空间信息技术在建筑信息一体化中的应用

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空间信息技术在建筑信息一体化中的应用

摘要:本实验基于校园实测数据,在 revit 软件中进行校园模型的创建,并将模型数据转化为 IFC 标准格式。在此基础上,将其导入 GIS 平台,与校园场景数据进行结合,结合之后解决了 GIS 对于建筑物外观纹理表达的缺点,同时克服了单体建筑物信息单一的问题,实现了较好的内外结合的效果。通过实验,验证了 revit 模型与 GIS 平台通过 IFC 标准连接的可能性和数据融合的方法,具有一定的理论和实践意义。
关键词:BIM;GIS;融合;IFC 

0 引言
随着空间信息技术的发展和应用,建筑物信息模型(Building Information System,BIM)和地理信息系统(GIS)在不同领域中均可为用户提供三维模型表述[1]。然而两种信息技术在处理对象的尺度上存在较大不同,GIS 所针对的建筑物模型是以地物模型的基底参数为基础,对模型进行虚拟建构和重现,对于建筑物本身的构件和内部的图元管理并不涉及[2,3],BIM 侧重于对建筑物单体信息的管理与应用,涉及到大范围的空间管理时无法发挥有效的功能。本文尝试将两种空间信息技术进行优势互补,在微观图元信息层面使用 BIM 技术参与构建,建模参数通过校园实际测绘所得,将尺寸详情在建模软件 Revit 族环境中进行建模编辑,建立参数化的校园建筑物及地物三维模型,然后利用 GIS 软件中的地形工具,将上述校园三维模型与校园环境进行融合,创建建筑物与场地三维一体化的场景模型。在已有的研究中,李德超从数据组织、应用模型等方面探讨了 BIM 技术在数字城市三维建模中的应用,并分析了 BIM 与 GIS 在应用中的区别[4];汤圣君等进行了 BIM 与 GIS 数据集成在建筑几何语义信息互操作技术方面的研究[5];薛梅设计了建筑构件信息模型 BCM,该模型参考了 IFC 标准,并考虑了数字城市应用的特点,并提出了一种三维数字城市与建筑信息模型集成的解决路径[6]。本研究将进一步论证两种空间技术的优势互补在应用中的技术实现。

1 数据准备
本文实验数据是校园测量数据,包括测量图件、坐标、尺寸文档等数据,在Revit 软件环境中,通过建立项目,设定场地等建立模型场地基础,然后导入底图,进行基础建模。建立建筑模型过程制作繁琐,工作量大,是用时较长的基础性工作[7,8] ,由于校园中的建筑造型较为复杂,因此对于建筑物的部分构件进行了单独的族制作。创建族的方式分为新建族和內建模型种。 新建族方式以校园建筑物中的窗为例,窗为校园建筑物外立面中重要的图元,在建模前的外业测绘中,对于窗的细节尺寸进行了测绘,结合窗的材质和外观,选定了对应的材质库,获得了窗的基础参数。在内业建模中,首先选择适合的族样板文件,定义相应的子类别以控制绘图对象的可见性,然后在平面或立面视图中创建参照平面,给参照平面添加尺寸标注,以尺寸标准标签化的方式来去约束模型的参数,在设定时要分别创建类型或实例参数,接下来使用创建命令完成图形的绘制并锁定在参照平面,最后通过定义不同的参数值检验参数能否准确驱动模型。检测无误之后,保存新创建的族,将其加载到项目文件中进行使用测试。 內建模型是在项目内部中特有的或专用的构件,例如校园中的一些台阶、坡道或者景观,无需在其他项目中利用,即采用在项目中內建模型的方式。以校园中的无障碍坡道为例,以外业实测的数据尺寸进行模型创建,方式过程与新建族的过程类似,通过定义边界的方式绘制草图,由软件根据创建命令生成模型,栏杆部分通过具体参数进行详细定义其位置和组合方式。

2 建筑图元建模
2.1 定义标高和轴网
标高是三维建筑模型创建中重要的参照,控制高度信息,标高可根据项目要求创建楼层平面视图。在 Revit 中定义标高,需要在立面视图或剖面视图中,使用建筑选项卡中的基准面板里的标高命令直接绘制,或者使用复制、阵列等命令创建,标高作为系统族,可以根据需要修改其实例或类型参数。 轴网可在平面视图中进行绘制,作为平面绘图时的定位参考,轴网是垂直于平面视图的一个工作平面,其也是系统族,可对其编号、符号样式等进行修改定义,在任一平面视图中创建的轴网会显示在所有标高,若要在不同的标高定义不同的轴网,需要对轴网进行 2D 参数的切换,在相应的楼层修改完成之后,可设定影响范围,将其应用到其他标高。在建模前,应先定义标高,再绘制轴网。
2.2 主体图元的创建
本实验中的主图图元包括墙体、柱、梁、楼板等。本次建模实例中,前期的外业测绘收集了关于内外墙体的构造、外观、材质等多类数据和参数,并采集了其外观图片,制作了参数和素材库。单体建筑建模时先绘制外墙,在平面视图中,参照轴网进行拾取或者绘制,内墙的参数较为简单,使用族样板中的类型进行参数修改,并设置其外观参数即可。柱和梁的添加同样以实测参数为基础,创建了结构柱和梁系统,在剖面中使用填充的方式进行标识。楼板的绘制同样在楼层平面视图,在实例参数中定义楼板的标高和偏移值,在类型参数中定义其具体的构造及材质信息,绘制时通过草图定义其边界,也可通过拾取墙体的方式,在楼板创建之后,与墙体保持关联。
2.3 幕墙、屋顶的建模
校园中的综合楼、图书馆等建筑外立面有大量的幕墙构件,在 Revit 中幕墙包含幕墙、外部玻璃、店面三种类型,构件包括幕墙网格、竖梃和幕墙嵌板组成。 幕墙绘制时与墙体类似,其实例属性中的设置也与墙体类似,对于其竖梃和幕墙嵌板,则由外业调查不同建筑物的实测数据进行设置,包括竖梃的组合连接方式及转角部分的设置,以及玻璃嵌板的具体类型。在造型方面,可使用编辑轮廓命令,对综合楼部分有特殊造型的幕墙进行形状编辑。 屋顶是建筑的重要组成部分。本实验中校园建筑物多为迹线屋顶,宿舍楼为平屋顶。在 Revit 的建筑选项卡屋顶工具中提供了迹线、拉伸、面屋顶三种创建方式以及屋顶的连接和修改工具。本实验中的建筑物屋顶建模时,尺寸参数根据外业测绘及无人机航拍图得到的数据进行了参数估算,外观和材质方面根据其实景进行了模拟。 通过上述主体图元的创建,完成校园主要建筑物的模型信息化。如图 1 所示.


图 1 校园建筑物建模(教学楼)

校园中建筑模型完成后,可将其导入 Arc Scence 中,Arc Scene 是 Arc GIS Desktop中专门用于显示三维数据的独立程序,可以浏览三维数据、创建表面、进行表面分析、三维飞行模拟。在融合前,需进行数据的转换,使用了IFC(Industry Foundation Classes)的标准格式[9,10]。首先将 Revit 中的项目文件数据以 IFC 格式存储,再利用 Arcscene 中的数据互操作工具,将 IFC 文件导入 Arcscene 中。数据转换并导入后,在 GIS 软件中可以查看到有效转换的建筑物信息,这些信息使得三维模型的参数不仅包含地物的基底、位置,还包括了内部的建筑构件详细的信息,将GIS 对于空间的管理从外部延伸到了内部,丰富了整个场景的信息。
3.2 建筑模型与场景景观融合
Arc Scene 中的场景可以导出二维图片或三维 VRML 文件,这些文件可在普通浏览器中安装插件进行发布和浏览,在其图层中添加的建筑模型,既可以展示场景环境也可以展示建筑物内容的画面和参数,根据模型的尺寸和空间位置,利用3D 编辑器中的缩放、旋转等命令对环境的位置进行调整,使得模型与场景环境相融合匹配,实现一体化的展示。如图 2 所示。


图 2 BIM 模型与 GIS 场景 融合 

4 结论与展望
本实验基于校园实测数据,首先在 Revit 软件中进行了建筑物的基础建模,然后尝试通过 IFC 进行数据的转换,并将其导入了 GIS 平台,达到了模型信息在两种尺度上的融合,完成了实验目标。 通过单体建筑与场地信息的融合,进一步完善了三维模型一体化的思路和方法,未来该方法可尝试应用于多种场合,例如小区域的精细规划、古建筑的建模与保护、工程及房地产运维的智能化等。本项目下一步将尝试进行建筑物内部如室内空间的快速建模信息化,以及地下管网智能化管理的优化研究。

出处:王晓轩,卢集富,林锦眉,空间信息技术在建筑信息一体化中的应用【J】,装备技术,2018. 

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