陸 玨，陳 洋，蔡樂剛

（1.上海市房地產(chǎn)科學研究院，上海 200031）

住宅建筑的安全不僅關系到人民的生命安全，也影響著社會的和諧安定，是城市安全的重要組成部分。上海作為一個特大型城市，住宅建筑安全管理總體可控，但也仍存在著一些問題：①住宅建筑量大面廣、建造年代跨度長。截至2013年，上海市城鎮(zhèn)房屋建筑面積已超過11.06億m2，其中居住房屋約5.89億m2[1]。在房屋的使用過程中，不規(guī)范的裝修改造以及相鄰工程的施工，都對周邊房屋安全產(chǎn)生不利影響[2]。②房屋信息數(shù)據(jù)量大且存在缺失現(xiàn)象，信息變化頻繁，涉及的管理部門較多。無集中統(tǒng)一的信息化管理平臺，導致資料信息收集整理難，甚至存在丟失現(xiàn)象，成為突發(fā)事件應急處理中的短板。可見，針對數(shù)量龐大的住宅，有必要建立有關住宅安全的信息系統(tǒng)，利用GIS技術實現(xiàn)以圖管房，提高房屋管理數(shù)據(jù)分析的科學性和準確性[3,4]。本文在國內(nèi)外調(diào)查研究的基礎上，建立了上海市城市住宅建筑安全信息系統(tǒng)，并對安全預警等功能作了初步探討，為全市房屋的信息化建設以及實時監(jiān)控、全生命周期管理提供了技術支撐。

1 系統(tǒng)總體設計

基于GIS的住宅建筑安全信息系統(tǒng)的建設為實現(xiàn)數(shù)字化的城市住宅安全信息管理提供了可視化、形式多樣的綜合管理工具，包括房屋信息數(shù)據(jù)庫、住宅建筑相關數(shù)據(jù)的查詢分析、安全預警管理等房屋安全輔助管理功能。除提供電腦端服務外，同時還開發(fā)一套與電腦端實時交互的手機客戶端。系統(tǒng)注重房屋屬性與地圖的聯(lián)動，為房屋安全管理人員提供便捷的操作體驗與智能的輔助決策[5]。

1.1 系統(tǒng)體系結(jié)構設計

系統(tǒng)在公共地理信息數(shù)據(jù)及其API基礎上，以C/ S與B/S結(jié)合的方式為基礎架構，以地圖為基本展示平臺，采用空間數(shù)據(jù)庫管理和圖形處理技術進行建筑物監(jiān)管。系統(tǒng)前端采用Flash RIA技術，充分展示地圖類應用的展示效果，并通過業(yè)務類的包裝將基礎地圖、房屋平面信息以及房屋安全業(yè)務表格進行綜合管理。系統(tǒng)同時具備多用戶訪問控制，通過用戶管理、權限管理確保數(shù)據(jù)的安全。

根據(jù)應用需求，系統(tǒng)總體框架由4個層次構成：基礎環(huán)境層、數(shù)據(jù)支撐層、應用支撐層和業(yè)務應用層。其中業(yè)務應用層實現(xiàn)住宅建筑基礎信息及安全預警信息的查詢和數(shù)據(jù)分析功能，把建筑管理中經(jīng)常要用到卻與業(yè)務并不直接相關的查詢、分析以及GIS的功能進行封裝，用接口或消息驅(qū)動以及Web Service方式供業(yè)務層系統(tǒng)使用，根據(jù)業(yè)務需求對下層的功能進行組裝。

1.2 系統(tǒng)功能設計

住宅建筑安全信息系統(tǒng)功能的開發(fā)緊密圍繞房屋管理單位職能進行，主要包括：①信息管理，內(nèi)容上為住宅建筑空間實體；表達方式上包括文本、報表、地圖、圖片、多媒體等類型；管理功能上包括信息的錄入、修改、整理、備份、瀏覽、檢索、提取、輸出。②輔助決策，包括建筑安全預警及預警處理；雙向查詢檢索、統(tǒng)計報表與專題圖生成；應用分析模型，如按安全隱患、修繕周期進行分析；空間分析模型，如基坑開挖、地鐵施工對住宅建筑安全的影響等。

2 系統(tǒng)關鍵技術

1）快速數(shù)據(jù)檢索機制——空間索引。為提高空間數(shù)據(jù)的獲取性能，系統(tǒng)采用了空間索引機制，即通過一個覆蓋全部要素類的二維索引，把要素按照網(wǎng)格范圍進行劃分并提取，從而提高數(shù)據(jù)獲取的性能[6]。

2）編輯的并發(fā)控制與管理。數(shù)據(jù)的實時性和安全性，是衡量系統(tǒng)后臺性能的重要指標。傳統(tǒng)的兩階段鎖不適合多用戶同時編輯數(shù)據(jù)的請求。本系統(tǒng)采用編輯的并發(fā)控制與管理，能夠在多個用戶同時更新運行時，保護數(shù)據(jù)庫的完整性。

3）RIA。傳統(tǒng)的因特網(wǎng)模型使用線性的設計，頻繁的服務器請求和頁面刷新會導致頁面打開緩慢和網(wǎng)絡帶寬降低。而采用RIA界面，可以從服務器響應影響整個界面，轉(zhuǎn)移到只響應請求的應用程序部分。

4）對象關系模型。系統(tǒng)的圖層數(shù)據(jù)采用了對象關系模型進行管理，圖形和屬性在數(shù)據(jù)庫中以記錄的方式集成，在涉及圖形及屬性的功能中，提高運行效率。

5）高速緩存（Cache）技術。Cache作為一個小容量存儲器，保存了下級存儲器中部分當前所需的數(shù)據(jù)，因此CPU可以直接從Cache中取得所需的數(shù)據(jù)，而不必訪問下一級存儲器，從而保證了系統(tǒng)的效率。系統(tǒng)在設計時重點保證訪問Cache有較高的命中率及訪問Cache與訪問下級存儲器的方式不變、容量不減。

6）負載均衡技術。負載均衡技術提供了一種有效、透明的方法擴展網(wǎng)絡設備和服務器帶寬、增加吞吐量、加強網(wǎng)絡數(shù)據(jù)處理能力，提高網(wǎng)絡的靈活性和可用性。

7）移動客戶端應用程序開發(fā)技術。系統(tǒng)除電腦端外，還配置一套與電腦端實時交互的手機客戶端。以Android系統(tǒng)為例，系統(tǒng)采用可重用和可替換組件部分Application Framework以平等各軟件間的關系，采用包含一個自定義2D圖形庫和基于OpenGL ES 1.0標準的3D實現(xiàn)的Optimized Graphics預留需求拓展空間，采用Rich Development Environment完整開發(fā)工具集，便于后期跟蹤、調(diào)試、內(nèi)存檢測和性能測試。系統(tǒng)支持多種音頻、視頻及各種圖片格式，支持Flash、App2sd功能及其他Web應用API接口開發(fā)。

3 系統(tǒng)架構及功能

3.1 系統(tǒng)總體架構

基于GIS平臺的住宅建筑安全信息系統(tǒng)是在房屋信息數(shù)據(jù)庫基礎上，實現(xiàn)空間圖形與屬性信息的一體化展示、GIS應用、信息發(fā)布、數(shù)據(jù)分析等基本功能，并在此基礎上實現(xiàn)房屋安全預警、全生命周期管理等功能，如圖1所示。

3.2 房屋信息數(shù)據(jù)庫

房屋信息數(shù)據(jù)庫包含了房屋概況、建筑結(jié)構設備、建造信息、使用信息、檢測鑒定、修繕改造、保護建筑等信息。利用以圖管房的方式，獲取房屋的幢號，對房屋的坐落進行精確界定，利用唯一的幢號這條主線，貫穿房屋管理的各個環(huán)節(jié)，通過與地圖的聯(lián)動，實現(xiàn)房屋二維、三維信息的展示。

3.3 系統(tǒng)功能

圖1 住宅建筑安全信息系統(tǒng)框圖

基于GIS平臺的住宅建筑安全信息系統(tǒng)實現(xiàn)了住宅建筑信息的輸入輸出、查詢統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、預警建模、數(shù)據(jù)更新、系統(tǒng)維護與管理等功能。

1）GIS通用功能，包括地圖瀏覽、導航定位、圖形量算、GIS查詢等。

2）房屋信息數(shù)據(jù)維護，包括建筑信息的新增、修改和刪除。

3）房屋安全預警，對于存在安全隱患的住宅建筑，系統(tǒng)在地圖上高亮顯示其位置，對各種預警進行不同程度的級別分類，并對應相應等級的預警指標[7]，同時以圖片、文字、聲音多重效果進行安全預警，制作專題地圖。其中安全預警系統(tǒng)的組成包括時間超限所引起的預警（超房屋設計使用年限、超檢測周期、超修繕周期等）；相鄰施工影響所引起的預警（地鐵施工、市政管網(wǎng)施工、基坑施工等），如圖2、圖3所示；不可抗力因素引起的房屋次生災害的預警（設施設備老化、地震、強臺風等）。為便于預警信息的管理，系統(tǒng)自動生成預警總表，對預警信息進行上調(diào)、下降和刪除，并可對預警信息采取發(fā)布、上報、反饋、查詢、統(tǒng)計等操作。

4）房屋信息數(shù)據(jù)分析，包括數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計分析。①數(shù)據(jù)查詢，查詢條件包括范圍（自定義范圍、行政區(qū)劃、街道鄉(xiāng)鎮(zhèn)、點選建筑、填寫坐標確定范圍等）、建造年代、修繕周期、檢測周期、房屋地址、房屋名稱等；②統(tǒng)計分析，即系統(tǒng)針對大量的房屋相關數(shù)據(jù)進行計算，如按照建造年代、建筑類型、所有權性質(zhì)、結(jié)構類型、層數(shù)、區(qū)域地塊、完損等級、預警類型、預警級別等條件對房屋進行分類交叉統(tǒng)計，按照統(tǒng)一的表格形式生成統(tǒng)計報表，并提供餅狀圖、柱狀圖、折線圖等多種展示方式，同時列出統(tǒng)計數(shù)據(jù)以查看其詳細信息（如圖4所示）。

圖3 安全預警生成

圖4 不同預警類型的房屋統(tǒng)計結(jié)果

5）移動客戶端應用功能，系統(tǒng)Beta版手機端除實現(xiàn)通用地圖功能外，還提供房屋基本信息多點、多級點查詢，安全預警信息的查詢、計算與發(fā)布，以及與電腦端的實時信息交互等功能（如圖5所示）。

6）公告通知，用于發(fā)布和查看公告通知，包括常規(guī)信息、征求意見、政策文件、施工信息、預警信息、突發(fā)情況等。

7）系統(tǒng)管理，通過后臺系統(tǒng)管理功能實現(xiàn)安全分析算法的調(diào)整和維護、參數(shù)字典的自定義配置、系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口的變更和調(diào)整，實現(xiàn)登錄用戶的組織機構、角色和權限管理，通過組織機構、CA認證、角色授權來確保數(shù)據(jù)訪問的安全，以此來限制訪問數(shù)據(jù)的用戶以及控制用戶可訪問的數(shù)據(jù)內(nèi)容范圍，并實現(xiàn)用戶登錄日志、數(shù)據(jù)操作日志、系統(tǒng)運行日志等的管理。

圖5 移動客戶端房屋安全預警信息的自動查詢與計算

4 結(jié) 語

住宅建筑安全信息系統(tǒng)以房屋信息數(shù)據(jù)庫為基礎，記錄住宅建筑基本情況，在此基礎上實現(xiàn)相應的基礎功能和業(yè)務功能，實現(xiàn)住宅建筑信息檔案的電子化以及落地上圖管理；針對房屋安全狀態(tài)等級，制定合理的安全預警閾值和等級，實現(xiàn)房屋安全預警；圍繞住宅建筑管理需求，梳理住宅建筑全生命周期管理，為住宅建筑的安全管理提供有力保障。

通過數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化手段，建立基于GIS平臺的住宅建筑安全信息系統(tǒng)，對權屬信息、安全信息進行管理，以圖管房、圖檔一體，實現(xiàn)住宅建筑相關數(shù)據(jù)的查詢、分析，以及安全預警等住宅建筑安全輔助管理，以信息化、科學化輔助管理進行決策分析，從而讓房屋管理變得更加精細、透明、安全、高效，降低安全事故發(fā)生率，提高管理效率。

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