[发明专利]一种无损地由BIM模型构建空间语义数据库的方法

说明书

本发明公开了一种无损地由BIM模型构建空间语义数据库的方法，属于空间地理信息数据转换方法的技术领域。包括新建表，定义表结构字段，定义表之间关系，将BIM对象按照定义的数据库结构进行表记录整理；最终建库得到无损的BIM空间语义数据库步骤；本发明具有可直接将BIM的属性结构与几何结构数据完整保留，以空间语义数据库方式管理BIM模型，通过数据库的组织结构来表达实体间的语义关系，从而实现将BIM模型无损引入空间信息领域，并对可视化应用领域和智能分析领域提供数据支撑。

技术领域

本发明涉及一种无损地由BIM模型构建空间语义数据库的方法，属于利用计算机技术辅助智慧城市或数字孪生城市管理方法的技术领域，具体说属于空间地理信息数据转换方法的技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展，人类所处物理世界中的对象及业务正在通过一系列的技术手段，在电脑世界里进行重新组织再现：从早期的设计图纸、二维电子地图，到现在的三维设计模型、三维数字地图，多种技术都旨在通过越来越真实、准确的三维数字世界，实现对物理世界的映射、模拟、监控和指导。

在将物理世界还原到数字世界的这个过程中，有两种典型的技术成为主流：一种是面向建筑工程领域的BIM（Building Information Modeling，BIM，建筑信息模型）技术，因为模型精细程度高、语义信息丰富，包括几何、物理、规则等丰富的建筑空间和语义信息，主要应用于对工程或建筑工程全生命周期的数字化管理，并在各类建筑工程领域得到了大量应用。一种是面向地理空间领域的GIS（Geographic Information System，地理信息系统）技术，它基于地理空间信息，可以支持从微观到宏观进行大范围、多尺度、海量二三维地理空间数据的存储管理分析和应用。

由于早期的BIM和GIS面向的是不同领域的应用，因此两者采用了截然不同的数据标准和技术，无论在几何表达及语义描述上都具有重大差别。但是随着智慧城市的发展，二者融合的需求越来越强烈：一方面GIS技术因为其先天性优势被选为了构建智慧城市的主要技术，而BIM数据是城市可视化、精细化、精准化管理的重要数据源；一方面BIM领域用户越来越需要了解模型周边的环境以及多个BIM模型之间的关联关系，这又需要GIS的支撑。BIM进入GIS领域，可以减少重复建模，激发出新的应用，为城市基础建设、城市规划管理、公安应急、室内外一体化导航等各种应用提供基础数据保障。

目前已有的BIM进入GIS领域的方法一般是进行数据转换，主要围绕IFC和CityGML两个通用数据标准开展，包括数据级别和应用级别（如图1所示）。

数据级别的集成方法主要是对现有数据格式的转换，即IFC到CityGML的转换，通过相关的算法完成几何信息的提取、坐标系和几何表达的转换以及语义信息的映射；工作集中在比较BIM标准和CityGML两种不同行业标准的数据模型在表达机制上的区别，研究精细化模型到表面模型的转换；从BIM模型提取多细节层次（LOD）GIS模型的方法。

应用级别的集成方法是指仅在应用程序级别，在BIM中提取出需要的信息，转化为特定的数据格式，再被GIS的分析软件读取；基于可视化编程处理软件（FeatureManipulation Engine, FME），设计了一种语义信息过滤和几何信息提取的方法，以实现BIM模型到LOD2以及LOD3细节层次下的CityGML模型的转换。

已有的BIM进入GIS领域的数据转换方法存在如下问题：

1、数据级别的融合存在数据丢失；首先从任何一款BIM软件转换为IFC，就已经丢失了一部分数据；另外一方面，包括由于两种数据格式之间的几何表达和对象语义的差异，而且IFC模型包含的语义信息远远超过CityGML模型，因此导致这种转换方法不可避免的会产生错误和信息丢失的问题。

2、应用级别的融合仅面向某个具体的应用提取转换数据，局限性非常大，并且只能解决某个特定问题，可拓展性不强。