浅谈BIM技术在数字城市三维建模中的应用

浅谈BIM技术在数字城市三维建模中的应用

孟先

山东省国土测绘院山东济南250102

摘要：在现代信息化社会中，数字城市成为未来城市建设的一项重要内容，对于数字城市的三维模型构建的要求也越来越高。BIM技术作为一种先进的技术手段，对数字城市三维模型精确度提升有着极大作用，本文就对BIM技术在数字三维建模中应用展开研究。

关键词：BIM技术；数字城市；三维建模；应用

当前社会发展已经进入到信息化时代，计算机、互联网等技术的广泛应用，推动了信息化建设的发展。对于人们生活的城市而言，在信息社会的大背景下，结合先进的测量技术，实现对城市准确、详细的三维描述，建设数字城市，是未来城市发展的必然趋势。在数字城市中，三维建模是十分重要的内容，如何将BIM技术有效运用于其中，是相关工作者需要解决的问题。

1城市三维建模技术概述

1.1城市三维建模概念

所谓城市三维建模，就是通过运用计算机技术，来对地表建筑或者景观等构建相应的计算机三维模型，将地表信息、建筑物目标体等准确描述出来。在城市三维建模下，城市的规划设计、景观现状的了解等都可以从二维地图、三维实物模型中解脱出来，通过计算机的仿真模拟，更高效的得到全面、准确的依据，可以直观、深刻地认识到城市实际情况与设计目标，给城市规划决策者、设计者以及管理人员的工作提供极大帮助，对优化城市空间布局、道路规划、绿地设置以及污染控制等发挥着重大作用，是城市可持续发展目标实现的重要途径[1]。

1.2城市三维建模方法

在城市三维建模中，其主要内容就是建筑物，建筑物三维建模的一般流程为：收集建筑物目标的二维图形数据信息、观测三维数据并确定三维矢量数据与高程属性，将这些数据输入到系统中进行三维模型的建立，然后再进行纹理粘贴，再次开始三维模型的编辑与三维模型数据库的导入，最后进行可视化与建模结果的发布，给用户提供可以与数据模型间进行交互操作的机会，提高对建筑信息的掌握水平。

三维建筑建模是以虚拟地形景观模型为基础的，通过构建建筑来形成城市三维GIS，其中，建筑物的具体处理方式有以下三种：一是高度、形状以及纹理的简化，在采取相同高度的情况下，对形状进行简化，比如简化为盒状，墙面纹理采取相同的缺省纹理处理；二是在房屋形状上，根据数字摄影测量或者CAD模型导入的数据，房屋形状与实际间相符，相对复杂，但墙面纹理却没有相应处理，缺省纹理依然保持相同；三是复杂造型与真实纹理的叠加，将现实的建筑景观模型完整的虚拟出来。

1.3城市三维建模现状

城市三维建模在近些年发展迅猛，得到越来越多的重视和研究，主要研究内容包括城市影像中建筑物自动提取方式、二维建筑物和DEM数据的检测、地表表面或建筑物的直接建模等，提出了多种建模方法，比如摄影测量与物体几何知识结合形成的多面体建模、地面与车载激光扫描系统结合来获取局部空间信息并应用在城市重建中、三维传感器与高分辨相机结合来进行建筑物建模、虚拟现实技术进行三维GIS的可视化等，对推动三维建模发展起到极大推动作用[2]。

在建筑三维模型构建中，单纯的依靠计算机环境所得到的也只会是表面模型，建筑内部空间信息并没有得到有效反映，造成设计信息严重缺失，只能用于造型、体型与外部空间等方面的设计中，无法作为测绘记录、施工等的依据。在建筑物中，除了基本的结构之外，还存在许多附属信息，比如墙体的材料、纹理、颜色以及传热系数、施工工艺等，都是现代城市建设需要重点了解的内容，原有简单的三维表面模型构建技术是无法满足此种需求的，引入新的技术，提高数字城市三维建模附加信息质量，成为一项重要工作。

2集成数字城市模型

2.1集成数字城市模型概念

在数字城市中，通过GIS技术来获取城市基础地理空间数据，然后在数据分析的基础上，构建城市数字模型。随着信息时代的发展进步，数字城市模型的基础数据信息也越来越加繁杂，数量、类型都不断增加，除了原有城市地理数据之外，建筑信息数据的比重大大提升，数据共享需求不断提高，数字城市系统化程度加深。对数字城市模型进行完善，解决信息断桥等问题，实现数字城市管理从单一目标向多目标、从静态管理到动态管理的转变[3]。

所以，集成数字城市模型具有数据更全面、建模精确度高等特点，管理高效、功能完备、一体化水平较高，可以提升数据信息的共享水平，实现多领域、多业务的协同作业，从横向、纵向上对数字城市进行管理，确保城市管理的质量。为实现集成数字模型，BIM技术的应用是十分必要的。

2.2BIM技术在数字城市三维建模中的应用

BIM技术是在信息技术不断发展基础上出现的，近些年来，BIM技术在建筑行业中的应用越来越加广泛，给数字城市三维建模提供了极大助力，其优势是可以将通过建立BIM数据库来直接实现建筑物三维模型构建，且三维模型精确性高，功能强大。

但是，在BIM技术的具体应用中，并不是一个简单的过程，如何将BIM技术、GIS技术有效融合到一起是应用的重点，需要实现BIM数据、GIS数据的同时应用，GIS数据是建筑三维模型的基本空间数据，BIM数据是数字城市三维模型的地理信息系统数据。

在数字城市三维建模的实际工作中，BIM、GIS的融合可以通过CityGML语义信息模型来实现，作为一种三维城市模型的数据交换格式标准，其目标是对三维城市对象共同语义信息进行描述，细节层次模型是其关键。在CityGML中，定义了5个细节层次，分别是DTM数据的LOD0，、表示建筑物的LOD1、代表屋顶纹理和植被的LOD2、描述建筑物主体结构的LOD3以及房屋内部结构、家具的LOD4[4]。

在BIM技术应用中，建筑工程领域普遍运用的是IFC标准，在将IFC数据向CityGML中进行转换时，需要经过语义信息转换、地理信息转换两个过程，且两个过程需要同步进行，不能独立开来，具体来说，要想完成一次成功的数据转换，需要进行以下操作：第一阶段的操作，对规则进行明确规定，将两种模式间语义的映射确定下来；第二阶段的操作，对几何模型的规则、算法进行简化，通过BIM模型视图来实现；第三阶段的操作，对需要转换为CityGML的各个LOD对象属性信息进行确定，通过上述操作后，BIM数据、GIS数据可以良好融合到一起，共同发挥作用，建立起完善的集成数字模型，为数字城市三维信息的应用和管理提供帮助，也有助于推动三维的地理信息系统技术的发展进步[4]。

结束语：

综上所述，在现代城市发展规划中，数字城市三维建模是一项十分重要的工作，为确保数字城市建模的效果，做好BIM技术的应用是极为必要的。因此，加强对BIM技术应用的研究，实现数字城市三维建模中信息共享，提高三维建模的精确性，对数字城市建设目标的实现有着重要作用。

参考文献：

[1]任英桥，栗亮.试论精细化城市三维建模技术在数字城市中的应用[J].山东工业技术，2017（04）：151.

[2]杨俊杰.BIM技术在三维数字城市建设中的应用[J].科技经济市场，2014（03）：11-12.

[3]曾浩，范巍，刘惠，段志强，肖聪.“数字城市”三维建模技术[J].地理空间信息，2013，11（03）：26-28+5.

[4]李德超，张瑞芝.BIM技术在数字城市三维建模中的应用研究[J].土木建筑工程信息技术，2012，4（01）：47-51.

[5]王琪，凌翠明.数字城市三维建模关键技术研究[J].科技资讯，2012（07）：21-22.