自2002年建筑信息模型(BuildingInformationModeling，BIM)技术诞生以来，基于三维空间的计算机辅助设计技术取得了迅猛发展。近些年来，随着BIM技术在基础设施行业的广泛应用，BIM与GIS集成应用已经成为行业新的热点研究领域。

    构建三维基础场景

    现有BIM模型和GIS系统进行集成的方案，实现了IFC模型数据文件和CityGML模型数据文件之间的映射，从而将单个IFC模型数据文件导入到GIS系统。另一种方式则是对BIM模型编码，将BIM模型归零、按构件打散，对BIM模型轻量化处理，批量导入到GIS系统。

    上述BIM模型和GIS系统的集成方案，主要涉及BIM模型数据到GIS系统的格式转换和BIM模型在GIS系统中的显示，均不涉及多专业BIM模型的集成，以及传统设计信息与BIM模型的关联。而传统设计信息与BIM模型缺乏关联，导致BIM计算机辅助设计和后期运维管理的效率打折。现有的BIM模型和相关数据的映射，都是通过给某个BIM模型的构件编码来实现的。这种映射方式，对于只需关联BIM模型或者需要同时关联BIM模型和BIM构件的相关数据来说，利用效率是较低的。

    为了克服现有BIM+GIS集成方案存在多专业BIM模型和设计信息集成利用效率较低的问题，笔者及团队研究了一种基于BIM和设计信息的集成、协同、交付方法。

    基于BIM和设计信息的集成、协同、交付方法技术路线图

    由于带状交通涉及多专业的BIM应用软件，其输出格式不尽相同。一般而言，交通工程项目需要借助多个软件平台完成设计工作。将多种格式的BIM模型融合到GIS系统的复杂问题，转化为其中几种有限的BIM数据格式到GIS系统的融合问题。一方面简化了BIM模型融合至GIS系统的复杂度，提高了集成效率；另一方面实现了BIM模型对外统一的数据格式。

    根据数字高程模型（DEM）、数字正射影像（DOM）、倾斜摄影技术，得到模型数据或其他格式地形、影像数据，生成项目范围的三维场景；根据项目需要，将行政划分、地名、沿线水文和地质、勘察信息、路线标志等矢量图层，叠加到三维场景中；将三维场景发布到三维地理信息系统在线服务平台，提供在线基础三维场景查看服务；将生成的三维场景服务地址信息、服务名称、项目信息、图层信息等，存储到云端服务的数据仓库模块。

    构建层次描述模型

    层次描述模型包括元数据层，元数据层包括路线层和工点层。路线层包括路线单元以及包含路线概念的设计范围单元；工点层隶属于路线层的单元，包括路线上的工点单元以及工点范围单元。若更详细的划分层次描述模型，还包括细分层。细分层隶属于工点层的单元或者其上层细分层的单元，对应工程系统分解结构的各层级对象。

    元数据的层级划分，根据设计过程的先后顺序或优先级顺序确定。公路、铁路、市政道路、水运航道等带状交通工程项目中，包含路线、航线、路基、桥梁、隧道、涵洞、给排水、轨道、通号等多种专业，这些专业包含多种专业概念和术语。从这些专业概念和术语中，抽取部分专业概念和术语，并对其进行抽象和数据化描述，形成一种自顶向下、逐步细化、层次化、结构化的描述模型。比如，一个桥梁BIM整体模型和所述元数据中的一个桥梁记录对应，一个桥梁整体BIM模型的一个构件和所述层次描述模型的细分层的一个构件对应。

    提取模型信息

    首先，从至少一种BIM软件提取BIM模型信息，并对BIM软件产生的设计信息和BIM模型进行标准符合性检查。再进行属性逻辑符合性检查。例如，检查BIM模型的位置是否与其所在路线对应位置相符。

    其次，从各个BIM软件平台产生的BIM模型或数据，如Civil3D产生的DWG、Revit产生的RVT，提取IFC、FBX、DGN、CityGML或其他中间数据格式。文件包括BIM软件描述信息、BIM原始模型的格式信息、BIM原始模型第一识别码和BIM模型坐标信息等。BIM原始模型第一识别码，随BIM原始模型的修改或重新提取BIM模型描述文件而改变。

    BIM模型描述文件提取后，存储到XML文件或其他开放数据文件、数据库，并将该文件或文件内容存储到对象存储系统或数据库。

    最后，根据BIM原始模型属性和设计信息属性，提取BIM模型构件描述文件。它包含如下内容：

    ①遍历当前BIM原始模型的每一个构件；

    ②根据BIM原始模型属性逻辑符合的标准，提取每一个构件的属性信息；

    ③对每一个构件建立所述BIM模型构件描述文件的第三识别码，与所述构件在当前设计软件平台的第二识别码的映射关系；

    ④提取每一个构件的属性信息到所述BIM构件描述文件。

    至此，提取了BIM原始模型、BIM模型中间格式、BIM模型描述文件和BIM构件描述文件。

    数据关联

    将所述设计信息和BIM模型信息，分别与所述元数据层的元数据单元进行关联。

    首先，选择当前BIM模型的所属专业，根据所属专业获取当前BIM模型的元数据。

    其次，根据当前BIM模型中的属性信息，判别当前BIM模型对应的元数据单元。若当前BIM模型为第一类，则将第一BIM模型信息与元数据单元进行关联；若当前BIM模型为第二类，则将第二BIM模型信息与对应元数据单元关联。若当前BIM软件为第二类，则将BIM原始模型、BIM模型中间格式、BIM模型描述文件和BIM构件描述文件在云端的存储地址，写入所述元数据单元。

    以上两种关联方式用于对象文件数据的关联，被关联的数据不需要反向获取其他关联信息的情况。通过元数据信息查询到对应的文件地址和信息，实现元数据到被关联文件的单向关联。

    最后，在存储地址写入元数据单元的同时,将元数据单元信息写入第一模型信息的BIM模型原始文件、BIM模型描述文件和BIM构件描述文件,或者第二模型信息的BIM模型原始文件、BIM模型中间格式文件、BIM模型描述文件和BIM构件描述文件。进而实现元数据到被关联文件的双向关联，既可通过元数据查询到BIM模型信息的文件地址，也可以通过BIM模型信息查询到元数据信息及其关联的其他设计信息。

    格式映射

    完成上述操作后，将BIM原始模型进行格式映射，生成带有GIS属性的BIM模型，并将BIM模型对应的元数据单元、模型构件类型和设计定位信息，写入带有GIS属性的BIM模型每一个构件的属性文件。

    首先，从云端获取元数据单元信息及BIM模型信息。

    其次，根据元数据单元类型遍历元数据单元，获取元数据单元关联的第一BIM模型信息或者第二BIM模型信息。若关联的是第一BIM模型信息，从BIM模型描述文件读取BIM原始模型的格式信息；若关联的是第二BIM模型信息，从BIM模型描述文件读取BIM模型中间格式的格式信息。

    第三，对关联的第一BIM模型信息，根据BIM原始模型的格式信息，将BIM原始模型文件转换为GIS系统支持的BIM模型GIS格式；对关联的第二BIM模型信息，根据BIM模型中间格式的格式信息，将BIM模型中间格式文件转换为GIS系统支持的BIM模型GIS格式。

    第四，将元数据单元信息和构件设计识别信息，写入各个构件的BIM模型GIS格式的属性文件；导出各个BIM构件在GIS系统中的模型第五识别码；第五识别码与元数据单元信息建立关联后，存储至云端服务。

    最终，从BIM模型或设计软件平台提取的中间数据格式文件，如IFC、FBX、DGN、CityGML等，可以转换成多种GIS系统支持的数据格式，如：GoogleEarth、ArcGIS、Skyline、SuperMap等。

    集成场景

    将所述BIM模型GIS格式集成至所述三维基础场景，生成集成三维场景。包括根据BIM模型信息对三维基础场景中的地形和影像数据进行修正。修正内容包括：根据BIM模型的设计断面信息，对地形数据进行挖填处理；根据BIM模型的外轮廓与地形数据，进行交集运算，挖除相交区域等。将BIM模型和地理信息技术，集成并关联WBS，可实现在各个BIM软件平台查看各个专业的集成三维场景，实现协同设计与数字化交付。

    与现有技术相比，本方法通过设置层次描述模型，使BIM模型、设计信息、BIM模型属性建立了便捷的关联关系，实现了多专业设计成果的集成共享，在各自平台即可查看集成各个专业的三维设计成果。

    不同于传统BIM从单个构件出发关联涉及信息的技术思路，本方法从层次设计信息出发，通过层次描述模型本身的层次隶属关系，以及元数据和细分层与设计信息或BIM模型对应层级对象的关联，实现不同层级对象的设计信息与对应层级的BIM模型对象的准确对应，显著提高了BIM信息在辅助设计和后期运维中的应用效率。

    通过选取合适的中间格式，可以将多种格式的BIM模型融合到GIS系统的复杂问题，转化为其中几种有限的BIM数据格式到GIS系统的融合问题。一方面简化了BIM模型融合至GIS系统的复杂度，提高了集成效率；另一方面实现了BIM模型对外统一的数据格式。

    本文刊载/《桥梁·BIM视界》杂志

    2020年第2期总第13期

    作者/赵见黎宇阳朱明

    作者单位/四川省交通勘察设计研究院有限公司BIM中心

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