CC BY
2способным укреплять отношения транзакций и сотрудничество в цепочке поставок. Прототип E-закупки на основе BIM был разработан с использованием различных существующих электронных решений и сервера IFC и был протестирован в экспериментальном исследовании, которое поддерживало дальнейшее обсуждение результатов исследования.
Использованные источники:
1. W. Jeong "Translating Building Information Modeling to Building Energy Modeling Using Model View Definition"
2. Y.-C. Lin "Developing Mobile BIM/2D Barcode -Based Automated Facility Management System,"
3. B. Wang "BIM Based Virtual Environment for Fire Emergency Evacuation,"
4. K. Hiyama "Assigning Robust Default Values in Building Performance Simulation Software for Improved Decision-Making in the Initial Stages of Building Design,"
5. A. A. Costa and A. Grilo "BIM-Based E-Procurement: An Innovative Approach to Construction E-Procurement,"
УДК 004.942
Шевелева Я. С. студент 3 курса Кузоваткина Н.В. студент 3 курса
НИУ "Московский государственный строительный университет "
Россия, г. Москва ОБЗОР ПОКРЫТИЯ И АНАЛИЗ ТЕНЕЙ С ПОМОЩЬЮ BIM/GIS
ИНТЕГРАЦИИ
Аннотация: Сбор данных продвигается в сторону более подробной информации, и большие масштабы и эффективные способы интерпретации данных и их анализа имеют большое значение. Строительная информационная модель (BIM) содержит очень подробную и точную информацию о конструкции. Однако эта информационная модель не обязательно находится в геолокации, но использует локальную систему координат, препятствующую экологическому анализу. Преобразование BIM в соответствующую географическую модель помогает эффективно ответить на многие экологические вопросы. В этом исследовании мы применили методы автоматического преобразования геометрической и семантической информации модели BIM в модель с географической привязкой. Два анализа, а именно анализ представлений и теней, были выполнены с использованием геометрической и семантической информации в рамках модели BIM с географической привязкой и других существующих геопространственных элементов. Эти анализы демонстрируют ценность интеграции BIM и пространственных данных, например. пространственное планирование.
Ключевые слова: BIM; GIS; Тень; Анализ
Sheveleva Y.S. 3th year student
National Research Moscow State University Of Civil Engineering
Russia, Moscow Kyzovatkina N. V. 3th year student
National Research Moscow State University Of Civil Engineering
Russia, Moscow FROM BIM TO GEO-ANALYSIS: VIEW COVERAGE AND SHADOW ANALYSIS BY BIM/GIS INTEGRATION
Annotation: Data collection is moving towards more details and larger scales and efficient ways of interpreting the data and analysing it is of great importance. A Building Information Model (BIM) includes very detailed and accurate information of a construction. However, this information model is not necessarily geo located but uses a local coordinate system hampering environmental analysis. Transforming the BIM to its corresponding geo-located model helps answering many environmental questions efficiently. In this research, we have applied methods to automatically transform the geometric and semantic information of a BIM model to a geo-referenced model. Two analyses, namely view and shadow analysis, have been performed using the geometric and semantic information within the geo-referenced BIM model and other existing geospatial elements. These analyses demonstrate the value of integrating BIM and spatial data for e.g. spatial planning.
Key Words: BIM; GIS; Shadow;Analysis
1. Введение
Строительная информационная модель (BIM) содержит очень подробную и семантически богатую информацию о конструкции. Модель обычно не интегрируется с ее информацией. Например, при планировании нового здания в существующей среде информация из моделей BIM обычно не интегрируется с экологической информацией для расчета затенения соседних зданий или для анализа охвата обзора. С другой стороны, географические информационные системы (ГИС) способны выполнять пространственный анализ с использованием физических и функциональных пространственных представлений среды.
Ожидается, что интеграция BIM в среде ГИС приведет к гораздо более всеобъемлющей системе, которая может быть использована для улучшения принятия решений во время пространственного планирования. Добавление экологической информации в BIM в ГИС автоматизирует многие анализы в связи с дополнительным характером подробной информации о конструкции из BIM и информацией об окружающей среде.
Было проведено несколько исследований и исследований по интеграции BIM и ГИС. Эти исследования были сфокусированы на разных областях и применимости интеграции BIM и ГИС. Примерами исследований
являются: моделирование внутренних утилит, водопроводная сеть, конструкция с низким уровнем помех, трансформация из модели данных IFC в GML, оптимизация расположения башенных кранов на строительных площадках, расширение CityGML и GeoBIM, выбор площадки и управление ответными реакциями, веб-службы для визуализация и анализ информации 3D-здания, визуальный мониторинг управления цепочкой поставок строительства и крупномасштабное (строительство) управление активами.
Мы предлагаем метод автоматической интеграции модели IFC BIM здания в среду ГИС. Такая интеграция позволит использовать множество возможностей анализа для эффективного и эффективного пространственного анализа, где детали конструкции относятся к окружающей среде.
В статье сообщается о двух исследованиях, включающих подробную информацию из BIM и пространственных данных в среду ГИС. В первом исследовании рассматриваются позиции окон из модели BIM для определения качества просмотра этих окон (тип и количество существующих физических объектов в представлении) с использованием пространственных данных (SD-зданий и SD-деревьев). Во втором исследовании используются сегменты крыши, полученные из модели BIM, для определения эффектов затенения окружающих SD-зданий и деревьев на крыше. Результаты могут быть использованы для экономических исследований (анализ цен на жилье), анализа энергетического потенциала (обтекание крыши и окна) и качества дизайна (положение окон для лучшего обзора).
2. Методология
На первом этапе формат BIM IFC был преобразован в векторный географический формат с использованием процесса Extract Transform Load (ETL). Это преобразование представляет собой геометрическое преобразование из геометрии IFC в векторную географическую геометрию. Глобальный идентификатор каждого объекта в модели IFC присваивается соответствующему векторному объекту в качестве атрибута через процесс ETL.
Следующим шагом будет присвоение семантической информации из модели BIM IFC модели пространственной информации. В рамках этого процесса мы разработали семантическое преобразование из BIM в ГИС. Это семантическое преобразование автоматически связывает семантику объекта в модели данных IFC с соответствующим объектом в географической векторной модели, используя общий глобальный идентификатор. Эта семантическая информация появляется в виде векторных атрибутов.
Получающийся географический набор данных еще не привязан к географии, что означает, что модель все еще находится в локальной системе координат, а не в географической системе координат. Для трансформации или геолокации локальной системы координат в географическую систему координат мы разработали механизм преобразования, включающий масштабирование, поворот и перевод. Для этого процесса используются
атрибуты класса IFCSite «refLongitude», «refLatitude», а также «NorthDirection» в классе «IFCProject» (IFCRepresentationContext). Центр всей модели BIM берется как контрольная точка модели IFC. Таким образом, модель BIM автоматически преобразуется в объект с географической привязкой, который может использоваться в геопространственном анализе и визуализации в инструментах ГИС.
2.1. Просмотр анализа
Переведенные семантические свойства модели IFC используются для выбора всех окон из географического набора данных. На основе географического расположения каждого окна определяются 3D -поля зрения.
Эти поля зрения представляют собой трехмерные твердые тела, которые создаются из окон и выдвигаются наружу на определенное расстояние. Твердое тело FOV каждого окна может содержать (части) один или несколько объектов, например, зданий. После того, как доступны 3D -модели с подобъектами с привязкой к геолокации, можно определить содержимое каждого окна FOV.
Точные трехмерные здания и древовидные модели Нидерландов были разработаны с использованием точных и подробных национальных данных о высоте страны, называемых AHN. Вторая версия этого набора данных, называемая AHN2, с плоской и вертикальной точностью 5 сантиметров и плотность точек 8-20 точек на квадратный метр, используется для разработки 3D-моделей существующих зданий и деревьев.
Для каждого твердого FOV окна все трехмерные здания и твердые тела дерева, которые попадают в поле FOV, определяются с помощью функции «пересечения» инструмента ГИС. Выходы функции пересечения являются трехмерными твердыми частями здания и дерева. Вычисляя объем пересекающихся частей здания и дерева, для каждого окна FOV мы оценили соотношение между объемом объединенных зданий и объемом деревьев. Это отношение указывает на серость / зеленистость поля вида.
2.2. Теневой анализ
Трехмерные представления зданий и деревьев используются для расчета теневых томов на определенную дату и время. Из интегрированной информации BIM-GIS выводится реальное местоположение сегментов крыши. В результате пересечения трехмерных теневых тел зданий и деревьев с крышей BIM с географической привязкой определяется общая площадь частей крыши, лежащих в тени в конкретную дату и время.
3. Результаты
Для интеграционного эксперимента BIM-GIS была выбрана модель BIM для жилого здания в формате IFC (рис.1). Эта модель была разработана Zeep Architects в Нидерландах. Геометрическое и семантическое преобразование в географический векторный формат выполнялось на модели IFM BIM через процесс ETL и саморазвитое семантическое преобразование отображения, соответственно. Абсолютные координаты контрольной точки из класса IFCSite преобразуются (повернуты,
масштабируются и переводится) из локальной системы координат в географическую систему координат. Результат этого гео-справочного процесса представлен на рисунке 2. Рядом с гео-ссылочной моделью здания окружающая среда представлена в 3D строительными блоками и деревьями, полученными из пространственных данных (см. 2.1).
Рисунок 1. Модель BIM в формате IFC.
Рисунок 2. Геометрическая модель BIM в географическом векторном формате среди точных SD-моделей зданий и деревьев.
3.1. Анализ качества просмотра
Семантическая информация из модели BIM была преобразована в атрибуты геопространственной векторной модели. В ГИС эти атрибуты могут быть легко запрошены для выбора определенных пространственных элементов. Например, в среде ГИС крыши, потолки, двери и окна можно выбрать, запросив эти термины. В случае анализа обзора окна выбираются в инструменте ГИС, как показано на рисунке 3. Выбранные окна расположены в точном месте на земле.
Рисунок 3. Выбор окон из модели BIM, интегрированной в пространственные данные с помощью запроса атрибута GIS. Элементы, поля атрибутов «IFCTYPE» равны «IFCWINDOW»,
выделяются синим.
Рисунок 4. 3D-окна FOVи 3D-географические объекты.
Рисунок 5. 3D-части здания и дерева, попадающие в поле зрения
окон.
Из каждого окна с географической привязкой создается трехмерное поле зрения, чтобы указать его структуру представления. Каждое окно окна просмотра пересекается с соседними 3D-зданиями и древовидными моделями (рис.4). На рисунке 5 показаны части 3D-моделей зданий и деревьев, попадающих в 3D-поле зрения каждого окна. Для каждого поля зрения рассчитывается отношение суммарного объема пересекающихся объемов зданий к объемам дерева.
3.2. Анализ объема тени
Для второго анализа элементы крыши были выбраны из модели здания, интегрированной в географическую векторную модель, путем запроса этих элементов из атрибутов здания. 3D-модели зданий и деревьев использовались для расчета трехмерных теневых моделей для конкретной даты и времени. Теневые твердые тела разрабатываются на основе геометрии 3D-объекта, солнечного азимута и солнечной высоты в определенный момент.
На рис. 6а представлена гео-ссылочная модель здания и рассчитанная трехмерная тень зданий и деревьев. Выбранные / запрошенные элементы крыши здания были пересечены с трехмерными теневыми моделями. Площадь поверхности пересекающихся частей крыши, лежащих в тени в течение конкретной даты и времени, была оценена относительно общей площади крыши (рис. 6Ь). Это определяет процент площади крыши, который не подвергается воздействию солнечной радиации.
Рисунок 6. Анализ теней на крыше здания (а) гео-справочная модель здания и трехмерная теневая модель; (б) Части крыши, пересекающиеся с
теневой моделью (красный).
4. Обсуждения и выводы
В то время как BIM содержит очень подробную и семантически богатую информацию о конструкции, ГИС больше ориентируется на реальные географические координаты и пространственный анализ. Интеграция этих двух ведет к более всеобъемлющей системе, где подробная и семантически богатая информация связана с ее точным местоположением. Существует обширная область приложений, в которой интеграция BIM и GIS играет важную роль. В этом исследовании мы провели два анализа, которые извлекают выгоду из интеграции BIM-GIS, а именно анализа представлений и теней. Подробная геометрия и семантическая информация модели BIM были преобразованы в векторную графическую модель с географической привязкой, а функциональность ГИС была применена к полученной модели для упомянутого геопространственного анализа. Процесс был автоматизирован с использованием саморазвивающихся скриптов, а также существующих инструментов.
Вычисление содержимого окна просмотра может помочь градостроителям, архитекторам и т.д. Для различных целей анализа, например, ценообразование на жилье. Как только весь процесс будет автоматизирован, можно получить быстрый и точный анализ в больших масштабах. Теневой анализ играет важную роль для разных целей, например, в энергетическом секторе. Солнечные батареи, как важные возобновляемые источники энергии, становятся все более популярными в мире. Геометрические характеристики здания важны для оптимального выигрыша энергии от солнечных батарей, установленных на крыше. В случае не плоских крыш горизонтальная ориентация, угол крутизны и площадь крыши являются важными факторами, например, для расчета коэффициента усиления солнечной панели. Эта информация может быть извлечена из модели BIM. Однако эффективность здания или панели солнечных батарей не ограничивается только характеристикой здания.
Теневые эффекты на крыше играют важную роль в потенциале солнечной энергии. Эта информация не может быть извлечена независимо от контекста среды. Интеграция BIM и GIS делает такой всесторонний анализ возможным.
Использованные источники:
1. de Laat R, van Berlo L. Integration of BIM and GIS: The development of the CityGML GeoBIM extension. Advances in 3D geo-information sciences;2011; Springer Berlin Heidelberg: 211-225.
2. Hagedorn B, Dollner J. High-level web service for 3D building information visualization and analysis. Proceedings of the 15th annual ACM international symposium on Advances in geographic information systems,ACM; 2007.
3. Hijazi I, Ehlers M, Zlatanova S, Isikdag U. IFC to CityGML transformation framework for geo-analysis: a water utility network case, 3DGeoInfo. Proceedings of the 4th International Workshop on 3D Geo-Information, Ghent: Ghent University; 2009.
4. Irizarry J, Karan E.Optimizing location of tower cranes on construction sites through GIS and BIM integration. Journal of Information Technology in Construction (itcon) 2012; 351-366.
5. Isikdag U, Zlatanova S, Underwood J, Aouad G. An investigation into the applicability of building information models in geospatial environment in support of site selection and fire response management processes. Advanced engineering informatics 2008;22.4: 504-519.
6. Sebastian R, Bohms HM, Helm PW. BIM and GIS for low-disturbance construction. Proceedings of the 13th International Conference on Construction Applications of Virtual Reality, London, UK; 2013.
7. Wu I, Hsieh S. Transformation from IFC data model to GML data model: methodology and tool development. Journal of the Chinese Institute of Engineers 2007,30(6): 1085-1090.
8. http://www.zeep-architecten.nl/ .
9. Zhang X, Arayici Y, Wu S, Abbott C, Aouad G. Integrating BIM and GIS for large scale (building) asset management: a critical review. The Twelfth International Conference on Civil Structural and Environmental Engineering Computing;2009.
