本文刊登于 2018 年 6 月第 57 期《超图通讯》
BIM 技术在各行各业不断深入应用，对三维 GIS 提出了新的挑战。面对 BIM 与 GIS 融合的技术难题，超图突破了 BIM 主流数据的无损接入等关键技术，开拓了三维 GIS 向大型工程领域发展，为 BIM+GIS 应用提供了有力的技术和平台支撑。
BIM 技术及其在规划、房产、建筑、水利、电力、交通等行业的不断发展和深入应用，对三维地理信息系统提出了新的挑战，三维空间信息在 GIS 平台中不只停留在 “看一看” 的阶段，而需要从数据接入、处理、渲染到分析及结果的输出，形成完整的闭环，为相关行业应用提供坚实的技术基础，为管理和决策提供可靠依据。
为了应对 BIM+GIS 融合的技术难题，SuperMap GIS 突破了 BIM 主流数据的无损接入、BIM 数据到 GIS 平台的精准匹配、超百万级 BIM 模型实时绘制等关键技术，突破了 BIM 数据与三维实体模型无缝对接技术，借助三维实体数据模型，实现了 BIM 数据在 GIS 平台中的分析及运算能力，开拓了三维 GIS 向建筑、桥梁、隧道、水利大坝等大型工程应用领域的发展，为 BIM+GIS 应用提供了有力的技术和平台支撑。
BIM 数据对接
在数据层面，超图为 BIM 与 GIS 的融合提供了 Revit、Bentley、CATIA 等 BIM 主流设计软件的数据导出插件，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。导出的数据不仅保留了 BIM 数据实例化的特点，还生成了多细节层次 (Levels of Detail)，可提升数据在三维 GIS 平台中加载和浏览的性能；同时，导出的数据还保留了 BIM 数据的拓扑完整性及闭合性。拓扑闭合的三维对象可以进行空间运算、空间关系查询、空间分析、与地形数据进行布尔运算等。
BIM 数据接入后会存储在模型数据集中，数据集中每条记录代表一个 BIM 实体对象，包含了模型几何信息 (GeoModel 3D) 和属性信息两个部分。为了满足更多 BIM 设计软件的对接需求， SuperMap GIS 9D 组件产品提供并公开了 GeoModel 3D 读写的开发接口，用户可以自行解析出 BIM 数据每个对象的骨架、材质、纹理及属性信息，通过相应的接口构建模型对象，将 BIM 数据写入数据集中。
▲ 道路高架（Bentley 数据格式）
▲ 大坝模型（CATIA 数据格式）
▲ 隧道路桥（Bentley 数据格式）
▲ 地下管廊（Revit 数据格式）
BIM 数据编辑及轻量化
BIM+GIS 应用涵盖 BIM 的全生命周期，在 BIM 的规划、设计、施工、运维各个阶段，超图的合作伙伴基于 SuperMap GIS 也已完成了很多典型的应用案例，同时发现 BIM 与 GIS 融合在数据接入、数据管理、数据匹配、模型实时绘制等方面存在技术难题。
为了应对 BIM+GIS 融合的技术难题，SuperMap GIS 研发了 BIM 主流数据的无损接入、BIM 数据到 GIS 平台厘米级精准匹配、超百万级 BIM 模型实时绘制等关键技术，开拓了三维 GIS 向建筑、桥梁、隧道、水利大坝等大型工程应用领域的发展，为 BIM+GIS 应用提供了有力的技术和平台支撑。
01
BIM 数据编辑
超图三维平台不仅可以编辑 BIM 对象的几何信息和属性信息，还可以编辑 BIM 对象的某个子对象，比如：子对象的纹理替换、纹理的色调调整等，还支持导出为 OSGB、S3M、GLTIF、STL、OFF、DAE 等多种数据格式。此外，为了方便用户更便捷地编辑 BIM 模型位置，SuperMap iDesktop 9D 产品提供了模型数据集的批量编辑功能，可对整个数据集图层进行平移、旋转等操作。
▲ 整体平移
▲ 整体旋转
02
BIM 数据轻量化
不同的领域 BIM 数据的精细程度也不尽相同，对 GIS 应用来说，根据项目实际需求，将 BIM 数据导入到三维 GIS 平台需要进行不同程度的轻量化操作，在 SuperMap iDesktop 9D 产品中提供了多种 BIM 轻量化和三角网的操作，包括：提取外壳 (外壳和内部分离)、三角网简化、子对象简化(删除)、删除重复顶点、计算(删除) 法线、模型拆分、模型合并等诸多实用功能。下面以三角网简化为例详细介绍。
▲ BIM 三角网简化
1、简化时是否约束边界：简化时需要保持边界不变形，则勾选复选框，否则取消勾选复选框；
2、简化条件：单击 “统计三角面数” 按钮，统计结果显示在按钮右侧，显示了该模型图层的最小、最大三角面片数，根据最小、最大三角面片数来设置简化过滤条件，模型对象的三角面数量在该区间内才参与简化操作；
3、简化信息：滑动刻度条设置简化率，简化三角面片数。每次改变刻度值都会对选中的模型图层进行简化，在右边视窗可预览简化后的效果。
03
基于 BIM 数据分析运算
超图新一代三维 GIS 技术在二三维一体化数据模型基础上，新增了三维实体数据模型，定义了三维实体对象的空间运算、空间关系查询 (包含、相交、被包含、分离等空间关系)、空间分析等技术，突破了 BIM 主流数据与三维实体模型无缝对接技术，借助三维实体数据模型，实现了 BIM 数据在 GIS 平台中的分析及运算能力。
1、支持布尔运算，BIM 数据之间进行交、并、差运算，得到新的三维实体对象；
2、支持空间关系查询，BIM 数据和三维实体对象之间的空间关系查询在城市设计及建筑设计等领域都会有广泛的应用；
3、支持获取截面，对 BIM 数据进行剖切，获取二维户型图；
▲ 获取截面
4、支持获取三维边界，BIM 数据提取三维边界面，与大规模地形进行镶嵌操作，实现精确的位置匹配；
▲ BIM 模型与地形精确匹配
5、支持与地形布尔运算，BIM 数据与地形进行布尔运算 (差运算)，实现在山体模型中挖出贯通的隧道；
6、支持批量修改对象的颜色及可见性，比如单独显示某一楼层信息，定义 sql 语句，查询出该层楼所有对象的 ID，根据 ID 设置对象可见性；还可根据查询结果设置对象颜色，比如按照构建类型设置颜色。
04
BIM 数据发布共享
BIM 数据在三维场景中高效加载和浏览，需要把数据进行切片处理，通过构建多层次细节 LOD、实例化存储与绘制、粗糙层对象过滤等技术，生成 S3M 格式的三维瓦片，实现了海量 BIM 数据在桌面端、浏览器端、移动端的高效渲染，解决了用户从服务发布到多种客户端加载应用环节的实际问题。
超图三维团队在多年技术积累基础上，研发了开放的三维空间数据规范——Spatial 3D Model（S3M），解决了 BIM 等多源三维数据在 GIS 平台中的存储、融合、互操作的关键问题，解决了传输和解析延迟问题。基于 WebGL 硬件加速的可视化渲染技术，兼容多终端（移动，浏览器，桌面）的跨平台特性，以最大化满足用户需求。
SuperMap 采用了 HTML5 WebGL 技术，推出了 “零” 客户端三维产品——SuperMap iClient3D for WebGL。SuperMap iClient3D for WebGL 是一款轻量级的三维客户端开发平台，支持硬件加速的可视化渲染技术，免除了三维渲染对插件的依赖，用户无需下载、安装插件，即可高效浏览三维服务，提升了用户的 Web 开发及终端访问体验。WebGL 技术提供的硬件加速渲染，可借助系统显卡在浏览器流畅显示三维场景和模型，用户可以方便的在浏览器上实现 Web 端三维效果。
▲ BIM 数据在 “零” 客户端产品中的效果
随着 BIM 在大型工程领域的应用越来越广泛，BIM 与 GIS 的融合成为新的研究热点。BIM 与 GIS 更倾向于一种互补的关系，BIM 是用来整合和管理建筑物本身所有阶段的信息，GIS 则是整合及管理建筑及外部环境信息。BIM 与 GIS 融合将微观领域的 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；BIM 将 GIS 引入了微观领域，拓展了三维 GIS 的应用领域，是未来城市 GIS 的发展方向。
作者 | 三维研发中心 王博 李濛 李广明
责编 | 王静静
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