CN112069582A - 工程场景建立方法 - Google Patents

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郑之光
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陈加平
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Abstract

本发明公开了工程场景建立方法，涉及场景建立领域，包括S1建立工程场景的BIM模型；S2解析BIM模型，获取BIM模型的相关信息保存至模型数据库，输出GIS可读取模型文件；S3获取地理数据，通过GIS平台建立地理信息场景；S4统一BIM模型局部坐标系统与GIS坐标系统，确定偏移信息；S5根据BIM模型在三维场景中的空间坐标和偏移信息导入全部BIM模型和模型数据库，动态显示BIM模型；S6完成BIM模型与DEM的无缝贴合和地形的套合；将三维建筑信息模型作为核心应用于工程项目的设计、施工等过程中，较好地实现了BIM设计模型应用到土木工程领域与地理信息相结合，解决了BIM设计模型集成到三维地理信息系统存在承载的信息丢失、加载速度慢、构筑物内的构件空间位置偏移等问题。

Description

工程场景建立方法
技术领域
本发明涉及场景建立领域，尤其涉及一种工程场景建立方法。
背景技术
近几年，建筑信息模型(BIM)由于其精细程度高，特征参数化，语义信息丰富，全生命周期的数字化管理等特点，在国内外建筑领域得到了大力推广和应用，已经成为了当下该领域的主要标准。将BIM技术引进铁路行业，有利于实现铁路工程全生命周期的数字化管理，但由于BIM模型精细程度高、数据量大、可视化预处理时间长，目前应用还主要集中在对单个项目工程的设计和全生命周期的管理方面，例如单个桥梁、隧道、建筑物，或者小范围的构造物综合体。如何对铁路这样的长大工程项目中的大范围海量BIM模型进行整合应用成为关键技术难题。
地理信息系统作为管理地理场景的重要工具，特别是对于宏观层面的管理具有得天独厚的优势，近几年地理信息系统领域三维热潮也正在兴起，随着在各行业的纵深应用，三维GIS在日益增长的三维空间信息需求的牵引和蓬勃发展的现代新兴技术的驱动下得到了稳步的发展。各种大型工程设施的形式和结构日趋复杂多样，大型工程的三维可视化施工管理对三维模型的准确和高效的表达提出了越来越高的要求。三维GIS基于空间数据库技术，面向从微观到宏观的海量三维地理空间数据的存储，管理和可视化分析应用，能有效承载大范围的BIM数据信息，利用数据库系统对其进行高效管理，从而支持对大规模工程的协同分析和共享应用。
现阶段将BIM模型集成到三维地理信息系统存在承载信息丢失、加载速度慢、构筑物内的空间位置偏移等问题，具体而言：一是从BIM模型设计阶段开始由于各专业使用不同的BIM设计软件，BIM模型的交付存在平台的限制；二是BIM模型设计时采用平面坐标系，三维地理信息系统一般采用球面坐标系，如果多个BIM模型直接按原来的平面坐标投影到球面三维地理信息系统时会存在模型间错位和无法拼接的情况；三是BIM模型一般较为精细，如果不经过轻量化处理，海量的模型对于现在的三维地理信息系统是无法承载的；四是模型如果按传统方式直接导入加载到三维地理信息系统中，部分几何尺寸信息和属性信息存在丢失情况。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种工程场景建立方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
工程场景建立方法，包括以下步骤：
S1、建立工程场景中每个工程建筑结构的BIM模型；
S2、对每个BIM模型进行解析，获取每个BIM模型的空间几何信息和属性信息保存至模型数据库，并输出GIS平台可读取格式的模型文件；
S3、获取基础三维空间场景的地理数据，并通过GIS平台建立地理信息场景；
S4、统一BIM模型的局部坐标系统与GIS的坐标系统，并确定BIM模型的偏移信息；
S5、根据BIM模型在三维场景中的空间坐标和偏移信息导入全部BIM模型和模型数据库，并根据可视范围和高度，动态显示BIM模型；
S6、完成BIM模型与DEM的无缝贴合和地形的套合。
本发明的有益效果在于：将三维建筑信息模型作为核心应用于工程项目的设计、施工等过程中，较好地实现了BIM设计模型应用到土木工程领域与地理信息相结合，解决了BIM设计模型集成到三维地理信息系统存在承载的信息丢失、加载速度慢、构筑物内的构件空间位置偏移等问题。
附图说明
图1是本发明工程场景建立方法的示意图；
图2为本发明工程场景建立方法的带有BIM模型的工程建设场景；
图3为本发明工程场景建立方法的BIM与GIS融合建立工程建设场景的流程。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，工程场景建立方法，包括以下步骤：
S1、运用Bentley、Revit、Catia、AutoCAD、3DSMax等工程建设设计软件建立工程场景中每个工程建筑结构的BIM模型，并对每个BIM模型进行编码编号，将BIM模型根据工程专业、区段划分、工程规模等进行差异化编制，每个编号均具有唯一性，每个编号代表了BIM模型中的某个构件，编号可作为模型检索的标签；
S2、对每个BIM模型进行解析，获取每个BIM模型的空间几何信息和属性信息与对应BIM模型的编码绑定并保存至模型数据库，对几何数据、材质数据、属性信息、编码信息重新组织输出GIS平台可读取格式的模型文件；
S3、根据数字高程模型DEM)和数字正射影像DOM生成基础三维空间场景等地理数据获取基础三维空间场景的地理数据，采用WGS84坐标将数字高程模型DEM和数字正射影像DOM的坐标匹配后，通过GIS平台合成建立三维地理信息场景数据库，并将行政划分、地名、沿线水文、道路、地质等矢量图层叠加到三维场景，如图2所示；
S4、在S4中构造得到BIM模型的坐标变换矩阵，通过变换矩阵对BIM模型进行平移、旋转和缩放变换统一BIM模型的局部坐标系统与GIS的坐标系统，并确定BIM模型的偏移信息；
S5、根据BIM模型在三维场景中的空间坐标和偏移信息导入全部BIM模型和模型数据库，并根据可视范围和高度，动态显示BIM模型；
S6、完成BIM模型与DEM的无缝贴合和地形的套合；
S61、用BIM模型实体整体外接立方盒的底面表示模型与地形的交线，基于该交线修改交线范围内的DEM高程数据实现地形整平，完成BIM模型与DEM的无缝贴合；
S62、获取模型在二维平面上的精确投影边界，利用该边界对地形进行开挖处理，让该范围内的地形高程值无效，然后将模型直接与开挖后的地形叠加进行融合，实现地形与BIM模型的套合，如图3所示。
工程场景建立方法在S2-S4之间还包括S0对每个BIM模型进行轻量化处理和动态LOD显示，三维几何模型通常用多边形网格表示，轻量化处理根据对原BIM模型逼近精度的要求，删除对BIM模型影响不大的三角形，保留能反映BIM模型几何特征的三角形，同时对BIM模型纹理贴图数量、纹理分辨率做自动化分级压缩；动态LOD显示是将BIM模型随视点的变化进行细节层次切换，使BIM模型随视点的改变而动态加载和卸载，从而降低内存的损耗，提高场景的调度和渲染效率。
根据BIM的编码信息可生成模型的结构树，通过结构树反映工程结构间的关系，并可查询每个BIM模型的空间几何信息和属性信息，实现模型的定位和场景的浏览；支持市场上多数设计软件建立的BIM模型；通过轻量化BIM模型，使得GIS平台能够同时承载整个工程项目甚至多个项目的BIM模型，且BIM模型与场景地理结构贴合度好，能够较好反映工程真实情况；在工程建设场景的直观展示基础上，基于结构树能够实现属性的查询和工程的管理。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.工程场景建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立工程场景中每个工程建筑结构的BIM模型；
S2、对每个BIM模型进行解析，获取每个BIM模型的空间几何信息和属性信息保存至模型数据库，并输出GIS平台可读取格式的模型文件；
S3、获取基础三维空间场景的地理数据，并通过GIS平台建立地理信息场景；
S4、统一BIM模型的局部坐标系统与GIS的坐标系统，并确定BIM模型的偏移信息；
S5、根据BIM模型在三维场景中的空间坐标和偏移信息导入全部BIM模型和模型数据库，并根据可视范围和高度，动态显示BIM模型；
S6、完成BIM模型与DEM的无缝贴合和地形的套合。
2.根据权利要求1所述的工程场景建立方法，其特征在于，工程场景建立方法在S2-S4之间还包括S0对每个BIM模型进行轻量化处理和动态LOD显示。
3.根据权利要求2所述的工程场景建立方法，其特征在于，在S0中轻量化处理包括减少BIM模型的三角形面片数目，保留能反映模型几何特征的三角形，分级压缩BIM模型的纹理贴图数量和纹理分辨率。
4.根据权利要求1-3任一项所述的工程场景建立方法，其特征在于，在S3中采用WGS84坐标将数字高程模型DEM和数字正射影像DOM的坐标匹配后，通过GIS平台合成建立三维地理信息场景数据库。
5.根据权利要求1-3任一项所述的工程场景建立方法，其特征在于，在S4中构造得到BIM模型的坐标变换矩阵，通过变换矩阵对BIM模型进行平移、旋转和缩放变换统一BIM模型的局部坐标系统与GIS的坐标系统。
6.根据权利要求1-3任一项所述的工程场景建立方法，其特征在于，在S6中包括：
S61、用BIM模型实体整体外接立方盒的底面表示模型与地形的交线，基于该交线修改交线范围内的DEM高程数据实现地形整平，完成BIM模型与DEM的无缝贴合；
S62、获取模型在二维平面上的精确投影边界，利用该边界对地形进行开挖处理，让该范围内的地形高程值无效，然后将模型直接与开挖后的地形叠加进行融合，实现地形与BIM模型的套合。
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