От 3D-карты к BIM-модели города. Краудсорсинговые данные. Интеграция ГИС и BIM

Так получилось, что мне посчастливилось принять участие в невероятно масштабном образовательном проекте по Нижнему Новгороду, организаторами которого выступили Росатом, Vysotskiy consulting, Студенческие отряды Нижегородской области и ННГАСУ. Не буду вдаваться в подробности проекта, но могу сказать, что социальный эффект мероприятия колоссальный.

Я подключился уже во второй половине проекта и занимался экспериментами с ГИС-технологиями на базе ArcGIS, который мы применяем в МАрхИ. Опыт интеграции BIM (в частности IFC) и ГИС уже был, но тут было много интересных задач, которые хотелось рассмотреть. Финальный результат выгрузил на 3D-вебкарту, картинки прилагаются. Далее описываю прозаические детали этого полезного опыта без каких-либо обобщений – их предостаточно в прошлых заметках.

Мы опирались на открытые геоданные, поэтому в качестве базовой карты была выбрана OpenStreetMap. Помимо насыщенной, хотя и неравномерно заполненной семантики этого источника данных меня интересовало воспроизведение частей зданий и их форм кровель, которые могут корректно воспроизвести далеко не все программы. Данные по этажности были дополнены сведениями из общеизвестной Реформы ЖКХ.

Многие студенты используют прекрасный сервис Cadmapper, но там здания уже поставлены на рельеф, не сохраняют цвета и не обладают всей семантикой. Форму кровель Cadmapper пока не отрисовывает, оставляя их плоскими.

Пришлось освоить методы отрисовки объектов в OpenStreetMap в среде очень специфического редактора JOSM и даже вступить в нижегородское сообщество этого международного проекта. Ниже иллюстрация результата по улице Максима Горького, дом 43. Эта улица оказалась богатой на подобные современные доминанты, и многие из них я насытил необходимыми деталями. Теперь они есть в Cadmapper!

Вариантов для генерации таких моделей из OpenStreetMap может быть много, но я использовал ArcGIS CityEngine и его стандартные правила, которые требуют доработки.  

После генерации зданий по правилам данные в формате *.gdb были дополнены необходимыми атрибутами в ArcGIS Pro и переданы в ArcGIS Online. CityEngine оказался довольно прожорливым, особенно после InfraWorks.

В качестве рельефа был выбран тайловый сервис ArcGIS, который несколько точнее общедоступного SRTM. Для России тема рельефа очень чувствительна: секретность наступает с масштаба 1:50 000 и при ряде других условий.

Следующей задачей был импорт моделей из SketchUp 3DWarehouse, которые смотрятся всегда очень симпатично. Автоматизировать загрузку при помощи FME не удалось, да и качество моделей оставляет желать лучшего. Главная проблема неопытных SketchUp-пользователей – вывернутые нормали – встречалась очень часто. Но гипотеза сработала: простые экструдированные формы застройки из OpenStreetMap были дополнены более детальными моделями наиболее значимых построек, узнаваемость резко повысилась. Почти все такие модели имеют геопривязку в файле и в ArcGIS встают на нужное место. 

Однако самым непростым шагом оказался импорт в ArcGIS моделей зданий в форматах IFC. По сути, IFC-модель разбивается на категории и конвертируется в геометрию Multipatch. Это просто трехмерное полигональное представление, может храниться и в обычном shp или в базе геоданных. Экспорт из Revit требовал настройки геометрии (лучше всего работали триангулированные поверхности) и общих координат.

Из Renga возникали проблемы при экспорте арочных проемов, но пока мои подозрения падают на конвертер FME, который используется в ArcGIS. Кстати, сам FME читает Revit, но только 2020 версии (!).

В принципе стоит разобраться в методах представления зданий в среде ГИС, ведь пока не происходит группировки элементов по зданиям, как в случае формата CityGML.

Куда более бесшовным оказался импорт, а точнее связка исходных файлов Revit с ArcGIS. Здание превращается в группу, все категории переходят в слои и автоматом создается внешняя оболочка здания без внутреннего наполнения, если элементы в Revit имеют параметр «Function» равным «Exterior» (вспоминаются требования к моделям для прохождения этапа АГР в Москве).  Правда, процесс довольно небыстрый, очень не хватает контроля самого импорта.  Загрузка моделей и других данных на 3D-вебкарту также наполнена нюансами, что потребовало бы отдельного разговора.

В итоге я специально отобрал несколько насыщенных и заметных в масштабе города моделей, выполненных участниками, чтобы проверить главное: потянет ли веб-карта этот объем данных. Потянула! Но живой карты пока в общем доступе не будет. Так что поверьте на слово!

Вот так на вебкарте можно ознакомиться с внутренним устройством здания.  

В этой модели можно заметить сантехнику и детальные дверные ручки – после импорта эту категорию можно удалить, но я решил ее оставить для примера. Кажется, что в Revit потребуется больше внимания к уровням детализации.

 Вывернутые нормали в моделях 3DWarehouse – типичная проблема.

Общий вид центральной части города. 

Безусловно, опыт получился для меня очень насыщенным. Выводов делать пока не стану, но эта тема меня всегда воодушевляет! Параллельно я тестировал и open-source решения, и даже отечественные разработки, о чем хотелось бы поговорить в следующих заметках.

Выражаю благодарность Александру Высоцкому (Vysotsky Consulting), Егору Гребенюку (TBS), Алексею Агафонову и Роману Копылову (Атомэнергопроект), Марине Владимировне Раковой (Министерство градостроительной деятельности и развития агломераций Нижегородской области), Евгению Хамидулину и Анне Слеповой (ГБУ НО «Институт развития агломерации Нижегородской области»), Денису Савицкому и Александру Леонову (московский офис ESRI), сообществу OpenStreetMap Нижнего Новгорода и, конечно же, Felis Pimeja за бесценные консультации.