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BIM+GIS=?And how?

來源:綜合網絡 時間:2017-06-18 12:11:42

談到三維城市、數字城市,人們認為城市三維 GIS 就是對城市里的建筑、道路等城市對象進行三維建模,再把這些模型放到其對應的地理位置上,與虛擬實景技術結合進行城市空間場景漫游,如果僅是這個目的,那只能說這是一個帶有準確地理位置的三維城市微縮模型。因為目前采用的測量手段對建筑內部的墻壁、門窗、管線設施以及走廊空間建模難以實現,針對以上建模,傳統做法是以CAD 記錄建筑物的幾何形狀、空間關系等圖形化關系,其他如工作進度、外在環境條件、材質、費用等非圖形化信息則是由其他信息系統處理。WYVBIM網

幸好現在有了BIM,BIM 技術不但能整合上述建筑物的圖形以及非圖形信息,用虛擬三維實景的方式呈現,并建立信息流模型,減少信息在建筑各階段傳遞過程中的流失??傮w上講,CAD 用來繪制建筑物,BIM 是用來整合和管理建筑物本身所有階段信息,GIS 則是整合及管理建筑外部環境信息。把微觀領域的 BIM 信息和宏觀領域的 GIS信息進行交換和相互操作,滿足查詢與分析空間信息的功能,是未來城市 GIS 的發展方向。WYVBIM網

為不同世界架橋WYVBIM網

BIM和GIS整合已漸漸成為業內的焦點,各大出版物和項目都對此一片叫好。然而現在這兩者到底能整合到什么程度呢?似乎在從業者的角度來看,BIMer和GISer依舊生活在兩個不同的“平行宇宙”中。雙方使用不同的技術、標準以及其他手段企圖想要將對方融合到己方。目前為止有兩種方向,一是GISer利用已開發的GIS技術和標準將建筑視為地理空間的一種數據,另一種是BIMer利用精細的建筑模型以及周邊的設施例如街道、地形、地下管道等,他們認為這是GIS向BIM融合。很明顯的,這兩種事物根本沒有融合。BIM被GISer當作了構筑環境的基本數據源,而GIS僅被BIMer視為關鍵的空間數據源。在建筑領域,建筑從設計到施工產生大量的信息,特別是建筑設計三維模型,包含了建筑詳細的空間信息,但這些信息主要為建筑施工服務;而在城市三維 GIS 領域,主要研究如何對城市建筑三維建模,這樣首先要獲得這些建筑詳細的空間信息。但是兩個領域的數據格式完全不同,沒法將建筑的空間信息直接搬過來為己所用。WYVBIM網

因此,雖然雙方都很想打破界限,但是卻一直沒能找到可以連接“平行宇宙”的“橋梁”。這個“橋梁”將是一個出色的中央模型服務器角色,在其上通過標準語言使BIM和GIS雙方能夠共享數據,當然,這個“橋梁”可能不是一方搭建就能完成的,需要雙方共同出力以期完成。因此有針對IFC和CityGML融合的研究來以助力BIM和GIS真正融合交匯。WYVBIM網

BIM方的IFCWYVBIM網

BIM(Building Information Modeling 建筑信息模型)是以建筑物的三維數字化為載體,以建筑物全生命周期(設計、施工建造、運營、拆除)為主線,將建筑生產各個環節所需要的信息關聯起來,所形成的建筑信息集。二維的圖紙只是用線條和符號表達建筑構件的信息,BIM 則是以三維立體形式表達建筑構件,并且可以展現構件之間的互動性,反饋構件相互作用信息。BIM 技術在歐洲使用的比較普遍,德國、挪威和芬蘭這三個國家的 BIM 軟件普及率已達到 60%以上。BIM 起始于美國,有相關調查顯示 2007 年時美國的 BIM 使用率大約為 28%,經過這些年的發展,到 2011年就上升到了 81%,增長非???。但是現在國際上有上百種 BIM 軟件,這些軟件有的側重于建筑三維建模,有的側重于鋼結構設計,但各個軟件數據格式不同,無法整合,成為行業限制瓶頸,降低工作效率。WYVBIM網

IFC(Industry Foundation Classes 工業基礎類),建筑業界習慣稱為 IFC 標準,是 IAI(The International Alliance for Interoperability 國際協同聯盟)建立的一個標準名稱。IFC 標準數據文件有很好的平臺無關性,它作為一種中性的數據文件具有良好的自描述能力,不會因為相關軟件系統的廢棄而造成信息流失?,F在越來越多的 BIM 軟件宣布支持 IFC 標準,提供 IFC 標準的數據交換接口,這些軟件的不同 BIM 模型信息可以轉換為 IFC 標準數據文件,這樣形成同一數據模型的建筑產品,以 IFC 標準格式的數據流通。WYVBIM網

GIS方的City GMLWYVBIM網

CityGML(City Geography Markup Language,城市地理標記語言)是一種用來表示和傳輸城市三維對象的通用信息模型,它是最新的城市建模開放標準。該標準源自地理研究領域(GIS),用來存儲和交換虛擬城市三維模型。WYVBIM網

GML是由 OGC(開放式地理信息系統協會)于 1999 年提出的一種開放性的元語言,用于地理要素的空間幾何信息的建模以及非空間屬性信息的傳輸及存儲。隨著技術的發展以及行業的應用訴求上升,GIS的研究對象從過去的二維到現在的三維甚至多維。GML 主要用來表現二維地理空間要素,而 CityGML 主要用來表現城市三維對象的通用信息。它對道路、建筑、水域、植被、綠地等的描述進行了定義。但該標準對建筑的細節描述十分有限(遠遠不及IFC的詳細程度)。因此需要在CityGML中兼容IFC提供的準確、詳細的細節數據。WYVBIM網

若想真的搭建“橋梁”,IFC需要通過中央模型服務器實時在線,因此需要開源的BIMserver。這就意味著IFC的語義和關系應在GIS環境中可用。因此CityGML被用來達成這一目的,但是直接將默認的IFC的語言系統封裝進CityGML是行不通的。為此,在2009年, CityGML的新擴展——GeoBIM作為標準開始實行。通過它,IFC的數據就可以進入CityGML中。這樣就搭好了一做橋梁。WYVBIM網

融合能做什么WYVBIM網

這兩個系統的整合以后的應用領域很廣闊,包含城市和景觀規劃、建筑設計、旅游和休閑活動、3D地籍圖、環境模擬、熱能傳導模擬、移動電信、災害管理、國土安全、車輛和行人導航、訓練模擬器、移動機器人、室內導航等。雖然BIM在國內應用很少,但是行業內應該關注并展望BIM和GIS結合所帶來的思路的轉變、成本的降低以及效率的提高。WYVBIM網

【國土安全】WYVBIM網

在OGC的網站上有個以國土安全為目標的“狙擊手行動”測試。其中設置了一個場景:一名重要的政客沿著特定的路線行進,出于安全需要,需要事先找到所有能看到這條路線的窗子和建筑物,并通過計算得出狙擊手可能躲藏的位置。以往是在3D查看器中瀏覽沿線所有的建模模型,并以專業人員的經驗來判斷狙擊手可能選擇的位置。但是現在可以通過BIM和GIS共同生成的城市的模型數據來生成一個線路沿線上符合條件的窗子和建筑的列表報告。如果只是應用其中一方作為分析手段都會產生局限性。例如CityGML不會儲存窗子的寬度和高度,而且要是通過幾何形狀去算的話將會非常復雜且費時費力;而且IFC中卻正好存儲了窗子的尺寸,兩者通過GeoBIM就達到了IFC數據與CityGML的有效融合。這個例子正是通過利用路線沿線的城市模型所附加的非常詳細的CityGML信息和IFC模型的數據,所以我們非常簡便并準確地才能定位和識別窗子。WYVBIM網

【室內導航】WYVBIM網

現在行業中都想解決室內定位這一難題,但是大多關注的都是定位的手段,例如到底是Wi-Fi還是藍牙,是LFC還是NFC等等,但是室內定位的地圖卻一般都是建筑的二維電子圖來生成的,甚至只是示意圖;室外的地圖導航都開始真三維化了,室內導航還用二維線條,這著實有點跟不上節奏了!但是如果有BIM,那這一問題就能迎刃而解:通過BIM提供的建筑內部模型配合定位技術可以進行三維導航,例如有公司為央視新大樓開發的室內導航系統,就是利用了BIM和GIS,可以為員工進行跨樓層跨樓體的導航。WYVBIM網

同時也可以在模擬突發事件時,事先規預演工的疏散路線等情況,這將極大降低因災害引起的人員傷亡。WYVBIM網

【三維城市建?!?span style="display:none">WYVBIM網

城市建筑類型各具特色,外型尺寸不同,外部顏色紋理不同,以及障礙物阻擋等。如果是“航測+地面攝影”,后期需要人工做大量貼圖;如果是用價格昂貴的激光雷達掃描,成本太高而且生成的建筑模型都是“空殼”,沒有建筑室內信息,同時室內三維建模工作量也不小,并且無法進行室內空間信息的查詢和分析。而通過BIM,可以輕易得到建筑的精確高度、外觀尺寸以及內部空間信息。因此,通過綜合BIM和GIS,先對建筑進行建模,然后把建筑空間信息與其周圍地理環境共享,應用到城市三維GIS分析中,就極大的降低了建筑空間信息的成本。當然這個前提是建筑都應用到BIM,現階段在我國還依舊很難實現。WYVBIM網

【市政模擬】WYVBIM網

通過BIM和GIS融合可以有效的進行樓內和地下管線的三維建模,并可以模擬冬季供暖時熱能傳導路線,以檢測熱能對其附近管線的影響?;蚴钱敼芫€出現破裂時使用疏通引導方案可避免人員傷亡及能源浪費。WYVBIM網

【資產管理】WYVBIM網

以BIM提供的精細建筑模型為載體,利用GIS來管理建筑內部資產的位置等信息,可以提高資產管理的自動化水平和準確性。不會出現資產管理不明,或是不在它該在的位置這種尷尬情況。WYVBIM網

BIMer,GISer相向而行WYVBIM網

BIM和GIS融合在國外已經喊了很久了,大家也都在為此而努力著,無論是IFC還是CityGML都是進步的表現。WYVBIM網

同時,為了加速兩者融合,除了需要標準融合,也應該盡快出臺相應的從業資質認證,Esri 全球社區發展行業經理兼“地理設計傳教士”的Shannon McElvaney也在采訪中呼吁“BIM和GIS的融合需要打破固有的、保守的文化壁壘?!彼J為因為沒有工程認證,部分GISer在建筑界“舉步維艱”。例如,經常會聽到測量師說“GISer不懂準確度、精確度”。同樣的GIS行業也有類似狀況。兩邊世界一方面呼吁融合,另一方面又有保守。如果BIM和GIS的融合之路繼續下去,這對BIMer和GISer來說,要面臨的除了是增加一門知識體系,更重要的是增加一種思維模式。未來所有行業界限都會漸漸模糊,除了深耕自己所在的行業,更需要偶爾抬頭向外看看。主動跨界也好,被動跨界也好,如果行業發展都是這個趨勢,就由不得你想還是不想了。WYVBIM網

希望一部分BIMer和一部分GISer相向而行,走到同一個領域,做好同一件事。WYVBIM網

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