BIM 与 GIS 数据集成研究

原创
BIM  与  GIS  数据集成研究

随着数字城市和智慧城市的建设发展,建筑信息模型(BIM)和地理信息系统(GIS)的集成被广泛研究和应用。IFC City GML 分别为 BIM GIS 领域内通用的数据模型标准,两者之间的几何和语义信息共享将为 BIM GIS 的集成奠定基础。目前的集成研究主要是通用数据标准 IFC City GML 之间的空间和语义转换,但由于应用领域和空间尺度等差异,存在信息错误和丢失、几何语义信息耦合度低、应用拓展性差等问题。本文通过分析IFC数据模型与City GML模型中所有的建筑构件类型以及其关联的语义信息,分别建立IFC数据模型到City GML各层级的映射模型,为 IFC City GML 建筑模型的几何、语义信息互操作提供一种通用手段。

近年来,不同领域的空间数据标准的制订和领域间信息的共享成为了推动空间信息技术及其应用发展的重要驱动力。建筑信息模型( BIM) 精细程度高,包括几何、物理、规则等丰富的建筑空间和语义信息,可用来实现对工程全生命周期的数字化管理,在各类建筑工程领域得到了大量应用。BIM GIS 的集成可以深化多领域的协同应用,如建筑分析、城市规划、轨道交通建设等。还可实现从几何到物理和功能特性的综合数字化表达,从各专业分散的信息传递到多专业协同的信息共享服务,从各阶段独立应用到设计、施工、运行与维护全生命周期共享应用。BIM GIS 集成已经成为国际学术界和工业界的前沿技术。

近年来,IFC数据模型已经作为一种标准的BIM数据模型被广泛认可和使用。IFC数据模型不仅仅能够呈现丰富的建筑构建几何和语义信息,而且可通过组件的空间关联来描述施工过程信息。由于 BIM GIS 涉及不同的应用领域,宏观空间规划管理和微观精细化管理之间的矛盾十分突出。IFC 侧重于对建筑构件实体对象的描述,而 City GML 更侧重于对城市以及建筑内外地理空间对象的描述,这一本质上的区别使得 2 种数据标准存在很多的差异,具体表现在不同的空间尺度,不同的坐标系,不同的语义和几何表达方式,不同的细节程度,以及不同的信息存储和访问方法等。

1. 多尺度语义层

City GML 中应用了 5 LoDs 对建筑物、建筑物部件以及建筑物附属设施由简到繁的表达。LOD0 表达了建筑物的底面平面以及屋顶平面; LOD1 则是简单表达建筑物体量的块体建筑; LOD2 LOD1 的基础上加入了对房屋的附属结构和屋顶的描述; LOD3 LOD2 的基础上进一步增加了详细的几何外观以及对" 开口"的描述; LOD4 增加了对室内信息的表达,如楼梯、房间、家具等,具有最详细的几何和语义信息。IFC 模型中 Building Element City GML 的语义信息对比。由于 City GML 的语义信息相对比较少,通过语义映射,City GML 大部分的语义信息都可以从 IFC 模型中获取。

2. IFC 的几何数据转换方法

三维城市模型的几何表达参考了 GML3 的几何标准和 City GML LOD 层级划分方式,以适应海量三维空间数据的管理和可视化要求。几何数据转换不仅要统一表达方式,更要注重与多尺度语义概念的对应。因此对 IFC 的几何数据处理主要有 2部分内容:①对 LOD4 精度下的梁柱、墙板等实体对象的 Swept Solid 表达转换为 B-Rep 表达,涉及的重点问题有 IFC 几何信息的提取、局部坐标系到世界坐标系的转换、直角坐标到 GIS 大地坐标的转换;②对应 LOD0-3 的几何处理,难点是内外墙的区分和外墙面重构。

参考文献:

1.翟晓卉,史健勇,BIM 和 GIS 的空间语义数据集成方法及应用研究 【J】,图学学报,2020. 

2.吕慧玲,李佩瑶,汤圣君等,BIM模型到多细节层次GIS模型转换方法【J】,地理信息世界,2016.

3.汤圣君,朱 庆,赵君峤,BIM 与 GIS 数据集成:IFC 与 City GML建筑几何语义信息互操作技术【J】,土木建筑工程信息技术,2014.





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