基于Web Service的BIM項(xiàng)目地理信息解決方法

■ 王瑋

基于Web Service的BIM項(xiàng)目地理信息解決方法

■ 王瑋

BIM是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。當(dāng)BIM應(yīng)用到土木工程領(lǐng)域必然要與地理信息相結(jié)合。目前GIS網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)已較為成熟，將GIS以服務(wù)的形式引入到BIM技術(shù)架構(gòu)是解決兩者結(jié)合問(wèn)題的一種技術(shù)手段。分析了BIM及GIS服務(wù)架構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn)、面向服務(wù)的模式和Web Service技術(shù)，并對(duì)目前BIM和GIS服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了探討，給出了2種技術(shù)在現(xiàn)有服務(wù)架構(gòu)下相互溝通的方法。

BIM；GIS；Web Service；SOA；服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)；二次開(kāi)發(fā)

1 背景

BIM和GIS整合已漸漸成為數(shù)字城市、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的焦點(diǎn)。然而從過(guò)去2種技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)看，BIM和GIS想要將對(duì)方融合到己方。在建筑領(lǐng)域，建筑從設(shè)計(jì)到施工產(chǎn)生大量的信息，特別是建筑設(shè)計(jì)三維模型，包含了建筑詳細(xì)的空間信息，但這些信息主要為建筑服務(wù)；而在城市三維GIS領(lǐng)域，主要研究如何對(duì)城市建筑三維建模，首先要獲得這些建筑詳細(xì)的空間信息。但是兩個(gè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)格式完全不同，無(wú)法將建筑的空間信息直接搬過(guò)來(lái)為己所用。

計(jì)算機(jī)領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)化發(fā)展逐步成熟，為2種技術(shù)的融合提供了另一種共存、互助的解決方案，即基于Web Service的解決方案。目前BIM、GIS領(lǐng)域都在各自的軟件中加入了服務(wù)化的內(nèi)容，并制定了基于標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的接口標(biāo)準(zhǔn)，可基本解決2種技術(shù)融合的架構(gòu)問(wèn)題。

2 面向服務(wù)的架構(gòu)解決方案

根據(jù)BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，面向服務(wù)的架構(gòu)做技術(shù)框架是實(shí)現(xiàn)全生命周期內(nèi)不同軟件、不同階段信息交互的基礎(chǔ)框架。以Web Service實(shí)現(xiàn)的面向服務(wù)的架構(gòu)，使得各種軟件之間在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)互通。

面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu) (S O A）是指為了解決在Internet環(huán)境下業(yè)務(wù)集成的需要，通過(guò)連接能完成特定任務(wù)的獨(dú)立功能實(shí)體實(shí)現(xiàn)的一種軟件系統(tǒng)架構(gòu)。SOA是一個(gè)組件模型，它將應(yīng)用程序的不同功能單元（稱(chēng)為服務(wù)）通過(guò)這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來(lái)。接口是采用中立的方式進(jìn)行定義的，獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言。使得構(gòu)建在各種這樣的系統(tǒng)中的服務(wù)可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互。

而目前SOA最佳實(shí)踐模式就是基于Web Service的實(shí)現(xiàn)方式。Web Service是一組由協(xié)議構(gòu)成的協(xié)議棧定義的框架結(jié)構(gòu)，定義了在不同的系統(tǒng)之間通信松散耦合的編程框架。也可以認(rèn)為，Web Service體系結(jié)構(gòu)實(shí)際上是面向服務(wù)的一個(gè)特定實(shí)現(xiàn)。Web Service技術(shù)能使得運(yùn)行在不同機(jī)器上的不同應(yīng)用無(wú)須借助附加的、專(zhuān)門(mén)的第三方軟件或硬件，就可相互交換數(shù)據(jù)或集成。

3 BIM服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)

BIM自身標(biāo)準(zhǔn)包括IFC、國(guó)際字典框架（IFD）、信息

傳遞手冊(cè)（IDM）。這些標(biāo)準(zhǔn)充分考慮了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)化的應(yīng)用需要，對(duì)BIM各方面信息在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)環(huán)境下的交換做了定義。

I F C是一個(gè)不受某一個(gè)或某一組供應(yīng)商控制的中性和公開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)、由building SMART開(kāi)發(fā)用來(lái)幫助工程建設(shè)行業(yè)數(shù)據(jù)互用的基于數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο蟮奈募袷?，是BIM普遍使用的格式。通過(guò)Express語(yǔ)言定義表達(dá)建筑工程領(lǐng)域的信息交換和共享內(nèi)容的對(duì)象模型，用規(guī)范化的方式描述了多個(gè)領(lǐng)域的信息交換需求。IFC規(guī)范中定義IFCXML用于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的表達(dá)。IFCXML是從Express模式派生出來(lái)的到XML數(shù)據(jù)定義（.xsd）的映射，它的數(shù)據(jù)文件通常用.xml或偶爾用.ifx做后綴，文件的結(jié)構(gòu)通常用XML模式（XSD）來(lái)定義，XSD作為模式定義語(yǔ)言從IFC定義中自動(dòng)生成。由于采用標(biāo)準(zhǔn)的XML和XSD的數(shù)據(jù)交流和定義模式，BIM數(shù)據(jù)以IFCXML的形式可在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中進(jìn)行交換。

IFD是一個(gè)術(shù)語(yǔ)庫(kù)。與其對(duì)應(yīng)還有一個(gè)概念“IFD Library”（IFD庫(kù)）。IFD庫(kù)提供了IFC—BIM模型鏈接模型與語(yǔ)意數(shù)據(jù)的靈活方法及語(yǔ)意翻譯。

I D M標(biāo)準(zhǔn)中定義了一個(gè)I D M Framework（信息傳遞框架）用于指導(dǎo)所有信息的傳遞結(jié)構(gòu)，在標(biāo)準(zhǔn)中也給出了IDM framework的XML和XSD描述。其具備了Web Service傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。

在IFC、IFD、IDM都具備Web Service表達(dá)的前提下，將BIM以面向服務(wù)的方法在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行交互是完全可行的。BIM Server 就是一個(gè)BIM網(wǎng)絡(luò)服務(wù)化的開(kāi)源軟件，在網(wǎng)絡(luò)上建立BIM服務(wù)，用戶(hù)可以通過(guò)各廠商的BIM設(shè)計(jì)工具軟件以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的形式進(jìn)行連接，同時(shí)通過(guò)服務(wù)可發(fā)布BIM的數(shù)據(jù)。

由于BIM服務(wù)是建立在Web Service的技術(shù)體系之下，可以跟同樣技術(shù)體系下的服務(wù)進(jìn)行互通互聯(lián)。因此，可以將GIS也以服務(wù)的形式擴(kuò)展到BIM體系中。

4 GIS服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)

在地理信息領(lǐng)域，目前已經(jīng)形成了一系列標(biāo)準(zhǔn)Web Service，這些標(biāo)準(zhǔn)由開(kāi)放地理信息聯(lián)盟（OGC）制定。OGC是一個(gè)非盈利的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織，引領(lǐng)著空間地理信息標(biāo)準(zhǔn)及定位基本服務(wù)的發(fā)展。目前在空間數(shù)據(jù)互操作領(lǐng)域，基于公共接口訪問(wèn)模式的互操作方法是一種基本的操作方法。通過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO/TC211）或技術(shù)聯(lián)盟（如OGC）制定空間數(shù)據(jù)互操作的接口規(guī)范，GIS軟件商開(kāi)發(fā)遵循這一接口規(guī)范的空間數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)異構(gòu)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的互操作。OGC和ISO/TC211共同推出了基于Web Service（XML）的空間數(shù)據(jù)互操作實(shí)現(xiàn)規(guī)范網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)（WMS）、網(wǎng)絡(luò)要素服務(wù)（WFS）、網(wǎng)絡(luò)圖層服務(wù)（WCS）以及用于空間數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)換的地理信息標(biāo)記語(yǔ)GML。這些規(guī)范基本在各大主流GIS平臺(tái)和開(kāi)源GIS軟件中得到支持。

除了以上服務(wù)之外，OGC組織還制定了一個(gè)名為City GML的三維城市數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)兼顧了BIM模型的精細(xì)表達(dá)與三維地表模型的大范圍表達(dá)。目前該標(biāo)準(zhǔn)尚處于發(fā)展中，支持的GIS軟件有限。但隨著B(niǎo)IM的普及，未來(lái)該標(biāo)準(zhǔn)很可能成為BIM模型數(shù)據(jù)與GIS地形數(shù)據(jù)交互的標(biāo)準(zhǔn)。

5 Web Service環(huán)境下BIM與GIS服務(wù)的搭建

BIM和GIS的Web Service都是基于WSDL的服務(wù)發(fā)布方式進(jìn)行發(fā)布。WSDL是Web Service的描述語(yǔ)言，定義了Web Service做什么、怎么做和查詢(xún)的信息。所有的Web Service都注冊(cè)到服務(wù)中心UDDI（Universal Description, Discovery and Integration）供發(fā)現(xiàn)和調(diào)用。2種技術(shù)的服務(wù)能在統(tǒng)一環(huán)境下以相同的方式進(jìn)行調(diào)用。BIM服務(wù)和GIS服務(wù)注冊(cè)的模式見(jiàn)圖1。

在BIM客戶(hù)端做設(shè)計(jì)時(shí)，如果需要GIS的數(shù)據(jù)支持，BIM軟件前端可向注冊(cè)服務(wù)器UUID查詢(xún)GIS服務(wù)描述（WSDL）。BIM設(shè)計(jì)端根據(jù)服務(wù)描述，選擇所需的地理信息服務(wù)（WMS、WFS等）；然后根據(jù)服務(wù)描述的地址連接到GIS服務(wù)，按照服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)（WMS、WFS）索取數(shù)據(jù)。例如autodesk公司的Infraworks軟件，通過(guò)連接GIS服務(wù)器的WFS服務(wù)獲取矢量數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖2）。

BIM服務(wù)端提供BIM的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，包括IFD Library、BIM數(shù)據(jù)服務(wù)等。數(shù)據(jù)服務(wù)的軟件如BIM Server。BIM軟件設(shè)計(jì)的結(jié)果，可以以IFC的標(biāo)準(zhǔn)上傳到BIM Server服務(wù)器。BIM Server作為BIM設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)中心提供設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的版本控制、子項(xiàng)目的整合、沖突檢測(cè)等功能。另外，BIM server還提供數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)輸出服務(wù)，這其中包括GIS可識(shí)別的City GML、Colloada格式。

如果想在三維GIS中觀察整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)情況，可連接BIM server的數(shù)據(jù)輸出服務(wù)，并獲取可識(shí)別的模型數(shù)據(jù)格式，如City GML。在三維地理環(huán)境中顯示BIM設(shè)計(jì)模型，查看工程設(shè)計(jì)的整體效果及在地理環(huán)境下與周?chē)乩硪氐年P(guān)系。

6 結(jié)論與展望

目前網(wǎng)絡(luò)化和服務(wù)化已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)軟件發(fā)展的主流。在標(biāo)準(zhǔn)成熟的前提下，BIM領(lǐng)域和GIS領(lǐng)域已經(jīng)基本形成完善的服務(wù)體系架構(gòu)。以Web Service的方式實(shí)現(xiàn)兩個(gè)領(lǐng)域的融合互通，成為必然趨勢(shì)。

但是目前兩個(gè)領(lǐng)域的客戶(hù)端應(yīng)用程序只對(duì)本領(lǐng)域的服務(wù)可以直接支持，對(duì)對(duì)方的服務(wù)支持尚不完善，BIM領(lǐng)域只有部分軟件能直接鏈接GIS服務(wù)。目前這個(gè)問(wèn)題通過(guò)對(duì)BIM軟件的二次開(kāi)發(fā)可以得到解決。BIM軟件的制造商已經(jīng)在完善其軟件，在未來(lái)的1～2年將會(huì)直接支持GIS服務(wù)。同時(shí)在GIS領(lǐng)域，City GML也在不斷更新和完善，支持軟件也會(huì)越來(lái)越多。屆時(shí)兩個(gè)領(lǐng)域的服務(wù)和應(yīng)用將達(dá)到完全的互通。

圖2 Infraworks軟件調(diào)用WFS服務(wù)

[1] ISO 12006-2. Building construction of information about construction works-Part2：Framework for classifi-cation of information[S]，2001.

[2] ISO 12006-3. Building construction-of information about construction works-Part3：Framework for object-oriented information exchange[S]，2007.

[3] IAI. IFD Specification[S/OL]. http://www.iai-tech.org/ products/ifd_specification.

[4] Open GIS Consortium.OpenGIS Service Architecture[R/ OL]. http://www.opengis.org/docs/02-112.pdf，2002.

[5] Open GIS Consortium.Web Map ServiceImplementation Specification[S/OL]，Version1.1.1. http:// www.opengeospatial.org/standards/as，2002.

[6] 吳家菊，劉剛，席傳裕. 基于Web Service的面向服務(wù)（SOA）架構(gòu)研究[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2005(14)：1-4，7.

[7] 徐金燕. 基于SOA架構(gòu)的主機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視服務(wù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 長(zhǎng)春：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)，2010.

王瑋：中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，工程師，陜西西安，710043

責(zé)任編輯楊環(huán)

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1672-061X（2014）05-0089-03