3DGIS与BIM集成集成技术及铁路桥梁可视化系统

3DGIS与BIM的集成技术

3DGIS与BIM的集成技术包括2部分:一是将Revit软件生成的BIM针对3DGIS的快速无损格式转换,这种转换包括几何信息(如形状、位置等信息)和属性信息(如建筑信息)的转换;二是BIM与3DGIS的集成,主要包括坐标系统的统一,姿态、方位及比例因子的信息读取与变换,模型转换文件的遍历读取与保存,BIM与3DGIS的综合集成与空间表达。

1、格式转换方法：

Revit软件生成的BIM针对3DGIS的格式转换方法包括2步:第1步是将BIM的几何信息转换成3DGIS可以接受的*.dae格式文件;第2步是将BIM的属性信息保存到数据库中,并采用元素的ID作为唯一字段,将*.dae格式文件与数据库关联起来,使3DGIS可以接收并导入BIM信息。具体方法是:解析Revit软件生成的BIM的几何信息和属性信息,将BIM按照不同族类型(Category)进行分类;对分类完成的BIM进行过滤,分解成不可再分的最小单元元素(Element);对最小单元元素的几何信息进行遍历,将结果保存到*.dae格式文件中,并以元素ID为文件名;对最小单元元素的属性信息进行遍历,将结果保存到数据库中,设置元素的ID为唯一字段。此方法的优点:在针对3DGIS的转化过程中提供具有唯一ID值的无歧义的最小转换单元元素,不会产生信息的丢失或改变,而且可以通过族库批量进行,从而实现BIM对3DGIS的快速无损转换。Revit软件生成的BIM针对3DGIS的格式转换方法如图1所示。

2、BIM与3DGIS的集成

将BIM转换生成*.dae格式文件后,按照如下流程完成到3DGIS的集成。需要注意的是,采用Revit格式建立的BIM是按照族类别进行分类的,在与3DGIS集成时,也需将*.dae格式文件按照族类别划分入相应的文件夹,从而避免类别不一致带来的兼容性问题。具体的集成步骤如下。

步骤1:BIM坐标系与3DGIS坐标系的统一。BIM坐标系是模型坐标系,能够保持整个BIM中各个构件间的空间拓扑关系和空间位置关系的正确;而3DGIS的坐标系多为WGS-84坐标系。研究发现,BIM按照模型基准点进行建模,将模型基准点的坐标和实测基准点的坐标进行一致性转换,可以得到BIM模型在3DGIS中的坐标。具体做法是:将模型基准点在建模软件中设置成坐标原点,该坐标原点的值设置成3DGIS坐标系中的WGS-84坐标原点的值,从而实现BIM坐标系和3DGIS坐标系的统一。

步骤2:确定3DGIS的WGS-84坐标系中的模型坐标,输入高程、航偏角、倾斜角、旋转角和模型缩放比例等模型姿态信息。

步骤3:遍历文件夹中的*.dae格式文件,获取*.dae格式文件的绝对路径。

步骤4:根据*.dae格式文件绝对路径、坐标和模型姿态信息,通过sgworld.Creator.CreatePosition函数将*.dae格式文件集成到3DGIS中。

3、BIM与3DGIS的集成效果

以1组架空房屋为例,采用Revit软件建立的BIM与集成到3DGIS中的模型效果图如图3所示,可见,Revit软件中的BIM已被完整地集成到3DGIS系统软件Skyline中,且没有发生几何信息与属性信息的丢失。

4、BIM与3DGIS集成的可靠性检验

为了验证本文的BIM与3DGIS集成方法的可靠性,以蒙华铁路某特大桥为例,采用Revit软件构建该特大桥的BIM,并按照设计要求添加桥梁属性信息,构建后的部分模型如图4所示。应用本文方法,将建立的特大桥BIM按照构件类型针对3DGIS进行转换,然后集成到3DGIS中,集成后的模型姿态如图5所示,可见桥梁的空间几何信息及属性信息均完整准确,验证了本文提出的BIM与3DGIS转换集成技术正确可靠。

5 基于BIM与3DGIS集成的铁路桥梁施工管理信息系统的研发

根据提出的BIM与3DGIS集成技术,采用C#编程语言和SQL Server数据库,开发了基于BIM与3DGIS集成的铁路桥梁施工管理信息系统,并在蒙华铁路某特大桥施工项目中进行了实际应用。蒙华铁路特大桥共包含桥墩215个,梁体212个,连续梁2个。构建BIM的桥梁构件种类多、数量大。基于BIM与3DGIS集成的铁路桥梁施工管理信息系统架构如图6所示。该信息系统包含了桥梁BIM与3DGIS的转换与集成模块及基于BIM的桥梁施工管理模块,可以实现BIM与3DGIS的集成、BIM模型的管理编辑、数据库构建与管理、桥梁BIM构件的查询、3DGIS空间分析、桥梁施工冲突检测、基于BIM的施工动态模拟及施工进度管理等功能。系统部分功能图形展示如图7—图10所示。

基于BIM与3DGIS集成的铁路桥梁施工管理信息系统,应用于蒙华铁路某特大桥施工管理项目中,将大批量桥梁构件BIM对3DGIS进行快速无损转换,并集成到3DGIS系统后,利用3DGIS强大的空间管理与分析功能,实现了从3DGIS可视化、漫游和三维空间分析,到BIM施工管理、施工动态模拟和施工进度总览等功能。

3DGIS是空间信息管理与分析的重要手段,BIM集成了建筑工程各阶段的多种信息。本文对BIM与3DGIS集成技术进行了研究,给出了BIM快速无损集成到3DGIS的方法及步骤,实现了BIM三维微观模型与3DGIS宏观场景的集成。

方案分享：臻图信息。