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《南京师范大学》 2019年
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基于BIM的室内空间结构模型提取与重建

张桓源  
【摘要】:随着城市化的发展,数字城市、智慧城市建设等对建筑物室内空间模型数据的需求朝着精细化、快速化建模方向发展。一方面,室内三维空间结构的测量/采集、建模存在着数据获取困难,建模自动化程度低等问题,另一方面,在建筑信息化领域,建筑信息模型(BIM)已经成为业界广泛认可的建模工具,它提供了语义与几何信息丰富的室内空间数据载体。如何将其在GIS这个智慧城市最适合的平台上加以整合利用,成为当前的研究热点和迫切的应用需求。目前由于室内环境的复杂多样,且获取语义和几何一致的室内数据也非易事,因而对室内对象表达并精细化建模工作尚未取得令人满意的效果。许多学者以BIM作为数据源,提取建筑的语义和几何信息,并将之转换到GIS模型中,从而为GIS室内空间的研究提供支持。然而,多数学者以CityGML作为室内模型的载体来表达室内环境,由于CityGML自身的缺陷,例如对于室内连通性表达存在不足,对室内烟火扩散、气体扩散路径等三维方面的应用难以满足。针对上述问题,本文通过对BIM模型中的解析,提取出LOD4层次的建筑信息,并将这些信息转换到CityGML模型中,在此基础上,结合IndoorGML模型,构建室内的拓扑信息,并对室内空间进行三维剖分以满足复杂的三维GIS应用。本文的研究内容和工作成果主要包括以下几点:(1)BIM模型语义和几何信息的提取和转换BIM模型主要用于对建筑全寿命周期的设计、施工和管理,它包含了详细而丰富的建筑几何、语义信息,然而缺乏GIS的分析能力,因此需要对这些信息进行提取并转换到GIS平台上。本文对BIM模型中SweptSolid,CSG(Constructive Solid Geometry)和 Brep(Boundary Representation)三种几何表示信息进行提取,并将他们参数化的表达形式统一转换为CityGML中的Brep表达方式,并根据LOD4层次的语义规范,对BIM模型中的语义信息进行筛选和过滤,从而构建出完整的GIS建筑模型。(2)室内拓扑信息的构建本文在转换后的模型基础上,结合IndoorGML模型构建出室内二维连通网络,从而为室内的导航、路径分析等应用提供数据支持。本文在构建连通网时,过滤掉室内不可导航的对象,例如家具,只保留房间、走廊、楼梯和门。通过它们彼此之间的空间位置关系,确定它们之间的连通性。(3)室内空间的划分在实际构建室内的连通环境时,需要将研究对象的空间转换为二维节点,通常取体空间的中心点作为节点。本文对于室内不规则的建筑对象,例如走廊、楼梯,通过提取对象的中心线,并重新判断它和相关联的对象之间的关系,从而构建室内拓扑网络。为了能够满足室内更复杂的3DGIS应用需求,例如室内气体扩散等,本文利用八叉树对室内空间进行体剖分,各个体块之间通过八叉树索引相互关联,从而为复杂的GIS应用提供理论依据。本文采用BIM官网模型数据进行验证,研究结果表明,对BIM模型几何提取和转换可以满足CityGML LOD4层次的要求,并且可以提供完备的语义信息;构建的室内连通网络符合实际的导航需求,并可转换为IndoorGML模型;利用八叉树对室内空间的剖分能够覆盖整个室内空间,从而为后续更深入的应用研究提供支持。
【学位授予单位】:南京师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TU238.2;TU17

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