基于Web Service的BIM项目地理信息解决方法

■ 王玮

基于Web Service的BIM项目地理信息解决方法

■ 王玮

BIM是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。当BIM应用到土木工程领域必然要与地理信息相结合。目前GIS网络化服务已较为成熟，将GIS以服务的形式引入到BIM技术架构是解决两者结合问题的一种技术手段。分析了BIM及GIS服务架构的技术特点、面向服务的模式和Web Service技术，并对目前BIM和GIS服务标准进行了探讨，给出了2种技术在现有服务架构下相互沟通的方法。

BIM；GIS；Web Service；SOA；服务标准；二次开发

1 背景

BIM和GIS整合已渐渐成为数字城市、基础设施建设领域的焦点。然而从过去2种技术发展的角度来看，BIM和GIS想要将对方融合到己方。在建筑领域，建筑从设计到施工产生大量的信息，特别是建筑设计三维模型，包含了建筑详细的空间信息，但这些信息主要为建筑服务；而在城市三维GIS领域，主要研究如何对城市建筑三维建模，首先要获得这些建筑详细的空间信息。但是两个领域的数据格式完全不同，无法将建筑的空间信息直接搬过来为己所用。

计算机领域网络化、服务化发展逐步成熟，为2种技术的融合提供了另一种共存、互助的解决方案，即基于Web Service的解决方案。目前BIM、GIS领域都在各自的软件中加入了服务化的内容，并制定了基于标准网络服务的接口标准，可基本解决2种技术融合的架构问题。

2 面向服务的架构解决方案

根据BIM技术标准，面向服务的架构做技术框架是实现全生命周期内不同软件、不同阶段信息交互的基础框架。以Web Service实现的面向服务的架构，使得各种软件之间在网络上实现互通。

面向服务的体系结构 (S O A）是指为了解决在Internet环境下业务集成的需要，通过连接能完成特定任务的独立功能实体实现的一种软件系统架构。SOA是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。使得构建在各种这样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。

而目前SOA最佳实践模式就是基于Web Service的实现方式。Web Service是一组由协议构成的协议栈定义的框架结构，定义了在不同的系统之间通信松散耦合的编程框架。也可以认为，Web Service体系结构实际上是面向服务的一个特定实现。Web Service技术能使得运行在不同机器上的不同应用无须借助附加的、专门的第三方软件或硬件，就可相互交换数据或集成。

3 BIM服务标准

BIM自身标准包括IFC、国际字典框架（IFD）、信息

传递手册（IDM）。这些标准充分考虑了网络服务化的应用需要，对BIM各方面信息在网络服务环境下的交换做了定义。

I F C是一个不受某一个或某一组供应商控制的中性和公开标准、由building SMART开发用来帮助工程建设行业数据互用的基于数据模型面向对象的文件格式，是BIM普遍使用的格式。通过Express语言定义表达建筑工程领域的信息交换和共享内容的对象模型，用规范化的方式描述了多个领域的信息交换需求。IFC规范中定义IFCXML用于网络服务的表达。IFCXML是从Express模式派生出来的到XML数据定义（.xsd）的映射，它的数据文件通常用.xml或偶尔用.ifx做后缀，文件的结构通常用XML模式（XSD）来定义，XSD作为模式定义语言从IFC定义中自动生成。由于采用标准的XML和XSD的数据交流和定义模式，BIM数据以IFCXML的形式可在网络服务中进行交换。

IFD是一个术语库。与其对应还有一个概念“IFD Library”（IFD库）。IFD库提供了IFC—BIM模型链接模型与语意数据的灵活方法及语意翻译。

I D M标准中定义了一个I D M Framework（信息传递框架）用于指导所有信息的传递结构，在标准中也给出了IDM framework的XML和XSD描述。其具备了Web Service传输的标准。

在IFC、IFD、IDM都具备Web Service表达的前提下，将BIM以面向服务的方法在网络上进行交互是完全可行的。BIM Server 就是一个BIM网络服务化的开源软件，在网络上建立BIM服务，用户可以通过各厂商的BIM设计工具软件以网络服务的形式进行连接，同时通过服务可发布BIM的数据。

由于BIM服务是建立在Web Service的技术体系之下，可以跟同样技术体系下的服务进行互通互联。因此，可以将GIS也以服务的形式扩展到BIM体系中。

4 GIS服务标准

在地理信息领域，目前已经形成了一系列标准Web Service，这些标准由开放地理信息联盟（OGC）制定。OGC是一个非盈利的国际标准化组织，引领着空间地理信息标准及定位基本服务的发展。目前在空间数据互操作领域，基于公共接口访问模式的互操作方法是一种基本的操作方法。通过国际标准化组织（ISO/TC211）或技术联盟（如OGC）制定空间数据互操作的接口规范，GIS软件商开发遵循这一接口规范的空间数据的读写函数，可以实现异构空间数据库的互操作。OGC和ISO/TC211共同推出了基于Web Service（XML）的空间数据互操作实现规范网络地图服务（WMS）、网络要素服务（WFS）、网络图层服务（WCS）以及用于空间数据传输与转换的地理信息标记语GML。这些规范基本在各大主流GIS平台和开源GIS软件中得到支持。

除了以上服务之外，OGC组织还制定了一个名为City GML的三维城市数据标准。该标准兼顾了BIM模型的精细表达与三维地表模型的大范围表达。目前该标准尚处于发展中，支持的GIS软件有限。但随着BIM的普及，未来该标准很可能成为BIM模型数据与GIS地形数据交互的标准。

5 Web Service环境下BIM与GIS服务的搭建

BIM和GIS的Web Service都是基于WSDL的服务发布方式进行发布。WSDL是Web Service的描述语言，定义了Web Service做什么、怎么做和查询的信息。所有的Web Service都注册到服务中心UDDI（Universal Description, Discovery and Integration）供发现和调用。2种技术的服务能在统一环境下以相同的方式进行调用。BIM服务和GIS服务注册的模式见图1。

在BIM客户端做设计时，如果需要GIS的数据支持，BIM软件前端可向注册服务器UUID查询GIS服务描述（WSDL）。BIM设计端根据服务描述，选择所需的地理信息服务（WMS、WFS等）；然后根据服务描述的地址连接到GIS服务，按照服务标准（WMS、WFS）索取数据。例如autodesk公司的Infraworks软件，通过连接GIS服务器的WFS服务获取矢量数据（见图2）。

BIM服务端提供BIM的标准服务，包括IFD Library、BIM数据服务等。数据服务的软件如BIM Server。BIM软件设计的结果，可以以IFC的标准上传到BIM Server服务器。BIM Server作为BIM设计的数据中心提供设计数据的版本控制、子项目的整合、冲突检测等功能。另外，BIM server还提供数据的标准输出服务，这其中包括GIS可识别的City GML、Colloada格式。

如果想在三维GIS中观察整个项目的设计情况，可连接BIM server的数据输出服务，并获取可识别的模型数据格式，如City GML。在三维地理环境中显示BIM设计模型，查看工程设计的整体效果及在地理环境下与周围地理要素的关系。

6 结论与展望

目前网络化和服务化已经成为计算机软件发展的主流。在标准成熟的前提下，BIM领域和GIS领域已经基本形成完善的服务体系架构。以Web Service的方式实现两个领域的融合互通，成为必然趋势。

但是目前两个领域的客户端应用程序只对本领域的服务可以直接支持，对对方的服务支持尚不完善，BIM领域只有部分软件能直接链接GIS服务。目前这个问题通过对BIM软件的二次开发可以得到解决。BIM软件的制造商已经在完善其软件，在未来的1～2年将会直接支持GIS服务。同时在GIS领域，City GML也在不断更新和完善，支持软件也会越来越多。届时两个领域的服务和应用将达到完全的互通。

图2 Infraworks软件调用WFS服务

[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] 吴家菊，刘刚，席传裕. 基于Web Service的面向服务（SOA）架构研究[J]. 现代电子技术，2005(14)：1-4，7.

[7] 徐金燕. 基于SOA架构的主机网络监视服务设计与实现[D]. 长春：长春工业大学，2010.

王玮：中铁第一勘察设计院集团有限公司，工程师，陕西西安，710043

责任编辑杨环

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1672-061X（2014）05-0089-03