許多關鍵詞都能反映工程&建筑行業中獲取和使用空間數據的重要趨勢，而其中三維3D，建筑信息模型BIM，增強現實AR，虛擬現實VR和無人機UAV絕對是最熱門的關鍵詞。如何將這些內容結合起來是一種主要的跨行業的挑戰：實現協同操作和數據整合從而支撐整個價值鏈中多需求的高效工作流。

原作者Frédérique Coumans

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工程&建筑部門一直以來對于新技術的接受都比其他部門要慢。在企業層面上已經出現了革新，但是整個市場的生產率在近50年都是波瀾不驚的。實際上，美國的勞動生產率在過去的40年中一直在下降。出于業界涵蓋的范圍和尺度，這種緩慢的創新并非無關緊要，因為該行業占據了6%的GDP并且這一比例仍在繼續增長。全世界的城市人口每天增長20,000，所有人都需要可以負擔的起的住房和交通等基礎設施和服務。成功推進現代化進程不僅僅是提高生產率，還要增強建設質量，改善安全、工作條件和環境兼容性。潛在的財政影響非常高：每提高1%的全球生產率，將會節省1000億美元的資金。這些結論都來自于世界經濟論壇在其最全面且廣而告之的針對該部門的報告（2016年5月）：塑造建設業之未來：思維模式和工業技術的突破。這份報告提出的建議里強調工程管理和信息共享的整體視角這樣的合作?！捌渌袠I領域數字化轉型已經起航，建筑公司需要迅速果決地行動：靈活應對的公司有利可圖，而反應遲鈍的公司則很危險。”

整個生命周期

現在所需要的是項目參與方在整個建設周期中的協作和信息共享。進一步采用BIM至關重要。沒有人可以避免使用現代規劃和智能設計技術。來自所有可能源頭的數據可以在參數化建模時進行集成，并用于模擬和增強現實。GIS用于選址，規劃，協調，通信和資產管理。它也可以在中心化跟蹤系統中扮演自己的角色，從而改善企業跨項目合作者的設備使用情況。傳感器數據，包括無線的和其他的，都被實時集成并在所有階段中進行演示和偏差分析。盡管激光掃描本身作為捕捉環境信息的工具而言很有價值，但是設計當中還需要和CAD進行結合使用。軟件要集成點云數據和CAD繪圖。由Business Advangage出版的CAD2016趨勢報告顯示，在全球CAD社區中，27%的設計工作生產3D模型，34%的既生產2D也生產3D模型。從3D CAD或BIM模型中自動繪制2D被認為是非常重要的，但是BIM本身的重要的性，相比2015年卻有所下降。這表現出了在所有相關進程的開頭現代化出現了停滯。根據世界經濟論壇，優化現有處理流程可以壓縮30%的工期，降低15%的成本。透過這些數據，英國政府想在2025年實現初始建設成本和整個建筑成本上壓縮33%。

協同工作

技術挑戰很有可能被克服，但是也需要采取經濟激勵措施從而改變現存工作流程并加強合作。在Autodesk的出版物Redshift中Dominic Thasarathar這位Autodesk的建筑行業智囊團專家指出全球的建筑業增強未來幾年會增長85%。所需要財政投入是巨大的。他期望投資者將新的建筑設施項目使用BIM最為出資的條件之一，這樣可以降低建設風險。同時，這些項目也將被嵌入智慧城市體系?！叭缃?，基礎設施規劃通常關注‘成本和資產’，明天，空間大數據，無限計算(infinite computing)，游戲引擎和實景捕捉將能夠支撐評估和比較潛在項目和預期目標。”，比如“在這座城市的這塊區域什么是最好的實現經濟增長的基礎設施結合方式？”根據Thasarathar的說法，建筑和基礎設施部門將被要求從智慧交通，指揮能源，智慧建筑，宜居城市等視角推進項目建設。

但是所有這些都需要協同工作?！叭狈Ψ€健的統籌全局的標準是未來喪失在數字化技術的潛在先機”，世界經濟論壇報告總結道，“軟件系統的標準，接口和通信協議將會整體上促進行業的數字化；特別地，企業應當為自動施工裝備建立機器代碼標準，為不同系統比如BIM和GIS之間建立接口標準?！?/p>

地理數字化格網

建筑行業的一個重要發展體現在Autodesk和Bentley公司正在一道工作以增強他們在建筑施工軟件的投資項目的協同工作，從而確保設計數據可以順暢交換并擴展到其他領域。GIS市場的領袖企業Esri在開展建設部門擴大數據共享的工作也足夠明顯，比如年度地理設計峰會就是例子。2017年的事件將聚焦智慧規劃技術和地理設計技術。實際上，所有測繪領域的重要角色都有簽約或簽署增強協同工作的協議：包括Topcon, Faro, Trimble, Bentley, Autodesk, Hexagon (包括Leica產品)，Esri等等。他們正在增加功能，模型化多種維度，從而提高實用性并簡化數據重復利用。他們主動采取措施達到標準從而提高不同系統和原則之間的系統性。這將實現GIS, 設計工具和資產管理產品乃至測量與及其控制系統之間的工作流。測繪產品將直接進入設計，并且能夠用于控制智慧建筑設備，然后作為建筑記錄導入資產管理。合作伙伴正在革新云和移動技術的使用，這將會擴展BIM，甚至在工作場點和ERP系統的直接互聯等等。盡管GIS和CAD的集成很受歡迎，但是進展緩慢。

3D

3D性能業已交付各種GIS平臺，聚光燈正在朝BIM和3D GIS結合的方向移動。難點不僅僅在于GIS中所使用數據格式不同，同時在于這些數據的不同建設細節程度（來自同一項目中的不同參與者）。如何處理建模數據量也是一項挑戰。Chris Andrews，Esri的3D產品經理，在ArcGIS Blog (2016年4月)說到：“我們看到許多用戶試圖將GIS和BIM融合到更具價值的項目中的案例，當使用以工業為關注點的格式和不可知的地理空間ETL格式進行交換時遇到了不同的問題。不僅傳統地理空間建模中頻繁涉及BIM信息，終端可視化平臺亦是如此，在2016年，可視化平臺在web端和移動端都已無處不在。我們正在探索如何更好地適應和擴展我們新的分布式GIS和BIM 3D內容的沉浸式三維功能?！?/p>

所有的軟件提供方面臨消費者對高質量可視化的訴求的挑戰，這包括集成數據，雙向編輯工作流以及更好的進行集成3D內容間通訊的工具。增強現實AR被寄期望于幫助：所有領域的（消費者和）設計者在相同的地點走動，可視化任何修改并識別哪些復合設計是缺乏功效的等等。去年，在最大的歐洲測繪交易會上，許多公司陳列出他們的針對城市規劃，公共基礎設施方面的增強現實應用，這些應用將2D和3D GIS以及CAD數據集合起來，呈現了很多肉眼本來無法看到的細節。

激光掃描

面向3D數據獲取和服務交付的趨勢也呈現出對測繪師的挑戰。BNP Market Research在其針對3D測繪的市場調研中總結道，70%的美國測繪師認為3D服務的需求在增長，但是其中只有28%的人在使用3D工具（Point of Beginning雜志，2016年4月）。改進的技術以及相比而言更低的成本是最主要的驅動力?！氨M管采用3D測繪的發展速度已經很快，但是許多專業測繪師感覺到如果發展不能更快的話他們有被淘汰的職業風險”。下面給出一些調研結果，相比之前的調研結果建模軟件已經增至66%，并繼續成為28%的測繪最常用的3D工具。航空LiDAR的使用已經降至23%，但是基于相位的靜止地面激光掃描急劇增長到37%。

3D激光掃描儀和傳統測繪社會之間的差異很大，不僅在于采集和傳輸的數據不同，也在于掃描速度和分辨率（比如Faro達到了976,000點/秒，2,000,000點/平方米）。激光掃描方案專門針對那些必須交付有地理參考框架的智能3D模型的測繪師開發。BIM是提高效率的一大塊內容，因此也是新產品必須專注的方面所在。得益于操作者能否盡可能簡易和智能的工作，掃描時間顯著縮短。實現從標定好的點云生產3D BIM模型將會使得相關辦公軟件工作效率提升50%。

低成本，低空

全世界范圍內，激光掃描正在被建筑和擴建項目陸續采用，以獲取3D數據，同時也正在和無人機進行結合。去年，芬蘭地理空間研究所報告指出，對于小區域復雜地形地物的測繪而言，無人機平臺可以很好進行激光掃描，尤其允許慢速飛行甚至懸停的多旋翼無人機。在結合相對低成本的傳感器方面，基于無人機的激光掃描正在成為許多建筑公司執行低空任務的可行方案，典型的飛行高度是40-70米。除了獲取建筑特征信息之外，當需要同時獲取地形和街道基礎設施的時候，傳感器系統可以包含一件GNSS-IMU設備從而觀測和記錄傳感器的飛行軌跡和姿態。根據芬蘭專家的報告，取決于飛行方案的精度和傳感器性能，所獲取的點云的精度可能達到5-10厘米。

3D環境的“相機捕捉”（自動攝影測量）指靠架設于無人機上相對如此低廉的的傳感器。這套方案的全部所需就是一臺好的數碼相機和一個獲取3D模型的軟件。根據來自Bentley公司的市場信息，只要你用高質量的相機去獲取充足的相片，那么目前而言，處理多幅相片從而生成復雜3D模型操作非常簡單而且結果很好?！拔覀円呀涀隽嗽S多關于激光掃描和相機捕捉的對比，我們能夠達到相當的分辨率?！睂τ诮ㄖ块T真正有用的模型，高精度控制點以仍然是必需的，也包括國家控制坐標系統知識。在激光掃描中，要達到專家認定的合格模型，邊緣和其他細節特征的重建依然是挑戰。

CAD軟件開發團隊也在推進“顯示網格”：更小更輕的文件，甚至在瀏覽器上處理和使用都更快捷。舉例而言，稀少點云對于動態3D模型是受歡迎的，比如在嚴肅的工程建設市場上。用于虛擬設計和建筑的動漫功能將是下一步工作，當然了，為的是搞清楚如何經濟地存儲歷史項目數據并為需求服務。