BIM+GIS=？And how？

談到三維城市、數(shù)字城市，人們認(rèn)為城市三維 GIS 就是對城市里的建筑、道路等城市對象進(jìn)行三維建模，再把這些模型放到其對應(yīng)的地理位置上，與虛擬實(shí)景技術(shù)結(jié)合進(jìn)行城市空間場景漫游，如果僅是這個目的，那只能說這是一個帶有準(zhǔn)確地理位置的三維城市微縮模型。因?yàn)槟壳安捎玫臏y量手段對建筑內(nèi)部的墻壁、門窗、管線設(shè)施以及走廊空間建模難以實(shí)現(xiàn)，針對以上建模，傳統(tǒng)做法是以CAD 記錄建筑物的幾何形狀、空間關(guān)系等圖形化關(guān)系，其他如工作進(jìn)度、外在環(huán)境條件、材質(zhì)、費(fèi)用等非圖形化信息則是由其他信息系統(tǒng)處理。

幸好現(xiàn)在有了BIM，BIM 技術(shù)不但能整合上述建筑物的圖形以及非圖形信息，用虛擬三維實(shí)景的方式呈現(xiàn)，并建立信息流模型，減少信息在建筑各階段傳遞過程中的流失。總體上講，CAD 用來繪制建筑物，BIM 是用來整合和管理建筑物本身所有階段信息，GIS 則是整合及管理建筑外部環(huán)境信息。把微觀領(lǐng)域的 BIM 信息和宏觀領(lǐng)域的 GIS信息進(jìn)行交換和相互操作，滿足查詢與分析空間信息的功能，是未來城市 GIS 的發(fā)展方向。

為不同世界架橋

BIM和GIS整合已漸漸成為業(yè)內(nèi)的焦點(diǎn)，各大出版物和項(xiàng)目都對此一片叫好。然而現(xiàn)在這兩者到底能整合到什么程度呢?似乎在從業(yè)者的角度來看，BIMer和GISer依舊生活在兩個不同的“平行宇宙”中。雙方使用不同的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)以及其他手段企圖想要將對方融合到己方。目前為止有兩種方向，一是GISer利用已開發(fā)的GIS技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)將建筑視為地理空間的一種數(shù)據(jù)，另一種是BIMer利用精細(xì)的建筑模型以及周邊的設(shè)施例如街道、地形、地下管道等，他們認(rèn)為這是GIS向BIM融合。很明顯的，這兩種事物根本沒有融合。BIM被GISer當(dāng)作了構(gòu)筑環(huán)境的基本數(shù)據(jù)源，而GIS僅被BIMer視為關(guān)鍵的空間數(shù)據(jù)源。在建筑領(lǐng)域，建筑從設(shè)計(jì)到施工產(chǎn)生大量的信息，特別是建筑設(shè)計(jì)三維模型，包含了建筑詳細(xì)的空間信息，但這些信息主要為建筑施工服務(wù);而在城市三維 GIS 領(lǐng)域，主要研究如何對城市建筑三維建模，這樣首先要獲得這些建筑詳細(xì)的空間信息。但是兩個領(lǐng)域的數(shù)據(jù)格式完全不同，沒法將建筑的空間信息直接搬過來為己所用。

因此，雖然雙方都很想打破界限，但是卻一直沒能找到可以連接“平行宇宙”的“橋梁”。這個“橋梁”將是一個出色的中央模型服務(wù)器角色，在其上通過標(biāo)準(zhǔn)語言使BIM和GIS雙方能夠共享數(shù)據(jù)，當(dāng)然，這個“橋梁”可能不是一方搭建就能完成的，需要雙方共同出力以期完成。因此有針對IFC和CityGML融合的研究來以助力BIM和GIS真正融合交匯。

BIM方的IFC

BIM(Building Information Modeling 建筑信息模型)是以建筑物的三維數(shù)字化為載體，以建筑物全生命周期(設(shè)計(jì)、施工建造、運(yùn)營、拆除)為主線，將建筑生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)所需要的信息關(guān)聯(lián)起來，所形成的建筑信息集。二維的圖紙只是用線條和符號表達(dá)建筑構(gòu)件的信息，BIM 則是以三維立體形式表達(dá)建筑構(gòu)件，并且可以展現(xiàn)構(gòu)件之間的互動性，反饋構(gòu)件相互作用信息。BIM 技術(shù)在歐洲使用的比較普遍，德國、挪威和芬蘭這三個國家的 BIM 軟件普及率已達(dá)到 60%以上。BIM 起始于美國，有相關(guān)調(diào)查顯示 2007 年時美國的 BIM 使用率大約為 28%，經(jīng)過這些年的發(fā)展，到 2011年就上升到了 81%，增長非?？臁５乾F(xiàn)在國際上有上百種 BIM 軟件，這些軟件有的側(cè)重于建筑三維建模，有的側(cè)重于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但各個軟件數(shù)據(jù)格式不同，無法整合，成為行業(yè)限制瓶頸，降低工作效率。

IFC(Industry Foundation Classes 工業(yè)基礎(chǔ)類)，建筑業(yè)界習(xí)慣稱為 IFC 標(biāo)準(zhǔn)，是 IAI(The International Alliance for Interoperability 國際協(xié)同聯(lián)盟)建立的一個標(biāo)準(zhǔn)名稱。IFC 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件有很好的平臺無關(guān)性，它作為一種中性的數(shù)據(jù)文件具有良好的自描述能力，不會因?yàn)橄嚓P(guān)軟件系統(tǒng)的廢棄而造成信息流失。現(xiàn)在越來越多的 BIM 軟件宣布支持 IFC 標(biāo)準(zhǔn)，提供 IFC 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換接口，這些軟件的不同 BIM 模型信息可以轉(zhuǎn)換為 IFC 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件，這樣形成同一數(shù)據(jù)模型的建筑產(chǎn)品，以 IFC 標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)流通。

GIS方的City GML

CityGML(City Geography Markup Language，城市地理標(biāo)記語言)是一種用來表示和傳輸城市三維對象的通用信息模型，它是最新的城市建模開放標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)源自地理研究領(lǐng)域(GIS)，用來存儲和交換虛擬城市三維模型。

GML是由 OGC(開放式地理信息系統(tǒng)協(xié)會)于 1999 年提出的一種開放性的元語言，用于地理要素的空間幾何信息的建模以及非空間屬性信息的傳輸及存儲。隨著技術(shù)的發(fā)展以及行業(yè)的應(yīng)用訴求上升，GIS的研究對象從過去的二維到現(xiàn)在的三維甚至多維。GML 主要用來表現(xiàn)二維地理空間要素，而 CityGML 主要用來表現(xiàn)城市三維對象的通用信息。它對道路、建筑、水域、植被、綠地等的描述進(jìn)行了定義。但該標(biāo)準(zhǔn)對建筑的細(xì)節(jié)描述十分有限(遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及IFC的詳細(xì)程度)。因此需要在CityGML中兼容IFC提供的準(zhǔn)確、詳細(xì)的細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)。

若想真的搭建“橋梁”，IFC需要通過中央模型服務(wù)器實(shí)時在線，因此需要開源的BIMserver。這就意味著IFC的語義和關(guān)系應(yīng)在GIS環(huán)境中可用。因此CityGML被用來達(dá)成這一目的，但是直接將默認(rèn)的IFC的語言系統(tǒng)封裝進(jìn)CityGML是行不通的。為此，在2009年， CityGML的新擴(kuò)展——GeoBIM作為標(biāo)準(zhǔn)開始實(shí)行。通過它，IFC的數(shù)據(jù)就可以進(jìn)入CityGML中。這樣就搭好了一做橋梁。

融合能做什么

這兩個系統(tǒng)的整合以后的應(yīng)用領(lǐng)域很廣闊，包含城市和景觀規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)、旅游和休閑活動、3D地籍圖、環(huán)境模擬、熱能傳導(dǎo)模擬、移動電信、災(zāi)害管理、國土安全、車輛和行人導(dǎo)航、訓(xùn)練模擬器、移動機(jī)器人、室內(nèi)導(dǎo)航等。雖然BIM在國內(nèi)應(yīng)用很少，但是行業(yè)內(nèi)應(yīng)該關(guān)注并展望BIM和GIS結(jié)合所帶來的思路的轉(zhuǎn)變、成本的降低以及效率的提高。

BIM是一種方法，即如何運(yùn)用信息化的手段來進(jìn)行建設(shè)活動，BIM最后要讓虛擬變成現(xiàn)實(shí)，施工現(xiàn)場一定是應(yīng)用和創(chuàng)新的主戰(zhàn)場，建議剛畢業(yè)的學(xué)生有機(jī)會還是去施工現(xiàn)場成沉淀幾年，但千萬別被通化，始終要想著使命：通過BIM最終解決施工現(xiàn)場的種種問題，這樣將能更容易成才，未來的職業(yè)空間將會無限廣闊。更多資訊請關(guān)注環(huán)球網(wǎng)校。同時點(diǎn)擊下方“免費(fèi)下載”按鈕，可免費(fèi)領(lǐng)取BIM學(xué)習(xí)資料(PDF等)。