BIM與GIS融合技術在鐵路信息化建設中的研究

郭寅虎

我國鐵路工程建設具備范圍廣、周期長、跨度大、施工復雜等特點，因此若只依靠BIM或GIS技術，在對鐵路信息化建設進行推進時效果不佳，因此需將二者進行有效融合。本文對BIM與GIS融合技術研究背景進行分析，對鐵路工程要素BIM語義擴展、鐵路工程要素GIS語義擴展進行說明，最后對鐵路信息化建設跨平臺集成進行研究。

鐵路在我國經濟建設以及交通發展中，發揮著無可替代的作用，因此需對鐵路建設進行強化。隨著信息化時代的到來，現代化鐵路發展需迎合時代潮流，逐步邁入鐵路信息化建設發展中來。在鐵路進行建設時，利用信息技術進行強化可提升鐵路服務水平、服務范圍得以擴大。若從工程建設方面來說，將BIM與GIS技術運用其中可提高工程建設質量。

一、研究背景

在鐵路行業中引進BIM理念、方法以及技術，并組織多家有關企業共同組建中國鐵路BIM聯盟，依據BIM內部框架結構，共同選取適合鐵路工程全過程的核心要素內容及方法，是當下極為重要的任務及工作。但是，因為地質條件、地形環境等地理因素連接緊密，導致在場景模型預覽、模型展示、比例尺寸等方面具備特殊性，由于BIM從未對其關注因此很難進行解決。GIS領域內的三維可視化技術、空間數據庫、中空間分析可以對此類問題提供解決方案及路徑。另外，利用GIS手段可將多個工作地點的施工坐標進行統一，在地理坐標內得以體現，達到了對鐵路工程全局性、完整性的評估、展示、參考及分析，對于BIM在鐵路表達的缺陷進行了彌補。同時，在對鐵路BIM標準及框架進行分析制定后，在后續的實施過程中，應對GIS所在的位置進行充分衡量，對于BIM與GIS在數據、語義等多方面進行融合的方案和可行性進行研究及探討。中國鐵路BIM聯盟將推進鐵路信息化建設發展作為契機，從而對BIM與GIS融合技術進行探索及進行嘗試，首先對鐵路BIM的IFD技術標準進行發展—《鐵路工程信息模型分類和編碼標準》，同時對于IFC（儲存標準）及IMD（交付標準）進行研究及制定。

二、基于BIM下的鐵路工程要素語義擴展

建筑項目與鐵路項目在建設方面有極高的類似性，具體是由于鐵路項目施工過程中，也需對施工周期內的資源情況和另外有關活動進行管理。所以，可參考建筑行業內BIM的管理理念以及BIM技術，將其運用到鐵路項目中，因此要將鐵路工程要素所包含的BIM語義實現擴展。換句話說，就是要把鐵路項目施工過程中的對于數據信息進行說明及溝通的形式進一步深化理解。BIM結構內的主要要素為IFC，IFC將全部要素關系、要素類型、要素屬性所涵蓋的數據信息儲存規范實現了定義，可將其使用到具體文件內，當然所用環境為建筑項目內。另外，IFC要素也可充作具備開放式、簡易式的，朝向建筑項目行業的可擴展理論數據模式。當下，從BIM市場軟件組成來看IFC的支持率大概可達100%。伴隨鐵路工程內BIM技術的不斷深化，把IFC當作鐵路項目語義要素延展的依據極具重要意義，因此在進行擴展選取時，一定要先選取IFC。以IFC內部涵蓋的Schema語義標準作為敘述依據，進而對語義進行擴展。基于此項體系，依據的具體參照實質為鐵路BIM數據信息編碼，通過編碼來實現對應的具體屬性類別及屬性集定義的目的，從而生出鐵路項目數據儲存模式。在進行實際擴展實行時，結合鐵路項目具體專業實行區分，能在IFC中衍生出另一種新類型。

三、基于GIS下的鐵路工程要素語義擴展

進行BIM技術與GIS技術融合時，不僅鐵路項目要素需對BIM的語義進行擴展，同時也需對GIS語義進行擴展。以GIS為出發點從而對鐵路工程要素進行語義擴展，重點采取的是采用OGC來對City GML三維模型信息儲存形式結構，該結構能進行ADE拓展工作。其泛型為現有的模塊實體類型，其主要的功能是進行各實體屬性以及類型等的擴展定義。從而描述實體組合、泛化的相關性，最終通過XML語言表達實體文件的內容。就當前的分析結果中可以看出，City GML存在“開放的”特點，因此選擇以下方式進行Schema機制的語義儲存，第一種為共享，第二種為自建。實例數據文件同Schema機制存儲語義相結合，最終翻譯出記錄內容。此外，Schema機制存儲語義會進行Schema創建，這一過程主要利用的機制是用戶的限制、拓展等。ADE既是類似于此類，基于底層內建拓展得來的。用戶采用ADE擴展最終成效，可實現對自身需要的數據進行共享。從當前對于應用的需求進行研究，采取City GML所涵蓋的ADE機制來擴展自定義屬性及自定義類型，這一環節會發生城市噪聲模擬以及室內導航等現象。把此類利用ADE擴展機制所產生的現象當作依據進行研究，最終可定義鐵路工程信息模型，所包含的實體屬性與實體類型以及它們之間的關系，最終確定出鐵路信息化建設的具體方案。

四、鐵路信息化建設跨平臺集成

就鐵路信息化建設來說，BIM技術與GIS技術進行融合的過程中，不但需在格式轉換、語義傳遞、標準制定等理論研究方面得以體現，還應著重對已有軟件平臺在具體使用方面以及處理分析信息模型方面進行加強。現下，面臨三維信息模型的算量、修編及建模等需要，BIM及GIS軟件雖然具有極為完善強大的功能，但由于二者在信息表達傳遞和數據結構組成方式上均不一樣，從而對數據模型實際跨平臺集成操作帶來阻礙。加之，國際上對于BIM技術與GIS技術進行融合的研究不夠深入，而鐵路行業對其進行開展的實例也不多。因此，要對該項融合技術進行深入探討及研究。因為BIM信息模型和GIS信息模型對于表達方式及存儲模式均有所不同，致使各自商業軟件平臺所帶數據接口只能對自身數據模型進行接收。以下，對已有鐵路車站三維模型作為數據基礎，對于數據格式轉化方案進行提出。試驗以GIS平臺為基礎把BIM在該平臺上進行操作，采取3DMax來對其實行入駐處理，可達成要素坐標系、貼圖編輯、模型輕量化三步處理的目的。經由上述操作，可使Direct X文件得以輸出，進而實現BIM車站模型可在GIS 平臺上進行集成操作的目的。對于該系統從表面來分析，想對表面紋理貼圖形式實現從新指定可采取3DMax來進行實現。實際操作過程中會出現模型貼圖及顏色有顯著的變化，其原因是由于進行指定時有人為因素對其進行干擾，甚至會致使某些構件不具備透明效果。因此需采用FME所具備的轉換功能，來避免人為因素的干擾，從而使構件完整性及透明度都得以保留。以屬性交換及語義傳輸角度來進行分析，在把fbx向Direct X文件進行轉換時，對于文件進行命名時會自動選取ID與系統構件名稱相結合的形式。此類命名形式對于構件的語義形式進行一定方面的展現，但極為顯著的一個缺點則是會導致關聯、傳遞等信息遺失。總之，采取BIM與GIS在信息模型方面進行轉換，使得GIS平臺上對BIM信息模型進行操作，從而使二者的技術進行融合，對鐵路信息化建設發展起著關鍵性作用。

五、結束語

綜上所述，由于社會經濟的迅速發展對于現代交通運輸的要求也更為嚴格，鐵路作為我國主要運輸工具，為適應時代需求需進行鐵路信息化建設，而BIM技術及GIS技術均在鐵路信息化建設中占據重要位置，但二者各有不足，因此要將二者進行融合從而達到彼此互補的目的。本文以鐵路工程要素的兩種語義擴展為依據，對鐵路信息化跨平臺集成操作進行探討，希望鐵路信息化建設得以廣泛普及。