实用贴 | 如何将BIM数据导入GIS平台？

建筑信息模型（Building Information Modeling），简称BIM，国家标准GB/T 51212-2016《建筑信息模型应用统一标准》将BIM做如下定义：在建设工程及设施全生命周期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工、运营的过程和结果的总称，简称模型。

BIM数据不仅包含常见的建筑物（Building），还包含各种构筑物（Structure），例如：厂房、水坝、电站等，也包含线状的基础设施，例如：路、铁路、隧道、管廊、管道等。随着BIM技术应用的普及，尤其是BIM+GIS应用的不断深入，业界开始对BIM数据在三维场景中实时浏览的性能有了更高的要求，于是BIM数据的轻量化需求就比较迫切。

现阶段BIM数据主要来自于BIM设计软件，众所周知，国内外BIM设计建模软件种类繁多，不同的软件有各自的存储格式。这些数据格式彼此不同，且大多数相对比较封闭没有公开文件结构，在此就不一一例举。以下为一些常见的BIM数据格式：

1、IFC是IFC（Industry Foundation Class，工业基础类）标准定义的信息交换标准格式，存储了工程项目全生命周期的信息。目前常用的BIM软件都支持输出IFC格式的BIM数据。

2、RVT是Autodesk Revit系列软件使用的BIM数据格式。Revit软件是目前进行BIM建模的主流软件，因此其项目文件.rvt目前应用广泛，使用者较多。

3、DGN是Bentley公司MicroStation系列产品使用的数据格式，采用二进制存储。

4、3DXML格式是Dassault Systems公司推出的开放式BIM数据格式。它是基于XML的轻量化数据格式，具有体积小、压缩比高的特点，使其能提供更快的文件传输速度和更短的存储时间。

5、DWF（Design Web Format，Web图形格式），是由Autodesk开发的一种高度压缩的轻型文件格式。

目前，BIM数据导入GIS平台软件，通常有三种实现方式：

1、第一种方法是通过自行研发的BIM插件，将BIM数据导入GIS平台软件。该方法是基于BIM软件提供的数据接口进行二次开发，也就是基于BIM软件的原生支撑，将BIM数据转换到GIS数据库。这种方式的优点在于数据质量可以得到保障，获取的数据信息量丰富，如模型的LOD层也能原生接入，能最大限度地满足应用需求。但对不同的GIS软件和BIM软件都需要开发一套接口工具，需要对GIS软件和BIM软件的数据结构都有足够的了解，而且对研发能力的要求较高。

2、第二种方法是通过中间数据格式实现BIM与GIS的数据交互。该方法是将BIM模型按照IFC标准组织生成IFC格式数据，或者转换成FBX、OBJ、OSG等模型数据格式，GIS软件可直接读取。这种方式的优点在于转换简单，一般常用的BIM软件都支持导出IFC等格式的数据。但这种方式可能导致数据丢失、数据转换质量不佳、数据转换时间过长等问题。

3、第三种方法是GIS软件直接读取BIM数据。这种方式从GIS软件内部支持了BIM数据的接入，不仅省时省力，而且可以保证读取的BIM数据质量，但目前受限于BIM软件的产品模式，GIS软件可直接读取的BIM数据格式还较少。

为了更好的保留BIM的几何信息和属性信息，通常采用第一种方式实现将BIM数据导入GIS平台中。

BIM软件通常采用参数化的方式建模，但是，BIM软件提供的API，通常只能获取三角化后的三角网（Mesh）。因此，在将BIM数据导入GIS平台时，为了更好地保留BIM数据的精度、拓扑和语义完整性以满足后续各种指标运算、空间分析的要求，并且更好地实现对BIM数据做轻量化处理，通常会遵循以下三条原则：

1、通常采用高精度的、拓扑闭合的三维体数据模型来表达，以更好地保留BIM数据的精度、拓扑和语义完整性。

三维体数据模型是通过高精度的、拓扑闭合的三角网曲面界定了一个均质的实体空间。该实体空间的三角网曲面边界是一个有向的、封闭的二维流形(2-Manifolds)，其拓扑关系采用半边数据结构(Halfedge Data Structure)表达。半边数据结构，是一种以边为中心的数据结构，如图1所示。每一条边(Edge)都是由两条方向相反的半边(Half-Edge)组成，每条半边中存储一个入射顶点(Vertex)和入射三角面(Triangle)。如果边的一个半边是边界半边，则该边是边界边。如果曲面不包含边界半边，则曲面是拓扑闭合的。一般来说，半边的方向是逆时针的，因此面的法向量是朝外的（遵循右手定律）。

图 1 半边数据结构

图2 高精度、拓扑闭合的三维体数据模型表达BIM模型

借助三维体数据模型，可实现BIM数据在GIS平台软件中的三维空间查询和分析等多种操作，主要包括三维空间关系判断、三维空间运算、降维运算、体积和表面积运算、三维缓冲区分析等，可为灵活定制城市设计规则库提供技术支撑。

2、可采用BIM三角化时原生构建的多细节层次（LOD，Level of Detail）模型，以更好地对BIM数据做轻量化处理。

参数化的BIM模型，在三角化时，可以构建不同的细节层次的三角网，即参数化的曲面可以三角化成不同细节层次的三角网，如图3所示。原生构建的LOD模型，不仅可以更好地轻量化数据，还可以保留三角网的拓扑关系。

图3 不同细节层次的BIM模型

3、可采用实例化技术，以减少模型数据的冗余。

针对在BIM数据中同一个模型放置在不同位置或以不同姿态摆放的情况，可采用实例化技术存储，采用几何模型+姿态/位置矩阵的方式存储，可实现相同的几何模型只存储一次，减少磁盘存储空间；绘制时也可采用实例化技术，可以减少显卡的渲染压力，提升渲染效率。

图4 实例化技术

不同领域的BIM数据的精细程度也不尽相同。根据实际应用需求，还可以采用更多灵活的方法，对BIM数据进行轻量化处理，比如依据具体应用，对属性信息进行轻量化处理。

近年来，BIM与GIS的集成应用越来越广泛且深入，如何将BIM数据导入GIS平台实现信息交互成为了首要解决的问题。基于本文，SuperMap提出了目前被业界普遍运用的技术方案。未来，SuperMap会联合更多合作伙伴，提供更多行之有效的解决方案，为“BIM+GIS”的发展和应用落地贡献一份力量。