現(xiàn)代城市測繪國家測繪地理信息局重點實驗室 田 飛

北京建筑工程學院測繪與城市空間信息學院 危雙豐

【關(guān)鍵字】 建筑信息化 空間信息 建筑全生命期

一、引言

進入新世紀以來，世界上許多發(fā)達國家都紛紛開始在建筑領(lǐng)域中引入信息化技術(shù)，現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展，使實現(xiàn)建筑生命周期內(nèi)信息的統(tǒng)一管理成為了可能。用信息系統(tǒng)的方式來管理建筑領(lǐng)域的開發(fā)和應(yīng)用，能有效提升建筑行業(yè)的競爭力，特別是BIM理念的提出，為實現(xiàn)創(chuàng)建豐富的數(shù)字化信息、管理整個生命周期的數(shù)據(jù)、在參與方之間共享信息提供了強大的技術(shù)支持和思想依托。近些年我國也越來越重視建筑業(yè)信息化技術(shù)的研究，但由于長期以來我國建筑業(yè)管理缺乏基于建筑生命周期的總體規(guī)劃，致使其信息化仍只停留在建筑生命周期的某一階段、某一局部管理業(yè)務(wù)功能的物理復制上，使現(xiàn)有的管理系統(tǒng)形成一個“信息孤島”，無法實現(xiàn)建筑生命周期內(nèi)的信息共享與協(xié)同工作。

本文從建筑項目信息化管理的角度出發(fā)，全面考慮建筑項目生命周期中所涉及到的各種空間信息，在對信息進行分類與規(guī)范化的基礎(chǔ)上，研究建筑空間信息的標準化、規(guī)范化的組織技術(shù)，研發(fā)建筑空間信息集成管理與應(yīng)用系統(tǒng)（以下簡稱“建筑系統(tǒng)”），將建筑項目生命周期不同階段中的空間信息集成至一個大的框架內(nèi)，實現(xiàn)建筑空間信息的共享。

二、建筑信息化的空間信息需求

涵蓋建筑生命周期的過程階段包括規(guī)劃、設(shè)計、勘察、施工、運營、拆除和再利用等。在建筑生命周期的各階段，對空間信息的主要需求十分廣泛。

從表1可以看出，建筑項目全生命期涉及矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型、建筑三維模型等空間數(shù)據(jù)以及各種非空間數(shù)據(jù)。

表1 建筑生命周期各階段對空間信息的需求

三、建筑空間數(shù)據(jù)標準化處理與組織管理

建筑生命周期內(nèi)涉及到多個階段的多種數(shù)據(jù)，要納入到數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理，必須對其進行標準化處理。

其中，標準化處理的主要環(huán)節(jié)包括（1）格式轉(zhuǎn)換：將各種不同格式的數(shù)據(jù)，統(tǒng)一處理為標準的建筑模型信息；（2）投影轉(zhuǎn)換：將影像由一種坐標系轉(zhuǎn)換到另一種坐標系，系統(tǒng)內(nèi)置常用的地理坐標系和投影坐標系；（3）數(shù)據(jù)拼接：對某一地區(qū)的數(shù)據(jù)進行分析時，可能覆蓋了多景影像，需要將影像拼接到一起處理；（4）數(shù)據(jù)質(zhì)量評估：對數(shù)據(jù)進行質(zhì)量評估檢查等，并生成評估報告輸出到元數(shù)據(jù)中；（5）元數(shù)據(jù)生成：元數(shù)據(jù)是對衛(wèi)星下行數(shù)據(jù)進行描述的一種數(shù)據(jù)，它包含了數(shù)據(jù)的掃描時間、數(shù)據(jù)的空間位置信息以及數(shù)據(jù)的質(zhì)量信息等。

圖2 建筑空間數(shù)據(jù)標準化處理

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

建筑系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包括基礎(chǔ)庫、矢量庫、影像庫、地形庫、業(yè)務(wù)庫、模型庫和索引庫六個子庫。

基礎(chǔ)庫用來支撐系統(tǒng)的運行，包括系統(tǒng)用戶的管理，系統(tǒng)安全維護等；矢量庫、影像庫、地形庫、業(yè)務(wù)庫、模型庫是存放系統(tǒng)數(shù)據(jù)的五個子庫，在實際的數(shù)據(jù)存儲中，將建筑生命周期內(nèi)的數(shù)據(jù)進行歸納分類，總結(jié)為矢量、柵格、三維模型、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等幾類，分別對應(yīng)用五個子庫進行管理。索引庫是將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與建筑生命周期各種數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來的關(guān)鍵，最簡單的索引庫的體現(xiàn)是二維地籍圖，地籍圖上包含各種建筑的平面投影幾何要素，幾何要素的屬性中包含了建筑生命周期中各種數(shù)據(jù)，通過幾何要素的屬性將分布存放在各個子庫中的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來。其中，空間數(shù)據(jù)庫包括矢量庫、影像庫和地形庫三個子庫，空間數(shù)據(jù)庫用ArcSDE進行管理，ArcSDE中存儲的空間數(shù)據(jù)表，通過表名與索引庫的屬性進行關(guān)聯(lián)。

圖4 系統(tǒng)總體架構(gòu)

四、建筑系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

1.系統(tǒng)總體架構(gòu)

建筑系統(tǒng)是一個軟硬件結(jié)合的應(yīng)用系統(tǒng)，總體架構(gòu)如圖4所示。

系統(tǒng)的硬件有數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、輸入輸出設(shè)備幾個部分組成，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲管理、數(shù)據(jù)和請求網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)據(jù)和服務(wù)發(fā)布、用戶的前端展示等功能，滿足軟件系統(tǒng)的構(gòu)建需求。

軟件系統(tǒng)可以分為軟件支撐層、服務(wù)層和應(yīng)用層。其中，支撐層包括軟件系統(tǒng)的構(gòu)建和運維需要的操作系統(tǒng)和其他軟件，如數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、文件管理系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)等基礎(chǔ)軟件，以及軟件系統(tǒng)構(gòu)建的開發(fā)軟件（Microsoft.Net）和提供空間數(shù)據(jù)操作的成熟軟件（ArcGIS）模塊等。服務(wù)層，也稱業(yè)務(wù)層，為支撐層和應(yīng)用層快速交互而設(shè)定，其主要工作是：接收、解譯應(yīng)用層發(fā)送的請求，重新組裝請求、通過語言、環(huán)境、協(xié)議到數(shù)據(jù)庫、文件系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，然后進行組裝，返回應(yīng)用層需要的結(jié)果，完成一個服務(wù)過程。應(yīng)用層，也稱操作層，直接和用戶交互，為用戶提供操作界面，接收客戶操作，封裝請求、發(fā)送請求到服務(wù)層、獲取客戶需要的數(shù)據(jù)并進行可視化。

2.系統(tǒng)工作原理、應(yīng)用模式

建筑生命周期空間信息系統(tǒng)與傳統(tǒng)的建筑信息系統(tǒng)軟件有著本質(zhì)的不同。系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境構(gòu)建，在集群存儲支持下，解決建筑工程全生命期中的信息創(chuàng)建、信息管理問題，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GIS技術(shù)以及三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實現(xiàn)建筑生命周期內(nèi)的所有信息的共享。

2.1 系統(tǒng)工作原理

整個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、建筑數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分發(fā)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)三大部分組成，系統(tǒng)的運作均是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支撐下完成。

圖5 系統(tǒng)工作原理

數(shù)據(jù)庫部署于管理部門，是整個系統(tǒng)的核心所在，分為規(guī)劃數(shù)據(jù)庫、施工數(shù)據(jù)庫、運營數(shù)據(jù)庫等多個庫，此外還另設(shè)備份數(shù)據(jù)庫，用于定時對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行備份。

建筑數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)部署于管理部門與各個業(yè)務(wù)部門，每個部門負責維護自己的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理入庫系統(tǒng)，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理為統(tǒng)一的格式，提交到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理。經(jīng)過處理之后的建筑信息模型是完全的數(shù)字化，支持建筑工程中的各種運算形式，并且他們是動態(tài)的，可以隨時在項目的生命周期內(nèi)添加各種信息，滿足項目的各種需要。

數(shù)據(jù)分發(fā)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)部署于用戶端，所有需要使用該系統(tǒng)的用戶均需要安裝，該系統(tǒng)整合了各個部門提交的數(shù)據(jù)，可對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理和交叉分析，為用戶提供各種服務(wù)。

2.2 系統(tǒng)應(yīng)用模式

圖6 系統(tǒng)應(yīng)用模式

系統(tǒng)實現(xiàn)了對整個建筑生命周期內(nèi)各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，并在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上提供各種服務(wù)，同時也開發(fā)了一系列功能模塊便于在業(yè)務(wù)系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)進行瀏覽和分析。

本系統(tǒng)的核心是建筑信息數(shù)據(jù)庫，所有的系統(tǒng)功能均是圍繞數(shù)據(jù)庫中的建筑信息而開發(fā)，由于使用了組件技術(shù)，系統(tǒng)所有的功能都被封裝為各種小功能模塊，因此本系統(tǒng)可靈活的定制為各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)，服務(wù)于建筑信息管理，輔助決策。

系統(tǒng)定制模式如下圖：

五、系統(tǒng)主要功能模塊與系統(tǒng)實現(xiàn)

1.系統(tǒng)開發(fā)的軟件環(huán)境

本系統(tǒng)采用Microsoft Visual Studio 2008開發(fā)平臺和ESRI公司強大的、用于構(gòu)建集中管理、支持多用戶的企業(yè)級GIS應(yīng)用的平臺軟件——ArcGIS Server 9.3的web開發(fā)框架ADF相結(jié)合，進行頁面和WebGIS應(yīng)用的開發(fā)，管理和發(fā)布地圖服務(wù)。采用Geodatabase空間數(shù)據(jù)模型建立了面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)庫，選用ESRI公司的數(shù)據(jù)庫引擎ArcSDE管理關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(本系統(tǒng)中采用Oracle 10g)，存儲空間數(shù)據(jù)。

2.系統(tǒng)主要功能模塊

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)用于對建筑各種空間、非空間數(shù)據(jù)進行規(guī)范化處理和統(tǒng)一管理，業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)用于展示經(jīng)過規(guī)范化處理之后的各類建筑數(shù)據(jù)信息，并提供各種分析功能，對這些數(shù)據(jù)進行深入信息挖掘與再利用，并搭建應(yīng)用模塊和應(yīng)用子系統(tǒng)。

2.1 基礎(chǔ)功能

2.1.1 系統(tǒng)在建筑信息集成管理的基礎(chǔ)上，提供豐富的查詢功能。包括權(quán)屬查詢、數(shù)據(jù)類別查詢、生命周期階段查詢、時間查詢等，對符合條件的結(jié)果提供可視化瀏覽，并可根據(jù)自定義字段進行統(tǒng)計匯總，并且可以結(jié)合空間數(shù)據(jù)在地理底圖上進行定位，獲取到更直觀的詳細內(nèi)容。

2.1.2 對于選定的建筑，可以查看建筑中所有分層分戶的信息以及所有權(quán)利人信息；可以直接調(diào)用分層平面圖以及分層屬性信息，調(diào)用分戶信息，顯示分戶平面圖。

2.1.3 對所選數(shù)據(jù)的各項指標進行統(tǒng)計匯總，并用直方圖或餅圖的方式顯示統(tǒng)計結(jié)果。

2.1.4 系統(tǒng)對于各種數(shù)據(jù)和查詢統(tǒng)計結(jié)果可以進行打印和輸出。

2.1.5 用戶權(quán)限管理，管理員進行數(shù)據(jù)的導入、導出、更新、維護，一般用戶可以進行信息的查詢統(tǒng)計瀏覽。

圖7 系統(tǒng)主要功能模塊

2.2 業(yè)務(wù)功能

2.2.1 物業(yè)管理?；谙到y(tǒng)對建筑數(shù)據(jù)的精細化管理，可以提供物業(yè)管理服務(wù)，包括建筑現(xiàn)狀、用戶、房間部件與水電煤暖，監(jiān)控信息實時調(diào)用與管理。

2.2.2 建筑質(zhì)量安全。根據(jù)建筑材料信息，變形監(jiān)測信息等，實現(xiàn)建筑質(zhì)量實時監(jiān)控，提供分析預測服務(wù)。

2.2.3 建筑節(jié)能。利用高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)進行小區(qū)及其周邊一定范圍內(nèi)緩沖帶內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測，為建筑、社區(qū)的節(jié)能減排提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

六、結(jié)束語

建筑系統(tǒng)面向建筑全生命期實現(xiàn)建筑的信息化管理，以先進的空間、非空間數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、管理技術(shù)和軟件進行數(shù)據(jù)集成組織管理，以網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、空間數(shù)據(jù)建模技術(shù)、二三維空間信息可視化技術(shù)進行建筑數(shù)據(jù)的可視化、網(wǎng)絡(luò)化、規(guī)范化、科學化，實現(xiàn)城市建筑空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、綜合高效使用，進而加強建筑管理，提高房屋管理的質(zhì)量、水平和效率，并為統(tǒng)計分析，決策等應(yīng)用服務(wù)打下基礎(chǔ)。同時，拓展數(shù)字城市管理系統(tǒng)的應(yīng)用，使城市管理人員能夠在數(shù)字城市系統(tǒng)虛擬世界中，精細化管理到每家每戶，數(shù)字城市的綜合能力和水平將得到大幅度提升。