撰文编辑：贺丽霞蒋镜宇
图片：来自参考文献[]
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日常出游，我们常常会遇到这些情况：下了地铁，导航上标注了出口号，你从离出口最远的闸机出站，不知道怎么再绕回推荐的出口；到了商场门口，地图导航说“您已到达目的地”，但你忘记了想去的店在几楼，只好打开大众点评再重新查一下楼层和门牌号；进入商场，上到对应的楼层，你转了一圈没找到店铺，找到商场内的路牌一看才发现这是东翼，想去的店在西翼。
各种地图导航虽然能帮我们在建筑与建筑之间找到最方便、最快捷的路，但在建筑内部却往往帮不上什么忙。然而，随着城市化建设的深入，人们在室内的活动却不断增多，无论是人们的日常出行还是在紧急情况下的逃生避险，都需要能够衔接室内、室外的路径规划服务。因此构建能够精细表达室内空间信息和室外地表信息的路网，提供无缝连接室内外路径规划的服务是重要且有意义的。
-室内/室外-
室外路网
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导航应用
单纯的室外路网构建技术已趋向成熟，针对路网的研究在GIS领域已经成熟市场化并大量产品化。在路网可构建的背景下，诞生了众多精美、功能强大的导航软件。
▼MapFactor▼
图源参考文献[2]▼BackCountryNavigator▼
图源参考文献[3]▼Maps.me▼
图源参考文献[4]-02-
组织模型
三维空间中的点位兼具坐标信息与属性信息，GIS可以通过多样性的数据采集技术将这些信息收集起来，然后借助于计算机进行可视化展现。网络分析是GIS在空间分析中的重要手段，针对室外道路网研究，GIS展现了其强大的能力。GIS路网属互连线性的特征系统，通过该系统传输资源或实现通信。
路网数据模型是现实世界网络系统的组件和特征的抽象表示，可以定义为点线图，其由具有流动性的线性通道和表示它们的连接的节点组成。换句话说，路网的结构采用了节点与边的形式，节点可以是交叉点，边可以是道路或管道的段，其中，边必须有方向关联性并且具有阻抗或成本的度量，以确定路网中移动的阻力或成本[5]。
-室内/室外-
室内路网
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室内空间
室内空间具有以下特点：
空间内存在多种建筑构件，不同的构件需设计不同的表达，且其尺寸需详尽；
空间被楼层分割，不同楼层可能存在不同的空间布局；
空间具有较强的约束性，门、楼梯等会影响室内空间之间的连通。[5]
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BIM
（BuildingInformationModel）
传统的室内数据收集耗时耗力，且其室内建筑物的属性通常是不完整的。同时，从复杂建筑物中提取室内信息存在许多技术难点。而BIM（buildingInformationModeling）作为一种数字化三维建筑物信息模型，包含了建筑物从设计施工到运营维护各个阶段的建筑物信息，是整个建筑物信息的数据库[6]。相比于传统的建筑平面图，BIM强调微观空间信息描述，包含了大量建筑内部结构信息，具有完整的几何描述和语义网络，可详细、精确描述室内空间信息。
▼BIM建筑物建模及不同楼层切换▼
图源参考文献[7]▼BIM室内定位技术▼
图源参考文献[7]▼BIM室内建模▼
图源参考文献[]工业信息标准类（IndustryFoundationClasses，IFC）是BIM领域中通用的数据交换标准，其采用EXPRESS语言定义。IFC架构遵循阶梯原则，即每个层级的类别可参照同层或低层级的其他类别，但不能参照较高层级的类别。IFC架构分为四层：
资源层：最底部层级，定义了可重复利用的实体与类型；
核心层：提供了模型的基本结构，并定义了大部分的抽象概念；
界面层：定义了不同的领域/应用层模型之间所共享的观念或对象模块；[8]
领域层：提供了项目在建设、运营、维护以及设备管理中所需的模型对象。
▼IFC层级结构▼
图源参考文献[8]IFC文件中的数据结构包含类型、实体、规则、函数与过程，以对数据进行详细阐述，其中实体主要承担定义和描述对象的功能，是模型数据的重要组成部分。
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室内路网构建
EXPRESS虽然可以无歧义的面向对象定义建筑相关数据，规范数据类型，但不能用于程序开发，因此首先需使用IFC文件解析开源库处理源文件，以解析IFC中的建模语言，更加方便地处理IFC中的建筑数据。
IFC中包含丰富的建筑信息，为了构建室内路网，需从IFC文件中提取两部分信息——语义信息和几何信息。语义信息包括属性信息和关系信息，其中关系信息主要提取的是建筑的楼层信息、建筑构件之间、建筑构件与空间之间的关系信息以及多个构件间的连接关系信息。几何信息包括构件的轮廓形状、坐标系信息以及位置数据、构件的相对空间位置信息、空间隶属关系，使用三角格网对几何信息再建模以存储几何数据，使用OBB包围盒算法提取构件几何轮廓，以对构件中的几何信息进行进一步的简化。
▼通过BIM模型构建室内路网流程▼
图源参考文献[5]构建室内路网主要分为以下四步：
选取与简化节点：根据IFC文件信息，选取门节点、拐点和连接点三类平面节点；门节点即具有出入口功能的建筑构件的平面几何中心，拐点为墙柱等大型构件的外轮廓交接点，连接点是门节点和拐点的媒介，通过求取门前点（门与门对面墙的中间点）与门前区域中轴线的交点；选取的节点中可能会存在信息重复的节点，可通过消除多余节点和节点合并的方式，简化节点，压缩数据量；
边连接：对节点进行边连接，节点间的连线长度为边的权值；
多层构网：通过将楼梯口或电梯口作为单层平面路网的终点节点，与其他楼层楼梯口节点进行连接，构建多层垂直结构路网；
路径优化：应用Dijkstra算法，对路径节点进行遍历，进一步简化节点，优化路径。[5]
-室内室外-
路网一体化
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目前，国内外关于室内外一体化路网的相关研究大部分集中在三个方面：合适的室内路网模型，室内和室外路网的连接，以及复杂室内数据源的选择[5]。BIM可以用来创建、管理和共享垂直设施（如建筑物）生命周期的数据，而GIS可以用来存储、管理和分析地表环境和地物分布，因此二者结合可以生成室内外一体化路网数据以及路径规划方案。
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路网一体化
BIM和GIS分别拥有各自的数据标准，其几何建模、语义网络与逻辑关系均具有较大差异，因此需将二者的数据进行连接，才可运用于最终的一体化导航系统。论文[9]运用“入口-街道”策略，融合室内和室外网络进行路线规划，其主要思想为，生成一个从建筑入口到街道的过渡弧，自动连接室内外网络，进而连接BIM的室内道路网络和GIS的室外道路网络，用于地理空间分析。
建筑入口信息存储在来自IFC的室内入口节点中，而室外街道则从OpenStreetMap中提取。“入口-街道”的主要步骤是寻找建筑入口和道路之间最短的过渡弧，不能与其他建筑重叠。为满足这一需求，作者引入CityGMLLOD（LevelofDetail）建筑，通过建筑边界来避免过渡弧与建筑的重叠。在“入口-街道”策略下，所有建筑入口都可以提取出来，投影到室外道路网络中，形成过渡弧。
▼室内外路网一体化示意图▼
图源参考文献[9]一旦室内路网在GIS系统中转换为地理数据库，它们之间的拓扑关系就被存储在3D网络数据集中。最终，通过最短路径算法，系统便可以自动设计出一条代价最小的室内外路径，为紧急逃生路径规划、日常生活导航提供便捷。
▼阿里云物联网数字孪生智慧建筑▼
视频来自参考文献[0]-BIM+GIS-
势不可挡
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对于BIM来说，它的整个生命周期，从设计、施工到运维都是针对单体精细化模型，如果脱离周边的宏观的地理环境要素，只会成为空中楼阁。而三维GIS一直致力于宏观地理环境的研究，提供各种空间查询及空间分析功能，从而在BIM的运维阶段，可以为其提供决策支持。对于三维GIS来说，BIM数据是三维GIS室内地理空间数据的一个宝贵来源，能够让三维GIS从宏观走向微观，同时实现精细化管理。因此，两种数据的相互融合，必定会为未来提供无限可能！
参考文献：
使用webgl(three.js)搭建一个3D智慧园区、3D建筑，3D消防模拟，web版3D,bim管理系统——第四课（炫酷版一）
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