2009年，SuperMap發佈了首款二三維一體化GIS軟件，首次提出了二三維一體化GIS技術。隨後，二三維一體化的應用系統不斷湧現，二三維一體化技術逐步成爲三維GIS發展和研究的主流。2017年，SuperMap在二三維一體化
GIS
技術的基礎上，進一步提出了新一代三維GIS技術體系，對三維GIS進行了全新定義、全新架構，二維GIS作爲三維GIS的一種特殊表現形式。這些全新的理念和架構，得到了市場和用戶的廣泛認可，並且，SuperMap在2018年憑藉《新一代三維GIS平臺軟件研發及產業化》獲得測繪科技進步特等獎，新一代三維GIS技術將在很大程度上影響未來GIS的應用發展方向，賦能更多行業創新應用。新一代三維GIS技術體系以二三維一體化GIS技術爲基礎框架，進一步拓展全空間數據模型及其分析計算能力，完善了三維GIS理論體系；在數據層面，融合傾斜攝影、BIM、激光點雲、三維場等多源異構數據，並制定了開放的《空間三維模型數據格式》(S3M)標準，推動三維數據的開放、共享與互操作；在IT新技術方面，集成WebGL、虛擬現實(VR)、增強現實(AR)、3D打印等IT新技術，帶來更真實、更便捷的三維體驗，推動三維GIS
實現室外室內一體化、宏觀微觀一體化與空天/地表/地下一體化。我們推出SuperMap新一代三維GIS技術創新應用系列文章，爲大家介紹在各行各業中的典型創新應用，旨在推動更多行業創新應用。
本期推出系列文章之《構建統一CIM數字底盤，實現基於BIM的全流程管控》。
在我國，隨着城市精細化管理要求不斷提高，基於CIM(City Information Modeling)的智慧城市建設悄然而至。CIM集合了BIM、GIS和IoT等多種先進技術，實現對城市海量多源異構數據的統一匯聚管理，地上地下、室外室內的全方位城市空間表達，便於城市管理者全面掌控城市運行狀態。通過構建城市CIM數字底盤，開展面向各行業的應用，可實現對城市的一體化、精細化管理，爲城市規劃、設計、建設、運營的全流程管控提供可靠依據和指導。
本文以某國家級新區的CIM建設實踐爲例，分享CIM數字底盤的構建、基於規則庫的BIM自動化分析計算和審覈等創新應用。
01：BIM+GIS構建全空間的CIM數字底盤
CIM數字底盤是全空間、全要素的數字管控平臺，需要BIM+GIS賦能。通過BIM+GIS實現全空間、全要素的數據整合匯聚、數據承載、分析計算和展示應用。
全空間全要素的數據匯聚
• 統一座標系實現城市信息的對齊
城市規劃數據主要包括基礎地理、城市現狀、城市規劃設計、城市建設、城市管理、社會經濟和綠化、人口等各種數據。爲了方便用戶管理收集到的多源多維城市規劃數據，SuperMap採用逐頂點座標轉換、座標配準、鑲嵌壓平等方法和操作，將BIM模型與傾斜攝影模型、地形等多源數據統一到一個座標系，實現各種城市信息對齊，實現BIM模型與傾斜攝影模型等不同精度、異構數據之間的融合匹配和平滑銜接。
• 提供二三維一體化的基礎底圖
基於GIS技術實現對多源空間數據的管理，可將遙感測繪數據、地質數據、土地利用數據等二維數據與傾斜攝影模型、點雲等三維GIS數據整合匯聚，爲CIM數字化底盤提供二三維一體化的基礎底圖。
• 三維網絡模型實現BIM單體之間鏈接網絡的管理
BIM單體對象之間的鏈接網絡，如道路、管廊與管線等，可以用三維網絡數據模型表示，基於此可以進行爆管分析等三維網絡分析，實現對道路、管廊與管線等對象的管理。
• 三維體模型支撐城市設計規則的計算
BIM數據導入SuperMap GIS平臺軟件後使用三維體數據模型表達，可實現BIM數據在SuperMap GIS平臺軟件中的三維空間關係判斷（包含、相交、相離）、三維空間運算（交、並、差）、表面積和體積計算、三維空間查詢、三維空間分析等多種操作，爲靈活定製城市設計規則提供技術支撐。
• 提供大規模建築羣的BIM管理能力
GIS在整合及管理大規模建築羣體等宏觀空間信息方面具有優勢。SuperMap通過實例化存儲與繪製、多細節層次（Levels of Detial，LOD）、批次繪製、BIM模型輕量化等技術實現了海量BIM模型的高效加載、實時繪製和輕量化處理。
• 提供多終端的支持，全方位滿足CIM應用
基於HTML5 WebGL技術，實現在Web端支持城市大場景2D/3D空間數據的輕量化、流暢瀏覽展現，並支持城市大場景下的應用綜合展現。並且通過開源的S3M標準實現對海量、多源異構三維地理空間數據在離線環境和網絡環境下的傳輸與解析。基於AR與BIM、GIS的結合，實現在GIS移動端平臺上將數字化的BIM投放到任何場景中，如施工現場，將設計方案與實際施工現場進行比對，及時發現問題並進行修正。
02：基於CIM數字底盤 實現全流程、全自動規劃審批
SuperMap提供BIM數據自動分層解析、BIM數據的輕量化、指標計算規則庫、三維緩存自動生成等技術，幫助用戶實現從BIM數據接收、BIM數據入庫、指標計算到項目設計方案在線瀏覽和審批成果等一整套審批流程的全自動化，打造智慧規劃一站式審批服務。
從入庫到審批全流程示意圖
• 統一數據模型，實現城市空間數據的指標計算
SuperMap GIS軟件平臺提供了CATIA、Bentley、Revit、AutoCAD、Civil3D等當前主流BIM軟件到GIS軟件的數據無損接入技術，也直接支持IFC（Industry Foundation Classes，建築工程數據交換標準）和3DXML格式（CATIA的BIM數據交換格式）、RVT格式。將BIM數據接入後，統一到三維體數據模型進行管理，實現各類空間分析計算，以支撐規劃審批中的指標計算。
三維體對象支持規劃指標計算
• 創建規則庫奠定自動審批基礎
基於SuperMap GIS的二三維數據模型及基於數據模型的降維計算、規則建模、場景表達、三維空間運算、三維空間關係判斷以及三維空間查詢和分析等功能，實現了數字化規則庫的構建。支持用地紅線、容積率、建築高度、地下建築範圍、總建築面積、貼線率等剛性規則和貼線率、開敞度、可視域、天際線、道路高寬比等柔性規則，實現城市智能化管控。
基於二三維模型與算法構建規則庫
• 基於規則庫實現審批指標自動計算
日常規劃審批業務涉及建築、市政、軌道交通等類型的項目審批，而每個項目的待審批指標數量從幾個到幾十個不等。指標計算工作既複雜又重要。基於指標計算規則庫，實現了全量規劃審批指標的自動計算。當用戶將項目設計方案導入智慧規劃審批平臺，平臺自動根據待審批項目類型、待審覈指標進行審批指標自動計算。
• 全流程、全自動規劃審批，提升智慧審批效率
項目設計方案自動入庫後，智慧規劃審批平臺後臺將自動基於規則庫利用三維空間分析接口，在Linux環境下基於BIM數據進行項目設計方案全量指標計算，減少人爲誤差。同時，將各項指標計算結果存入數據庫，並提醒工作人員查看並確認計算結果。整個計算過程不影響前端用戶的審批業務，全部由計算機後臺完成，後臺計算完畢，前端自動顯示該方案的指標計算結果。
通常一個待審批項目從項目設計方案BIM數據上傳、自動分層解析、指標計算、入庫到真實展現在用戶面前，僅需要1小時。相比較傳統的指標計算方式，全自動全流程的智慧規劃審批平臺指標計算效率提高了10倍以上，在節約成本和縮短工期方面發揮重要作用。
• 百萬級BIM模型高效加載，實現大型方案直接審批
將全BIM數據導入到智慧規劃審批平臺後，如何實現百萬級BIM數據的高效加載、快速顯示成爲亟需解決的問題。SuperMap通過多層次細節LOD、實例化存儲與繪製、簡化冗餘三角網、生成三維切片等技術實現了海量BIM數據的輕量化處理與高效渲染，解決了BIM與GIS結合應用的性能瓶頸，完成了百萬級BIM模型數據加載，幫助用戶實現BIM、傾斜攝影、地下管線、地質數據、DEM、DOM、矢量等TB級數據的融合和展示。
大場景BIM數據加載示意圖
03：CIM數字底盤支撐更廣泛應用
隨着三維立體時空數據不斷地豐富，全空間二三維數字化底盤技術會愈加成熟，成爲助力數字孿生城市、新型智慧城市創新發展的催化劑。中國城市規劃設計研究院未來城市實驗室執行副主任楊滔認爲，“CIM建設既是智慧城市跨行業融合的基石和底板，也是推動城市高質量發展的重要抓手，更是帶動我國21世紀產業升級的重要引擎。國內現階段CIM建設情況還處於探索階段，但未來CIM建設是國內外發展大趨勢。CIM集合了三維地理信息系統、建築信息模型和物聯網等多種先進技術的城市管理手段，CIM建設將會擴展出‘數字空間領地’，探索基於信息融合創新的新產業培育發展路徑，爲我國產業融合以及新型城鎮化建設提供切實可行的方案。”
SuperMap新一代三維GIS技術已經在智慧城市的各類應用中進行了實踐。例如支持國家自然資源時空信息數據庫的建設，也支持完成了香港規劃署在線建築規劃設計系統、北京副中心智慧監管平臺、上海中心BIM運營管理平臺等項目的建設，已經在不同的項目中實現了智慧城市“規、建、管、養、用、維”各個環節的實踐。同時也支持了國家、省、市、縣到園區、樓宇不同尺度信息平臺的建設。CIM數字底盤在自然資源、城市規劃建設、城市治理、交通、公安、應急、環保、水利、國防、電力等行業領域都能夠提供廣泛應用支持。
全空間三維數字化底盤
未來，SuperMap GIS技術會不斷創新發展並與其他應用有機結合，持續爲“全流程、全自動、全週期”規建管、智慧園區，乃至數字孿生城市建設輸送新的能力，爲我國信息化高質量發展貢獻力量。