BIM 与 GIS 的跨界融合，使微观领域的 BIM 信息与宏观领域的 GIS 信息实现交换和互操作，提升了 BIM 应用深度，将 BIM 的应用从单体延伸到建筑群甚至城市级，为 GIS 行业发展带来了新的契机，同时也带来了一些新的挑战。面对挑战，GIS 基础平台要具备哪些能力？本文将剖析 BIM+GIS 应用过程中遇到的难点以及应对方法。

    BIM GIS的八大难点以及应对方法 - 图1

    在 GIS 平台中加载立交桥的 BIM 数据（左），并叠加在影像数据上（右）

    挑战一：将 BIM 数据接入到 GIS 平台

    国内外 BIM 建模软件 种类繁多，不同的软件有各自的存储方式。这些数据格式彼此不同，且相对比较封闭没有公开文件结构，给 BIM 数据接入到 GIS 平台带来了最直接的挑战。

    BIM 数据依赖于 BIM 软件，比如 Revit 的 rvt 文件本身是不带贴图的，是存在于 Revit 安装目录的材质库中，要读取 Revit 数据的完整信息，包括属性、材质、几何等，离不开 Revit 软件本身。实现读取 BIM 数据目前最务实的方法就是基于 BIM 到 GIS 数据格式转换工具或插件，也就是基于 BIM 软件库的原生支撑，将 BIM 数据转换到 GIS 数据库。

    SuperMap 先后提供了多款 BIM 主流设计软件的转换插件和工具，如 Autodesk 旗下的 Revit、AutoCAD 以及 Civil3D 软件，以及 Bentley 的 MicroStation CONNECT Edition、达索的 CATIA 软件，将数据的顶点和属性信息一次性导出，并且按类型或图层进行分类。导出数据不仅保留了 BIM 数据实例化的特点，还生成了多细节层次 (Levels of Detail)，提升数据在三维 GIS 平台中加载和浏览的性能。SuperMap 也为某些行业的标准格式 - IFC 提供了对应的转换工具。

    挑战二：实现 BIM 模型轻量化

    BIM 建模软件注重的是单一体建筑，但 GIS 需要管理一个区域或整个城市的 BIM 数据，并且 GIS 终端可能是配置不高的 PC，甚至是 Pad 或手机，因此 GIS 面对的数据量挑战更大。所以我们不仅要解决数据格式转换，更要进行适当的数据轻量化和优化，SuperMap 对外提供的插件已经内嵌了智能轻量化的能力。

    实现 BIM 轻量化需要以下关键技术：

    • 原生 LOD（Level of Detail）技术。BIM 软件中的三维对象是参数化的，比如圆柱体，用圆心、半径、高度来描述，但导入 GIS 系统要三角化成三角网，在三角化时，利用此技术可生成多个不同细节层次的模型，即将 BIM 模型解析出不同的显示精度和显示层级。

    BIM GIS的八大难点以及应对方法 - 图2

    不同细节层次（左为 LOD-0，右为 LOD-2）的风管模型

    • 实例化技术，即对 BIM 模型中存在的大量共用对象只存储一份。如在建造阶段，会存在大量的螺丝钉对象，它们的顶点和材质等都是一样的，只是位置不同，通过存储一个螺丝钉和多个位置的方式实现复用模型。在显卡也支持这样的实例化渲染，从而提升渲染效率。

    挑战三：在 GIS 平台表示 BIM 模型

    对象模型是一类 GIS 空间数据模型，用来描述离散空间的要素，包括二 / 三维点、线、面以及三维体对象模型。其中，三维体对象是通过拓扑闭合、高精度的三角网来表示的。三维体对象模型可以表示现实对象，如建筑、桥梁等。

    GIS 要从室外走向室内，室内数据需要 BIM 来获取。要实现 BIM 模型支持查询、统计及分析等功能，首先需要解决如何在 GIS 平台表示 BIM 模型的难题。与 3ds Max 模型相比，BIM 模型不是一张皮的表面模型，它是体对象，具备完善的拓扑完整性及闭合性，因此可以用三维体对象模型来表达这样的建筑。

    BIM 模型进行三角化后，统一到三维体对象模型，可以做三维空间关系判断（包含、相交、相离）、三维空间运算（交、并、差），还支持计算表面积和体积，支持多种三维空间分析如控高分析、构建三维缓冲区等，为灵活定制城市设计规则提供技术支撑。

    BIM GIS的八大难点以及应对方法 - 图3

    城市设计 - 控高分析

    挑战四：BIM 单体之间链接网络表示

    网络模型是另一类 GIS 空间数据模型，包括二维网络数据模型以及三维网络数据模型。三维网络模型数据可以表示道路、管廊、管线等数据之间的拓扑连接关系。BIM 的应用对象往往是单体建筑，但如何实现如地下管线、铁路、隧道、港口等大规模区域性对象的管理，则需要集成 GIS 来实现，用三维网络模型数据来表示 BIM 单体之间的链接网络，比如道路数据，可以提取出带拓扑连接关系的三维点、线对象，然后构建三维网络数据模型。

    这样就可以将 BIM 模型应用于各种复杂的实际工程领域中，例如爆管网络分析，若某一处市政水网 / 供热管网 / 天然气管道的地下管线发生了爆裂，我们可以基于三维网络数据模型的拓扑关系知道关闭哪些阀门，哪些管线受到了影响，从而及时、快速的解决问题。

    BIM GIS的八大难点以及应对方法 - 图4

    三维设施网络分析 - 爆管分析

    挑战五：三维数据坐标转换

    BIM 通常采用独立的坐标系统，如地方坐标系，GIS 数据来源众多，采集方式各异，所采用的坐标系也存在一定的差异性。BIM 与 GIS 集成应用面临着各自坐标系不同，无法匹配的问题。GIS 最基本的能力就是坐标转换，点线面的坐标转换已经十分成熟，但转换能力是否能应用到三维模型数据中，对 GIS 平台也是一个挑战。

    SuperMap 已实现支持三维模型的逐顶点坐标转换能力，支持 BIM 模型和 GIS 数据在平面坐标系和地理坐标系之间的转换，实现在地球曲率影响下的 BIM 模型和 GIS 数据精确匹配，避免渲染时的裂缝和漏洞等问题，满足众多行业，如桥梁、道路、水利大坝等，在建设、运营、管理过程中对数据的精度需求。

    BIM GIS的八大难点以及应对方法 - 图5

    地方坐标系下的 BIM 模型转换到地理坐标系下，再叠加到天地图上的显示效果

    挑战六：BIM 与多源数据融合匹配

    GIS 有一个很重要的特性，就是集成了海量多源数据，比如地形影像、倾斜摄影模型、激光点云、精细模型、水面、地下管线以及场数据等。如何实现 BIM 与多源数据融合匹配，从而提高数据的利用价值，这是对 BIM+GIS 应用的又一挑战。

    要进行融合匹配，首先需要进行坐标转换和数据配准，将 BIM 模型与倾斜摄影模型、地形等多源数据统一到一个坐标系，实现各种信息对齐；然后再对数据进行操作和处理，进行诸如镶嵌压平裁剪等操作，实现数据平滑衔接、纹理拼接自然。

    BIM GIS的八大难点以及应对方法 - 图6

    BIM 模型与多源数据融合

    挑战七：三维空间数据标准缺乏

    三维空间数据的高效发布、数据共享和数据标准是三维 GIS 应用热点之一。BIM+GIS 得到了越来越广泛的应用，但缺乏统一的三维空间数据标准和规范，三维空间数据的互操作和开放共享成为难点，这在一定程度上制约了 BIM+GIS 更加深入的应用。

    目前，国内外已经推出了众多数据标准和格式，如 S3M、I3S、3D Tiles 等。这些标准与格式的推出，推动了三维数据标准化和三维数据的开放共享。

    SuperMap 推出的 S3M（Spatial 3D Model）标准，适用于网络环境和离线环境下海量多源三维空间数据的数据传输、交换、高性能可视化，实现了在 B/S 下发布和共享海量 BIM 与 GIS 数据，也实现了海量 BIM 与 GIS 数据在桌面端、浏览器端、移动端的相关应用。

    挑战八：多终端支持 BIM+GIS 应用

    IT 技术的飞速迅猛发展，深刻而长远地影响了 BIM 与 GIS 两个领域。其中，VR/AR 以及 WebGL 等 IT 新技术，为 BIM+GIS 应用注入了强劲的动力。为了实现这些 IT 新技术与 BIM、GIS 的集成应用，需要多终端支持 BIM+GIS 应用。

    SuperMap 基于 HTML5 WebGL 技术，推出了轻量级三维客户端，这样无须安装软件、无须安装插件、无须下载数据，就可以在浏览器上高效浏览三维服务，并通过开源的 S3M 规范支持实用的三维空间查询、量算以及空间分析等功能。SuperMap 将 AR 与 BIM、GIS 结合，在 GIS 移动端平台上将数字化的 BIM 投放到任何场景中。如在施工现场，将设计方案与实际施工现场进行比对，可以及时发现问题并进行修正。

    BIM GIS的八大难点以及应对方法 - 图7

    Cross 裁剪

    BIM GIS的八大难点以及应对方法 - 图8

    BIM+GIS+AR

    结语

    软硬件实力的不断提升，以及数字化社会的建设需求，为 BIM 和 GIS 技术的跨界融合创造了机会。BIM+GIS 的应用价值不可限量，需要大家不断深入探索与挖掘。

    来源：艾三维 BIM
    https://mp.weixin.qq.com/s/uOgFJVY-s4iPEEFGkWLcqw