连接BIM和GIS：环境项目的新现实

介绍

随着 BIM 和通用 3D 设计技术在 AEC 行业的发展，在基础设施领域的应用越来越广泛。已经有相当广泛的试点和概念验证，围绕数字孪生、互联城市模型和智能城市正在发生很多嗡嗡声。即使在大型基础设施项目中，这种进步也在发生，在这些项目中，基础设施资产的完整走廊和网络正在虚拟化和连接。

考虑到环境学科几乎是每个项目的有机组成部分，尤其是在基础设施行业，这个问题变得越来越重要：
在环境行业中实施BIM工作流程怎么样？或者换句话说，我们如何将环境信息整合到BIM项目中？

事实上，环保行业的好处和需求并没有什么不同。大型，持久的项目，众多的利益相关者，不同的方面和感兴趣的领域。BIM 和数字孪生工作流、互联和集中式数据管理系统、交互式和基于云的交付、消除移交和生命周期管理期间的数据丢失、整个资产生命周期的数字孪生的优势是各种项目的有效和关键要求，无论学科和范围如何。

在本文中，我们将讨论如何在此类项目中实施BIM方法，AEC和环境行业最常用的技术（BIM和GIS）的主要区别是什么。我们将介绍将不同平台整合
在一起的一些挑战和用例。

什么是建筑信息模拟？

BIM有许多不同的定义，涉及部署领域，对用户和利益相关者的理解，用例等。我曾经说过BIM只不过是一种新的通信方式，我们使用设计对象的虚拟表示作为媒体，最好在云中连接。

根据维基百科，“美国建筑师协会将BIM定义为'与项目信息数据库链接的基于模型的技术'，这反映了对数据库技术作为基础的普遍依赖。将来，规范等结构化文本文档可能能够被搜索并链接到区域、国家和国际标准。

什么是地理信息系统？

就像BIM一样，GIS也有许多不同的定义，但可能是因为它的历史悠久，可以追溯到1968年，它已经是业内知名的技术。业内专业人士大多了解 GIS 应用程序、功能、特性和可用软件。随着在 GIS 系统内部处理 3D 功能并能够生成和管理 3D 对象的先进技术，越来越受欢迎。

回到其主要目的，维基百科指出，“地理信息系统（GIS）是一个概念化的框架，提供捕获和分析空间和地理数据的能力。GIS 应用程序（或 GIS 应用程序）是基于计算机的工具，允许用户创建交互式查询（用户创建的搜索）、存储和编辑空间和非空间数据、分析空间信息输出，并通过将它们呈现为地图来直观地共享这些操作的结果。

建筑信息模拟和地理信息系统

比姆

 

• 使用复杂几何图形对资产进行 3D 表示
• 丰富的属性信息数据库
• 结构化平台
• 分析和评估

地理信息系统

• 大比例地理空间形状的 2D 表示
• 丰富的属性信息数据库
• 结构化平台
• 分析和评估

BIM 和 GIS：异同

那么，这两个平台的真正共同点是什么？正如我们所看到的，BIM是与属性数据相连的复杂几何图形的3D表示。GIS 或多或少也在做同样的事情。它是关于表示与属性数据相关的 2D 大比例地理空间形状。

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这里的关键是数据和这些数据的表示方式。属性数据是BIM和GIS系统中的首要主题。由于这两个平台的重点是数据，因此问题是如何连接这些数据库。在新的数据时代，无论其表示方法（2D或3D）如何，集成两个平台的数据库都至关重要。一旦数据（包括几何数据）以结构化和连接的方式可用，这些数据的评估、分析和表示就可以在 2D 或 3D 中以各种自动化方式进行。这意味着，我们正在从应用程序和输出驱动的工作流转向数据驱动的工作流。

GIS 是否始终需要 3D 制图表达？应该不会。拥有一个适当的数据存储库更为重要。

从 BIM 的角度来看，GIS 中缺少什么？

正如我们上面所讨论的，该方法在 GIS 和 BIM 中是相同的，在这些地方，我们有基于对象的信息表示。可以使用数据、数据库和对象在 GIS 作品中表示它们。在这里，我们需要考虑标准 GIS 制图表达的构建基块。不谈论栅格数据，我们将简要介绍矢量数据。

点

零维点用于可通过单点参考最佳表示的地理要素。

线

一维线或折线用于线性要素，例如河流、公路、铁路、小径和地形线。

多边形

二维面用于覆盖地球表面特定区域的地理要素。我们可以清楚地看到几何图形的复杂性很低，对于 GIS 内容，我们无法谈论完全开发的 Revit 族或标准对象库。这使得除了连接的数据库之外，两个平台的集成也具有挑战性。

连接 BIM 和 GIS

集成或连接数据库后，问题是如何将GIS数据放入3D BIM环境中。

在图像的左侧，我们可以看到常规的GIS内容结构。在最底部，通常不会在 GIS 系统中表示现实世界，始终使用底图进行。在此真实世界底图的顶部显示不同的专题图层，并用于空间评估和生成更多内容。图层往往是具有高程数据的 2D 几何或形状。

在右侧，让我们考虑BIM模型以及BIM和GIS平台的连接/集成数据库，而不是使用底图来表示现实世界。

如果我们将 2D 图层放在 BIM 模型之上（比如说，通过在地形表面上叠加专题地图和图层），我们会连接两个系统吗？仅通过绘制，将 2D 参考 GIS 图层添加到现有 BIM 模型中并不能解决不连通性问题，也不一定会拉近不同应用程序的距离。如何运行复杂的空间冲突检查或进行数量提取和 3D 模型协调？

通过这个实验，我们可以说理想情况下，仅将GIS和BIM内容的数据库和参考集成到同一模型空间中是不够的，但是需要进行GIS内容的某种转换，以便将所有BIM和GIS内容整合到同一级别。

工作流程

在本节中，我们将展示和讨论一些将 GIS 数据加载和转换为 BIM 环境的潜在工作流。我们将展示标准和自定义工作流程及其优缺点。在工作流程中，我们将简要提及不同的软件应用程序和功能，而不仅仅是关注单个应用程序和功能。

我们将用于演示的数据集要么在线公开提供，要么仅用于演示目的而创建，没有任何真正的实时参考或含义。尽管如此，我们仍在尝试建立一个工作流程，以反映环境行业中潜在的现实用例。

以下应用程序正在使用中，重点是它们处理标准环境和 GIS 自然数据的能力：

• AutoCAD Civil 3D
• 基础设施工程
• 适用于 ArcGIS 的 Autodesk Connector
• 发电机
• 蟒
• 地理数据库接口
• 导航工厂
• ArcGIS Online / ArcGIS Enterprise

Autodesk Connector for ArcGIS with Civil 3D（和 InfraWorks）

借助 ArcGIS 连接器，我们可以在 ArcGIS Online 或 Enterprise 中托管的 GIS 内容与 Civil 3D 之间建立实时链接。此链接可以通过加载主要形状文件或任何其他 GIS 内容并将其转换为 Civil 3D 环境，同时将其转换为 CAD 对象来双向工作。关联的属性数据将与内容转换一起加载。

选择该工具后，将显示一个登录窗口，其中需要使用 ArcGIS 凭据登录到 ArcGIS Online 帐户。

选择感兴趣区域并在搜索栏中查找所需内容，可以将 GIS 图层加载并转换为各种方式转换为 Civil 3D 环境。

Civil 3D 中的可用特征类型

• 科戈积分
• 特征线
• 结构
• 包裹
• 重力管道
• 路线

可用的要素类型仅提供有限的用途和选项，以便能够真正将 GIS 数据转换为 BIM 对象。可用的要素类型更多地用于从 GIS 内容（COGO 点、要素线）创建 CAD 对象。使用选项结构，可以生成3D BIM Civil 3D对象，尽管只能使用某些预定义的对象类型，例如检修孔，以及大多数排水组件。

也可以限制宗地选项将形状面积要素转换为 BIM 对象，因为加载的 GIS 内容并不总是表示宗地信息。

该工具在重力管道方面非常有用，尤其是当托管 GIS 图层具有所有高程和尺寸信息时。

在Civil 3D中引用和编辑内容后，可以将更改保存回ArcGIS Online，以便更新ArcGIS Online上的托管图层。

InfraWorks 也可以使用相同的工具，作为要素类型，有更多可用选项。尽管在该应用程序中编辑或生成自定义 3D 对象也受到限制。

加载所选内容后，CAD 对象即可在 Civil 3D 中进行编辑。我们突出显示了来自 GIS 数据库的加载属性集以及几何数据。该工具填充了扩展数据选项卡下的属性集，最终编辑后，仍然可以在 Navisworks 中访问该选项卡，最终的 BIM 模型协调可以在其中进行。

通过此工作流，我们可以将GIS内容直接引用到Civil 3D和Navisworks中，尽管内容肯定需要从简单的CAD转换为3D对象才能在BIM环境中使用GIS内容。否则，我们将只在联合 BIM 模型中加载 3D 多边形和点。

Civil 3D 中的地图导入命令

这是将 SHP 或其他 GIS 文件加载到 Civil 3D 工作空间的老式方法。结果将与我们使用 ArcGIS 连接器看到的结果类似。这里的其他限制是数据需要下载，因此基本上是离线的，这使得潜在的自动化工作变得困难，并且不再考虑连接的数据库。

使用 mapimport 命令将类似内容加载到 Civil 3D 时，读取属性集将显示在属性窗口中的“对象数据”部分下。这种类型的属性在 Navisworks 中不再可识别，理想情况下，最终模型协调应该发生。这意味着我们在将数据传输到联合模型时会丢失信息。

定制工作流程

在本节中，我们将重点介绍潜在的工作流程，在这些工作流程中，我们可以解决以上述标准化方式看到的挑战。换句话说，基于加载的几何体创建灵活的 3D 对象并在生成对象时求解属性，以确保在将内容添加到联合模型后信息仍然可见。

通过以下应用程序的组合，我们可以确保数据转换的灵活性：

数据源（联机/脱机） → 用于数据处理的 Python → 用于建模的 Dynamo （C3D） →用于托管的 Civil3D/Navisworks

显然，这需要更多的技术知识，创建3D模型需要以编程方式解决。工作流可以“降级”为仅使用 Dynamo 在更简单的情况下读取和转换源数据，我们不需要处理复杂的数据结构。

在上面的示例中，我们有一个CSV文件，其中包含有关地形模型的信息，其中包含坐标，高程数据和其他属性，例如材料，图层配置，应用的厚度等。Python 脚本正在读取数据集并将其重组为格式，以将它们用作可用 Dynamo 节点的输入。结构化数据并将其加载到 Dynamo 后，将生成对象并分配其他属性集。

该工作流程显然可以灵活地生成复杂对象（地形、土方工程等）。

上述工作流最终可以通过直接在 Python 脚本中使用 ArcGIS API 来实现自动化。

通过这种方式，我们可以消除数据连接问题，不再使用离线源，而是直接从 GIS 数据存储库。

以下 Python 库和类可用于从 ArcGIS 在线查询和读取数据：

从 arcgis.gis 导入 GIS
search_results = gis.content.search（query=query， max_items=10）

有关 API 的详细信息，请参阅 ArcGIS API 文档。

通过此自定义工作流，GIS 数据转换非常灵活且自动化。我们可以生成复杂的几何图形并保留属性信息。此工作流可在数据集或归因定期更新或更改的情况下实现自动化。

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Pal Porkolab是一位合格的土木工程师 M.Sc，拥有超过10年的专业经验。他的专业领域是将BIM技术应用于基础设施项目，特别是公路和铁路线性资产。他目前在凯谛思北美担任 BIM 经理，过去几年他在德国和印度受雇于同一家公司。他2018年在AU Germany上课的主题是关于在铁路设计中实施3D和BIM技术。