電氣設(shè)備在BIM與GIS中的幾何與語義一致性

王興華，王彥峰，雷翔勝，許成昊，趙智堯

（1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心，廣州 510080；2.中國能建集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣州 510663）

0 引言

伴隨元宇宙、虛擬現(xiàn)實(shí)和數(shù)字孿生等數(shù)字化技術(shù)的興起，電力行業(yè)也在積極尋求數(shù)字化轉(zhuǎn)型來提高電網(wǎng)服務(wù)水平、質(zhì)量和效率。為了具備更強(qiáng)的全局感知能力、決策能力和執(zhí)行能力，電網(wǎng)公司提出“數(shù)字電網(wǎng)”的概念，并明確“數(shù)字電網(wǎng)”具有可視化和輔助決策的特征［1］。其中可視化特征主要采用人工建模和自動(dòng)半自動(dòng)方法三維建模來實(shí)現(xiàn)［2］?；诰_和詳細(xì)的三維空間模型內(nèi)部和外部信息，承載設(shè)計(jì)信息的建筑信息模型（building information modeling，BIM）可為輔助決策提供強(qiáng)有力的支持。

BIM為電網(wǎng)工程提供了創(chuàng)建、存儲和管理相關(guān)信息的手段［3］。在BIM平臺上協(xié)同工作，雖然參與電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)任務(wù)的各專業(yè)可以降低信息溝通的成本，但是全生命周期各階段的數(shù)據(jù)依然相互割裂且缺乏互操作性。這導(dǎo)致聚焦于小空間尺度的BIM技術(shù)無法獨(dú)立支撐工作，因此BIM迫切需要與地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）進(jìn)行整合［4］。在電網(wǎng)工程行業(yè)，至少有80%的信息需要基于地理空間信息進(jìn)行采集和分析［5-6］，BIM和GIS之間的集成可以進(jìn)一步增強(qiáng)信息共享。GIS提供的空間位置信息、周邊環(huán)境信息和地址水文信息能夠在項(xiàng)目選址、大件運(yùn)輸?shù)确矫鏋锽IM施工模擬提供幫助，同時(shí)BIM模型可以為GIS提供包含內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精細(xì)三維模型，實(shí)現(xiàn)高效管理。BIM模型中的關(guān)鍵組件和GIS數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵組件之間的幾何與語義一致性映射是實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)領(lǐng)域集成的關(guān)鍵步驟。

現(xiàn)有的研究中已經(jīng)闡明BIM領(lǐng)域與GIS領(lǐng)域存在對彼此的信息需求。GIS可以在三維空間中操作、分析、管理和展示不同類型地理空間數(shù)據(jù)，關(guān)于GIS在電網(wǎng)工程中的應(yīng)用已經(jīng)有了一些研究。錯(cuò)亂的材料布局會(huì)導(dǎo)致場地?fù)頂D，使項(xiàng)目延誤和成本超支，為此Su等人提出了基于GIS的建筑工地材料布局動(dòng)態(tài)評估模型［6］。Sim?o等人使用GIS進(jìn)行協(xié)作規(guī)劃，以此引導(dǎo)利益相關(guān)方共同參與到風(fēng)電場選址和風(fēng)能規(guī)劃中［7］。Isikdag等人研究了GIS在BIM模型選址和火災(zāi)響應(yīng)方面的應(yīng)用［8］。BIM模型能夠豐富GIS的信息源。Benner等人使用BIM模型提出了一種提取3D建筑語義信息的方法［9］。Hijazi等人開展了以BIM模型建模參考，對3D GIS擴(kuò)充建筑內(nèi)部設(shè)施的研究。

工業(yè)基礎(chǔ)類（industry foundation class，IFC）和城市地理標(biāo)記語言（city geographic markup language，CityGML）分別在BIM和GIS領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，因此選擇它們作為兩種平臺的數(shù)據(jù)格式。IFC是1994年由國際互操作性聯(lián)盟（international alliance for interoperability）發(fā)起的基于Express語言的開放數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，CityGML是在2002年由德國的地理數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目特別工作組（special interest group 3D，SIG 3D）開發(fā)的一個(gè)GIS標(biāo)準(zhǔn)。IFC試圖捕獲與建筑相關(guān)的所有信息，如建筑組件的詳細(xì)幾何結(jié)構(gòu)和語義信息，如成本、調(diào)度和效用信息。CityGML模型通常用于根據(jù)地圖或建筑物的幾何形狀捕捉人口信息。

變電站作為電網(wǎng)工程系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)，其規(guī)模隨著電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展不斷地?cái)U(kuò)大。作為電壓和電流進(jìn)行變換、集中和分配的場所，變電站的數(shù)字化也是學(xué)術(shù)界研究的重點(diǎn)。本文中我們將研究范圍鎖定在變電站內(nèi)，以站區(qū)內(nèi)的電氣設(shè)備作為研究對象，探索一種BIM與GIS融合場景中電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)幾何與語義一致性映射的方法?，F(xiàn)有研究的映射方法主要針對于建筑物的BIM設(shè)計(jì)模型，因此我們不能采用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換方法來測試。本文提出了一個(gè)IFC和CityGML之間的映射框架，該框架由兩個(gè)部分組成：

1）電氣設(shè)備的幾何坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

2）對IFC和CityGML中的不同術(shù)語集使用圖進(jìn)行映射。

1 研究背景和相關(guān)工作

1.1 IFC和CityGML介紹

IFC能夠表達(dá)建筑物的幾何信息與豐富的語義信息［10］。BIM模型中的構(gòu)件可以由邊界表示（boundary representation，Brep）、掃瓊體和構(gòu)造立體幾何（constructive solid geometry，CSG）的一種單獨(dú)表示或幾種的組合體表示。BRep利用邊界曲面來表示物體的形狀。在橫掃實(shí)體中，物體的橫截面將首先被定義，然后在特定的方向擠壓到一個(gè)定義的長度，以顯示實(shí)體形狀。CSG是對象布爾運(yùn)算的結(jié)果。IFC可以存儲各種語義信息，如所有者信息、模型的修改歷史、構(gòu)建組件的成本和進(jìn)度等?；贗FC的BIM模型可用于工程建設(shè)的各個(gè)階段，如規(guī)劃階段［11］、設(shè)計(jì)階段［12］、施工階段［13］、運(yùn)維階段［14］。CityGML于2007年被開放地理空間聯(lián)盟（open geospatial consortium， OGC）認(rèn)定為數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。CityGML是第一個(gè)支持豐富語義信息的三維GIS數(shù)據(jù)格式［15］。

1.2 IFC和CityGML映射相關(guān)研究

IFC和CityGML之間映射的研究已經(jīng)成為了熱點(diǎn)研究內(nèi)容。Rafiee認(rèn)為BIM模型沒有使用地理定位，而是使用一個(gè)阻礙環(huán)境分析的局部坐標(biāo)系統(tǒng)，因此將BIM轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的地理定位模型有助于有效地回答許多環(huán)境問題［16］。許多學(xué)者嘗試建立IFC與GIS標(biāo)準(zhǔn)之間的映射，這些方法可以分為兩類，一類方法基于BIM領(lǐng)域完成，人們試圖用GML的內(nèi)容擴(kuò)展BIM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，而GML是CityGML的基礎(chǔ)。另一種方法側(cè)重于擴(kuò)展GIS標(biāo)準(zhǔn)，以便包含來自BIM模型的信息。然而，這兩種方法只支持單向映射。它們只能允許從一種格式轉(zhuǎn)換為另一種格式。這兩種單向的映射方式會(huì)造成信息損失，不利于BIM和GIS的集成。

為解決BIM和GIS的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)映射問題，學(xué)者們提出了很多方法，比如圖轉(zhuǎn)換和本體論。圖被認(rèn)為是表示不同類型主題的合適結(jié)構(gòu)，例如抽象語法樹、依賴圖和對象圖，Tauscher等提出了圖轉(zhuǎn)化模型［17］。在某一領(lǐng)域內(nèi)，本體是通過在使用一組預(yù)定義的概念以及概念之間的關(guān)系來表示知識的［18］。本體作為一種有效表現(xiàn)概念層次結(jié)構(gòu)和語義的模型，它可以描述概念及概念之間關(guān)系，并通過概念之間的關(guān)系來描述概念的語義［20］。參考本體的設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)模式之間的互操作性或數(shù)據(jù)映射。El-Mekawy提出統(tǒng)一建筑模型作為轉(zhuǎn)換中介，該模型可以促進(jìn)IFC和CityGML之間的空間信息轉(zhuǎn)換［20］。統(tǒng)一模型被定義為一個(gè)超集模型，它被擴(kuò)展到包含IFC和CityGML建筑模型的所有特征和對象。

1.3 數(shù)字電網(wǎng)工程相關(guān)研究

在電網(wǎng)工程領(lǐng)域，BIM和GIS已經(jīng)單獨(dú)或共同參與到電網(wǎng)工程全生命周期中的各個(gè)階段。GIS在電網(wǎng)的規(guī)劃階段已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，空間信息可以將已有線路、城市區(qū)位和地理環(huán)境相互融合在一起［21］。對電網(wǎng)輸電線路選址選線，根據(jù)區(qū)域內(nèi)負(fù)荷情況以及復(fù)雜的三維空間環(huán)境，以降低線路損耗和經(jīng)濟(jì)性為目的確定變電站的容量和空間位置［22］。李佳祺在500 kV數(shù)字孿生變電站建設(shè)之中，將傳統(tǒng)的甘特圖三級進(jìn)度管理與BIM設(shè)計(jì)模型建立聯(lián)系［23］。張廣平在750 kV變電站設(shè)計(jì)中也采用BIM技術(shù)來解決平臺分散和總體環(huán)境不配套的問題［24］。2013年國家電網(wǎng)基于BIM和GIS推出電網(wǎng)信息模型（grid information model， GIM）來滿足電網(wǎng)工程三維設(shè)計(jì)階段中不同組件的數(shù)字化和各階段數(shù)據(jù)整合的需求［25］。GIM有三點(diǎn)優(yōu)勢，首先是GIM采用參數(shù)化建?？梢詼p少模型的數(shù)據(jù)存儲量，提升建模效率，其次是GIM模型采用層次結(jié)構(gòu)可以減少冗余，最后是圖形和屬性一致便于查詢和調(diào)用［26］。目前在電網(wǎng)工程中BIM與GIS之間的結(jié)合過程中重視土建部分而輕視了電氣設(shè)備，因此現(xiàn)有三維模型主要服務(wù)設(shè)計(jì)階段而在施工和運(yùn)維階段的應(yīng)用較淺。為了加深BIM與GIS在電網(wǎng)工程中的融合程度，需要提出一種在兩個(gè)領(lǐng)域之間電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換方法。

2 幾何與語義一致性映射

本文提出了基于圖轉(zhuǎn)換的變電站電氣設(shè)備IFC和CityGML文件格式的幾何與語義一致性映射方法。通過該方法，變電站BIM模型中電氣設(shè)備將可以導(dǎo)入到GIS平臺中。轉(zhuǎn)換規(guī)則集作為映射的核心模塊，承載和轉(zhuǎn)換兩種數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的信息。通過構(gòu)建變電站電氣設(shè)備本體和基于實(shí)例的映射規(guī)則生成，轉(zhuǎn)換過程如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換流程圖Fig.1 Workflow of data format conversion

本研究采用開源的Python工具包“IfcOpenSheel”作為IFC解析器。IfcOpenSheel可以讀取IFC文件并將其解析成對象樹，同時(shí)獲取電氣設(shè)備IFC文件的所有幾何與語義信息。CityGML的解析器是CityGML4j，它是一個(gè)應(yīng)用程序編程接口（API），用于讀取和寫入GML文件。

2.1 電氣設(shè)備IFC解析

各類變電站都包含大量不同種類的電氣設(shè)備。不同類型的電氣設(shè)備的組件類型和組件數(shù)量都有巨大的差異，比如油浸式變壓器一般會(huì)包含11類組件，而換流閥通常只由7類組件組成，因此每種電氣設(shè)備都需要根據(jù)自身組件單獨(dú)建立圖轉(zhuǎn)化規(guī)則集。在解析電力設(shè)備之前需要先明確變電站IFC文件中的電氣設(shè)備類型。

與能夠細(xì)化到組件信息的建筑BIM模型不同，由于IFC格式中不包含電氣設(shè)備的類，因此電氣設(shè)備廠商無法提供組件粒度的BIM模型。相比于建筑BIM模型已經(jīng)包含組件級的關(guān)聯(lián)和語義信息，電氣設(shè)備的BIM模型解析則需先確認(rèn)設(shè)備類型，然后按照設(shè)備所包含的組件分別進(jìn)行解析。目前變電站內(nèi)常見的電氣設(shè)備BIM模型只表達(dá)了對象的幾何形態(tài)，如圖2所示，忽視了部件之間的關(guān)聯(lián)性，比如變壓器BIM模型中的油枕、儲油柜和凈油器之間就不存在任何關(guān)系。為了解決這一問題，我們需要從一個(gè)整體的電氣設(shè)備BIM模型中分離出不同組件。

圖2 變電站常見電氣設(shè)備的BIM模型Fig.2 BIM model of common electrical equipment in substations

電氣設(shè)備BIM模型通常被整體制作，設(shè)備組件只能由圖元表示，同時(shí)IFC文件并未指明圖元與設(shè)備組件的從屬關(guān)系。每一個(gè)圖元由多個(gè)IFC類進(jìn)行表示，整個(gè)電氣設(shè)備模型的IFC文件中會(huì)包含有大量的類需要根據(jù)組件的形態(tài)特性從IFC文件中包含的基礎(chǔ)圖元中提取出對應(yīng)圖元。因此我們首先對每一電氣設(shè)備BIM模型所包含的類都進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如圖3所示。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以明顯看出IfcPolyLoop、 IfcFaceOuterBound、 IfcFace、 Ifc-CartesianPoint四類是表示圖元幾何信息的類。

圖3 電氣設(shè)備BIM模型IFC類統(tǒng)計(jì)Fig.3 Statistical result of IFC classes including in electrical equipment BIM model

梳理電氣設(shè)備模型中所包含的IFC類之間的從屬關(guān)系可以將這些類劃分為包含幾何信息的類和語義信息的類，如表1所示。幾何信息的類定義了設(shè)備模型的組成圖元的尺寸、方向和空間位置，語義信息的類定義了組件的歷史修改記錄、場地信息和空間上下文信息。通過梳理關(guān)系可以生成IFC類之間的樹狀結(jié)構(gòu)，圖4為變壓器的IFC類之間關(guān)系的一個(gè)簡單示例。

圖4 變壓器IFC類的從屬關(guān)系Fig.4 Subordination of transformer IFC classes

表1 電氣設(shè)備IFC的幾何與語義類Tab.1 IFC classes with geometric and semantic information

針對IFC模型的樹狀結(jié)構(gòu)，解析器的設(shè)計(jì)通常遵循兩種路線：自頂向下方法和自底向上方法。自頂向下方法首先獲取IFC的根并找到它的子實(shí)體，而自底向上方法搜索不可分割的對象并從這些葉節(jié)點(diǎn)開始構(gòu)建樹。自底向上的方法對于BIM模型和GIS模型是有效的，因?yàn)樗雎粤艘恍┎槐匾乃阉鳌Ｈ欢?，對于?fù)雜的設(shè)備模型，整個(gè)文件樹的重構(gòu)時(shí)間可能太長，因?yàn)閷ο笾g可能存在不止一個(gè)關(guān)系。因此在我們的框架中采用的解析器策略是自頂向下的方法。解析器將通過查看這些反向?qū)傩哉业絀fcProject和相關(guān)的IfcBuilding，然后繼續(xù)向下查找，直到訪問所有組件的圖元。以變壓器為例，其過程如圖5所示，藍(lán)線表示語義信息解析路線，紅線表示幾何信息解析過程。

圖5 電氣設(shè)備BIM模型IFC文件解析過程

2.2 基于圖的映射框架

IFC和CityGML之間的映射是基于圖完成的，而圖又是基于IFC和CityGML文件格式的組織結(jié)構(gòu)生成的。雖然IFC和CityGML都能被用于表示空間對象的幾何信息，但表現(xiàn)方法和對象的組織結(jié)構(gòu)并不相同，比如設(shè)備的外表面在IFC中用IfcFace類來表示，而CityGML則要用Wall類來表示。通過檢查IFC和CityGML中組件的不同實(shí)例，我們構(gòu)建了兩種組織結(jié)構(gòu)之間的映射規(guī)則，如表2所示。

表2 IFC類組織結(jié)構(gòu)映射規(guī)則Tab.2 Mapping rules of organization structure for IFC classes

3 幾何信息轉(zhuǎn)換

從IFC和CityGML進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至關(guān)重要的步驟就是將IFC的局部的相對坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為CityGML的絕對坐標(biāo)系統(tǒng)。CityGML中所有對象的坐標(biāo)值都是絕對坐標(biāo)，無需以其他對象為參考。從局部位置系統(tǒng)到世界坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換可以通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法實(shí)現(xiàn)。

式中：I為IFC的坐標(biāo)；C為CityGML的坐標(biāo)；下標(biāo)xyz為坐標(biāo)符號；M為旋轉(zhuǎn)矩陣；Δ為平移量。

除了坐標(biāo)系統(tǒng)不同之外，IFC與Citygml的幾何表達(dá)方式也存在不同。例如，設(shè)備一處外表面的坐標(biāo)點(diǎn)存儲在IfcPolyLoop的下級節(jié)點(diǎn)中，而在CityGML中，相同的區(qū)域可能由一個(gè)坐標(biāo)列表表示，如圖6所示。通過制定的幾何映射圖將IFC中的節(jié)點(diǎn)空間位置逐個(gè)保存至CityGML中，如圖7所示。

圖6 IFC與CityGML的幾何信息表達(dá)方式Fig.6 Expression of geometric information of IFC and CityGML

4 語義屬性映射

電氣設(shè)備的BIM模型除了幾何信息還包含了建筑構(gòu)件的語義信息，語義信息分為屬性信息和構(gòu)件的關(guān)聯(lián)信息。屬性信息可以直接進(jìn)行映射，而構(gòu)件之間的關(guān)聯(lián)信息則是隱性的信息，需要從IFC中進(jìn)行提取。通過閱讀這些關(guān)系定義可以生成定義組件之間關(guān)系的BIM模型的樹形結(jié)構(gòu)，如圖8（a）所示。BIM模型中，一個(gè)電氣設(shè)備對應(yīng)于CityGML就是一棟建筑物，因此將電氣設(shè)備中的每個(gè)組件定義為建筑物中的一層樓，以此實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)信息的構(gòu)建，如圖8（b）所示。

圖8 IFC到CityGML語義映射圖Fig.8 Semantic information mapping from IFC to CityGML

5 實(shí)驗(yàn)

5.1 幾何與語義信息轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)

幾何信息映射的核心是將IFC的幾何信息表達(dá)方式轉(zhuǎn)換為CityGML的表達(dá)方式。根據(jù)上文所述的IFC文件解析方法，首先需要整理變壓器IFC格式的幾何信息。第一步讀取IFC文件中的IfcAxis2 Placement3D類，獲取所有坐標(biāo)系的空間位置信息和坐標(biāo)軸朝向信息，獲取IfcLocalPlacement類確認(rèn)坐標(biāo)系之間的關(guān)系。第二步提取文件中的Ifc-CartesianPoint類，讀取所有節(jié)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，根據(jù)局部坐標(biāo)系之間的空間關(guān)系將節(jié)點(diǎn)的相對坐標(biāo)換算為全局坐標(biāo)，如圖9所示。

圖9 IFC格式幾何信息轉(zhuǎn)換至CityGMLFig.9 Conversion of geometry information from IFC to CityGML

然后讀取IFC文件中變壓器的屬性信息。第一步，讀取IfcProduct，IfcOwnerHistory可以獲取設(shè)備的類型，功能和用途。第二步，讀取IfcSite和IfcProject可以獲取設(shè)備的安裝位置和變壓器模型的組成元素之間的空間關(guān)系。

其次根據(jù)梳理IFC文件中各個(gè)實(shí)例的關(guān)聯(lián)關(guān)系。第一步，讀取IfcshapeRepresentation實(shí)例中所包含的IfcFacetedBrep實(shí)例編號，建立所有模型組成元素之間的聯(lián)系。第二步，讀取每個(gè)IfcFacetedBrep實(shí)例中所包含的平面IfcFace實(shí)例編號，建立組成包絡(luò)體的所有面的關(guān)聯(lián)關(guān)系。第三步，讀取每個(gè)IfcFace實(shí)例中所包含的節(jié)點(diǎn)IfcCartesianPoint實(shí)例編號，建立節(jié)點(diǎn)與模型邊緣的關(guān)系。

5.2 IFC格式與CityGML格式對比實(shí)驗(yàn)

獲取模型的所有頂點(diǎn)的空間信息與關(guān)聯(lián)關(guān)系后，采用三角剖分方法，以模型的所有頂點(diǎn)構(gòu)建三角面片以此來構(gòu)建變壓器的三維模型。以變壓器IFC模型為例，所生成的幾何體共包含57 040個(gè)三角面片，如圖10（a）所示。IFC格式在三維顯示時(shí)可以通過參數(shù)化建模的方法實(shí)現(xiàn)，如圖10（b）所示。

圖10 IFC和CityGML不同的三維顯示方式Fig.10 Different 3D representations of IFC and CityGML

為了測試IFC和CityGML兩種格式在顯示效率和存儲空間占用的情況，本文選擇了電網(wǎng)工程項(xiàng)目中常見的10種電氣設(shè)備作為測試對象。在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，將電氣設(shè)備從IFC格式轉(zhuǎn)為CityGML格式后，存儲空間占用明顯增大。CityGML的文件占用空間約為IFC的2～3倍，如圖11（a）所示。在顯示時(shí)所花費(fèi)的處理時(shí)間，兩者也存在很大的差別，IFC的處理時(shí)間也要明顯大于CityGML，對于結(jié)構(gòu)簡單的電氣設(shè)備，其處理時(shí)間并不存在明顯的數(shù)值關(guān)系，而對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電氣設(shè)備，IFC的處理時(shí)間約為CityGML 2倍左右。

圖11 IFC和CityGML的存儲空間和處理時(shí)間對比Fig.11 Comparison of IFC and CityGML memory cost and processing time

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出，電氣設(shè)備以IFC格式占據(jù)更少的存儲空間，因此在面對大規(guī)模電氣設(shè)備的存儲需求時(shí)，會(huì)具有更高的經(jīng)濟(jì)性。CItyGML的優(yōu)點(diǎn)則是表達(dá)形式簡單，因此解析和重構(gòu)速度要明顯快于IFC，處理時(shí)間可以縮短約一倍，如表3所示。

表3 IFC與CityGML的對比結(jié)果Tab.3 Comparison results of IFC and CityGML

雖然目前計(jì)算機(jī)的存儲空間已不是制約應(yīng)用的瓶頸，但在面對海量數(shù)據(jù)并在線處理數(shù)據(jù)時(shí)，如何提高處理效率是亟須解決的問題。從對比結(jié)果中可以看出，CityGML在處理速度上比IFC格式要快近一倍。

6 結(jié)語

本文提出一種基于圖映射的方法作為電氣設(shè)備IFC格式化到CityGML格式的建筑模型的語義和幾何轉(zhuǎn)換的形式化框架。圖映射方法支持從IFC到CityGML的語義映射，從這種映射生成轉(zhuǎn)換過程，以實(shí)現(xiàn)從BIM模型到CityGML建筑模型的完整且近乎無損的映射。在BIM模型中獲取幾何和語義信息，以創(chuàng)建包含外部和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的豐富語義的電氣設(shè)備模型。經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的電氣設(shè)備將以CityGML的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行表示，同時(shí)空間內(nèi)的建筑設(shè)施和周邊環(huán)境也將采用CityGML進(jìn)行表示，比如土地利用類型、道路、山體。首先，從數(shù)據(jù)層面打通BIM與GIS之間的障礙，為大區(qū)域內(nèi)數(shù)字孿生的三維模型構(gòu)建奠定基礎(chǔ)，其次，直接將BIM模型添加于地理底圖中，由于GIS分析并不支持該格式，因此無法發(fā)揮GIS的分析功能，而CityGML是標(biāo)準(zhǔn)的GIS數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)GIS的空間分析功能在BIM模型上的深度應(yīng)用。

本文通過將BIM模型中的電氣設(shè)備IFC格式轉(zhuǎn)換為GIS系統(tǒng)所支持的CityGML格式，可以對未來開展的數(shù)字孿生技術(shù)在電網(wǎng)應(yīng)用中提供三維空間分析能力，以解決目前電網(wǎng)信息感知能力不足，空間分析預(yù)測模型不全等問題。