BIM+GIS是什么?十六项BIM与GIS应用场景

日期:2021-01-20 07:11 | 人气:

       BIM+GIS是什么?

       BIM技术指的是在营建(包括如建筑物、桥梁、道路、隧道等)生命周期中,创建与维护营建设施产品数字信息,以利其工程应用的技术。【BIM模型】中通常包含了营建标的在全生命周期的工程应用中所需要的数字组件及其工程属性信息,这些组件多以参数化的形式定义,对组件的描述也可以根据需求而做得十分细致。建筑工程的全生命周期涉及到的各参与方,都可利用BIM技术进行协同作业,提高沟通协调的效率,来缩短工期,减少因错误所造成的返工与损失。
bim gis
       GIS是地理信息系统的英文缩写,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、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
       BIM与GIS集成应用,是通过数据集成、系统集成或应用集成来实现的,可在BIM应用中集成GIS,也可以在GIS应用中集成BIM,或是BIM与GIS深度集成,以发挥各自优势,拓展应用领域。
       这两个系统整合以后的应用领域很广,包括城市和景观规划、城市交通分析、城市微环境分析、市政管网管理、住宅小区规划、数字防灾、既有建筑改造等诸多领域有所应用。与各自单独应用相比,在建模质量、分析精度、决策效率、成本控制水平等方面都有明显提高。

       BIM+GIS城市建设

       基础设施建设

       BIM与GIS集成应用,可提高长线工程和大规模区域性工程的管理能力。BIM的应用对象往往是单个建筑物,利用GIS宏观尺度上的功能,可将BIM的应用范围扩展到道路、铁路、隧道、水电、港口等工程领域。如,邢汾高速公路项目开展BIM与GIS集成应用,实现了基于GIS的全线宏观管理、基于BIM的标段管理以及桥隧精细管理相结合的多层次施工管理。

       国土安全

       如政府要员沿着特定的路线行进,出于安全需要,需要事先找到所有能看到这条路线的窗子和建筑物,并通过计算得出狙击手可能躲藏的位置。可以通过BIM和GIS共同生成的城市的模型数据来生成一个线路沿线上符合条件的窗子和建筑的列表报告。如果只是应用其中一方作为分析手段都会产生局限性。这个例子正是通过利用路线沿线的城市模型所附加的非常详细的CityGML信息和IFC模型的数据进行整合处理才能让我们非常简便并准确地定位和识别窗子。

       室内导航

       BIM与GIS集成应用,还可以拓宽和优化各自的应用功能。导航是GIS应用的一个重要功能,但仅限于室外。二者集成应用,不仅可以将GIS的导航功能拓展到室内,还可以优化GIS已有的功能。如利用BIM模型对室内信息的精细描述,可以保证在发生火灾时室内逃生路径是最合理的,而不再只是路径最短。

       三维城市

       城市建筑类型各具特色,外型尺寸不同,外部颜色纹理不同,以及障碍物阻挡等。如果是“航测+地面摄影”,后期需要人工做大量贴图;如果是用价格昂贵的激光雷达扫描,成本太高而且生成的建筑模型都是“空壳”,没有建筑室内信息,同时室内三维建模工作量也不小,并且无法进行室内空间信息的查询和分析。而通过BIM,可以轻易得到建筑的精确高度、外观尺寸以及内部空间信息。因此,通过综合BIM和GIS,先对建筑进行建模,然后把建筑空间信息与其周围地理环境共享,应用到城市三维GIS分析中,就极大的降低了建筑空间信息的成本。

       市政模拟

       通过BIM和GIS融合可以有效的进行楼内和地下管线的三维建模,并可以模拟冬季供暖时热能传导路线,以检测热能对其附近管线的影响。或是当管线出现破裂时使用疏通引导方案可避免人员伤亡及能源浪费。

       资产管理

       以BIM提供的精细建筑模型为载体,利用GIS来管理建筑内部资产的位置等信息,可以提高资产管理的自动化水平和准确性。不会出现资产管理不明,或是不在它该在的位置这种尴尬情况。

       市政维护

       BIM与GIS集成应用,可增强大规模公共设施的管理能力。市政BIM模型整合GIS监控数据,将市政道路、桥隧、泵站、变电站等的工作状态等信息及时反馈到BIM模型中。在BIM模型中可随时查看其设计参数、工作状态、维护记录、维护路径等信息。当发生问题时可以通过BIM模型快速、准确的进行三维定位,帮助解决问题。

       事故定位

       市政道路BIM模型整合GIS监控数据,准确、快速定位事故发生位置,达到及时救援、及时疏散的目的。

       BIM+GIS八大难题

       将BIM数据接入到GIS平台

       国内外BIM建模软件种类繁多,不同的软件有各自的存储方式。这些数据格式彼此不同,且相对比较封闭没有公开文件结构,给BIM数据接入到GIS平台带来了最直接的挑战。
       BIM数据依赖于BIM软件,比如Revit的rvt文件本身是不带贴图的,是存在于Revit安装目录的材质库中,要读取Revit数据的完整信息,包括属性、材质、几何等,离不开Revit软件本身。实现读取BIM数据目前最务实的方法就是基于BIM到GIS数据格式转换工具或插件,也就是基于BIM软件库的原生支撑,将BIM数据转换到GIS数据库。
       SuperMap先后提供了多款BIM主流设计软件的转换插件和工具,如Autodesk旗下的Revit、AutoCAD以及Civil3D软件,以及Bentley的MicroStation CONNECT Edition、达索的CATIA软件,将数据的顶点和属性信息一次性导出,并且按类型或图层进行分类。导出数据不仅保留了BIM数据实例化的特点,还生成了多细节层次(Levels of Detail),提升数据在三维GIS平台中加载和浏览的性能。SuperMap也为某些行业的标准格式-IFC提供了对应的转换工具。

       实现BIM模型轻量化

       BIM建模软件注重的是单一体建筑,但GIS需要管理一个区域或整个城市的BIM数据,并且GIS终端可能是配置不高的PC,甚至是Pad或手机,因此GIS面对的数据量挑战更大。所以我们不仅要解决数据格式转换,更要进行适当的数据轻量化和优化,SuperMap对外提供的插件已经内嵌了智能轻量化的能力。
       实现BIM轻量化需要以下关键技术:
       原生LOD(Level of Detail)技术。BIM软件中的三维对象是参数化的,比如圆柱体,用圆心、半径、高度来描述,但导入GIS系统要三角化成三角网,在三角化时,利用此技术可生成多个不同细节层次的模型,即将BIM模型解析出不同的显示精度和显示层级。
实例化技术,即对BIM模型中存在的大量共用对象只存储一份。如在建造阶段,会存在大量的螺丝钉对象,它们的顶点和材质等都是一样的,只是位置不同,通过存储一个螺丝钉和多个位置的方式实现复用模型。在显卡也支持这样的实例化渲染,从而提升渲染效率。

       在GIS平台表示BIM模型

       对象模型是一类GIS空间数据模型,用来描述离散空间的要素,包括二/三维点、线、面以及三维体对象模型。其中,三维体对象是通过拓扑闭合、高精度的三角网来表示的。三维体对象模型可以表示现实对象,如建筑、桥梁等。
       GIS要从室外走向室内,室内数据需要BIM来获取。要实现BIM模型支持查询、统计及分析等功能,首先需要解决如何在GIS平台表示BIM模型的难题。与3ds Max模型相比,BIM模型不是一张皮的表面模型,它是体对象,具备完善的拓扑完整性及闭合性,因此可以用三维体对象模型来表达这样的建筑。
       BIM模型进行三角化后,统一到三维体对象模型,可以做三维空间关系判断(包含、相交、相离)、三维空间运算(交、并、差),还支持计算表面积和体积,支持多种三维空间分析如控高分析、构建三维缓冲区等,为灵活定制城市设计规则提供技术支撑。

       BIM单体之间链接网络

       网络模型是另一类GIS空间数据模型,包括二维网络数据模型以及三维网络数据模型。三维网络模型数据可以表示道路、管廊、管线等数据之间的拓扑连接关系。BIM的应用对象往往是单体建筑,但如何实现如地下管线、铁路、隧道、港口等大规模区域性对象的管理,则需要集成GIS来实现,用三维网络模型数据来表示BIM单体之间的链接网络,比如道路数据,可以提取出带拓扑连接关系的三维点、线对象,然后构建三维网络数据模型。
       这样就可以将BIM模型应用于各种复杂的实际工程领域中,例如爆管网络分析,若某一处市政水网/供热管网/天然气管道的地下管线发生了爆裂,我们可以基于三维网络数据模型的拓扑关系知道关闭哪些阀门,哪些管线受到了影响,从而及时、快速的解决问题。

       三维数据坐标转换

       BIM通常采用独立的坐标系统,如地方坐标系,GIS数据来源众多,采集方式各异,所采用的坐标系也存在一定的差异性。BIM与GIS集成应用面临着各自坐标系不同,无法匹配的问题。GIS最基本的能力就是坐标转换,点线面的坐标转换已经十分成熟,但转换能力是否能应用到三维模型数据中,对GIS平台也是一个挑战。
       SuperMap已实现支持三维模型的逐顶点坐标转换能力,支持BIM模型和GIS数据在平面坐标系和地理坐标系之间的转换,实现在地球曲率影响下的BIM模型和GIS数据精确匹配,避免渲染时的裂缝和漏洞等问题,满足众多行业,如桥梁、道路、水利大坝等,在建设、运营、管理过程中对数据的精度需求。

       BIM与多源数据融合匹配

       GIS有一个很重要的特性,就是集成了海量多源数据,比如地形影像、倾斜摄影模型、激光点云、精细模型、水面、地下管线以及场数据等。如何实现BIM与多源数据融合匹配,从而提高数据的利用价值,这是对BIM+GIS应用的又一挑战。
       要进行融合匹配,首先需要进行坐标转换和数据配准,将BIM模型与倾斜摄影模型、地形等多源数据统一到一个坐标系,实现各种信息对齐;然后再对数据进行操作和处理,进行诸如镶嵌压平裁剪等操作,实现数据平滑衔接、纹理拼接自然。

       三维空间数据标准缺乏

       三维空间数据的高效发布、数据共享和数据标准是三维GIS应用热点之一。BIM+GIS得到了越来越广泛的应用,但缺乏统一的三维空间数据标准和规范,三维空间数据的互操作和开放共享成为难点,这在一定程度上制约了BIM+GIS更加深入的应用。
       目前,国内外已经推出了众多数据标准和格式,如S3M、I3S、3D Tiles等。这些标准与格式的推出,推动了三维数据标准化和三维数据的开放共享。
       SuperMap推出的S3M(Spatial 3D Model)标准,适用于网络环境和离线环境下海量多源三维空间数据的数据传输、交换、高性能可视化,实现了在B/S下发布和共享海量BIM与GIS数据,也实现了海量BIM与GIS数据在桌面端、浏览器端、移动端的相关应用。

       多终端支持BIM+GIS应用

       IT技术的飞速迅猛发展,深刻而长远地影响了BIM与GIS两个领域。其中,VR/AR以及WebGL等IT新技术,为BIM+GIS应用注入了强劲的动力。为了实现这些IT新技术与BIM、GIS的集成应用,需要多终端支持BIM+GIS应用。
       SuperMap基于HTML5 WebGL技术,推出了轻量级三维客户端,这样无须安装软件、无须安装插件、无须下载数据,就可以在浏览器上高效浏览三维服务,并通过开源的S3M规范支持实用的三维空间查询、量算以及空间分析等功能。SuperMap将AR与BIM、GIS结合,在GIS移动端平台上将数字化的BIM投放到任何场景中。如在施工现场,将设计方案与实际施工现场进行比对,可以及时发现问题并进行修正。
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