基于BIM和GIS的结构计算模型自动生成与应用研究

论文摘要

信息化城市建设需要解决的核心问题是数据共享。数据共享方式多样,数据模型转换就是其中之一,它使一份模型数据能满足不同专业、工种、软件的集成和应用。BIM(Building Information Modelling,建筑信息模型)技术和 3D GIS(Geographic Information System,地理信息系统)技术近年来不断发展,已成为信息化技术在建筑行业的直接应用。BIM能够将建筑物三维数字化模拟还原,包含丰富的空间信息和语义信息,具有很高的精度;同时,3D GIS提供的区域三维表面模型,包含丰富的地理空间信息,具有城市数据挖掘、空间分析和主题式查询等功能;BIM和3D GIS在范围和精度上存在互补,将宏观和微观结合是表达智慧城市的有效手段。另外,随着城市化进程加快,城市建筑群不断扩大,地震、台风这样的自然灾害对城市的威胁也在不断增加,未来的结构计算模拟也将逐渐向区域、城市尺度发展,迫切需要从BIM模型与GIS模型中快速构建结构计算模型,避免信息化过程中存在的重复建设、资源浪费等问题。因此,本文提出了基于BIM和GIS的结构计算模型自动生成办法,并将其应用到FPM(Finite Particle Method,有限质点法)平台中进行验证。BIM和GIS技术的发展过程中,为解决不同来源数据无法融合的问题,BIM发展了IFC(Industry Foundation Classes,工业基础类)标准,3D GIS 发布了 CityGML(City Geography Markup Language,城市地理标记语言)通用信息模型。因此,本文从信息化、规则化和通用性上考虑,以IFC标准和CityGML标准为出发点开展研究。本文的主要工作和创新成果如下:1)针对BIM模型生成结构计算模型的问题,提出了基于IFC标准的结构计算模型自动生成方法。首先介绍了 IFC标准的基本框架体系,并对IfcRoot实体及其子实体的属性进行了分析。接着总结了早绑定、晚绑定和混合绑定这三类IFC解析方法,本文采用了早绑定解析工具IFC Engine DLL完成了对IFC文件的解析,并对IFC文档结构进行了详解。最后结合C#编程语言,构建了基于IFC标准的结构计算模型自动生成程序,解决了结构构件信息的提取、空间位置的定位、建筑外信息的添加等问题。2)针对3D GIS模型生成结构计算模型的问题,提出了基于CityGML的区域结构计算模型自动生成办法。首先介绍了 CityGML的相关技术特征,其中详细分析了模块化设计、多层次建模和应用领域扩展。然后具体阐述了 CityGML文档结构特点,总结了现存XML解析方法的优缺点,基于此采用了基于citygml4j和SAX(Simple API for XML)流式读取的组合方式对CityGML进行解析。最后结合Java编程语言,在Eclipse平台上构建了基于CityGML的区域结构计算模型自动生成程序,解决了标准CityGML模型的构建、范围裁剪、CityGML多细节层次模型的升级和降级等问题,并提出了基于多LOD的结构计算模型生成办法。3)针对FPM平台,进行了本文研究的基于BIM和GIS的结构计算模型自动生成方法的应用实践。首先阐述了 FPM的基本概念和FPM平台的整体架构。分别完成了 BIM模型到FPM模型以及GIS模型到FPM模型的自动构建,并对BIM和GIS在FPM平台上的融合进行了尝试,取得了良好的效果,验证了研究的可行性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题研究背景及意义
•   1.2 BIM技术和GIS技术的发展
•     1.2.1 BIM技术发展概述
•     1.2.2 GIS技术发展概述
•   1.3 相关研究现状
•     1.3.1 基于BIM的计算模型生成研究现状
•     1.3.2 基于GIS的区域结构计算模型生成研究现状
•   1.4 本文主要研究内容
• 第2章 BIM中基于IFC的结构计算模型自动生成
•   2.1 引言
•   2.2 IFC标准
•     2.2.1 IFC标准基本框架
•     2.2.2 IfcRoot实体及其子实体
•   2.3 IFC解析
•     2.3.1 IFC计算机编程语言解析办法
•     2.3.2 文档结构深入解析
•   2.4 基于IFC的结构计算模型自动生成
•     2.4.1 结构构件信息的提取
•     2.4.2 空间位置的定位
•     2.4.3 建筑外信息的添加
•   2.5 本章小结
• 第3章 GIS中基于CityGML的区域结构计算模型自动生成
•   3.1 引言
•   3.2 CityGML技术特征
•     3.2.1 模块化设计
•     3.2.2 多层次建模
•     3.2.3 应用领域扩展
•   3.3 CityGML解析
•     3.3.1 文档结构特点
•     3.3.2 XML解析方法
•     3.3.3 基于citygm14j和SAX流式读取的CityGML文档解析
•   3.4 基于CityGML的区域结构计算模型构建
•     3.4.1 标准CityGML模型构建方法
•     3.4.2 范围裁剪
•     3.4.3 CityGML多细节层次模型的升级和降级
•     3.4.4 基于多LOD的结构计算模型生成办法
•   3.5 本章小结
• 第4章 在有限质点法平台中的模型转换与融合
•   4.1 引言
•   4.2 有限质点法及平台
•     4.2.1 FPM基本概念
•     4.2.2 FPM平台整体架构
•   4.3 BIM中IFC模型的转换实例
•     4.3.1 IFC查询与可视化
•     4.3.2 模型转换
•   4.4 GIS中CityGML模型的转换实例
•     4.4.1 CityGML可视化
•     4.4.2 L1层级集中质量模型生成与计算
•     4.4.3 L2层级框架模型生成与计算
•   4.5 BIM与GIS的融合
•     4.5.1 范围裁剪
•     4.5.2 BIM模型转换3D GIS模型
•     4.5.3 "BIM+GIS"L3层级计算模型生成
•   4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 附录A FPM模型文本文件（.fpmt）输入格式
• 作者简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 董小洋

导师: 罗尧治

关键词: 建筑信息模型,地理信息系统,工业基础类,城市地理标记语言,模型转换,多细节层次模型,有限质点法平台

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 自然地理学和测绘学,建筑科学与工程,建筑科学与工程,计算机软件及计算机应用,计算机软件及计算机应用

单位: 浙江大学

分类号: P208;TU17;TU318

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.002433

总页数: 94

文件大小: 12676k