入"的情況下所看到的外部模型，主要包括墻體、地面和屋頂?shù)刃畔?；?nèi)部陳設(shè)主要是指用戶進(jìn)入室內(nèi)后所能看到的實(shí)物信息，如內(nèi)部墻體、天花板、門和家具等。將樓房外部三維、樣板房室內(nèi)三維和樣板房室內(nèi)陳設(shè)作為實(shí)體，其中，室內(nèi)陳設(shè)物的屬性信息需要著重進(jìn)行手動補(bǔ)充。

1.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于GIS+BIM的房屋出售管理系統(tǒng)以C#為開發(fā)語言，使用SQL Server 2008 R2數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)交互中間層軟件，利用Revit軟件進(jìn)行小區(qū)樓房建模，再結(jié)合SuperMap iClient for WebGL 設(shè)計(jì)并開發(fā)的B/S系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)頁端進(jìn)行三維模型瀏覽查詢，可以對模型的屬性信息和空間位置信息進(jìn)行查詢。將BIM模型化的特點(diǎn)與GIS相結(jié)合，借助GIS平臺強(qiáng)大的空間分析和查詢能力，加強(qiáng)BIM模型的空間信息深度，從而提供更好的信息化應(yīng)用[12]。根據(jù)系統(tǒng)需求分析，系統(tǒng)分為5個(gè)層次[13,14]，圖1為該系統(tǒng)的技術(shù)框架圖。

圖1 技術(shù)框架圖

1.4 系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)

總體功能模塊是基于需求分析對系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)分類進(jìn)行整理，使用的是從上而下的分析手段，不需要對每個(gè)小模塊的具體細(xì)節(jié)進(jìn)行分析，從系統(tǒng)的使用特點(diǎn)進(jìn)行歸類，從而得出系統(tǒng)的總體功能模塊圖。該項(xiàng)研究使用層次圖對系統(tǒng)的總體功能模塊進(jìn)行分類，通過模塊與模塊之間的關(guān)系，展示系統(tǒng)的整體使用流程。系統(tǒng)總體功能模塊如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊圖

綜上所述，系統(tǒng)所需實(shí)現(xiàn)的功能應(yīng)包括：

(1)樓房三維場景模塊

該模塊主要實(shí)現(xiàn)對三維場景的操作功能，用戶可以對三維場景進(jìn)行放大、縮小等基本操作以及對三維模型進(jìn)行測量，在漫游的過程中可以對室內(nèi)墻體的屬性通過點(diǎn)擊的方式進(jìn)行查詢，并且可以在小區(qū)整體三維場景中進(jìn)行通視分析、光照分析以及周邊設(shè)施查詢等空間分析，此外通過設(shè)置條件查詢，實(shí)現(xiàn)快速查詢空房。將房屋建筑物的樓層平面圖導(dǎo)入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)二三維一體化。

(2)模型管理

該模塊主要為管理員設(shè)定，系統(tǒng)將開盤樓房展示出來，管理員可以對預(yù)存的模型進(jìn)行添加，也可以對位置發(fā)生變化的模型進(jìn)行移動，對已經(jīng)不存在的模型進(jìn)行刪除。

(3)住戶信息管理

主要通過管理員對小區(qū)內(nèi)的所有住戶信息的查詢、添加、修改、刪除以及打印住戶名單等功能。

(4)房源信息管理

該模塊為游客提供快速瀏覽，按照條件查詢房屋出售信息功能，并為小區(qū)住戶提供可以發(fā)布二手房屋信息的功能，發(fā)布的房源信息需要由管理員審核通過才能展現(xiàn)給游客。

(5)公告信息管理

該模塊由管理員對小區(qū)公告信息統(tǒng)一進(jìn)行發(fā)布、刪除、修改等管理操作，游客和小區(qū)住戶只能進(jìn)行公告瀏覽和詳情查看。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵功能實(shí)現(xiàn)

基于GIS+BIM的房屋出售管理系統(tǒng)以Visual Studio 2010和SuperMap 9D系列產(chǎn)品作為開發(fā)平臺，運(yùn)用C#、Web前端語言作為開發(fā)語言，SQL Sever2008作為后臺數(shù)據(jù)庫用以系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。參照已獲得的小區(qū)樓房建筑施工圖進(jìn)行建模，運(yùn)用SuperMap平臺實(shí)現(xiàn)三維操作功能。

2.1 建立三維模型

(1)建模準(zhǔn)備

繪制標(biāo)高與軸網(wǎng)，并為其標(biāo)號，是建模的第一步。標(biāo)高根據(jù)房屋的樓層層數(shù)和層高繪制，整個(gè)小區(qū)分為普通樓房和別墅2種建筑，普通樓房又分為兩室一廳和三室一廳2種戶型，別墅分為A、B 2種戶型。軸網(wǎng)根據(jù)每層樓的布局設(shè)置來繪制，如拐點(diǎn)、墻邊緣等。對建筑施工圖進(jìn)行整理，將各個(gè)房屋平面圖導(dǎo)入到新建的圖紙中，并與小區(qū)整體的園林景觀進(jìn)行配準(zhǔn)。由于導(dǎo)入到Revit軟件中的CAD數(shù)據(jù)會影響Revit軟件三維模型更新展示效率，需要將冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，只保留對后期建模有用的數(shù)據(jù)。

(2)建立模型

根據(jù)上述建模準(zhǔn)備，在項(xiàng)目中載入CAD圖，建立好標(biāo)高和軸網(wǎng)并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建房屋模型，根據(jù)圖紙以及系統(tǒng)族進(jìn)行設(shè)置，建立符合系統(tǒng)需要模型的族和構(gòu)件并載入項(xiàng)目中。整個(gè)小區(qū)內(nèi)部房屋分為普通樓房和別墅2大類型，普通樓房又細(xì)分為兩室一廳和三室一廳2種戶型，別墅分為A、B 2種戶型，建立獨(dú)立模型。將4種戶型全部建好之后，新建一個(gè)項(xiàng)目加入CAD全局圖，按照CAD地圖，將4個(gè)模型分別鏈接到相應(yīng)位置，最后形成小區(qū)樓房的全局圖，如圖3所示；同時(shí)也為游客提供了2種戶型的樣板房，如圖4、圖5所示；小區(qū)周邊建立了一些商家的便民服務(wù)、醫(yī)院、學(xué)校以及商場等簡易的三維模型，這些模型導(dǎo)入到SuperMap中進(jìn)行貼圖，以便查看。

圖3 小區(qū)總體三維模型

圖4 兩室一廳樣板房圖 圖5 三室一廳樣板房

2.2 模型導(dǎo)出

在小區(qū)整體景觀平面圖中拾取樓房房角的經(jīng)緯度坐標(biāo)，作為Revit項(xiàng)目基點(diǎn)的坐標(biāo)即插入點(diǎn)的坐標(biāo)，利用SuperMap提供的Revit數(shù)據(jù)導(dǎo)出插件和模型。使用插件一鍵式導(dǎo)出模型的空間數(shù)據(jù)和屬性信息。其中，如果導(dǎo)出的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集Revit中存在管線、風(fēng)管等，勾選后可以導(dǎo)出相應(yīng)的三維點(diǎn)、線數(shù)據(jù)集，由三維點(diǎn)、線構(gòu)成三維網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集。如果導(dǎo)出法線項(xiàng)目使用的是9D以前的版本必須勾選，9D及之后的版本可選可不選。拓?fù)溟]合是指模型導(dǎo)出之后，移除重復(fù)點(diǎn)，構(gòu)建閉合模型。模型精細(xì)度以輕量化方式導(dǎo)出，勾選后導(dǎo)出可能會較慢。LOD的數(shù)據(jù)獲取基于二維屏幕空間與三維場景空間的映射關(guān)系表實(shí)現(xiàn)[15]，導(dǎo)出LOD是默認(rèn)導(dǎo)出三層LOD模型數(shù)據(jù)集，勾選后導(dǎo)出可能會較慢。數(shù)據(jù)導(dǎo)出不支持凹凸紋理、浮雕紋理效果。

2.3 場景緩存

生成緩存是對模型進(jìn)行實(shí)例化處理和LOD分層處理之后再根據(jù)數(shù)據(jù)的投影坐標(biāo)范圍將其進(jìn)行八叉樹剖分[14]。對于小區(qū)三維場景，由于三維模型精細(xì)化程度較高，并且由于電腦性能使其自身性能受到局限，場景緩存生成十分緩慢。因此，在工作空間中選擇將整個(gè)數(shù)據(jù)源批量生成緩存，用戶可以選擇生成的緩存模型類型，由于后期的S3M緩存文件類型瀏覽效果較好，所示這里選擇S3M數(shù)據(jù)類型，在場景生成緩存文件之后，系統(tǒng)會為用戶創(chuàng)建一個(gè)工作空間和各個(gè)模型數(shù)據(jù)集所緩存的文件，該文件中包含著生成的S3M文件，同時(shí)模型的顏色、貼圖處理也都會隨之保存，本系統(tǒng)中也使用到了模型的貼圖。最后再將數(shù)據(jù)量較大的數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)集單獨(dú)導(dǎo)出生成緩存，將所有緩存文件保存在同一目錄下，在打開上面的緩存文件工作空間時(shí)，會自動加載新加入的緩存文件。這一技術(shù)為用戶節(jié)省了時(shí)間，同時(shí)提高了三維模型在瀏覽器中的可視化效果。

2.4 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

(1)系統(tǒng)功能的操作與輸出都盡可能的在主頁面中進(jìn)行，用戶易于操作。系統(tǒng)分為3個(gè)用戶，不同用戶登陸進(jìn)去顯示的界面不同，以管理員瀏覽界面為主界面。主界面的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為：左側(cè)區(qū)域?yàn)楣δ軝?，右?cè)區(qū)域?yàn)樘鞖馇闆r，中間部分為一些相關(guān)房產(chǎn)新聞。功能欄中的每一個(gè)功能都可以進(jìn)行操作，系統(tǒng)的主界面如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)主界面

(2)點(diǎn)擊主頁面導(dǎo)航欄中的"房屋信息"選項(xiàng)中的"二維條件查詢"，會展示出整個(gè)小區(qū)房屋的CAD圖，通過條件查找，符合條件的房屋會在二維圖中高亮顯示，并顯示符合條件的樓房相關(guān)詳細(xì)信息。二維條件查詢結(jié)果如圖7所示。二維查詢結(jié)果顯示后，游客還可以點(diǎn)擊進(jìn)行三維毛坯房瀏覽并對距離、面積、高程等進(jìn)行量測，如圖8所示。游客也可以查看樣板房并查詢房中物品的屬性，如圖9所示。

(3)在主頁面的導(dǎo)航欄中點(diǎn)擊"小區(qū)三維瀏覽"加載小區(qū)整體三維場景，視角自動切換到場景，通過右上角的導(dǎo)航面板調(diào)整方位角以及場景與X軸的夾角，使場景轉(zhuǎn)換至一個(gè)合適的視角下。為了用戶更好地選擇購房，進(jìn)行通視分析查看某一位置可視域范圍，進(jìn)行光照分析查看房屋采光情況，通過查詢周邊設(shè)施查看相關(guān)屬性信息。如通視分析、光照分析、采光率以及周邊設(shè)施查詢，以通視分析和周邊設(shè)施查詢?yōu)槔?，如圖10、圖11所示。

圖7 二維房屋查詢結(jié)果

圖8 三維毛坯房瀏覽 圖9 樣板房內(nèi)屬性查詢

圖10 某一點(diǎn)可視域范圍 圖11 周邊設(shè)施查詢

(4)游客和住戶都可以查看小區(qū)內(nèi)部公告信息，如：停電、停水、快遞站點(diǎn)等小區(qū)信息，在小區(qū)的主頁面上也展示了小區(qū)的公告信息。管理員不僅可以查看公告，還可以發(fā)布修改刪除公告信息。管理員發(fā)布公告信息如圖12所示。

圖12 公告信息發(fā)布

(5)系統(tǒng)預(yù)設(shè)一部分模型，管理員可以對模型進(jìn)行添加、移動和刪除操作。選擇模型，在位置處單擊即可添加模型，添加結(jié)果如圖13所示。

圖13 添加限速牌結(jié)果

(6)游客登錄系統(tǒng)還可以查看小區(qū)的物業(yè)信息，系統(tǒng)的裝修指南模塊也為用戶提供了家庭裝修的一些注意事項(xiàng)。小區(qū)住戶還可以發(fā)布二手房信息，管理員審核通過后以便游客進(jìn)行查看。管理員身份模塊中還有統(tǒng)計(jì)一整年的銷售情況，如圖13所示；此外，管理員還可對系統(tǒng)的整個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份和還原。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)基于BIM技術(shù)建立小區(qū)樓房三維模型，通過Revit數(shù)據(jù)導(dǎo)出插件，將BIM與GIS融合，在Supermap平臺上設(shè)計(jì)并開發(fā)出房屋出售管理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)的主要功能模塊包括：樓房信息模塊、三維房屋瀏覽模塊、住戶信息模塊以及公告模塊等。