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“BIM ”時代的到來，推動了大型設(shè)計、施工企業(yè)產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型升級。BIM與GIS是如何跨界融合的？期間遇到了哪些技術(shù)難點？本文將結(jié)合超圖經(jīng)驗回顧BIM GIS的深度融合之路，一起探究未來發(fā)展方向。

圖1 立交橋的BIM數(shù)據(jù)與天地圖影像數(shù)據(jù)疊加顯示

近年來，BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)的快速發(fā)展，促進(jìn)了建筑業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的變革。國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部連續(xù)發(fā)布指導(dǎo)性文件和政策，大力推進(jìn)BIM技術(shù)在規(guī)劃、設(shè)計、施工和運維等領(lǐng)域的集成應(yīng)用，促進(jìn)工程建設(shè)項目全生命周期的信息化管理。

參考“互聯(lián)網(wǎng) ”思維，建筑行業(yè)將BIM與其他先進(jìn)技術(shù)或與應(yīng)用系統(tǒng)集成，以期發(fā)揮更大的綜合價值，相對應(yīng)地提出了“BIM ”的概念，例如：BIM VR/AR、BIM 3D打印、BIM 大數(shù)據(jù)、BIM IoT、BIM GIS等。其中，BIM與GIS融合應(yīng)用已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的研究熱點。BIM與GIS的融合，使微觀領(lǐng)域的BIM信息和宏觀領(lǐng)域的GIS信息實現(xiàn)交換和相互操作，將GIS從宏觀領(lǐng)域引入了微觀領(lǐng)域，拓展了三維GIS的應(yīng)用領(lǐng)域，為GIS的發(fā)展帶來了新的契機(jī)。

本文將剖析BIM GIS跨界融合的意義，圍繞BIM全生命周期，介紹BIM與GIS在應(yīng)用中的結(jié)合點和價值點，并從SuperMap GIS軟件技術(shù)的角度指明BIM與GIS融合的關(guān)鍵技術(shù)，展望BIM GIS技術(shù)發(fā)展的未來趨勢與市場前景。

BIM與GIS能跨界融合，是因為它們有一種天然的互補關(guān)系：BIM是用來整合和管理建筑物全生命周期的信息，GIS則是用來整合及管理建筑外部環(huán)境信息。BIM全生命周期的管理需要GIS的參與，BIM也將開拓三維GIS的應(yīng)用領(lǐng)域，把GIS從宏觀領(lǐng)域帶入微觀領(lǐng)域。

· GIS讓BIM從微觀走向宏觀

BIM的整個全生命周期——從規(guī)劃、設(shè)計、施工到運維，都是針對建筑本身，但是，周邊宏觀的地理環(huán)境要素也非常重要，比如建樓、修路等都需要兼顧已有的自然環(huán)境和人為環(huán)境信息。三維GIS研究宏觀地理環(huán)境，可提供各種空間查詢及空間分析能力。在BIM的各個階段，三維GIS都可以為其提供可視化展示、管理、決策支持等技術(shù)方法。

三維GIS集成了大量的多源數(shù)據(jù)，如影像、地形、傾斜攝影模型、激光點云、地下管線等，我們可以在三維GIS系統(tǒng)中將BIM數(shù)據(jù)與多源數(shù)據(jù)相融合，實現(xiàn)更宏觀、更全面的可視化展示與管理。如圖1，我們可以很方便地在GIS系統(tǒng)中將立交橋的BIM數(shù)據(jù)疊加到天地圖的影像數(shù)據(jù)上，可視化展示立交橋周邊的宏觀地理環(huán)境。

經(jīng)過10多年的發(fā)展，三維GIS在智慧城市、園區(qū)管理、應(yīng)急管理等領(lǐng)域已經(jīng)積累了豐富的應(yīng)用案例和解決方案（如圖2），將3D Max模型替換成BIM數(shù)據(jù)，這些方案即可套用到BIM GIS的項目中。這大大拓展了BIM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用周期，尤其可以將設(shè)計、施工階段積累的BIM模型數(shù)據(jù)，繼續(xù)運用在后期運營維護(hù)階段中，有效延長了BIM數(shù)據(jù)的應(yīng)用周期。

圖2 校園設(shè)施管理系統(tǒng)

·  BIM將GIS從宏觀帶入微觀

BIM技術(shù)在設(shè)計和建造過程中積累的大量BIM模型數(shù)據(jù)，可以作為三維GIS應(yīng)用的重要數(shù)據(jù)來源。相比3D Max模型數(shù)據(jù)，BIM模型數(shù)據(jù)更精細(xì)、精度更高，并且有完整的語義及屬性信息，可以滿足GIS應(yīng)用中精細(xì)化管理的需要。另外，BIM模型數(shù)據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更完整，更適合做空間查詢和空間分析，BIM為三維GIS更深入的應(yīng)用提供了三維數(shù)據(jù)支撐。

BIM也拓展了GIS的應(yīng)用領(lǐng)域，兩者的融合已經(jīng)應(yīng)用到橋梁、管廊、建筑、道路、水利大壩、隧道等領(lǐng)域。同時，BIM與GIS的跨界融合也為超圖等GIS廠商帶來了更多的合作伙伴。

BIM是一個建設(shè)項目的數(shù)字化表達(dá)，是一個共享的資源，為該設(shè)施從建設(shè)到拆除的全生命周期的所有決策提供可靠依據(jù)。在項目的不同階段，不同利益相關(guān)方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，實現(xiàn)各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)?？v觀BIM GIS在各行業(yè)的應(yīng)用，可以總結(jié)：BIM GIS涵蓋BIM的全生命周期，即規(guī)劃、設(shè)計、施工、運維的各個階段都有BIM與GIS深度融合的應(yīng)用和價值。

· 規(guī)劃階段

在規(guī)劃階段，BIM GIS技術(shù)可以應(yīng)用于場地分析、規(guī)劃審批、方案論證等。例如，將設(shè)計方案疊加到傾斜攝影模型上，進(jìn)行方案對比論證。另外，規(guī)劃報建系統(tǒng)中的自動化審批也需要BIM與GIS融合，實現(xiàn)更加精確的分析與決策，比如：精確估算周邊服務(wù)區(qū)、醫(yī)院床位數(shù)、學(xué)校建筑面積等。

· 設(shè)計階段

在設(shè)計階段，BIM GIS的應(yīng)用發(fā)展前景廣闊，尤其在BIM與GIS協(xié)同設(shè)計領(lǐng)域，BIM設(shè)計軟件公司和GIS軟件公司都在積極開展軟件技術(shù)層面的合作，以推動BIM與GIS在協(xié)同設(shè)計領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。在前期設(shè)計時，設(shè)計師可以參考更多源的GIS數(shù)據(jù)和空間信息，更方便、更直觀地在宏觀場景中設(shè)計建筑、道路等。

· 施工階段

在施工階段，BIM GIS技術(shù)可進(jìn)行施工進(jìn)度模擬、施工組織模擬等。例如：北京城市副中心智慧監(jiān)管項目平臺（如圖3）是典型的大型建筑施工管理項目，采用了超圖二三維一體化GIS平臺，主要業(yè)務(wù)包括視頻監(jiān)控與視頻會商、勞務(wù)監(jiān)控與進(jìn)度監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測與設(shè)備監(jiān)控，其中BIM監(jiān)管平臺通過前期預(yù)判、過程記錄、事后追溯來實現(xiàn)全建造過程的管理，主要功能包括進(jìn)度管理子系統(tǒng)、勞務(wù)子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、大型設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)等。

圖3 北京城市副中心智慧監(jiān)管項目平臺

· 運維階段

在運維階段，BIM GIS技術(shù)可進(jìn)行竣工模型交付、維護(hù)計劃、資產(chǎn)管理、災(zāi)害應(yīng)急模擬等。上海建坤基于SuperMap GIS基礎(chǔ)軟件開發(fā)的上海中心運營平臺是BIM GIS在運維階段的典型應(yīng)用，囊括了252GB上海中心大廈BIM模型數(shù)據(jù)量和315萬個模型構(gòu)件數(shù)，項目還集成了多種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，包括：安防、一卡通、樓宇自控、電能、消防、能源及環(huán)境系統(tǒng)、停車庫等，系統(tǒng)支持對于BIM構(gòu)造的各個資產(chǎn)管理部件進(jìn)行顯隱查詢，設(shè)置了關(guān)鍵詞模糊查詢、分類定位查詢等功能，通過數(shù)據(jù)可視化，輔助管理者分析與決策，為業(yè)主運營管理提供安全智慧保障，如圖4。

圖4 上海中心大廈BIM運營平臺

BIM GIS應(yīng)用涵蓋BIM的全生命周期，在BIM的規(guī)劃、設(shè)計、施工、運維各個階段，超圖的合作伙伴基于SuperMap GIS也已完成了很多典型的應(yīng)用案例，同時發(fā)現(xiàn)BIM與GIS融合在數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)匹配、模型實時繪制等方面存在技術(shù)難題。

為了應(yīng)對BIM GIS融合的技術(shù)難題，SuperMap GIS研發(fā)了BIM主流數(shù)據(jù)的無損接入、BIM數(shù)據(jù)到GIS平臺厘米級精準(zhǔn)匹配、超百萬級BIM模型實時繪制等關(guān)鍵技術(shù)，開拓了三維GIS向建筑、橋梁、隧道、水利大壩等大型工程應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，為BIM GIS應(yīng)用提供了有力的技術(shù)和平臺支撐。

· BIM數(shù)據(jù)與GIS平臺的無縫銜接

國內(nèi)外BIM軟件很多，但是文件格式各不相同，為了突破BIM數(shù)據(jù)接入GIS軟件平臺的瓶頸，SuperMap率先在三維GIS平臺中實現(xiàn)了對三款主流BIM設(shè)計軟件（Revit、Bentley、CATIA）的原生無損接入，成功研發(fā)了Revit、Bentley、CATIA三款BIM設(shè)計軟件的數(shù)據(jù)導(dǎo)出插件，實現(xiàn)了一鍵式導(dǎo)入rvt、dgn、CATProduct等BIM模型格式數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了BIM與GIS數(shù)據(jù)接口的跨領(lǐng)域無縫銜接，為BIM與GIS融合應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

SuperMap GIS基礎(chǔ)軟件通過導(dǎo)入原生的多層次細(xì)節(jié)BIM模型、將同享的部件通過實例化方式繪制、簡化冗余三角網(wǎng)、生成緩存等，充分利用圖形硬件加速，實現(xiàn)了百萬級BIM模型的實時繪制，解決了BIM與GIS結(jié)合應(yīng)用的性能瓶頸。

SuperMap研發(fā)的三款BIM導(dǎo)出插件具有三大優(yōu)勢：

1、一鍵式導(dǎo)入BIM的頂點信息和屬性信息，保證了BIM模型信息的完整性，支持按族分類導(dǎo)出，提供快捷的BIM分組管理；

2、支持大規(guī)模數(shù)據(jù)的高效渲染，支持導(dǎo)出帶原生的多細(xì)節(jié)層次（LOD）模型，支持實例化繪制；

3、支持導(dǎo)出拓?fù)溟]合的BIM三維實體數(shù)據(jù)模型，可以計算其體積、表面積及任意剖面，同時可以進(jìn)行空間關(guān)系判斷、空間運算和空間分析，支持3D打印。

圖5 獲取BIM剖面

· BIM數(shù)據(jù)在GIS平臺的查詢與分析

不同于3D Max數(shù)據(jù)，BIM數(shù)據(jù)具備完善的拓?fù)渫暾约伴]合性，不能簡單地作為模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入，要兼顧到BIM數(shù)據(jù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。BIM數(shù)據(jù)進(jìn)入SuperMap GIS平臺存儲成三維實體數(shù)據(jù)模型，借助GIS技術(shù)可以進(jìn)行交、并、差等布爾運算，支持獲取剖面（如圖5），支持計算體積、表面積，支持三維空間關(guān)系判定和三維空間查詢，支持BIM與地形、傾斜數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪、鑲嵌、挖洞操作。例如：隧道模型構(gòu)建凸包后與地形進(jìn)行布爾運算，實現(xiàn)在山體模型中挖出貫通的隧道。除此之外，BIM模型通過GIS平臺還可導(dǎo)出STL模型格式，實現(xiàn)對BIM模型的3D打印。

· 多源數(shù)據(jù)融合和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

SuperMap GIS平臺支持地形、影像、3D Max等精細(xì)模型、傾斜攝影建模、激光點云、三維管線、三維場數(shù)據(jù)、三維水面特效等多源數(shù)據(jù)（如圖6），可以很方便地實現(xiàn)BIM與多源數(shù)據(jù)的融合應(yīng)用。

圖6 多源數(shù)據(jù)融合

目前，SuperMap GIS提供七參數(shù)轉(zhuǎn)換功能，方便工程坐標(biāo)系下的BIM模型自動匹配到地理坐標(biāo)系。例如，在雅礱江流域水電全生命周期數(shù)字管理平臺研究與應(yīng)用項目中，基于SuperMap GIS，我們完美解決了設(shè)計的BIM模型和地形數(shù)據(jù)在平面坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，可實現(xiàn)在地球曲率影響下的模型和地形精確匹配，避免渲染時的裂縫和漏洞等問題，滿足水電企業(yè)建設(shè)、運營、管理對數(shù)據(jù)的精度需求（如圖7）。2017年底，超圖軟件與雅礱江流域水電開發(fā)有限公司、中國電建集團(tuán)成都院、天津大學(xué)攜手共同獲得2017年度水力發(fā)電科學(xué)技術(shù)獎一等獎（如圖8）。

圖7 BIM模型與地形的精確匹配

圖8 2017年度水力發(fā)電科學(xué)技術(shù)獎一等獎

· 基于WebGL的“零”客戶端三維GIS技術(shù)

SuperMap采用前沿的HTML5 WebGL技術(shù)，推出了“零”客戶端三維產(chǎn)品——SuperMap iClient3D for WebGL。SuperMap iClient3D for WebGL是一款輕量級的三維客戶端開發(fā)平臺，支持硬件加速的可視化渲染技術(shù)，免除了三維渲染對插件的依賴，用戶無需下載、安裝插件，即可高效瀏覽三維服務(wù)，提升了用戶的Web開發(fā)及終端訪問體驗。WebGL技術(shù)提供的硬件加速渲染可借助系統(tǒng)顯卡在瀏覽器流暢顯示三維場景和模型，前端開發(fā)者通過WebGL技術(shù)可以方便地在瀏覽器上實現(xiàn)Web端三維效果（如圖9）。

SuperMap iClient3D for WebGL通過S3M圖層，可加載傾斜攝影模型、BIM、精模、點云、矢量、地下管線、地形、動態(tài)水面、場模型等多源數(shù)據(jù)，提供了實用的三維量測及三維空間分析功能，包括距離量測和面積量測，日照分析、剖面分析、等高線分析、坡度分析、淹沒分析、通視分析、可視域分析、天際線分析等三維空間分析功能。

圖9 BIM在WebGL客戶端的展示

中國工程院院士吳志強(qiáng)在BIM的技術(shù)上提出了CIM——城市信息模型（City Information Modeling）：三維城市空間模型和城市動態(tài)信息的有機(jī)綜合體，將微觀建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）、宏觀地理空間數(shù)據(jù)（GeoSpatial Data，簡稱GSD）、物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，簡稱 IoT）數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一，形成綜合數(shù)據(jù)處理計算平臺。

我們可以用CIM=BIM GIS IoT的公式來表達(dá)這幾者之間的關(guān)系。BIM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)的融合應(yīng)用，給BIM與GIS的發(fā)展帶來了新的契機(jī)，也為智慧城市建設(shè)提供了新的技術(shù)支撐。

隨著三維GIS與BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，以三維地理模型構(gòu)建、三維空間分析為主的三維GIS與BIM結(jié)合的技術(shù)日益成熟，并逐漸應(yīng)用到各行各業(yè)。在BIM領(lǐng)域，從規(guī)劃到設(shè)計、施工、運維管理，整個產(chǎn)業(yè)鏈條上，很多單位都期望借助“BIM ”實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化升級，各個環(huán)節(jié)都能找到GIS參與的機(jī)會，這將給三維GIS應(yīng)用帶來新的發(fā)展契機(jī)。

SuperMap提供了BIM GIS無縫對接ABC三款BIM設(shè)計軟件的插件，支持海量BIM的流暢繪制；導(dǎo)入的BIM模型支持三維空間分析、運算；支持多源數(shù)據(jù)融合和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，可以將BIM、傾斜攝影、地形、影像等各類數(shù)據(jù)融合和匹配到一起。超圖和合作伙伴一起，實現(xiàn)了很多行業(yè)典型的BIM GIS解決方案和應(yīng)用案例。

SuperMap切入三維GIS新興市場——BIM GIS，實現(xiàn)了二三維一體化GIS軟件產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)化，保障我國地理信息系統(tǒng)建設(shè)安全性、可控性，大幅提升我國國產(chǎn)GIS基礎(chǔ)軟件的核心競爭力。

2018年8月29日-31日，以“地理智慧，升維賦能”為主題的2018 GIS 軟件技術(shù)大會將在北京國際會議中心召開，聚焦三維GIS和大數(shù)據(jù)GIS等領(lǐng)域最新突破，以及AI GIS的最新探索，展示業(yè)界標(biāo)桿應(yīng)用成果，分享豐富行業(yè)解決方案。 

大會為期3天，設(shè)立1場主題大會、17場專題論壇，誠邀全球地信同仁共同關(guān)注和參與，讓我們一起傾聽新技術(shù)律動的聲音，洞見和把握先機(jī)，提升效率，創(chuàng)造新價值，賦能新未來！