谈到三维城市、数字城市，人们认为城市三维 GIS 就是对城市里的建筑、道路等城市对象进行三维建模，再把这些模型放到其对应的地理位置上，与虚拟实景技术结合进行城市空间场景漫游，如果仅是这个目的，那只能说这是一个带有准确地理位置的三维城市微缩模型。因为目前采用的测量手段对建筑内部的墙壁、门窗、管线设施以及走廊空间建模难以实现，针对以上建模，传统做法是以CAD 记录建筑物的几何形状、空间关系等图形化关系，其他如工作进度、外在环境条件、材质、费用等非图形化信息则是由其他信息系统处理。 幸好现在有了BIM，BIM 技术不但能整合上述建筑物的图形以及非图形信息，用虚拟三维实景的方式呈现，并建立信息流模型，减少信息在建筑各阶段传递过程中的流失。总体上讲，CAD 用来绘制建筑物，BIM 是用来整合和管理建筑物本身所有阶段信息，GIS 则是整合及管理建筑外部环境信息。把微观领域的 BIM 信息和宏观领域的 GIS信息进行交换和相互操作，满足查询与分析空间信息的功能，是未来城市 GIS 的发展方向。 为不同世界架桥 BIM和GIS整合已渐渐成为业内的焦点，各大出版物和项目都对此一片叫好。然而现在这两者到底能整合到什么程度呢?似乎在从业者的角度来看，BIMer和GISer依旧生活在两个不同的“平行宇宙”中。双方使用不同的技术、标准以及其他手段企图想要将对方融合到己方。目前为止有两种方向，一是GISer利用已开发的GIS技术和标准将建筑视为地理空间的一种数据，另一种是BIMer利用精细的建筑模型以及周边的设施例如街道、地形、地下管道等，他们认为这是GIS向BIM融合。很明显的，这两种事物根本没有融合。BIM被GISer当作了构筑环境的基本数据源，而GIS仅被BIMer视为关键的空间数据源。在建筑领域，建筑从设计到施工产生大量的信息，特别是建筑设计三维模型，包含了建筑详细的空间信息，但这些信息主要为建筑施工服务;而在城市三维 GIS 领域，主要研究如何对城市建筑三维建模，这样首先要获得这些建筑详细的空间信息。但是两个领域的数据格式完全不同，没法将建筑的空间信息直接搬过来为己所用。 因此，虽然双方都很想打破界限，但是却一直没能找到可以连接“平行宇宙”的“桥梁”。这个“桥梁”将是一个出色的中央模型服务器角色，在其上通过标准语言使BIM和GIS双方能够共享数据，当然，这个“桥梁”可能不是一方搭建就能完成的，需要双方共同出力以期完成。因此有针对IFC和CityGML融合的研究来以助力BIM和GIS真正融合交汇。 BIM方的IFC BIM(Building Information Modeling 建筑信息模型)是以建筑物的三维数字化为载体，以建筑物全生命周期(设计、施工建造、运营、拆除)为主线，将建筑生产各个环节所需要的信息关联起来，所形成的建筑信息集。二维的图纸只是用线条和符号表达建筑构件的信息，BIM 则是以三维立体形式表达建筑构件，并且可以展现构件之间的互动性，反馈构件相互作用信息。BIM 技术在欧洲使用的比较普遍，德国、挪威和芬兰这三个国家的 BIM 软件普及率已达到 60%以上。BIM 起始于美国，有相关调查显示 2007 年时美国的 BIM 使用率大约为 28%，经过这些年的发展，到 2011年就上升到了 81%，增长非常快。但是现在国际上有上百种 BIM 软件，这些软件有的侧重于建筑三维建模，有的侧重于钢结构设计，但各个软件数据格式不同，无法整合，成为行业限制瓶颈，降低工作效率。 IFC(Industry Foundation Classes 工业基础类)，建筑业界习惯称为 IFC 标准，是 IAI(The International Alliance for Interoperability 国际协同联盟)建立的一个标准名称。IFC 标准数据文件有很好的平台无关性，它作为一种中性的数据文件具有良好的自描述能力，不会因为相关软件系统的废弃而造成信息流失。现在越来越多的 BIM 软件宣布支持 IFC 标准，提供 IFC 标准的数据交换接口，这些软件的不同 BIM 模型信息可以转换为 IFC 标准数据文件，这样形成同一数据模型的建筑产品，以 IFC 标准格式的数据流通。 GIS方的City GML CityGML(City Geography Markup Language，城市地理标记语言)是一种用来表示和传输城市三维对象的通用信息模型，它是最新的城市建模开放标准。该标准源自地理研究领域(GIS)，用来存储和交换虚拟城市三维模型。 GML是由 OGC(开放式地理信息系统协会)于 1999 年提出的一种开放性的元语言，用于地理要素的空间几何信息的建模以及非空间属性信息的传输及存储。随着技术的发展以及行业的应用诉求上升，GIS的研究对象从过去的二维到现在的三维甚至多维。GML 主要用来表现二维地理空间要素，而 CityGML 主要用来表现城市三维对象的通用信息。它对道路、建筑、水域、植被、绿地等的描述进行了定义。但该标准对建筑的细节描述十分有限(远远不及IFC的详细程度)。因此需要在CityGML中兼容IFC提供的准确、详细的细节数据。 若想真的搭建“桥梁”，IFC需要通过中央模型服务器实时在线，因此需要开源的BIMserver。这就意味着IFC的语义和关系应在GIS环境中可用。因此CityGML被用来达成这一目的，但是直接将默认的IFC的语言系统封装进CityGML是行不通的。为此，在2009年， CityGML的新扩展——GeoBIM作为标准开始实行。通过它，IFC的数据就可以进入CityGML中。这样就搭好了一做桥梁。 融合能做什么 这两个系统的整合以后的应用领域很广阔，包含城市和景观规划、建筑设计、旅游和休闲活动、3D地籍图、环境模拟、热能传导模拟、移动电信、灾害管理、国土安全、车辆和行人导航、训练模拟器、移动机器人、室内导航等。虽然BIM在国内应用很少，但是行业内应该关注并展望BIM和GIS结合所带来的思路的转变、成本的降低以及效率的提高。 【国土安全】 在OGC的网站上有个以国土安全为目标的“狙击手行动”测试。其中设置了一个场景：一名重要的政客沿着特定的路线行进，出于安全需要，需要事先找到所有能看到这条路线的窗子和建筑物，并通过计算得出狙击手可能躲藏的位置。以往是在3D查看器中浏览沿线所有的建模模型，并以专业人员的经验来判断狙击手可能选择的位置。但是现在可以通过BIM和GIS共同生成的城市的模型数据来生成一个线路沿线上符合条件的窗子和建筑的列表报告。如果只是应用其中一方作为分析手段都会产生局限性。例如CityGML不会储存窗子的宽度和高度，而且要是通过几何形状去算的话将会非常复杂且费时费力;而且IFC中却正好存储了窗子的尺寸，两者通过GeoBIM就达到了IFC数据与CityGML的有效融合。这个例子正是通过利用路线沿线的城市模型所附加的非常详细的CityGML信息和IFC模型的数据，所以我们非常简便并准确地才能定位和识别窗子。 【室内导航】 现在行业中都想解决室内定位这一难题，但是大多关注的都是定位的手段，例如到底是Wi-Fi还是蓝牙，是LFC还是NFC等等，但是室内定位的地图却一般都是建筑的二维电子图来生成的，甚至只是示意图;室外的地图导航都开始真三维化了，室内导航还用二维线条，这着实有点跟不上节奏了!但是如果有BIM，那这一问题就能迎刃而解：通过BIM提供的建筑内部模型配合定位技术可以进行三维导航，例如有公司为央视新大楼开发的室内导航系统，就是利用了BIM和GIS，可以为员工进行跨楼层跨楼体的导航。 同时也可以在模拟突发事件时，事先规预演工的疏散路线等情况，这将极大降低因灾害引起的人员伤亡。 【三维城市建模】 城市建筑类型各具特色，外型尺寸不同，外部颜色纹理不同，以及障碍物阻挡等。如果是“航测+地面摄影”，后期需要人工做大量贴图;如果是用价格昂贵的激光雷达扫描，成本太高而且生成的建筑模型都是“空壳”，没有建筑室内信息，同时室内三维建模工作量也不小，并且无法进行室内空间信息的查询和分析。而通过BIM，可以轻易得到建筑的精确高度、外观尺寸以及内部空间信息。因此，通过综合BIM和GIS，先对建筑进行建模，然后把建筑空间信息与其周围地理环境共享，应用到城市三维GIS分析中，就极大的降低了建筑空间信息的成本。当然这个前提是建筑都应用到BIM，现阶段在我国还依旧很难实现。 【市政模拟】 通过BIM和GIS融合可以有效的进行楼内和地下管线的三维建模，并可以模拟冬季供暖时热能传导路线，以检测热能对其附近管线的影响。或是当管线出现破裂时使用疏通引导方案可避免人员伤亡及能源浪费。 【资产管理】 以BIM提供的精细建筑模型为载体，利用GIS来管理建筑内部资产的位置等信息，可以提高资产管理的自动化水平和准确性。不会出现资产管理不明，或是不在它该在的位置这种尴尬情况。 BIMer，GISer相向而行 BIM和GIS融合在国外已经喊了很久了，大家也都在为此而努力着，无论是IFC还是CityGML都是进步的表现。 同时，为了加速两者融合，除了需要标准融合，也应该尽快出台相应的从业资质认证，Esri 全球社区发展行业经理兼“地理设计传教士”的Shannon McElvaney也在采访中呼吁“BIM和GIS的融合需要打破固有的、保守的文化壁垒。”他认为因为没有工程认证，部分GISer在建筑界“举步维艰”。例如，经常会听到测量师说“GISer不懂准确度、精确度”。同样的GIS行业也有类似状况。两边世界一方面呼吁融合，另一方面又有保守。如果BIM和GIS的融合之路继续下去，这对BIMer和GISer来说，要面临的除了是增加一门知识体系，更重要的是增加一种思维模式。未来所有行业界限都会渐渐模糊，除了深耕自己所在的行业，更需要偶尔抬头向外看看。主动跨界也好，被动跨界也好，如果行业发展都是这个趋势，就由不得你想还是不想了。 希望一部分BIMer和一部分GISer相向而行，走到同一个领域，做好同一件事。（文丨本刊编辑张鹏英）
来源：3S新闻周刊
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