构建统一CIM数字底盘，实现基于BIM的全流程管控
2009年，SuperMap发布了首款二三维一体化GIS软件，首次提出了二三维一体化GIS技术。随后，二三维一体化的应用系统不断涌现，二三维一体化技术逐步成为三维GIS发展和研究的主流。2017年，SuperMap在二三维一体化 GIS 技术的基础上，进一步提出了新一代三维GIS技术体系，对三维GIS进行了全新定义、全新架构，二维GIS作为三维GIS的一种特殊表现形式。这些全新的理念和架构，得到了市场和用户的广泛认可，并且，SuperMap在2018年凭借《新一代三维GIS平台软件研发及产业化》获得测绘科技进步特等奖，新一代三维GIS技术将在很大程度上影响未来GIS的应用发展方向，赋能更多行业创新应用。
新一代三维GIS技术体系以二三维一体化GIS技术为基础框架，进一步拓展全空间数据模型及其分析计算能力，完善了三维GIS理论体系；在数据层面，融合倾斜摄影、BIM、激光点云、三维场等多源异构数据，并制定了开放的《空间三维模型数据格式》(S3M)标准，推动三维数据的开放、共享与互操作；在IT新技术方面，集成WebGL、虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、3D打印等IT新技术，带来更真实、更便捷的三维体验，推动三维GIS 实现室外室内一体化、宏观微观一体化与空天/地表/地下一体化。
我们推出SuperMap新一代三维GIS技术创新应用系列文章，为大家介绍在各行各业中的典型创新应用，旨在推动更多行业创新应用。
本期推出系列文章之《构建统一CIM数字底盘，实现基于BIM的全流程管控》。
在我国，随着城市精细化管理要求不断提高，基于CIM(City Information Modeling)的智慧城市建设悄然而至。CIM集合了BIM、GIS和IoT等多种先进技术，实现对城市海量多源异构数据的统一汇聚管理，地上地下、室外室内的全方位城市空间表达，便于城市管理者全面掌控城市运行状态。通过构建城市CIM数字底盘，开展面向各行业的应用，可实现对城市的一体化、精细化管理，为城市规划、设计、建设、运营的全流程管控提供可靠依据和指导。
本文以某国家级新区的CIM建设实践为例，分享CIM数字底盘的构建、基于规则库的BIM自动化分析计算和审核等创新应用。
BIM+GIS构建全空间的CIM数字底盘
CIM数字底盘是全空间、全要素的数字管控平台，需要BIM+GIS赋能。通过BIM+GIS实现全空间、全要素的数据整合汇聚、数据承载、分析计算和展示应用。
全空间全要素的数据汇聚
• 统一坐标系实现城市信息的对齐
城市规划数据主要包括基础地理、城市现状、城市规划设计、城市建设、城市管理、社会经济和绿化、人口等各种数据。为了方便用户管理收集到的多源多维城市规划数据，SuperMap采用逐顶点坐标转换、坐标配准、镶嵌压平等方法和操作，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，实现各种城市信息对齐，实现BIM模型与倾斜摄影模型等不同精度、异构数据之间的融合匹配和平滑衔接。
• 提供二三维一体化的基础底图
基于GIS技术实现对多源空间数据的管理，可将遥感测绘数据、地质数据、土地利用数据等二维数据与倾斜摄影模型、点云等三维GIS数据整合汇聚，为CIM数字化底盘提供二三维一体化的基础底图。
• 三维网络模型实现BIM单体之间链接网络的管理
BIM单体对象之间的链接网络，如道路、管廊与管线等，可以用三维网络数据模型表示，基于此可以进行爆管分析等三维网络分析，实现对道路、管廊与管线等对象的管理。
• 三维体模型支撑城市设计规则的计算
BIM数据导入SuperMap GIS平台软件后使用三维体数据模型表达，可实现BIM数据在SuperMap GIS平台软件中的三维空间关系判断（包含、相交、相离）、三维空间运算（交、并、差）、表面积和体积计算、三维空间查询、三维空间分析等多种操作，为灵活定制城市设计规则提供技术支撑。
• 提供大规模建筑群的BIM管理能力
GIS在整合及管理大规模建筑群体等宏观空间信息方面具有优势。SuperMap通过实例化存储与绘制、多细节层次（Levels of Detial，LOD）、批次绘制、BIM模型轻量化等技术实现了海量BIM模型的高效加载、实时绘制和轻量化处理。
• 提供多终端的支持，全方位满足CIM应用
基于HTML5 WebGL技术，实现在Web端支持城市大场景2D/3D空间数据的轻量化、流畅浏览展现，并支持城市大场景下的应用综合展现。并且通过开源的S3M标准实现对海量、多源异构三维地理空间数据在离线环境和网络环境下的传输与解析。基于AR与BIM、GIS的结合，实现在GIS移动端平台上将数字化的BIM投放到任何场景中，如施工现场，将设计方案与实际施工现场进行比对，及时发现问题并进行修正。
基于CIM数字底盘
实现全流程、全自动规划审批
SuperMap提供BIM数据自动分层解析、BIM数据的轻量化、指标计算规则库、三维缓存自动生成等技术，帮助用户实现从BIM数据接收、BIM数据入库、指标计算到项目设计方案在线浏览和审批成果等一整套审批流程的全自动化，打造智慧规划一站式审批服务。
从入库到审批全流程示意图
• 统一数据模型，实现城市空间数据的指标计算
SuperMap GIS软件平台提供了CATIA、Bentley、Revit、AutoCAD、Civil3D等当前主流BIM软件到GIS软件的数据无损接入技术，也直接支持IFC（Industry Foundation Classes，建筑工程数据交换标准）和3DXML格式（CATIA的BIM数据交换格式）、RVT格式。将BIM数据接入后，统一到三维体数据模型进行管理，实现各类空间分析计算，以支撑规划审批中的指标计算。
三维体对象支持规划指标计算
• 创建规则库奠定自动审批基础
基于SuperMap GIS的二三维数据模型及基于数据模型的降维计算、规则建模、场景表达、三维空间运算、三维空间关系判断以及三维空间查询和分析等功能，实现了数字化规则库的构建。支持用地红线、容积率、建筑高度、地下建筑范围、总建筑面积、贴线率等刚性规则和贴线率、开敞度、可视域、天际线、道路高宽比等柔性规则，实现城市智能化管控。
基于二三维模型与算法构建规则库
• 基于规则库实现审批指标自动计算
日常规划审批业务涉及建筑、市政、轨道交通等类型的项目审批，而每个项目的待审批指标数量从几个到几十个不等。指标计算工作既复杂又重要。基于指标计算规则库，实现了全量规划审批指标的自动计算。当用户将项目设计方案导入智慧规划审批平台，平台自动根据待审批项目类型、待审核指标进行审批指标自动计算。
• 全流程、全自动规划审批，提升智慧审批效率
项目设计方案自动入库后，智慧规划审批平台后台将自动基于规则库利用三维空间分析接口，在Linux环境下基于BIM数据进行项目设计方案全量指标计算，减少人为误差。同时，将各项指标计算结果存入数据库，并提醒工作人员查看并确认计算结果。整个计算过程不影响前端用户的审批业务，全部由计算机后台完成，后台计算完毕，前端自动显示该方案的指标计算结果。
通常一个待审批项目从项目设计方案BIM数据上传、自动分层解析、指标计算、入库到真实展现在用户面前，仅需要1小时。相比较传统的指标计算方式，全自动全流程的智慧规划审批平台指标计算效率提高了10倍以上，在节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。
• 百万级BIM模型高效加载，实现大型方案直接审批
将全BIM数据导入到智慧规划审批平台后，如何实现百万级BIM数据的高效加载、快速显示成为亟需解决的问题。SuperMap通过多层次细节LOD、实例化存储与绘制、简化冗余三角网、生成三维切片等技术实现了海量BIM数据的轻量化处理与高效渲染，解决了BIM与GIS结合应用的性能瓶颈，完成了百万级BIM模型数据加载，帮助用户实现BIM、倾斜摄影、地下管线、地质数据、DEM、DOM、矢量等TB级数据的融合和展示。
大场景BIM数据加载示意图
CIM数字底盘支撑更广泛应用
随着三维立体时空数据不断地丰富，全空间二三维数字化底盘技术会愈加成熟，成为助力数字孪生城市、新型智慧城市创新发展的催化剂。中国城市规划设计研究院未来城市实验室执行副主任杨滔认为，“CIM建设既是智慧城市跨行业融合的基石和底板，也是推动城市高质量发展的重要抓手，更是带动我国21世纪产业升级的重要引擎。国内现阶段CIM建设情况还处于探索阶段，但未来CIM建设是国内外发展大趋势。CIM集合了三维地理信息系统、建筑信息模型和物联网等多种先进技术的城市管理手段，CIM建设将会扩展出‘数字空间领地’，探索基于信息融合创新的新产业培育发展路径，为我国产业融合以及新型城镇化建设提供切实可行的方案。”
SuperMap新一代三维GIS技术已经在智慧城市的各类应用中进行了实践。例如支持国家自然资源时空信息数据库的建设，也支持完成了香港规划署在线建筑规划设计系统、北京副中心智慧监管平台、上海中心BIM运营管理平台等项目的建设，已经在不同的项目中实现了智慧城市“规、建、管、养、用、维”各个环节的实践。同时也支持了国家、省、市、县到园区、楼宇不同尺度信息平台的建设。CIM数字底盘在自然资源、城市规划建设、城市治理、交通、公安、应急、环保、水利、国防、电力等行业领域都能够提供广泛应用支持。
全空间三维数字化底盘
未来，SuperMap GIS技术会不断创新发展并与其他应用有机结合，持续为“全流程、全自动、全周期”规建管、智慧园区，乃至数字孪生城市建设输送新的能力，为我国信息化高质量发展贡献力量。
供稿 | 平台大客户一中心 企划与行业咨询部
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