万庆:开放建筑物数据模型及建模技术

2016-06-16 18:28:09

摘要: 6月15日,第五届“地理信息开发者大会”(World Geospatial Developers Conference,WGDC)在北京国家会议中心隆重开幕。大会由空间信息产业创新创业服务平台泰伯主办,秉承不断引领和促进空间信息技术

  6月15日,第五届“地理信息开发者大会”(World Geospatial Developers Conference,WGDC)在北京国家会议中心隆重开幕。大会由空间信息产业创新创业服务平台泰伯主办,秉承不断引领和促进空间信息技术创新与变革的宗旨,WGDC已走过五个年头,如今成为全球最具前瞻性的跨界创新风向标。

  在智慧城市高峰论坛上,中科院地理资源所研究员万庆作了“开放建筑物数据模型及建模技术”为主题的精彩演讲,以下是演讲实录(尚未经本人核实)。

万庆:开放建筑物数据模型及建模技术

  万庆:非常感谢在座各位,我尽可能用最短的时间把工作介绍完,介绍之前我说明一下我今天给大家介绍的工作我跟南京师范大学闾国年教授做的工作:GIS+BIM中可能的途径。

  先讲一下最基本的问题提出,咱们今天论坛是智慧城市,讲城市不可能没有建筑物的,建筑物是城市主要的构成要素。第二个来说我们现代人生活和工作在室内环境中的时间已达到全天的80%到90%。第三个来说GIS正在从室外走向室内。昨天像李德仁院士、李维森院士,国外的好孩子大家都一致认为GIS一定要从室外走向室内的。建筑物是我们不能绕过去的一个问题。在数字城市当中我们建立大量三维图像,大家看了很多的。

  我们觉得它最基本的它的特征它是一个场景的三维,我们一个建筑物很漂亮,但是它不是一个整体,只是一个表面,里面到底是什么东西不太了解。我们建的大量三维没有办法表现现有现象特征,我们搞地理关系人和自然环境相互关系作用,所有这一类东西在时间空间分布行为特征没有办法处理的,以前我们做的三维城市数字城市是这样的情况。

  因此,后来BIM成为非常门的话题。我觉得BIM是我们搞GIS的一根稻草,我们GIS没有办法处理室内问题,后来我们找一根稻草用BIM搞这个比较好,所以,GIS+BIM成为非常热门的话题。我讲一些BIM的概念,讲了很多。BIM的核心李院长前面有一个本质叫做模型+信息,我们的任务是搞GIS,我不是搞BIM的,我从GIS的角度来说它对我们最大的启发,第一个就是对象,或者说最小对象单元,做任何一个系统分减为最小对象单元,BIM对我们启发把建筑最小部件作为单元对象处理,一个梁一扇门一个窗一个天花板等等,最小单元处理。GIS也是讲过程的。 任何对象从各个维度表现这个对象。BIM我前一段参加了一些论坛,包括GIO组织的论坛。我个人总得感觉GIS+BIM极其重要极其有前景,但到底怎么做?还是需要思考的问题,我们直接用BIM算;直接用BIM最好解决我们地理时空分析。但是恐怕你存在着困难。我简单列了几条,第一个高门槛需要很多钱,技术门槛也很高。第二个数据标准也不同,BIM咱们国内广联达有,国外也都有BIM应用,各厂商之间的数据标准也不一样。上一次有一个厂商说最典型有一个厂商不同版本之间还不相兼容。

  第三个困难BIM软件针对建筑项目本体,跟我们GIS考虑的室外的东西多少有点差异。缺乏与建筑本体所处环境的交互。如果我们现在新建的建筑我们一开始用BIM做设计建造等等没有问题,你有BIM数据,对于我们现在已经有的建筑物体怎么办?20年前30年前那时候建筑物当时没有BIM,你怎么用BIM处理问题?没有办法。

  针对这些情况,我们提出这个想法我们需要设计一套建筑物的数据模型。我们要结合BIM的理念和现有GIS的方法,来设计建筑物的数据模型,就可以把GIS空间各种分析方法和BIM优势结合起来,提供出各种各样的应用。首先,我们设计这个数据模型来说先从概念模型上讲一下:我们认为建筑物由建筑构件和建筑空间组成的,建筑构件和建筑构件之间和建筑空间与建筑空间、建筑构件与建筑空间之间存在各类的建筑关系。建筑构件和建筑构件物理化、几何、化学、生物、社会多维度描述这个建筑构件和建筑空间,我们需要这样来做。

  我们认为,任何一个建筑物可以分成四个子系统:第一个建筑构件;各个梁、门、窗、天花板等等。第二个建筑空间;建筑空间由不同建筑构件围成的空间,我们多功能厅就是一个建筑空间。建筑物里面有很多管网设施,给水、排水等等。现在我们把传感器布置在室内传感器作为一个单独的系统来做数据建模。这四个都是建筑对象。

  每一个建筑对象它都存在复杂语义关系和约束。比如说,在设施空间里面有转化设备,转化设备通常安装在设施空间里面的。配水闭管要装阀门等,这种在数据模型要建立起来。每一个实体我们都要从定位、几何、属性、过程各个方面进行描述。

  设想一下,我们建立这样一个数据模型,根据这个数据模型我们建立一个数据库,实际上这个数据库可以支持我们LoD0到LOD4,建筑构件+建筑空间+建筑设施,你这样一个数据库可以支撑任何一个LoD层面上的应用的。

  刚才介绍是一整套概念上的设想,我们说我们设计开放建筑物数据模型,这是一个技术问题了,大家都很了解。每一个建筑我们分成四类建筑对象,每一个建筑对象有语义描述有各类约束,同时有定位、几何、属性等方方面面,把模型里面把各种各样的关系设定好定义好。

  然后,整个的数据模型包括建筑空间子系统,每个子系统按照构件设计。传感器子系统,这里面跟前面两个不太一样,传感器本身对传感器本身对象描述需要有一套的维度描述它,传感器所处的环境要描述它,传感器探测各种环境参数的。无论是气压还是湿度,不管是任何一个传感器,总是探测某种物理或者化学系统的。探测的空间以及探测的参数在我们数据模型同样要体现。

  这是管网设施子系统,这个大家很熟悉了。

  就是说,我们刚才基于我所介绍的东西设计一套完整的数据模型:关于建筑物的数据模型。这个数据模型建设好以后相当于你根据数据模型设计你的数据库了。数据库设计好以后,你面临我怎么把数据库建起来,你建筑物每一个构件数据怎么生产的?关于建筑物的三维模型它的建模的方法大家非常熟悉,传统上两大类:一类用我们CND来做,还有摄影测量方法来做,传统上倾斜摄影的方法,现在很流行无人机,还有我们室内扫描的办法来做。传统航空摄影的办法我感觉它应该做不了室内,还是做一个表皮。我理解激光扫描:它应该可以做出每个每个构件,构件几何位置应该做出来。后面很多语义的东西,物理需要后期来做。

  我们办法是什么?我们的办法:以建筑施工图数据是建筑施工的依据图纸,本身包含建筑物室内外三维建模所必须的语义、定位、几何信息,因此利用建筑施工图做我们数据库的数据生产是一个办法。建筑施工图不能完全靠手工去做、手工做不了的、工作量太大了,我们基于知识与规则的复杂建筑信息解析与重构的方法。我把建筑施工图CAD的数据送到我们系统软件里面去,我们系统软件自动提取出各种各样的建筑构件。根据建筑构件可以重新构造进行空间提取,重新构造各种的关系建立起来;然后,成果可以导出来,换句话说就是我们找到了自动化数据生产方法,根据建筑施工图生产出,符合我们那一套基于构件和建筑空间一整套的数据库生产和方法,这个是我们所做的第二方面办法,我们自动生成这个数据。

  这个数据可以导车我们GIS的各种数据,也可以导成BIM的FC的数据。这样支撑各种的应用,这是一个音乐厅,是比较复杂一点的建筑物了;这是相对简单一点的住宅楼的建筑物。结果可以导出来:最后实际上,你这套建筑物数据库建好以后可以支撑你做各种各样的应用,室内气流运动模拟、日照分析、结构分析、应用场景比如说消防的应用、建筑质量评估可以用、室内定位导航可以做,你有整个建筑物空间的数据了,所以都可以去用,后面具体分析事例我不讲了,谢谢大家。

[责任编辑:王双阳]
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