在我国交通发展和经济建设中，铁路发挥着重要作用，强化铁路建设具有重要意义。在信息化的大背景下，铁路信息化发展自然也成为了现代化铁路发展的主要趋势。在铁路建设中，强化信息技术的利用对于扩大铁路自身的服务范围、提升服务水平等具有意义。从工程建设的实践来看，利用BIM技术和GIS技术能够进一步提高工程建设质量。在铁路信息化建设过程中，探讨两种技术的融合，并将其充分运用于建设实践中必然会产生巨大的效益。基于此，深入分析BIM与GIS融合技术在铁路信息化建设中的应用具有重要的现实意义。
1 BIM与GIS融合技术产生背景
在目前的铁路信息化建设过程中，可以引入建筑领域的BIM技术和理念，进而利用信息模型对铁路工程生命周期内的资源、活动和产品进行统一的组织和管理，使铁路建设各个阶段实现信息共享，节约建设成本，避免资源浪费。
虽然在信息化铁路建设过程中可以借鉴BIM技术的理念和技术，但是铁路工程和建筑工程存在着明显的差异：一方面，铁路工程在建设过程中表现出了比较明显的线状、跨度大和工程点复杂的特点；另一方面，BIM技术在三维信息模型的大尺度表达、一致性分析和管理方面存在着明显的不足。因此，在铁路工程的信息化建设中，还要引入以空间分析和空间数据库以及三维可视化为核心的GIS技术。从目前的具体分析来看，铁路建设与地形有着紧密的联系，所以其涉及的要素均可以视为GIS的研究对象，因此利用GIS平台可以满足铁路建设工程的完整性以及全局性、宏观性的表达要求。
在构建铁路工程信息模型的过程中，不仅要对局部的控制设计实现细节的精确性，更要对全局系统的合理性进行协调。整个模型的构建需要实现从微观到宏观的不同尺度把握和操作，而这种操作正是结合了BIM技术和GIS技术，因此探讨这二者的融合便成为信息化铁路建设中需要重点突破的一项工作。
2 铁路工程要素BIM语义扩展
铁路工程的建设和建筑工程有较大的相似性，主要是因为在铁路工程的建设中同样需要注意其周期内的资源利用以及其他相关的活动管理。因此，借鉴建筑领域当中的BIM理念和技术，实现其在铁路工程中的利用，需要对铁路工程要素中的BIM语义进行扩展。换言之，需要对铁路工程建设中的信息描述和交流方法进行深入的理解。
IFC是BIM框架中的核心要素之一，对建筑工程当中涉及的所有要素类型、关系和属性的数据存储标准进行了定义，其利用可以具体到实例化的文件。除此以外，此要素还可以作为一种开放易读、面向建筑工程领域的可扩展基础数据格式。在目前的BIM商业软件中，对于IFC的支持几乎达到了100%。随着BIM技术在铁路工程中的深入应用，将IFC作为铁路工程语义要素扩展的基础十分必要，所以在选择扩展时，IFC具有优先性。
在IFC的Schema语义规则描述基础上进行语义扩展的基础方案是指基于IFC实体的扩展机制。在这种机制下，参考的基本内容是铁路BIM信息编码，利用编码对相应的实体类型和属性集进行性的定义，就能形成铁路数据的存储标准。在具体扩展实施的过程中，根据铁路工程的各个专业进行划分，可以从IFC既有实体当中派生定义新的泛型子类。
3 铁路工程要素GIS语义扩展
在BIM和GIS技术的融合中，铁路工程要素不仅要进行BIM的语义扩展，也要进行GIS的语义扩展。从GIS的视角对铁路工程要素的语义进行扩展，主要采用的是利用OGC进行组织定制的CityGML三维模型数据存储标准框架，此框架可以提供ADE扩展机制。这种扩展机制以已有的模块相关实体类型为泛型，可以对各实体的类型和属性等进行扩展定义，进而对实体泛化、组合的关系进行描述。通过这种描述，以XML的最终语言实现shema和实体文件的具体内容。
从目前的分析结果来看，CityGML具有“开放的”标准，所以采用了两种方式进行Schema的机制存储语义，即自建和共享。Schema机制存储语义和实例数据文件进行链接，其中的记录内容也得到解译。与此同时，Schema机制存储语义利用用户的扩展和限制等机制来进行自己的应用Schema创建。像这样基于底层的内建扩展便是ADE.利用ADE扩展的结果，用户可以实现其对于应用需求的语义传递和数据共享的满足。
就目前的应用需要分析，使用CityGML中的ADE机制对自定义的实体类型和属性进行扩展时，会出现室内导航、城市噪声模拟等案例。将这些ADE扩展应用的实例作为参考进行分析，可以对铁路工程信息模型中的实体类型以及属性和彼此间的关系进行定义，进而实现对铁路工程建设的信息化方案确定。
例如，对交通运输模块中的实体虚类-交通对象进行派生，可以产生两个实体类别，即交通区段和交通构件；继续对其进行派生，还可以产生子类轨道区段和轨道构件。这些子类继承了父类间的组合关系，和前者也产生了组合关系。简言之，通过派生和组合，各类轨道构建类型会形成具有完整性的语义描述架构。在具体的分析中发现，利用外部参照的方式还可以将子类构建的几何要素建立起一定的关联关系，进而表达几何信息。
4 铁路车站信息模型跨平台集成
在铁路信息化建设过程中，BIM技术和GISA技术的融合不仅要体现在标准的制定、语义的传递以及格式的转换方面，更多地还要在软件平台对信息模型的处理分析和实际应用方面加以体现。就目前的情况分析来看，要满足三维信息模型的建模以及编修等基本要求，BIM与GIS已经具备了较为强大的功能。但是在数据结构的组织以及信息表达和传递方面，二者存在明显差异，所以在数据模型的跨平台操作中存在诸多困难。除此以外，国内外关于GIS和BIM融合技术的研究还比较基础，在铁路建设方面的应用并不多见，所以在我国信息化铁路建设的过程中，GIS和BIM融合技术的实例参考较少。
从现实分析来看，BIM和GIS信息模型在存储和表达方面存在着比较大的差异，而这种差异导致了商业软件平台的数据接口仅仅能够对自身的模型数据进行支持。为了在实际操作中提升BIM模型在GIS平台上的可用性，以既有铁路车站三维信息模型为数据基础，这样可以构建较为可行的数据格式转换方案。
在将BIM在GIS平台上进行操作的试验中，利用3DMax进行入驻处理，可以实现模型的轻量化、贴图编辑以及要素坐标系的三不处理操作。通过这个操作，最终可以导出Direct X文件，BIM车站模型的跨GIS平台集成操作可以实现。
从铁路车站模型跨平台集成系统的外观来看，利用3DMax可以对构建的纹理贴图方式进行重新指定。在指定的过程中，因为存在着人为因素的干预，所以模型的颜色和贴图会发生比较明显的改变，导致部分构件透明效果丢失。利用FME提供的自动转换格式进行转换功能的实施，因为没有了人为因素的干预，所以构件颜色的透明度和完整性都得到了较好的保持。从语义和属性传递交换的方面来看，在将fbx转换成Direct X文件的过程中，输出文件会采用自动构件的名字和ID相组合的命名方式。这种命名方式能够在一定程度上反映构件的类型语义，但一个突出的弊端是会造成继承、关联等信息的丢失。
总而言之，利用BIM和GIS在信息模型方面的转换实现BIM信息模型在GIS平台上的操作，可以实现两种技术利用的融合，这对于信息化铁路的建设发展具有重要的实践意义。
5 结语
社会经济的快速发展对包括铁路在内的现代交通运输提出了新的要求。BIM技术和GIS技术在铁路信息化建设中具有重要作用，实现二者的融合利用可以实现技术互补。因此，在工程要素的BIM语义扩展和GIS的语义扩展的基础上，探讨铁路车站信息模型跨平台集成操作具有重要的现实意义。
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（作者系济南铁路局青岛工程建设指挥部工程师）
