基于Web Service的BIM項目地理信息解決方法

■ 王瑋

基于Web Service的BIM項目地理信息解決方法

■ 王瑋

BIM是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。當BIM應用到土木工程領域必然要與地理信息相結合。目前GIS網絡化服務已較為成熟，將GIS以服務的形式引入到BIM技術架構是解決兩者結合問題的一種技術手段。分析了BIM及GIS服務架構的技術特點、面向服務的模式和Web Service技術，并對目前BIM和GIS服務標準進行了探討，給出了2種技術在現有服務架構下相互溝通的方法。

BIM；GIS；Web Service；SOA；服務標準；二次開發

1 背景

BIM和GIS整合已漸漸成為數字城市、基礎設施建設領域的焦點。然而從過去2種技術發展的角度來看，BIM和GIS想要將對方融合到己方。在建筑領域，建筑從設計到施工產生大量的信息，特別是建筑設計三維模型，包含了建筑詳細的空間信息，但這些信息主要為建筑服務；而在城市三維GIS領域，主要研究如何對城市建筑三維建模，首先要獲得這些建筑詳細的空間信息。但是兩個領域的數據格式完全不同，無法將建筑的空間信息直接搬過來為己所用。

計算機領域網絡化、服務化發展逐步成熟，為2種技術的融合提供了另一種共存、互助的解決方案，即基于Web Service的解決方案。目前BIM、GIS領域都在各自的軟件中加入了服務化的內容，并制定了基于標準網絡服務的接口標準，可基本解決2種技術融合的架構問題。

2 面向服務的架構解決方案

根據BIM技術標準，面向服務的架構做技術框架是實現全生命周期內不同軟件、不同階段信息交互的基礎框架。以Web Service實現的面向服務的架構，使得各種軟件之間在網絡上實現互通。

面向服務的體系結構 (S O A）是指為了解決在Internet環境下業務集成的需要，通過連接能完成特定任務的獨立功能實體實現的一種軟件系統架構。SOA是一個組件模型，它將應用程序的不同功能單元（稱為服務）通過這些服務之間定義良好的接口和契約聯系起來。接口是采用中立的方式進行定義的，獨立于實現服務的硬件平臺、操作系統和編程語言。使得構建在各種這樣的系統中的服務可以以一種統一和通用的方式進行交互。

而目前SOA最佳實踐模式就是基于Web Service的實現方式。Web Service是一組由協議構成的協議棧定義的框架結構，定義了在不同的系統之間通信松散耦合的編程框架。也可以認為，Web Service體系結構實際上是面向服務的一個特定實現。Web Service技術能使得運行在不同機器上的不同應用無須借助附加的、專門的第三方軟件或硬件，就可相互交換數據或集成。

3 BIM服務標準

BIM自身標準包括IFC、國際字典框架（IFD）、信息

傳遞手冊（IDM）。這些標準充分考慮了網絡服務化的應用需要，對BIM各方面信息在網絡服務環境下的交換做了定義。

I F C是一個不受某一個或某一組供應商控制的中性和公開標準、由building SMART開發用來幫助工程建設行業數據互用的基于數據模型面向對象的文件格式，是BIM普遍使用的格式。通過Express語言定義表達建筑工程領域的信息交換和共享內容的對象模型，用規范化的方式描述了多個領域的信息交換需求。IFC規范中定義IFCXML用于網絡服務的表達。IFCXML是從Express模式派生出來的到XML數據定義（.xsd）的映射，它的數據文件通常用.xml或偶爾用.ifx做后綴，文件的結構通常用XML模式（XSD）來定義，XSD作為模式定義語言從IFC定義中自動生成。由于采用標準的XML和XSD的數據交流和定義模式，BIM數據以IFCXML的形式可在網絡服務中進行交換。

IFD是一個術語庫。與其對應還有一個概念“IFD Library”（IFD庫）。IFD庫提供了IFC—BIM模型鏈接模型與語意數據的靈活方法及語意翻譯。

I D M標準中定義了一個I D M Framework（信息傳遞框架）用于指導所有信息的傳遞結構，在標準中也給出了IDM framework的XML和XSD描述。其具備了Web Service傳輸的標準。

在IFC、IFD、IDM都具備Web Service表達的前提下，將BIM以面向服務的方法在網絡上進行交互是完全可行的。BIM Server 就是一個BIM網絡服務化的開源軟件，在網絡上建立BIM服務，用戶可以通過各廠商的BIM設計工具軟件以網絡服務的形式進行連接，同時通過服務可發布BIM的數據。

由于BIM服務是建立在Web Service的技術體系之下，可以跟同樣技術體系下的服務進行互通互聯。因此，可以將GIS也以服務的形式擴展到BIM體系中。

4 GIS服務標準

在地理信息領域，目前已經形成了一系列標準Web Service，這些標準由開放地理信息聯盟（OGC）制定。OGC是一個非盈利的國際標準化組織，引領著空間地理信息標準及定位基本服務的發展。目前在空間數據互操作領域，基于公共接口訪問模式的互操作方法是一種基本的操作方法。通過國際標準化組織（ISO/TC211）或技術聯盟（如OGC）制定空間數據互操作的接口規范，GIS軟件商開發遵循這一接口規范的空間數據的讀寫函數，可以實現異構空間數據庫的互操作。OGC和ISO/TC211共同推出了基于Web Service（XML）的空間數據互操作實現規范網絡地圖服務（WMS）、網絡要素服務（WFS）、網絡圖層服務（WCS）以及用于空間數據傳輸與轉換的地理信息標記語GML。這些規范基本在各大主流GIS平臺和開源GIS軟件中得到支持。

除了以上服務之外，OGC組織還制定了一個名為City GML的三維城市數據標準。該標準兼顧了BIM模型的精細表達與三維地表模型的大范圍表達。目前該標準尚處于發展中，支持的GIS軟件有限。但隨著BIM的普及，未來該標準很可能成為BIM模型數據與GIS地形數據交互的標準。

5 Web Service環境下BIM與GIS服務的搭建

BIM和GIS的Web Service都是基于WSDL的服務發布方式進行發布。WSDL是Web Service的描述語言，定義了Web Service做什么、怎么做和查詢的信息。所有的Web Service都注冊到服務中心UDDI（Universal Description, Discovery and Integration）供發現和調用。2種技術的服務能在統一環境下以相同的方式進行調用。BIM服務和GIS服務注冊的模式見圖1。

在BIM客戶端做設計時，如果需要GIS的數據支持，BIM軟件前端可向注冊服務器UUID查詢GIS服務描述（WSDL）。BIM設計端根據服務描述，選擇所需的地理信息服務（WMS、WFS等）；然后根據服務描述的地址連接到GIS服務，按照服務標準（WMS、WFS）索取數據。例如autodesk公司的Infraworks軟件，通過連接GIS服務器的WFS服務獲取矢量數據（見圖2）。

BIM服務端提供BIM的標準服務，包括IFD Library、BIM數據服務等。數據服務的軟件如BIM Server。BIM軟件設計的結果，可以以IFC的標準上傳到BIM Server服務器。BIM Server作為BIM設計的數據中心提供設計數據的版本控制、子項目的整合、沖突檢測等功能。另外，BIM server還提供數據的標準輸出服務，這其中包括GIS可識別的City GML、Colloada格式。

如果想在三維GIS中觀察整個項目的設計情況，可連接BIM server的數據輸出服務，并獲取可識別的模型數據格式，如City GML。在三維地理環境中顯示BIM設計模型，查看工程設計的整體效果及在地理環境下與周圍地理要素的關系。

6 結論與展望

目前網絡化和服務化已經成為計算機軟件發展的主流。在標準成熟的前提下，BIM領域和GIS領域已經基本形成完善的服務體系架構。以Web Service的方式實現兩個領域的融合互通，成為必然趨勢。

但是目前兩個領域的客戶端應用程序只對本領域的服務可以直接支持，對對方的服務支持尚不完善，BIM領域只有部分軟件能直接鏈接GIS服務。目前這個問題通過對BIM軟件的二次開發可以得到解決。BIM軟件的制造商已經在完善其軟件，在未來的1～2年將會直接支持GIS服務。同時在GIS領域，City GML也在不斷更新和完善，支持軟件也會越來越多。屆時兩個領域的服務和應用將達到完全的互通。

圖2 Infraworks軟件調用WFS服務

[1] ISO 12006-2. Building construction of information about construction works-Part2：Framework for classifi-cation of information[S]，2001.

[2] ISO 12006-3. Building construction-of information about construction works-Part3：Framework for object-oriented information exchange[S]，2007.

[3] IAI. IFD Specification[S/OL]. http://www.iai-tech.org/ products/ifd_specification.

[4] Open GIS Consortium.OpenGIS Service Architecture[R/ OL]. http://www.opengis.org/docs/02-112.pdf，2002.

[5] Open GIS Consortium.Web Map ServiceImplementation Specification[S/OL]，Version1.1.1. http:// www.opengeospatial.org/standards/as，2002.

[6] 吳家菊，劉剛，席傳裕. 基于Web Service的面向服務（SOA）架構研究[J]. 現代電子技術，2005(14)：1-4，7.

[7] 徐金燕. 基于SOA架構的主機網絡監視服務設計與實現[D]. 長春：長春工業大學，2010.

王瑋：中鐵第一勘察設計院集團有限公司，工程師，陜西西安，710043

責任編輯楊環

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1672-061X（2014）05-0089-03