BIM+GIS應用的八大挑戰

BIM與GIS的跨界融合，使微觀領域的BIM信息與宏觀領域的GIS信息實現交換和互操作，提升了BIM應用深度，將BIM的應用從單體延伸到建筑群甚至城市級，為GIS行業發展帶來了新的契機，同時也帶來了一些新的挑戰。面對挑戰，GIS基礎平臺要具備哪些能力？本文將剖析BIM+GIS應用過程中遇到的難點以及應對方法。

在GIS平臺中加載立交橋的BIM數據（左），并疊加在影像數據上（右）

挑戰一：將BIM數據接入到GIS平臺

國內外BIM建模軟件種類繁多，不同的軟件有各自的存儲方式。這些數據格式彼此不同，且相對比較封閉沒有公開文件結構，給BIM數據接入到GIS平臺帶來了最直接的挑戰。

BIM數據依賴于BIM軟件，比如Revit的rvt文件本身是不帶貼圖的，是存在于Revit安裝目錄的材質庫中，要讀取Revit數據的完整信息，包括屬性、材質、幾何等，離不開Revit軟件本身。實現讀取BIM數據目前最務實的方法就是基于BIM到GIS數據格式轉換工具或插件，也就是基于BIM軟件庫的原生支撐，將BIM數據轉換到GIS數據庫。

SuperMap先后提供了多款BIM主流設計軟件的轉換插件和工具，如Autodesk旗下的Revit、AutoCAD以及Civil3D軟件，以及Bentley的MicroStation CONNECT Edition、達索的CATIA軟件，將數據的頂點和屬性信息一次性導出，并且按類型或圖層進行分類。導出數據不僅保留了BIM數據實例化的特點，還生成了多細節層次(Levels of Detail)，提升數據在三維GIS平臺中加載和瀏覽的性能。SuperMap也為某些行業的標準格式-IFC提供了對應的轉換工具。

挑戰二：實現BIM模型輕量化

BIM建模軟件注重的是單一體建筑，但GIS需要管理一個區域或整個城市的BIM數據，并且GIS終端可能是配置不高的PC，甚至是Pad或手機，因此GIS面對的數據量挑戰更大。所以我們不僅要解決數據格式轉換，更要進行適當的數據輕量化和優化，SuperMap對外提供的插件已經內嵌了智能輕量化的能力。

實現BIM輕量化需要以下關鍵技術：

原生LOD（Level of Detail）技術。BIM軟件中的三維對象是參數化的，比如圓柱體，用圓心、半徑、高度來描述，但導入GIS系統要三角化成三角網，在三角化時，利用此技術可生成多個不同細節層次的模型，即將BIM模型解析出不同的顯示精度和顯示層級。

不同細節層次（左為LOD-0，右為LOD-2）的風管模型

• 實例化技術，即對BIM模型中存在的大量共用對象只存儲一份。如在建造階段，會存在大量的螺絲釘對象，它們的頂點和材質等都是一樣的，只是位置不同，通過存儲一個螺絲釘和多個位置的方式實現復用模型。在顯卡也支持這樣的實例化渲染，從而提升渲染效率。

挑戰三：在GIS平臺表示BIM模型

對象模型是一類GIS空間數據模型，用來描述離散空間的要素，包括二/三維點、線、面以及三維體對象模型。其中，三維體對象是通過拓撲閉合、高精度的三角網來表示的。三維體對象模型可以表示現實對象，如建筑、橋梁等。

GIS要從室外走向室內，室內數據需要BIM來獲取。要實現BIM模型支持查詢、統計及分析等功能，首先需要解決如何在GIS平臺表示BIM模型的難題。與3ds Max模型相比，BIM模型不是一張皮的表面模型，它是體對象，具備完善的拓撲完整性及閉合性，因此可以用三維體對象模型來表達這樣的建筑。

BIM模型進行三角化后，統一到三維體對象模型，可以做三維空間關系判斷（包含、相交、相離）、三維空間運算（交、并、差），還支持計算表面積和體積，支持多種三維空間分析如控高分析、構建三維緩沖區等，為靈活定制城市設計規則提供技術支撐。

城市設計-控高分析

挑戰四：BIM單體之間鏈接網絡表示

網絡模型是另一類GIS空間數據模型，包括二維網絡數據模型以及三維網絡數據模型。三維網絡模型數據可以表示道路、管廊、管線等數據之間的拓撲連接關系。BIM的應用對象往往是單體建筑，但如何實現如地下管線、鐵路、隧道、港口等大規模區域性對象的管理，則需要集成GIS來實現，用三維網絡模型數據來表示BIM單體之間的鏈接網絡，比如道路數據，可以提取出帶拓撲連接關系的三維點、線對象，然后構建三維網絡數據模型。

這樣就可以將BIM模型應用于各種復雜的實際工程領域中，例如爆管網絡分析，若某一處市政水網/供熱管網/天然氣管道的地下管線發生了爆裂，我們可以基于三維網絡數據模型的拓撲關系知道關閉哪些閥門，哪些管線受到了影響，從而及時、快速的解決問題。

三維設施網絡分析-爆管分析

挑戰五：三維數據坐標轉換

BIM通常采用獨立的坐標系統，如地方坐標系，GIS數據來源眾多，采集方式各異，所采用的坐標系也存在一定的差異性。BIM與GIS集成應用面臨著各自坐標系不同，無法匹配的問題。GIS最基本的能力就是坐標轉換，點線面的坐標轉換已經十分成熟，但轉換能力是否能應用到三維模型數據中，對GIS平臺也是一個挑戰。

SuperMap已實現支持三維模型的逐頂點坐標轉換能力，支持BIM模型和GIS數據在平面坐標系和地理坐標系之間的轉換，實現在地球曲率影響下的BIM模型和GIS數據精確匹配，避免渲染時的裂縫和漏洞等問題，滿足眾多行業，如橋梁、道路、水利大壩等，在建設、運營、管理過程中對數據的精度需求。

地方坐標系下的BIM模型轉換到地理坐標系下，再疊加到天地圖上的顯示效果

挑戰六：BIM與多源數據融合匹配

GIS有一個很重要的特性，就是集成了海量多源數據，比如地形影像、傾斜攝影模型、激光點云、精細模型、水面、地下管線以及場數據等。如何實現BIM與多源數據融合匹配，從而提高數據的利用價值，這是對BIM+GIS應用的又一挑戰。

要進行融合匹配，首先需要進行坐標轉換和數據配準，將BIM模型與傾斜攝影模型、地形等多源數據統一到一個坐標系，實現各種信息對齊；然后再對數據進行操作和處理，進行諸如鑲嵌壓平裁剪等操作，實現數據平滑銜接、紋理拼接自然。

BIM模型與多源數據融合

挑戰七：三維空間數據標準缺乏

三維空間數據的高效發布、數據共享和數據標準是三維GIS應用熱點之一。BIM+GIS得到了越來越廣泛的應用，但缺乏統一的三維空間數據標準和規范，三維空間數據的互操作和開放共享成為難點，這在一定程度上制約了BIM+GIS更加深入的應用。

目前，國內外已經推出了眾多數據標準和格式，如S3M、I3S、3D Tiles等。這些標準與格式的推出，推動了三維數據標準化和三維數據的開放共享。

SuperMap推出的S3M（Spatial 3D Model）標準，適用于網絡環境和離線環境下海量多源三維空間數據的數據傳輸、交換、高性能可視化，實現了在B/S下發布和共享海量BIM與GIS數據，也實現了海量BIM與GIS數據在桌面端、瀏覽器端、移動端的相關應用。

挑戰八：多終端支持BIM+GIS應用

IT技術的飛速迅猛發展，深刻而長遠地影響了BIM與GIS兩個領域。其中，VR/AR以及WebGL等IT新技術，為BIM+GIS應用注入了強勁的動力。為了實現這些IT新技術與BIM、GIS的集成應用，需要多終端支持BIM+GIS應用。

SuperMap基于HTML5 WebGL技術，推出了輕量級三維客戶端，這樣無須安裝軟件、無須安裝插件、無須下載數據，就可以在瀏覽器上高效瀏覽三維服務，并通過開源的S3M規范支持實用的三維空間查詢、量算以及空間分析等功能。SuperMap將AR與BIM、GIS結合，在GIS移動端平臺上將數字化的BIM投放到任何場景中。如在施工現場，將設計方案與實際施工現場進行比對，可以及時發現問題并進行修正。

Cross裁剪

BIM+GIS+AR

結語

軟硬件實力的不斷提升，以及數字化社會的建設需求，為BIM和GIS技術的跨界融合創造了機會。BIM+GIS的應用價值不可限量，需要大家不斷深入探索與挖掘。

緊跟技術發展，SuperMap期待與更多的用戶與合作伙伴一起推進BIM+GIS集成應用，最終形成快速高效、完善實用的行業解決方案。

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