CN109918526B - 一种面向规划管理的bim与3dgis融合方法 - Google Patents

Abstract

本发明方法应用于城市规划管理领域。该面向规划管理的BIM与3DGIS融合方法，其特征在于，首先构建语义知识库以实现以语义检索条件将建设工程设计方案BIM数据快速提取并植入到现状三维地理信息数据；以三维图层中的每个建筑构件单体为独立控制对象，根据BIM方案所在地块范围利用已有的空间分析算法计算出对应区域现状模型在方案中的植入范围，自动隐藏方案建设区域现状模型，实现BIM数据植入到现状GIS数据中。本发明面向城市规划管理的业务需求，为一套高效、完整的BIM与GIS融合技术方法。

Description

一种面向规划管理的BIM与3DGIS融合方法

技术领域

本发明方法应用于城市规划管理领域。

背景技术

BIM技术是一种多维(三维空间、四维时间、五维成本、N维更多应用)模型信息集成技术，可以使建设项目的所有参与方(包括政府主管部门、业主、设计、施工、监理、造价、运营管理、项目用户等)在项目从概念产生到完全拆除的整个生命周期内都能够在模型中操作信息和在信息中操作模型，从而根本上改变从业人员依靠以符号文字形式的图纸进行项目建设和运营管理的工作方式，实现在建设项目全生命周期内提高工作效率、质量以及减少错误、风险的目标。

近年来，在建筑行业中提出了建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)技术。该技术是应用单位使用BIM建模软件构建三维建筑模型，包含建筑所有构件、设备等几何和非几何信息以及之间关系信息，模型信息覆盖了建筑设计、施工、运维全生命周期信息，并且信息随建设阶段发展不断深化和增加。建设、设计、施工、运营和咨询等单位使用一系列应用软件，利用统一建筑信息模型进行设计和施工，实现项目协同管理、减少错误、节约成本、提高质量和效益。工程竣工后，利用三维建筑模型实施建筑运营管理，提高运维效率。

地理信息***(Geographic Information System)是一种特定的十分重要的空间信息***。它是在计算机硬、软件***支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术***。地理信息***(GIS)技术是近些年迅速发展起来的一门空间信息分析技术，在资源与环境应用领域中，它发挥着技术先导的作用。

GIS技术不仅可以有效地管理具有空间属性的各种资源环境信息，对资源环境管理和实践模式进行快速和重复的分析测试，便于制定决策、进行科学和政策的标准评价，而且可以有效地对多时期的资源环境状况及生产活动变化进行动态监测和分析比较，明显地提高工作效率和经济效益，为解决资源环境问题及保障可持续发展提供技术支持。GIS是一种通过使用计算机获取大量地理信息并对其进行多样性处理的***，而GIS技术则是通过这一***的处理结果来解决实际问题的一种技术。

不同于传统竣工后BIM与现状GIS融合技术，面向规划管理的BIM与3DGIS的融合技术是将计划实施的方案数据与现状地理信息数据进行融合，是对同一地区现状GIS与计划实施的BIM方案进行融合。BIM和GIS的融合是建筑设计全生命周期数据共享与重复利用的重要一环，也是城市智能化规划审批管理所急需解决的一项重要技术。

以往由于BIM数据与GIS数据之间由于数据标准、格式、数据时态信息之间存在一定差异，不仅需要人工对BIM数据进行标准化处理与信息提取与转化，并且BIM方案植入到现状场景的过程中也需要花费大量的人工处理才能实现方案与现状的无缝融合。

在先公开的相关技术文献：

《一种基于BIM的装配式建筑数据协同管理方法及***》(中国专利申请：申请号201810354790.1，申请日2018-04-19，申请人中航建设集团有限公司)公开了技术方案：步骤100、BIM模型规划，利用GIS平台整合BIM模型应用于城市规划；步骤200、BIM模型数字化，以三维模型为基础，利用标准的数据格式，实现设计模型与分析模型的统一，利用冲突规则在检测平台上进行自动化检测；步骤300、信息化管理平台，集成工程项目全方位的信息，并将信息合并到数据库中；步骤400、运维管理阶段，整合施工过程中与运维相关文档和资料，建立BIM竣工模型，并建立相应评价模式，整个模型满足了相关方对BIM模型的需求，且有效降低了子模型结构的复杂度、模型加载和渲染时间，同时，略微增加了模型解析和处理时间，大大提升了BIM模型版本管理及协同的执行效率。

本发明无最接近现有技术。

发明内容

本发明面向城市规划管理的业务需求，提出了一套高效、完整的BIM与GIS融合技术方法，首先构建语义知识库以实现以语义检索条件将建设工程设计方案BIM数据快速提取并植入到现状三维地理信息数据；利用数据库技术实现本发明的三维动态数据服务技术，以三维图层中的每个建筑构件单体为独立控制对象，根据BIM方案所在地块范围利用已有的空间分析算法计算出对应区域现状模型在方案中的植入范围，自动隐藏方案建设区域现状模型，最终实现BIM数据高效、自动地植入到现状GIS数据中。以上，本发明技术方案可实现建设项目规划设计阶段数据的共享与协同，且可解决面向城市规划管理的BIM(Building Information Model)融入现状场景中需要花费大量人力成本的问题。所述项目规划管理的BIM是指已完成项目策划与规划阶段的规划审批专业任务为目标建立的建筑信息模型。

以往三维规划审批方案模型制作只能通过效果图与设计图纸重新建立模型才能导入到场景中，并且由于BIM数据量非常庞大造成了数据加载与浏览效率较低。本发明解决了BIM设计方案数据在规划管理业务中的数据信息提取、融合与应用关键技术，能有效减少以往在BIM数据与GIS数据融合过程中需要花费大量的人力与时间成本，并且本发明也针对BIM与GIS在应用层融合浏览的效率问题，提出了基于三维动态数据服务的多层级BIM与城市三维模型融合技术，解决了海量构件的加载与显示效率，并能实现方案地上地下、室内室外全空间一体化景观评审，推动城市智能化、可视化三维规划管理业务。

附图说明

图1本发明技术方案的整体流程；

图2基于语义检索条件的BIM信息提取流程示意图；

图3基于元数据的城市规划信息数据库结构示意图；

图4基于三维动态BIM图层与三维地理信息动态图层融合思路；

图5基于三维动态数据服务的BIM与城市三维模型融合流程方法。

具体实施方式

以下结合附图对本发明技术方案进行详述。

一、基于语义的BIM信息分类、基于语义检索条件的BIM信息提取：

BIM数据分类较为专业，对于非BIM专业技术人员较难快速、高效地筛选项目所需信息。

基于语义的BIM信息分类：按照属性和功能对BIM建筑构件进行分类，获得基于语义的BIM族分类信息以及族中的对象信息，并以语义标识，构建获得语义知识库。

具体流程如图2所示。搭建面向BIM信息筛选的语义知识库，所述语义知识库中存储了各类语义信息与BIM分类信息的映射关系；通过语义知识库将语义检索条件转化为对应的BIM族分类信息与族中的对象的过滤条件；根据族分类与族分类中对象的过滤条件获取BIM数据中对应的元素，并提取相应的坐标、几何结构、材质和纹理贴图。以上，针对BIM信息的语义识别与转换，即实现了基于语义检索条件的BIM信息提取。

进一步公开实施例细节，在信息提取的过程中，为了保证提取信息的几何拓扑结构、材质信息的正确性，对常见的错误进行了自动错误纠正，对于无法自动纠正的错误，则在转化过程中记录了相应的错误信息，最终形成BIM导出成果文件。

二、基于元数据的城市规划信息数据库管理

目前国内三维城市模型数据库的管理模式都采用了基于历史时态版本独立管理与调用的模式，即对于三维城市模型数据库可以设置所需获取三维地理信息数据的历史时态信息，从而切换数据库以往某一时点的数据。

然而这种基于历史时态信息的数据库无法实现对于同一地区现状场景与未来规划设计方案的数据综合管理，此外对于以建筑结构构件为最小单位的BIM与传统以建筑单体为最小单位的城市三维模型数据在数据组织方式上存在较大的差异。为了实现BIM与GIS数据的统一管理与融合，本发明提出了面向规划管理的城市信息模型数据库(CityInformation Model Database：CIMDB)，将BIM数据与城市三维模型统一采用符合OGC标准的Oracle Spatial三维地理信息数据定义方式对坐标、几何信息、材质与贴图进行统一管理。

在此基础上，进一步定义了城市三维模型与对以将规划方案元数据，分别对城市模型名称、类型、数据更新时间等信息和方案设计时间、地块范围等信息进行了管理。本发明通过这种元数据的管理模式，能实现指定区域方案与现状数据的融合以及BIM方案的多层级信息获取。

如图3所示，所述面向规划管理的城市信息模型数据库，定义为：包括若干BIM方案、城市三维模型。

所述BIM方案，包括方案ID、方案名称、方案范围、方案设计时间、方案构件ID列表。所述方案构件ID列表，包括N个BIM建筑构件，每个所述的BIM建筑构件包括构件ID、构件类型、构件所在楼层、构件其它属性、构件模型ID。所述构件模型ID，对应包括模型ID、模型材质信息、模型几何结构、模型贴图信息。所述模型贴图信息，包括贴图ID、贴图尺寸、贴图文件内容。

所述城市三维模型，包括三维模型ID、名称、类型、数据更新时间、城市模型ID。所述城市信息模型，对应包括模型ID、模型材质信息、模型几何结构、模型贴图信息。所述模型贴图信息，包括贴图ID、贴图尺寸、贴图文件内容。

三、基于三维动态数据服务的BIM与城市三维模型融合方法

BIM技术应用于城市规划设计中，可以使整个过程科学化、信息化、可持续化。在方案设计的任意阶段都能够方便快捷地得到直观、准确的设计方案性能反馈信息，是应用BIM技术辅助规划审批的最大优势。然而以往BIM方案融入三维地理信息数据中，都需要人工进行场景清理与BIM数据的分级发布才能实现BIM方案与周边现状三维场景的融合。

本发明提出的基于三维动态图层技术的BIM与三维地理信息动态融合技术，不仅实现了全自动化的BIM方案与现状场景的整合，并且针对以往BIM数据量大造成的数据浏览效率不高的问题，实现了动态多层级BIM方案的浏览，即根据可根据方案分析与展示的需求，动态分级加载BIM方案数据，大幅减少了BIM方案数据的加载量，提高了BIM方案浏览的效率。该方法实现的总体思路如图4所示：

数据层：包括BIM图层和城市三维模型图层两类图层表，图层表定义为：

每个所述BIM图层数据包括图层名称、图层类型、图层BIM方案ID列表，所述图层BIM方案ID列表中的各个BIM方案包括方案ID、方案名称、方案范围、方案设计时间、方案构件ID列表；每个所述城市三维模型图层数据包括图层ID、图层名称、图层类型、图层城市三维模型ID列表，所述城市三维模型包括三维模型ID、名称、类型、数据更新时间、城市模型ID。

服务层：搭建了三维动态数据服务，可以通过设置访问空间与属性过滤条件，利用数据层空间与属性索引快速获取图层中所需部分数据，并传递到应用层。

应用层：三维规划地理信息平台中提供相应的功能，根据用户的需求调用方案外立面、方案地下部分、方案室内外等不同显示级别的BIM数据服务与对应的周边城市三维模型数据服务，从而实现多层级BIM方案与现状城市三维模型的动态融合。

由于基于编译文件的三维数据服务较难实现根据动态范围控制模型的显示与否，因此以往BIM方案能与城市三维模型动态融合主要依靠人工进行图层的清理与发布以实现这两者的融合。

而本发明的基于城市规划信息数据库的三维动态数据服务，算法如下：将原先基于文件形式的静态三维图层服务转变为基于oracle数据库的三维动态数据服务，通过设置数据显示范围与过滤条件利用空间数据检索引擎对原先图层中的模型数据进行快速过滤，再加载到三维规划地理信息平台中。

进一步的，给出基于三维动态数据服务的BIM与城市三维模型融合方法流程，如图5所示：

首先通过调用BIM数据服务，根据需要可以根据方案地上、地下、室内、室外、甚至指定某楼层内部、方案构件类型等条件按需分级获取BIM数据，从而能有效减少BIM数据的单次加载量，提高BIM方案的浏览效率；

其次根据返回的BIM元数据中描述方案占地空间范围，结合规划三维地理信息平台中对应的模型数据，利用本领域已知的空间分析算法计算出方案范围内现状城市三维模型列表；

第三步，设置城市三维模型数据服务中数据过滤条件，排除方案范围内的城市模型；

第四步，将BIM数据服务中的BIM方案数据加载到平台中，最终实现方案与城市三维模型的自动化融合。

Claims (1)

1.一种面向规划管理的BIM与3DGIS融合方法，其特征在于，

首先构建语义知识库以实现以语义检索条件将建设工程设计方案BIM数据快速提取并植入到现状三维地理信息数据；

以三维图层中的每个建筑构件单体为独立控制对象，根据BIM方案所在地块范围利用已有的空间分析算法计算出对应区域现状模型在方案中的植入范围，自动隐藏方案建设区域现状模型，实现BIM数据植入到现状GIS数据中；

包括三个步骤：

步骤1，基于语义的BIM信息分类并以语义检索条件进行BIM信息提取和转化；

具体实施过程为：搭建面向BIM信息筛选的语义知识库，所述语义知识库中存储了各类语义信息与BIM族分类信息的映射关系；通过语义知识库将语义检索条件转化为对应的BIM族分类信息与族中的对象的过滤条件；根据族分类与族分类中对象的过滤条件获取BIM数据中对应的元素，并提取相应的坐标、几何结构、材质和纹理贴图；

步骤2，搭建基于元数据的面向规划管理的城市信息模型数据库，将BIM数据与城市三维模型统一采用Oracle三维地理信息数据定义和管理坐标、几何信息、材质、贴图这类元数据；通过元数据实现了规划方案与现状模型的有机关联，实现指定区域方案与现状数据的融合获取；

所述面向规划管理的城市信息模型数据库，定义为：包括若干BIM规划方案库、城市三维模型库；按层级分别描述：

所述BIM规划方案库，包括若干BIM规划方案，以BIM规划方案ID进行编号，每个BIM规划方案ID下对应包括BIM规划方案名称、BIM规划方案范围、BIM规划方案设计时间、方案构件ID列表这些信息；所述方案构件ID列表包括N个BIM建筑构件，以构件ID进行编号，每个构件ID下所述的BIM建筑构件包括构件类型、构件所在楼层、构件属性、BIM建筑构件模型ID列表这些信息；所述BIM建筑构件模型ID列表包括N个构件模型，以模型ID进行编号，每个所述构件模型下对应包括模型材质信息、模型几何结构、模型贴图信息列表这些信息；所述模型贴图信息列表包括N个模型贴图，以贴图ID进行编号，每个模型贴图包括贴图尺寸、贴图文件内容这些信息；

所述城市三维模型库，包括若干三维模型，以三维模型ID进行编号，每个三维模型ID下对应包括名称、类型、数据更新时间、城市模型ID列表这些信息；所述城市模型ID列表包括N个城市信息模型，以模型ID进行编号，每个所述城市信息模型下对应包括模型材质信息、模型几何结构、模型贴图信息列表这些信息；

所述模型贴图信息列表包括N个模型贴图，以贴图ID进行编号，每个模型贴图包括贴图尺寸、贴图文件内容这些信息；

步骤3，基于三维动态图层技术融合BIM方案数据和三维地理信息数据，实现BIM方案与现状场景的整合；

所述步骤3，该方法实现的思路，包括数据层、服务层、应用层；

所述数据层包括BIM图层和城市三维模型图层两类图层表，图层表定义为：每个BIM图层数据包括图层名称、图层类型、图层BIM方案ID列表，所述图层BIM方案ID列表中的各个BIM方案包括方案ID、方案名称、方案范围、方案设计时间、方案构件ID列表；每个城市三维模型图层数据包括图层ID、图层名称、图层类型、图层城市三维模型ID列表；

所述服务层：搭建三维动态数据服务，通过设置访问空间与属性过滤条件，利用数据层空间与属性索引获取图层中所需部分数据，并传递到应用层；

所述应用层：在三维规划地理信息平台中根据用户的需求调用由应用方案决定的不同显示级别的BIM数据服务与对应的周边城市三维模型数据服务，实现多层级BIM方案与现状城市三维模型的动态融合。

Images