拥抱BIM，GIS需解决哪些关键问题？

【近年来，BIM+GIS 正在成为新的热点技术，二者相互成就，相互升维。特约绍俊院长写一篇短文，分享给大家】

作者：李绍俊 博士 

超图集团高级副总裁、超图研究院院长

BIM与GIS间的跨界姻缘，已引起IT界广泛关注，并在各类建筑规划审批、工程监管和运维管理等领域发挥重要作用。

GIS的加入，有助于BIM延伸到建筑全生命周期的应用，更有助于BIM从单体延伸到建筑群甚至城市级的应用。

拥抱BIM，实现真正的融合，GIS软件要解决哪些关键技术问题呢？本文主要从如下四个方面进行剖析：

1. BIM数据无损转换

BIM数据生产，一般在专业BIM建模软件中进行，当前主流的BIM建模软件主要有三款，取其首字母，我们常称之为BIM建模软件之ABC，三款软件分别是Autodesk公司的Revit、Bentley以及达索的CATIA。

各BIM软件数据格式各不相同，且没有公开文件结构，给BIM数据导入到GIS软件带来困难。

为了解决这一问题，SuperMap联合合作伙伴，分别研发了三款主流BIM设计软件（Revit、Bentley、CATIA）的插件，可无损导出RVT、DGN、CATProduct等数据到SuperMap GIS数据格式，为BIM与GIS融合应用奠定了基础。

图1  针对主流BIM设计软件的导出插件

超图的BIM导出插件具有如下优势：

• 完整性：属性信息和顶点信息同步导出，属性信息不损失

• 高效性：将多细节层次（LOD）同步导出，直接支持实例化绘制，确保在GIS中渲染性能优越

• 闭合性：导出的数据是三维实体模型，满足三维拓扑闭合性，满足后续三维布尔运算及3D打印的要求

2. 海量BIM数据管理

BIM包含建筑物内部结构，数据量非常大，对GIS软件性能提出了更高的要求。例如中国第一高楼——上海中心大厦的BIM模型构件数超过315万个，BIM模型的数据量也达252GB。其BIM模型的复杂度非常高，局部的BIM模型如下图所示：

图2  上海中心大厦局部的BIM模型

BIM建模软件中管理的是单一体建筑，但GIS则需要管理一个区域甚至整个城市的BIM数据，对性能要求更高！大量的数据会带来巨大的负载，BIM数据若不加优化，在GIS中的加载和显示会存在严重的性能问题，影响用户体验及应用效果。

SuperMap GIS充分利用图形硬件加速能力，将共享部件通过实例化方式存储与绘制, 预生成三维切片数据以减少渲染批次，百万级BIM模型也可实时绘制。

图3  共享部件实例化存储与绘制

其次，应用LOD（Level of Detail）技术，根据与视点距离的远近显示不同细节程度的数据，可大幅缩短数据加载时间，提升用户体验。

图4  LOD技术优化BIM加载性能

此外，SuperMap采用八叉树技术设计BIM数据的切片和空间索引，按需加载数据，提升数据的加载和渲染性能。

图5  八叉树空间索引

实测结果显示，经优化后，两百多万三角面的BIM数据在GIS中也可达到60帧以上的渲染性能，可很好满足性能需求并确保良好的用户体验。

图6  实测优化后的性能提升

3. 三维空间分析

BIM与GIS结合，除渲染与可视化外，与业务系统深度融合更为重要。

要实现BIM数据模型与属性数据的关联及一体化，将BIM构件以对象化方式在空间数据库中进行存储管理，并能够支持查询、统计与分析。

BIM数据可分为两部分，一部分是三维模型、空间位置和外观形状等模型数据，另一部分是关联文档、维保信息等属性数据，SuperMap可以将两部分数据一体化存储在空间数据库中，从而可方便地进行模型对象的属性查看、过滤查询、按类别查看等操作，并能够实现具有复杂业务逻辑的查询、统计分析。

可以按指定类型查看或隐藏BIM的部件：

图7  指定类型查看或隐藏BIM部件

BIM数据进入SuperMap GIS平台存储成三维实体数据模型，支持获取剖面，如下图所示：

图8  获取BIM模型的剖面

支持对BIM数据进行三维空间关系判定和三维空间查询，支持BIM与地形、倾斜数据进行裁剪、镶嵌、挖洞等操作，BIM模型在与地形数据融合的时候，需要进行布尔运算，实现BIM数据与地形数据的精准贴合。

如下图所示，在雅砻江流域水电全生命周期数字管理平台研究与应用项目中，SuperMap GIS完美解决了BIM模型和地形数据在平面坐标系和地球坐标系之间的转换，可实现地球曲率影响下模型和地形的精确匹配，避免渲染时的裂缝和漏洞，确保水电企业建设和运营管理对数据的精度需求。

图9  BIM在雅砻江水电项目中的应用

基于一体化的数据模型，BIM数据在GIS中也完美支持通视、可视域、阴影率、天际线等三维分析：

图10  通视分析

图11  可视域分析

图12  可视域分析之三维实体

图13  天际线分析

图14  阴影体分析

4. "零"客户端Web三维技术

BIM数据的生产成本高，传统模式下BIM数据需要安装配置专业的软件方可使用，束缚和限制了BIM数据的应用范围，成本不能被有效摊薄。

SuperMap采用HTML5 WebGL技术，推出了“零”客户端三维产品——SuperMap iClient3D for WebGL，这是一款轻量级三维客户端产品，支持可视化渲染的硬件加速，免除了对插件的依赖，用户无需下载、安装插件，即可高效浏览三维服务，提升了用户的Web开发及终端访问体验。

通过S3M图层，可加载倾斜摄影模型、BIM、精模、点云、矢量、地下管线、地形、动态水面、场模型等多源数据。提供了实用的三维量测及三维空间分析功能，包括距离和面积量测，也包括日照分析、剖面分析、等高线分析、坡度分析、淹没分析、通视分析、可视域分析、天际线分析等三维空间分析功能。

图15  浏览器中查看和操作BIM数据

图16 手机端查看和操作BIM数据

结论与展望

BIM与GIS的融合是互相成就，相关技术还在快速发展，GIS厂商会继续努力创新技术、提升平台，相信BIM+GIS将在越来越多的领域开花结果，给各行业应用单位和开发商，带来新的价值！

往期回顾

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