基于GIS的BIM模型建立在地下管網(wǎng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用

闕瑜

【摘 要】BIM模型的節(jié)點(diǎn)優(yōu)化功能和GIS數(shù)據(jù)的處理分析功能都是各自的領(lǐng)先方面，使BIM技術(shù)和GIS技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行完美結(jié)合，為工程建設(shè)提供有利的數(shù)據(jù)支持和平臺(tái)管理，是當(dāng)前大數(shù)據(jù)時(shí)代亟待解決的問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)地下管網(wǎng)的建模研究基于GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的BIM模型構(gòu)建的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】GIS數(shù)據(jù)庫(kù)；BIM技術(shù)；三維動(dòng)態(tài)管理模型；數(shù)據(jù)應(yīng)用

一、引言

黨的十九大報(bào)告進(jìn)一步指出，中國(guó)特色社會(huì)主義進(jìn)入了新時(shí)代，進(jìn)入了從站起來(lái)、富起來(lái)到強(qiáng)起來(lái)的偉大飛躍，我國(guó)社會(huì)主要矛盾已經(jīng)轉(zhuǎn)化為人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾。習(xí)近平在2018年新年賀詞中再次強(qiáng)調(diào)，要“讓人民生活更加幸福美滿”。實(shí)現(xiàn)城市管理精細(xì)化，成為全國(guó)各大中型城市政府的一項(xiàng)重要任務(wù)。而智慧城市的建設(shè)順應(yīng)了人民對(duì)美好生活的需要，在智慧城市建設(shè)中，由于城市動(dòng)脈的地下管網(wǎng)在無(wú)聲中為人民的生活輸送能量。地下管網(wǎng)的建設(shè)優(yōu)化尤其重要。

在地下管網(wǎng)的建設(shè)規(guī)劃中，管網(wǎng)的定位信息和節(jié)點(diǎn)管理成為了重中之重。由于城市的飛速發(fā)展，地下管網(wǎng)不但像動(dòng)脈控制著人們的生活，也像各種小筋脈滲透到城市的各個(gè)角落。所以地下管網(wǎng)中定位信息數(shù)據(jù)不斷增加形成了大型的數(shù)據(jù)庫(kù)，這種包含大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)不但對(duì)精度要求越來(lái)越高，對(duì)各種拓?fù)潢P(guān)系中的信息查詢利用也越來(lái)越頻繁。隨著1967年開(kāi)發(fā)的CGIS系統(tǒng)到現(xiàn)代ERSI公司開(kāi)發(fā)的GIS軟件不斷發(fā)展，地理信息系統(tǒng)也從數(shù)據(jù)到過(guò)程到解釋結(jié)果進(jìn)行了完美過(guò)渡，這種現(xiàn)代GIS技術(shù)處理地下管網(wǎng)的地理信息顯得游刃有余。

但地下管網(wǎng)每天也在不斷更新優(yōu)化，在建設(shè)管理運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，要對(duì)這種實(shí)體進(jìn)行精確把控管理就需要建筑信息模型。BIM技術(shù)通過(guò)數(shù)字化技術(shù)，為這個(gè)地下管網(wǎng)提供完整的、與實(shí)際情況一致的建筑工程信息庫(kù)。實(shí)現(xiàn)了從空間、時(shí)間上的雙重把控。提高地下管網(wǎng)模型的集成化程度。本文主要闡述在實(shí)際的技術(shù)融合過(guò)程中問(wèn)題和基于大數(shù)據(jù)時(shí)代中現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)想。

二、BIM技術(shù)和GIS技術(shù)簡(jiǎn)述

BIM建立虛擬的建筑工程三維模型包含建筑工程信息庫(kù)。該信息庫(kù)不僅包含描述建筑物構(gòu)件的幾何信息、專(zhuān)業(yè)屬性及狀態(tài)信息，還包含了非構(gòu)件對(duì)象（如空間、運(yùn)動(dòng)行為）的狀態(tài)信息。借助這個(gè)包含建筑工程信息的三維模型，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，從而為建筑工程項(xiàng)目的相關(guān)利益方提供了一個(gè)工程信息交換和共享的平臺(tái)。

地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem），簡(jiǎn)稱(chēng)GIS系統(tǒng)。它是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。

三、BIM技術(shù)在GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中構(gòu)建地下管網(wǎng)模型

為了綜合利用BIM技術(shù)和GIS技術(shù)，使兩種技術(shù)為復(fù)雜多變的地下管網(wǎng)服務(wù)，需要基于兩種技術(shù)建立互相融合識(shí)別的工作平臺(tái)。目前兩種技術(shù)數(shù)據(jù)處理速度受限，不能單純把兩種技術(shù)直接簡(jiǎn)單融合，在計(jì)算機(jī)語(yǔ)言處理方面也不能達(dá)到共用，大多數(shù)國(guó)內(nèi)平臺(tái)都是通過(guò)建立動(dòng)態(tài)的工作平臺(tái)，同時(shí)操作兩種數(shù)據(jù)庫(kù)，在一些結(jié)構(gòu)的邊界進(jìn)行簡(jiǎn)單定位和拾取。

通常使用的BIM技術(shù)和GIS數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建地下管網(wǎng)模型的步驟為：1、首先通過(guò)BIM技術(shù)建立三維模型，并通過(guò)各種碰撞檢查使得結(jié)構(gòu)之間更合理更精細(xì)。2、然后再講BIM模型中精細(xì)化的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入supermap 軟件中。在導(dǎo)入SUPERMAP軟件時(shí)注意對(duì)定位技術(shù)的要求，要選擇好適當(dāng)?shù)慕?jīng)緯點(diǎn)，將整個(gè)模型與實(shí)際空間進(jìn)行連接定位。3、最后通過(guò)對(duì)導(dǎo)入GIS平臺(tái)SUPERMAP軟件的BIM模型進(jìn)行外殼提取，對(duì)特定邊界進(jìn)行空間定位，從而達(dá)到對(duì)模型中每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行定位。將精細(xì)化的BIM模型無(wú)所保留的載入GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中，并達(dá)到可視化效果。那么在對(duì)地下管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建模型時(shí)尤其需要注意以下幾點(diǎn)：（1）地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)由于其特殊性，邊界數(shù)據(jù)不是簡(jiǎn)單的直線邊界。而是一些光滑的曲線或者曲面，那么在對(duì)邊界信息進(jìn)行定義和拾取的時(shí)候通常是對(duì)軸線進(jìn)行拾取。通過(guò)軸線來(lái)定位BIM模型中的其他位置關(guān)系。（2）在可視化效果處理時(shí)由于曲線數(shù)據(jù)的解析比直線數(shù)據(jù)解析效率更低，所以在可視化過(guò)程中需要對(duì)管網(wǎng)的個(gè)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。（3）地下管網(wǎng)的空間關(guān)系往往比單個(gè)建筑、構(gòu)筑物更復(fù)雜，所以在節(jié)點(diǎn)的處理和空間位置關(guān)系的處理上容易出現(xiàn)黏連，那么在進(jìn)行定位檢查時(shí)需要更仔細(xì)。

四、BIM技術(shù)和GIS技術(shù)融合問(wèn)題及解決構(gòu)想

BIM精細(xì)化三維模型中的數(shù)據(jù)是三維GIS重要的數(shù)據(jù)來(lái)源，然而兩者數(shù)據(jù)模型在幾何和語(yǔ)義上差異是阻礙BIM與GIS集成應(yīng)用的重要問(wèn)題。

而目前常用的計(jì)算機(jī)融合手段通常是為了能使所有數(shù)據(jù)在平臺(tái)內(nèi)相互流通，需要將所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為BIM使用的IFC標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，然后將IFC標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量地理格式，通過(guò)GIS數(shù)據(jù)工作原理，用ID相互連接，是數(shù)據(jù)在兩種不同的軟件平臺(tái)進(jìn)行流通。然后在構(gòu)建模型時(shí)將BIM模型進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，將其轉(zhuǎn)換為GIS模型中的SKYLINE軟件需要的DIRECT X格式，最后語(yǔ)義的解析就使用GIS數(shù)據(jù)中的ID值，然后再對(duì)三維skyline軟件在GIS平臺(tái)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，對(duì)BIM的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、細(xì)化。建立精細(xì)的三維動(dòng)態(tài)管理模型。

GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)功能和不斷擴(kuò)展的二次開(kāi)發(fā)功能，使得各種語(yǔ)言在該平臺(tái)進(jìn)行融合，而從空間和實(shí)體上的融合需要BIM技術(shù)的支持。所以雖然GIS技術(shù)與BIM技術(shù)的融合還處于探索階段，但計(jì)算機(jī)軟件功能的開(kāi)發(fā)勢(shì)必會(huì)使得這兩項(xiàng)技術(shù)為更便利的工程管理服務(wù)進(jìn)行不斷優(yōu)化融合。SUPERMAP已經(jīng)有了對(duì)多元數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)縫集成的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)發(fā)展的其他開(kāi)發(fā)工具，不但會(huì)在算法分析、語(yǔ)義定義上進(jìn)行集成，甚至可以通過(guò)CAD軟件進(jìn)行插件設(shè)計(jì)，然后在進(jìn)行可視化展示。這也將是工程技術(shù)中BIM和GIS技術(shù)融合的發(fā)展趨勢(shì)。

五、融合技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景

BIM模型和GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的集成助力在地下管網(wǎng)建設(shè)的各個(gè)方面，如地下管網(wǎng)的全生命周期中的建設(shè)、使用、維護(hù)。未來(lái)融合技術(shù)會(huì)在地下管網(wǎng)的如下領(lǐng)域進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究：

（1）空間規(guī)劃設(shè)計(jì)：地下管網(wǎng)為了節(jié)約空間通常埋設(shè)在地下，所以其空間位置關(guān)系在設(shè)計(jì)規(guī)劃階段都屬于不可見(jiàn)，那么為了合理利用好地下管網(wǎng)的“家”，那么對(duì)地表下的開(kāi)發(fā)利用和數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)需要GIS數(shù)據(jù)和勘測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。

（2）建設(shè)管理階段：通過(guò)建筑信息模型的節(jié)點(diǎn)分析設(shè)計(jì)中，可以對(duì)地下管網(wǎng)在建工程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，這是BIM模型本就具有的功能，但在實(shí)施過(guò)程中，往往各單位對(duì)數(shù)據(jù)的需求不同，導(dǎo)致其在數(shù)據(jù)調(diào)用時(shí)不能具體分析，那么為了使BIM技術(shù)在功能上更強(qiáng)大，在使用中更方便。通常應(yīng)該設(shè)置一些根據(jù)使用單位不同的“傻瓜式”插件，這些插件在單位調(diào)用數(shù)據(jù)時(shí)能有具體數(shù)據(jù)的使用側(cè)重點(diǎn)。將建設(shè)過(guò)程中的審核階段放入模型中，會(huì)使得模型更動(dòng)態(tài)。

（3）運(yùn)營(yíng)維護(hù)應(yīng)用：由于地下管網(wǎng)涉及的單位眾多，而且權(quán)屬側(cè)重不一致，各單位還有涉密部分，所以在運(yùn)營(yíng)維護(hù)時(shí)通常調(diào)用數(shù)據(jù)沒(méi)有權(quán)限，未來(lái)建立公開(kāi)數(shù)據(jù)系統(tǒng)和加密數(shù)據(jù)系統(tǒng)、審核系統(tǒng)為一體的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)將是GIS的發(fā)展研究方向，當(dāng)然這些系統(tǒng)在建立之前都需要統(tǒng)一的規(guī)范設(shè)計(jì)。這將是一個(gè)巨大工作量，也是一個(gè)大的發(fā)展研究方向。