【DT调研】关于BIM + GIS的相关知识了解

BIM
BIM基本介绍
BIM：代表建筑信息模型。它是一种协作工作方法，包括生成一个建筑项目，该项目收集整个生命周期中与其相关的所有信息（三维几何形状信息，非几何信息）。从设计和创造阶段一直到构造和整个使用寿命，直至拆除。
BIM方法：包括不同的维度：模型的信息和表示（3D），项目各个阶段的时间和持续时间（4D），成本控制和估算（5D），能效分析和优化（6D）以及项目管理使用寿命（7D）。
BIM对象：它是真实产品的虚拟副本。此副本可能包含与产品有关的所有信息：尺寸，形状，维护手册，几何信息等。
BIM技术介绍 BIM应用+简介
BIM 对象
BIM 对象相关概念

BIM 文件格式
几种常用的BIM及相关软件文件格式
CGR：GehryTechnology公司DigitalProject产品使用的文件格式
DWG：DraWinG格式，AutoCAD原始文件格式，Autodesk从1982年开始使用，截至到2009年一共使用了18种不同的DWG版本。虽然DWG可以存放一些元数据，但本质上仍然是一个以几何和图形数据为主的文件格式。不足于支持BIM应用。
DXF：DrawingeXchangeFormat，Autodesk开发的图形交换格式，用于AutoCAD和其他软件之间进行信息交换，以2D图形信息为主，三维几何信息受限制，不足于进行BIM数据交换。
DWF：DesignWebFormat，Autodesk开发的一种用于网络环境下进行设计校审的压缩轻型格式，这种数据格式是一种单向格式。
DGN：DesiGN格式，Bentley公司开发的支持其MicroStation系列产品的数据格式，2000年以后DNG格式经更新升级后支持BIM数据。
PLN：DrawPLaN格式是Graphisoft公司开发的为其产品ArchiCAD使用的数据格式，1987年随ArchiCAD进入市场，是世界上第一种具有一定市场占有率的BIM数据格式。
RVT：ReViT，AutodeskRevit软件系列使用的BIM数据格式。
STP：STandardizedExchangeofProductdata，产品数据标准交换格式STEP，一种制造业（汽车、航空、工业和消费产品领域）CAD产品广泛使用的国际标准数据格式，主要用于几何数据交换。
VWX：2008年开始Nemetschek公司开发的为其Vectorworks产品使用的BIM数据格式。
3DPDF：PortableDocumentFormat，Adobe公司开发的用3D设计数据发布和审核单向数据格式，类似于Autodesk的DWF。
NWD：Navisworks数据文件，所有模型数据、过程审阅数据、视点数据等均整合在单一nwd文件中，绝大多数情况下在项目发布或过程存档阶段使用该格式。基于此格式的还有Nwc Nwf，nwc：是Navisworks缓存文件，中间格式，由Navisworks自动生成，不可以直接修改。。nwf：是Navisworks工作文件，保持与nwc文件间的链接关系，且将工作中的测量，审阅，视点，等数据一同保存。
RVT：Autodesk Revit 软件使用的 BIM 数据格式，还包括：RFA、ADSK 等格式；
 CATPart：CATIA 软件的数据格式，还包括：CATProduct、CATdrawing 等格式；
 DGN：Bentley 公司开发的支持其 Microstation 系列产品的数据格式。
BIM数据标准 IFC
BIM(Building Information Modeling)技术及相关软件已被广泛应用在国内外建筑领域，以促进建设项目全生命周期过程中各方数据的共享与交换。为规范建设项目的数据存储、交互与管理过程，bSI(buildingSMAＲT International，前身为 IAI，International Alliance for Interoperability)研究并发布了建筑领域的一系列标准，如 IFC(Industry Foundation Classes)，IDM ( Information Delivery Manual)，MVD(Model View Definition)，BCF(BIM Collaboration Format)等。其中，IFC 标准是 bSI 最早研究的数据存储标准，且一直在更新维护。IFC 标准的目的是促进建设项目各方在统一的数据标准基础上进行有效的数据交互，以实现各业务应用。
IFC官方文档 http://www.buildingsmart-tech.org/ifc/IFC2x3/TC1/html/
GIS
GIS 基本介绍
地理信息系统（GIS，Geographic Information System）是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统，随着GIS的发展，也有称GIS为“地理信息科学”（Geographic Information Science），近年来，也有称GIS为"地理信息服务"（Geographic Information service）。GIS是一种基于计算机的工具，它可以对空间信息进行分析和处理（简而言之，是对地球上存在的现象和发生的事件进行成图和分析）。 GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。
它是在计算机硬、软件系统支持下，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、显示和描述的技术系统。
GIS就是一堆坐标相关的数据的组织和渲染展示。

GIS 系统
GIS ：地理空间数据格式

1. GIS 基本数据元素
   一切都从地球（Globe）说起
   •用Globe来模拟一个地球
   •用图层（Layer）来抽象表达地物的集合
   –图层是某一类地物的集合，例如道路图层，河流图层，房屋图层。
   •用要素（Feature）来表达地物，例如一个公交站用一个点标注来表示
   •用符号样式（style）来标识地物分类
   要素Feature 样式（style）
   地理坐标（经度、纬度、高度），与属性（颜色、样式、描述、体积、长度、面积等）的综合体。 •每一个Geometry对象都有一个GSOStyle，来设置对象的表现方式，例如，点的图标，字体。线面的宽度、颜色。三维模型的颜色等等。
   GSOFeature代表一个要素（地物）
   •每个Feature都包含一个Geometry对象
   •可以是点、线、面、模型等对象
   体现形式：Txt、excel、csv、json、xml、sql字段、kml、shpfile、gpx
   展现形式：点、线、面

2. 矢量数据格式
   a) ShapeFile
   shp作为GIS当中十分常用的一种格式，特性：一般矢量地图数据会按这种方式提供
   1.shp文件只能存储点、线、面中的一种类型，要么里面存储的全是点，要不全是线、要么全是面，不存在混合存在的状态
   2.shp可以设置很多字段属性，比如一个管线文件，你可以定义管径、颜色、埋深、归属、修建时间等等。。。
   3.shp可以设置不同的投影信息，投影是很多人比较头疼的问题经常搞不明白是怎么回事，经常出现拿两个不同投影，不同坐标系统的数据相互叠加发现不能叠加成功，而任何一个数据都没有错误，这方面的问题可以参考【地理坐标系与投影坐标系的区别】
   4.shapefile 格式在应存储在同一项目工作空间且使用特定文件扩展名的三个或更多文件中定义地理引用要素的几何和属性。这些文件是：
   .shp - 用于存储要素几何的主文件；必需文件。
   .shx - 用于存储要素几何索引的索引文件；必需文件。
   .dbf - 用于存储要素属性信息的 dBASE 表；必需文件。
   b) KML/KMZ
   KML作为GIS当中十分常用的一种格式，特性：
   1.kml是xml文本，本身没有什么特殊性可言
   2.支持点、线、面等要素，并可以设置属性信息。
   3.支持文件夹结构，可以通过内建文件夹来管理大量的数据
   KMZ文件是压缩过的KML文件。由于 KMZ 是压缩包，因此，它不仅能包含 KML文本，也能包含其他类型的文件。
   c) DXF/DWG
   dwg文件：*.dwg是AutoCAD的图形文件，是二维或三维图形档案。其与dxf文件是可以互相转化的。

dxf文件：*.dxf是Autodesk公司开发的用于AutoCAD与其它软件之间进行CAD数据交换的CAD数据文件格式。DXF是一种开放的矢量数据格式，可以分为两类：ASCII格式和二进制格式；ASCII具有可读性好，但占有空间较大；二进制格式占有空间小、读取速度快。由于Autocad现在是最流行的cad系统，DXF也被广泛使用，成为事实上的标准。绝大多数CAD系统都能读入或输出DXF文件。 DXF文件可以用记事本直接打开,编辑相应的图元数据.换句话说,如果你对DXF文件格式有足够了解的话,甚至可以在记事本里直接画图。DWG的来绘图更直观（DXF图纸中线条的相交处都会有个小圆），而用于数控加工的图纸则必须是DXF文件（操机者必须把DWG转换成DXF后才可加工）如快走丝。dxf是工业标准格式的一种。所以这也是它们用途的区别。
d) GPX
GPX是比较标准的GPS信息交互文件，当然其他公司还有自己的格式。GPX采用XML语言，所以显得稍微有点臃肿，压缩后就很小了。
GPX, 或称 GPS exchange 格式, 是一种用于存储坐标数据的 XML 文件格式。它可以储存在一条路上的路点，轨迹，路线，且易于处理和转换到其他格式。OpenStreetMap 使用的所有 GPS 数据要转换为 GPX 格式才能上传。
e) lgd/ldl
lgd文件和ldl文件是配套的，是一个矢量数据存储交换格式。
数据格式发明者：苏州中科图新网络科技有限公司
文件特性：
a.支持点、线、面、圆形、矩形、椭圆、军标、水面、粒子特效等矢量数据。
b.二进制流文件，体积小，压缩比高，可适用于pc、移动端等，在pc和移动端做数据交互。
c.有自己的内置索引文件，查询、检索效率极高。且可用于服务器数据发布（和LocaServer配套使用）
3. 影像(栅格)数据格式
a) Tiff
标签图像文件格式(Tagged Image File Format，简写为TIFF) 是一种主要用来存储包括照片和艺术图在内的图像的文件格式。它最初由 Aldus公司与微软公司一起为PostScript打印开发。
TIFF是流行的高位彩色图像格式。TIFF格式在业界得到了广泛的支持、可以有8位，24位等深度，一般真彩色是24位，而地形数据只有一个高度值，采用8位。
目前很多卫星影像数据的存储格式都是tif。包括目前流行的倾斜摄影生成的正射影像一般也以tif格式存储。
b) Img
IMG文件格式是一种可存储多种类型数据、应用广泛的图像数据格式.IMG文件采用HFA结构组织数据,HFA是一种树状结构,各种数据(图像教据、统计数据、投影信息、地理数据等)占据“树”的各个节点.本文详细介绍了Img文件格式的结构,Img存储信息的重要特点是分块存储,并且提供了对Img文件读取的方法,此方法读取效率高,可以根据需要分块读取,只读取需要的块信息,大大的提高了读取速度.
提示：一般spot卫星的影像是img格式. 一般为png或者jpg，高程和影像图;
c) lrp
lrp格式，影像、地形数据存储格式。很多使用过LocaSpaceViewer的人，应该已经见识过他的好处了。
数据格式发明者：苏州中科图新网络科技有限公司
文件特性：
a.支持地形、影像。
b.二进制流文件，根据不同的数据类型使用不同的压缩算法，体积小。
c.自带分级（LOD）有自己的内置索引文件，查询、检索效率极高。且可用于服务器数据发布（和LocaServer配套使用）
d) BSQ （波段顺序格式）
每行数据后面紧接着同一波谱波段的下一行数据。这种格式最适于对单个波谱波段中任何部分的空间（X，Y）存取。光栅格式
e) BIP （波段按像元交叉格式）
按 BIP 格式存储的图像按顺序存储第一个像元所有的波段，接着是第二个像元的所有波段，然后是第 3 个像元的所有波段，等等，交叉存取直到像元总数为止。这种格式为图像数据波谱（Z） 的存取提供最佳性能。光栅格式
f) BIL （波段按行交叉格式）
按 BIL 格式存储的图像先存储第一个波段的第一行，接着是第二个波段的第一行，然后是第三个波段的第一行，交叉存取直到波段总数为止。每个波段随后的行按照类似的方式交叉存取。这种格式提供了空间和波谱处理之间一种折衷方式。光栅格式
4. 地形数据格式
a) Tif、img、irp同影像数据格式
b) .dem
*.dem有两种格式，NSDTF和USGS。
SGS－DEM(USGS是美国地质调查局(U．S．GeologicalSurvey)的英文缩写，是一种公开格式的DEM数据格式标准，使用范围较广格式的。

NSDTF－DEM是中华人民共和国国家标准地球空间数据交换格式，是属于格网数据交换格式，一般的GIS软件都不支持这种格式。
5. 倾斜摄影三维模型数据格式
倾斜摄影技术是国际摄影测量领域近十几年发展起来的一项高新技术，该技术通过从一个垂直、四个倾斜、五个不同的视角同步采集影像，获取到丰富的建筑物顶面及侧视的高分辨率纹理。中维空间通过无人机倾斜摄影，可以高精度地获取物方纹理信息，通过先进的定位、融合、建模等技术，生成真实的三维城市模型；
a) OSGB
目前市面上生产的倾斜模型，尤其Smart3D处理的倾斜摄影三维模型数据的组织方式一般是二进制存贮的、带有嵌入式链接纹理数据（.jpg）的OSGB格式。Open Scene Gragh Binary是OSGB的全称，这里的Binary是二进制的意思。

此类数据文件碎、数量多、高级别金字塔文件大等特点难以形成高效、标准的网络发布方案，从而无法实现不同地域、不同部门之间数据共享。
b) OBJ
OBJ文件是Alias|Wavefront公司为它的一套基于工作站的3D建模和动画软，适合用于3D软件模型之间的互导，也可以通过Maya读写。比如Smart3D里面生成的模型需要修饰，可以输出OBJ格式，之后就可以导入到3dsMax进行处理；或者在3dsMax中建了一个模型，想把它调到Maya里面渲染或动画，导出OBJ文件就是一种很好的选择。
OBJ文件一般包括三个子文件，分别是.obj、.mtl、.jpg，除了模型文件，还需要.jpg纹理文件。
目前几乎所有知名的3D软件都支持OBJ文件的读写，不过其中很多需要通过插件才能实现。另外OBJ文件还是一种文本文件，可以直接用写字板打开进行查看和编辑修改。
c) FBX
FBX是FilmBoX这套软件所使用的格式，后改称Motionbuilder。因为Motionbuilder扮演的是动作制作的平台，FBX最大的用途是用在诸如在3dsMax、Maya、softimage等软件间进行模型、材质、动作和摄影机信息的互导，这样就可以发挥Max和Maya等软件的优势。
FBX同样也需要纹理文件，可以说，FBX方案是最好的互导方案。
d) STL
STL文件格式（stereolithography，光固化立体造型术的缩写）是由3D SYSTEMS 公司于1988 年制定的一个接口协议，是一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式。

STL文件是在计算机图形应用系统中，用于表示三角形网格的一种文件格式。 它的文件格式非常简单， 应用很广泛。STL是最多快速原型系统所应用的标准文件类型。

格式简单，只能描述三维物体的几何信息，不支持颜色材质等信息，是计算机图形学处理CG，数字几何处理如CAD，数字几何工业应用，如三维打印机支持的最常见文件格式。
e) 3DS
3DS是3dsMax建模软件的衍生文件格式，做完MAX的场景文件后可导出成3DS格式，可与其他建模软件兼容，也可用于渲染。优点就是，不必拘泥于软件版本。
f) CityGML 一种用于虚拟三维城市模型数据交换与存储的格式
CityGML是一种用于虚拟三维城市模型数据交换与存储的格式。
　　CityGML是用以表达三维城市模板的通用数据模型。它定义了城市和区域中最常见的地表目标的类型及相互关系，并顾及了目标的几何、拓扑、语义、外观等方面的属性，包括专题类型之间的层次、聚合、目标间的关系以及空间属性等。这些专题信息不仅仅是一种图形交换格式，同时可以将虚拟三维城市模型用于各种应用领域中的高级分析，例如模拟、城市数据挖掘、设施管理、专题题查询等。
　　CityGML是一种开放数据模型，它基于XML来实现虚拟三维城市模型的数据存储与交换，它是GML 3的一种应用模式，GML 3是由OGC和ISO TC 211制订的可扩展的国际标准，可以用于空间数据交换。CityGML目标是成为一个开放的免费标准。
　　2007年7月，OGC技术委员会在巴黎将CityGML作为最佳实践文本予以批准，2008年8月，OGC成员将CityGML的1.0.0版本作为OGC官方标准。
　　CityGML的工作始于2002年，由德国北莱茵河威斯特伐利亚区地理空间数据基础设施的三维特别工作组(SIG 3D)开始制订，SIG 3D是一个由70多家公司、市政部门、研究院所组成的开放小组，他们都致力于可交换三维模型的开发和商业利用以及空间可视化。SIG 3D最近又提出了Web 3D Service(W3DS)，用于三维模型服务，OGC正在对该标准进行讨论。
　　CITYGML使用FME软件生成相应文件，使用LANDXPLORER软件实现可视化。
6. 开发编码格式
a) 前端编码格式
.GEOJSON .JSON
GeoJSON 格式主要用于基于 Web 的地图绘制。GeoJSON 将坐标存储为 JavaScript Object Notation (JSON) 形式的文本。这包括矢量点、线和多边形以及表格信息。一种对各种地理数据结构进行编码的格式，基于Javascript对象表示法(JavaScript Object Notation, 简称JSON)的地理空间信息数据交换格式。GeoJSON对象可以表示几何、特征或者特征集合。GeoJSON支持下面几何类型：点、线、面、多点、多线、多面和几何集合。GeoJSON里的特征包含一个几何对象和其他属性，特征集合表示一系列特征。

GeoJSON 将对象存储在花括号 {} 中，并且通常具有较少的标记开销（与 GML 相比）。GeoJSON 有一个简单的语法，你可以在任何文本编辑器中修改。

Webmaps 浏览器理解 JavaScript，因此默认情况下 GeoJSON 是一种常见的 Web 格式。但是 JavaScript 只能理解二进制对象。幸运的是，JavaScript 可以将 JSON 转换为二进制。

Gis系统常用坐标系
三维GIS是三维模型数据与GIS系统的结合，属于交叉融合应用。常用的坐标系主要包括WGS84经纬度投影、WGS84 Web 墨卡托投影、WGS84 UTM 投影、北京54高斯投影、西安80高斯投影、CGCS2000高斯投影、GCJ02经纬度投影、GCJ02 Web 墨卡托投影、BD09 经纬度投影和BD09 Web 墨卡托投影等。引用自
CGJ02、BD09、西安80、北京54、CGCS2000常用坐标系详解
WGS84、WGS84 Web 墨卡托、GCJ02和BD09是近年来GIS系统（尤其是WebGIS）中的常用坐标系，而西安80、北京54和CGCS2000坐标是测绘中常用的坐标系。
BIM + GIS
概述

实现
Supermap
BIM + GIS相关技术
三维体数据模型

BIM 数据接入

1. 方法1：将各个软件的BIM模型 转换成 超图模型数据：UDB格式

2. 方法二： 直接在使用超图能支持的格式

三维空间计算+分析

BIM 与多源数据匹配

BIM 与 倾斜摄影模型 匹配

BIM 与 地形 匹配

BIM 与 水面、视频、物联网 匹配
BIS + GIS 融合
！GIS与BIM融合的研究进展与发展趋势
1 GIS与BIM的融合方法
围绕连接的融合问题、实验研究和组织支持了大量研究工作、OGC 支持了CAD/GIS/BIM 三种技术的综合实验[ 9 ]在全球范围内，荷兰、德国、韩国等欧洲国家在GIS和BIM融合方面大量工作，成为该研究的前沿。全球范围内，GIS与BIM融合研究主要围绕CityGML和IFC两个标准支持，包括数据格式转换和标准扩展两个方面。

1.1 基于数据格式的GIS与BIM融合（从BIM到GIS）
数据格式转换是当下主流的GIS与BIM融合方式，数据格式的转化研究集中在从IFCCityGML的转换，也有部分研究转变于CityGML向IFC的转换[ 10 ]。从BIM数据到GIS数据转换是精细过程化数据进行粗化处理的转换包括几何和数据每个方面，并且已经格式已经大量研究。

1. 多层次几何信息提取和转换

数据格式转换最初只关注几何信息的转换，将IFC格式的数据转换为CityGML格式，并在GIS环境中进行显示。针对IFC和CityGML的实体转换规则，IFC向CityGML的自动转换是主要方式，通过设计转换规则为CityGML的层次定义不同的IFC实体转化规则[ 11 ]除了CityGML标准外，GML标准也是IFC标准转换的方向，基于坐标转换实现了部分BIM数据在GIS环境中的可视化表达。CityGML与IFC之间的数据格式转换，提供市场上一些平台软件。支持，如IFCExplorer、BIM-Server、FME等实现IFC向CityGML的自动转换。Autodesk Revit和Arc GIS等商业软件已实现BIM和GIS数据的转化和同平台显示[ 12 ]目前，GIS与BIM融合研究的成果主要集中在一些BIM数据在GIS中并在空间中的可视化表达，进行简单的基于信息的环境查询检索。数据量增加的情况[ 13 ]。

2. 需求信息的映射

额外的几何信息转换外，人口信息的映射也是GIS与BIM数据融合的重要内容。数据和GIS数据的同平台应用。CityGML与IFC之间的存在交集，在IFC的900多个实体产生6—70个可以在客户数据上直接与CityGML匹配。在CityGML与IFC之间的格式转换过程中、数据信息丢失基本是必然的[ 14 ]究其原因可以归纳为以下两个方面：一是几何表达形式的差异，IFC 最终目标描述、拉伸或形成的扫描描述体、构造实体几何等 3 种表达形式，以及 CityGML 旋转感知最终结果一种几何表达形式，IFC转化为CityGML后，利用征用或旋转的扫描体和构造形式化方法表达的几何信息只能用于特定的描述方法表达，需要大量的坐标数据来许多片信息，这必然会导致几何信息对象的丢失和数据的增加；因为IFC和CityGML对的表达理解是不同的，也没有的对象收集研究和研究工作，因此，在 C向CityGML 转化的过程中，需要信息的丢失返回的。

CityGML与IFC之间的数据格式转换研究，主要集中在两个标准融合方法的方向，实际应用的性不强，不是针对特定的问题需求反馈研究工作。 IFC 之间格式转换基本已到达，数据转换过程中的信息丢失基本是状态，近期在 GML 与 IFC 的数据格式转换研究方面取得进展的进展。

1.2 基于标准扩展的GIS与BIM融合
在支持 CityGML 和 IFC 标准的扩展研究，此基础上形成新的数据交换标准，也是 GIS 与 BIM 融合研究的重要方向。集操作为主的新数据模型建立；另一部分是基于CityGML ADE（应用域扩展）扩展机制的标准融合，CityGML扩展相应的实体类型支持IFC的实体实体。

1） IFC和CityGML结合形成新的模型。城市信息模型（City Information Model，CIM）是其中一个比较有数据案例的案例[ 15 ], 将城市设施、建筑、交通、设备与管道和水体等信息通过模型进行表达，IFC和CityGML将各自定义实体分别按照各自的具体数据进行再分类，分类后的IFC和CityGML进行整合形成新的数据模型。除了大灰烬的城市模型外，室内信息模型又是一个重要的数据模型[ 16 ]室内信息模型可以用于室内健身、室内导航、室内外联合火灾生等方面。 室内信息模型包括室内建筑、室内实时信息和室外信息等，对数据的准确度、实时性、定位等类似的新数据模型还有统一建筑模型 (UBM) [ 17 ]、城市信息模型 (UIM) [ 18 ]、校园信息模型（CIM） [ 19 ]等，本质上都是IFC和CityGML的并交集运算。
以上信息模型最大特点在于IFC与CityGML的物理集成，不进行数据格式的转换，主要的应用方向是城市管理。这些模型信息重点不在于实现CityGML和IFC之间的数据格式转换，在应用时间灵活各自的CityGML和IFC信息，有效规避了数据转换中的信息丢失问题，同时针对具体应用的实际问题。

2）基于CityGML ADE扩展实现融合。CityGML作为“开放的”城市三维模型建模标准，提供了基于应用领域扩展（ADE）的扩展机制，可以从现实实现对CityGML的扩展。现实，也有大量的研究通过对CityGML标准进行ADE扩展，实现与IFC标准的分类融合。 这种融合的原理是根据IFC实体的定义和方式，特定的应用需求对City GML进行ADE扩展，将特定的IFC实体分类除了理论理论的研究外，还有关于CityGML和IFC的具体应用领域进行扩展的这一方面的研究成果。[ 21 ]。

针对CityGML和IFC标准的扩展方式，双方有3种扩展方式。一是近期开发，定义新的实体类型和属性，也就是对Schema文件进行修改。上述的CityGML ADE机制扩展就是该种方式，IFC标准也支持类似的扩展方式。方式的特点是准确、完整地表达待扩展信息，但需要对图像的架构文件进行修改，工作大，并且需要特定的平台来支持扩展结果的可视化。二是基于通用类的扩展，CityGML和IFC都提供了相应的扩展机制，分别基于通用和代理方式实现，该方式的特点是不需要修改大部分的Schema文件，直接对CityGML和IFC的实例进行修改，但该类扩展的问题在于没有扩展的内容进行定义而造成需要歧义[ 22 ]三是通过引用外部分类的方式进行扩展，CityGML可以通过自身的链接功能，通过UUID调用IFC中定义的实体，也可以通过URL调用待扩展实体的分类结果，既可以实现实体的扩展，也可以实现可能相应的属性信息，我们的方式的不足是关于她的信息特征。

1.3 基于本体的GIS与BIM融合
本体最初是哲学领域的概念，后来被引入人工智能和信息科学领域，形成在地理信息领域也得到了广泛的应用。CityGMLIFC标准在用户、应用目标等方面存在差异，对同一个人在需求、时空表达、数据、存储信息模型等方面的。因此，以主观基础理论为构建适合CityCity和IFC标准的本体系统，删除不同的标准对自己的另一个目的GML理解，是基于本体论实现GIS和BIMGIS的关键，是基于本体论和BIM融合研究的重要方向。
CityGML和IFC复杂的本体系统，包含大量的空间对象和属性信息，CityGML和IFC标准的本体信息匹配则是建立在本体系统的基础上。 并基于统一资源内容、Word网络词典等工具实现需求信息匹配是其中的基本方法[ 23 ]除了简单的知识信息匹配外，创建新的本体数据模型，定义新的特征信息，并根据需要信息的特点分类不同的分类，实现信息的分类管理。在信息集成的基础上。结构要素和拓扑关系要素引入数据模型，立体本体信息的表达形式，有效增强CityGML和IFC标准之间的本体信息的间隔度。
真实本体技术在地理信息领域已经广泛应用，但作为GIS和BIM融合存在的新方法，其在CityGML和IFC标准融合研究中的应用还很有限，还有一些技术问题需要解决，例如CityGML和IFC之间应用问题信息的映射，RDF、SPARQL、s等相关技术的，本体系统分类结构研究等，都是本体理论在GIS和BIM中所要面对的基础技术。
BIM与GIS数据融合关键技术研究
1.1 融合方法

目前BIM与GIS数据融合主要有两种途径，一种是通过中间交互格式，将BIM模型按照IFC（IndustryFoundationClasses）标准组织数据，或者转换成OBJ、DirectX、OSG等成熟的三维引擎支持的格式，GIS系统直接读取。优势是转换简单，一般BIM软件都支持IFC、OBJ等格式数据的导出，可直接利用现成的转换接口，缺点是存在数据丢失、数据转换质量不可控。另外一种是通过插件，调用平台提供的数据接口从底层进行二次开发，实现BIM与GIS数据的融合。该方法优势是数据转换质量可控，数据能满足工程项目应用需求，缺点是对不同的GIS平台都需要开发一套接口工具，对BIM与GIS平台的数据结构都要有足够了解，需要具备较强的研发能力。

1.2 考核因子分析

BIM模型导入GIS平台后，考核数据融合效果的因子主要包括以下几方面：几何结构、几何位置、几何属性、CAD属性（如图层、颜色、透明度等）、纹理属性、工程属性等关键信息是否完整。一般中间格式转换方式很难做到纹理属性和工程属性的无损。另外，BIM模型在GIS平台的运行效率也可以作为考核数据融合效果的一个因子。除了GIS平台本身的运行效率，GIS平台对BIM模型的数据结构优化能力也是提高模型运行效率的一个方面。

1.3 关键技术研究

由于BIM数据采用的CAD平台与GIS平台在数据的表达、组织和管理方式上有很大的区别，因此在数据融合时需要重点考虑以下几方面。

1.3.1数据组织

BIM数据以图层为单位进行元素管理，一个图层可以包含多种数据类型的元素，一个文件由多个图层组成。另外，多个文件可以参考组成总装文件。GIS数据以图层为单位进行要素管理，一个图层只能包含一种数据类型的要素，多种类型要素通过要素集进行管理，一个文件可以由多个要素集组成。介于BIM数据可以多级深度参考，为确保数据被提取到最低层级，同时保证转换后图层关系正确，因此需要建立起图层-图层、参考文件-要素集，总装文件-文件方面的映射。

1.3.2数据存储

BIM模型一般将几何与属性存储于同一文件，GIS软件一般将几何与属性分开存储，此外还会有地理坐标信息的相关定义文件，而BIM模型一般没有地理坐标信息定义。BIM模型的颜色、线宽、符号、透明度等通过属性进行表达，GIS平台里这些属性一般通过符号化的方式进行表达。对于多个同类元素，BIM模型通过共享单元来减少数据存储，加快渲染速度，GIS平台需要逐一进行实例化表达。对于结构化与非结构化的数据，BIM一般采用分开存储的方式，GIS平台采用关系数据库存储方式，因此可以统一存储BIM模型结构化和非结构化的数据。

1.3.3数据表达

BIM数据中元素的基本单元有点、单元、线、面、体等，尤其是三维表达上，可以用各种体来表达复杂的三维实体，如旋转体、带倒角的体、参数实体等，在GIS里，三维元素统一以Mesh来表达，因此数据被离散化处理，为最大程度控制数据转换损失并保证GIS平台的运行效率，需要在数据转换时进行精度控制。如原始的一个圆柱体，转换成Mesh时，可以设置成96、48、24或8个节点不同等级，在GIS平台下，不同尺度采用不同的显示等级。

对于纹理的表达，BIM数据一般通过贴图的方式来表示模型的局部材质，GIS平台下，除了贴图，还可以用正射影像来表示大范围的地表纹理。
基于BIM+GIS的铁路三维场景快速建立方法研究
BIM与GIS融合主要实现铁路构筑物模型由BIM平台格式（如DGN格式）向三维GIS平台格式（如FDB格式）转换，同时保证模型几何、属性、纹理、材质、编码、参数和附加信息等不能丢失。

在对BIM模型进行格式转换后，对其坐标系进行定义。由于铁路线路长，为减小误差，通常采用分段投影方式，通过开发的工具只需提供各模型的坐标信息表，即可实现模型坐标系的批量定义。
对于穿越城市的铁路，利用开发的处理程序和建筑物矢量数据（包括外轮廓和高度），快速拉伸出建筑物模型并贴上纹理
将设计信息附加到BIM模型上，经过BIM与GIS融合后，能够在三维场景中查询模型对应的属性信息。
GIS-BIM在铁路工程建设管理中的应用研究
2.2 基于数据格式转换的GIS-BIM数据融合
BIM是基于工业基础类 (IFC, Industrial Found a t i o n C l a s s e s) 扩展语义要素, 形成存储标准, 3D GIS是应用City GML三维模型数据标准的存储框架, 因为存储和表达的差异, 导致二者不能各自在软件平台上互相友好支持, 目前, 关于IFC与City GML整合主要在转换框架的设计、基于标准扩展机制的整合、基于数据格式的转换。本文研究了信息模型在BIM和GIS领域及其软件平台间无损转换和无缝衔接的方法, 提出一种基于FME格式转换软件平台对模型进行处理分析和应用, 实现了精细模型的跨地域展示, 其流程如图4所示。

研究思路是应用数据格式转换软件FEM将BIM模型放入GIS环境中。BIM模型来自Revit软件的R V T格式, 利用F M E在R e v i t软件里的插件, 将R V T格式转换为一种中间格式R V Z, 然后将R V Z文件导入FME软件平台中, 按照要素特征, 调整配置合理的参数, 最终转换为shp格式文件, 利用E S R I软件功能处理所有文件, 这种方式导出模型的姿态与原始Revit模型相一致。
从外观上来讲, 这种格式转换方式不需要人工干预, 颜色和透明度会保持比较完整;在属性方面, R V Z的中间格式保留了大部分B I M信息;从模型体量来说, RVZ格式的文件体量是原文件的1/7, 因此转换的GIS模型体量小, 信息比较完整。对比如表1所示, 效果图如图5所示。
BIM+GIS的集成应用与发展
3 BIM与GIS的数据融合
鉴于设计初期, BIM技术和GIS技术面向着不同领域的应用, 两者采用了截然不同的数据模型标准和技术, 在几何表达及语义描述上也差异明显。IFC (Industry Foundation Classes工业基础类) 和City GML (City Geography Markup Language, 城市地理标记语言) 作为BIM和GIS通用数据模型标准[8,9]。两者在数据表达方面存在着差异, 见表1。
表1 IFC和City GML数据的表达特点
介于IFC和City GML在数据表达方面的异同, 故需要将两者的模型语义进行转换、映射。两者之间的模型语义映射方法按照映射方法可分为一对一映射、一对多映射以及间接映射[13,14]三类: (1) 一对一映射即一个IFC类型直接映射为一个City GML类型, 例如IfcRoof, Ifc Door, Ifc Opening和Ifc Window可以一一映射为City GML中的Roof Surface, Door, Closure Surface和Window; (2) 一对多映射即一个IFC类型通过语义映射规程和几何算法, 按照一对多映射流程[15], 可以实现多个City GML类型的映射, 例如可将Ifc Footing映射为City GML中的Wall, Floor或Ceiling; (3) 间接映射即存在部分无法从IFC类型直接映射到City GML类型中的, 该部分需要基于一对一映射和一对多映射的结果, 经过几何运算才能输出。例如经过一对一映射和一对多映射之后, 可以获取到Floor Surface、Ground Surface、Interior Wall-Surface和Wall Surface的几何信息, 以地板和墙面的几何信息为基础, 通过室内空间提取算法实现Room的二维空间提取[16,17], 从而完成从IFC类型到City GML类型的间接映射。
结合BIM与GIS的城市工程项目智慧管理研究
数据融合

(1)通过FME实现几何重构算法:
BIM数据通过FME进行数据转换成中间体，将其转化成CityGML中间体模型数据。首先创建两个独立的BIM读取器。移除不必要的中间要素，第一个读取器读取所有的BIM要素和填充要素查找表，第二个读取器用于数据转化。FME依次运行读取器，在运行第二个读取器之前，第一个读取器要先完成运行，并完全填充查找表，其BIM读取器读取所有信息并填充查找表。在对房间进行数据转化过程中，读取器读入数据，将几何转换成简单的面对象，写出器写出为CityGML格式的Window。

由于将复杂的BIM体几何对象转换成多面对象对所有要素来说具有共性，所以将其放在自定义的变换器中。BIM实体几何通过Geometry Part Extractor从属性集分离，然后使用GeometryCoercer转换为曲面。为了扁平化多级几何对象，我们需要用扁平化全部对象来解聚集，然后重新聚合成多面，如图5所示。
(2)坐标匹配、布尔运算等算法:
通过GPS获取施工现场的具体三维坐标(X,Y,Z)值，将坐标值输入到FME处理的BIM模型中，获取中间体。同时，将坐标值输入到GIS数据文件中。将获取到的GIS数据进行FME转化后和中间体进行坐标匹配、布尔运算等，最后融合成CityGML模型。
前端主要内容
结合WebGL的BIM三维建模方法研究
BIM 技术的出现促进了建设项目信息管理从数据独享逐步发展为基于 Web 互联网的数 据共享，为建设项目信息的异构性、多元化管理提供了有力的支撑。WebGL 技术能够有效地实现 BIM 模型的高效三维渲染和 Web3D 显示，实现建筑项目参与人员的跨地域作业，提高模型信息 流动的准确性和及时性。提出一种结合 WebGL 和 IFC 标准的 BIM 模型可视化分析方法，通过 IFC 标准（IFC标准：一种标准、公开的数据表达和存储方法。IFC标准的核心技术内容分为两个部分, 一个是工程信息如何描述, 一个是工程信息如何获取。）分析 BIM 模型几何信息的表达范围和形式，利用 OBJ 文件设计 IFC-OBJ 的数据转换接口。 关键词：BIM；IFC；WebGL；可视化
Point： GLSL、ES、WEBGL ----》 呈现

参考
[1] supermap BIM+GIS技术白皮书
[2] 结合WebGL的BIM三维建模方法研究
[3] GIS当中矢量数据、影像数据、地形数据等常见数据格式的介绍
[4] GIS 格式和地理空间文件扩展名的最终列表
[5] 倾斜摄影三维模型五种常见格式包括OSGB说明
[6] 基于BIM+GIS的铁路三维场景快速建立方法研究