陳 真，何 津

(1. 珠海市城鄉(xiāng)規(guī)劃編審與信息中心，廣東 珠海 519000； 2. 武漢大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，湖北 武漢 430072； 3. 湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430062)

智慧城市建設(shè)中建筑物數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

陳 真1，2，何 津3

(1. 珠海市城鄉(xiāng)規(guī)劃編審與信息中心，廣東 珠海 519000； 2. 武漢大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，湖北 武漢 430072； 3. 湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430062)

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展、城市化的不斷推進，以及城市數(shù)量的增加和質(zhì)量的提高，建設(shè)智慧城市已成為城市發(fā)展的必由之路，而建筑物管理是其核心建設(shè)內(nèi)容之一。本文提出了一種建筑物數(shù)據(jù)庫建設(shè)研究方案，討論了建筑物數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)及物理結(jié)構(gòu)設(shè)計，此外還對具體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分析設(shè)計方案進行了進一步論述，以供相關(guān)研究人員參考、討論。

智慧城市；建筑物數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展、城市化的不斷推進，城市數(shù)量不斷增加，質(zhì)量也在提高。目前，我國正處于城鎮(zhèn)化加速發(fā)展的時期，部分地區(qū)“城市病”問題日益嚴峻。為解決城市發(fā)展難題，實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)智慧城市已成為當(dāng)今世界城市發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的歷史潮流。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳2012年11月22日正式印發(fā)《國家智慧城市試點暫行管理辦法》，將建筑物數(shù)據(jù)庫納入國家智慧城市(區(qū)、鎮(zhèn))試點指標(biāo)體系。

2013年4月住建部頒布《智慧城市公共信息平臺建設(shè)指南(試行)》，指出“公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫由人口數(shù)據(jù)庫、法人數(shù)據(jù)庫、宏觀經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫、地理空間數(shù)據(jù)庫及建筑物數(shù)據(jù)庫等五大類數(shù)據(jù)庫組成。

建設(shè)建筑物數(shù)據(jù)庫，從管理視角看：了解和掌握作為城市社會經(jīng)濟生產(chǎn)生活載體的建筑物現(xiàn)狀和變化情況，越來越成為城市規(guī)劃、城市建設(shè)和城市管理的重要基礎(chǔ)；從信息共享視角看：建筑物是信息共享的基礎(chǔ)，是部門或行業(yè)之間信息共享的依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)之一；從應(yīng)用視角看：建筑物為數(shù)據(jù)積累、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和決策支持提供支撐環(huán)境。

因此，建筑物信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是智慧城市建設(shè)的重要內(nèi)容之一。但由于國內(nèi)信息化建設(shè)起步晚，城市管理手段落后，相應(yīng)的管理規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)不完善，技術(shù)資料較少。本文提出一種建筑物信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設(shè)方案，以供相關(guān)人員討論、借鑒。

一、建筑物數(shù)據(jù)庫建設(shè)目標(biāo)

1) 總體目標(biāo)。根據(jù)經(jīng)濟社會發(fā)展需要與住建部智慧城市試點建設(shè)指標(biāo)要求，多方收集規(guī)劃、國土、房管、建設(shè)等部門的建筑物相關(guān)數(shù)據(jù)，進行分析比對后形成可執(zhí)行的建筑物數(shù)據(jù)庫建設(shè)實施方案，以此為據(jù)進行數(shù)據(jù)采集、核查、整理、質(zhì)檢、入庫、展示與應(yīng)用，凝練工藝流程形成工作規(guī)程與統(tǒng)一信息編碼體系，指導(dǎo)后續(xù)更新與運營；建設(shè)建筑物數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用平臺，進行建筑物數(shù)據(jù)的一體化管理、多層展示、服務(wù)共享、數(shù)據(jù)更新、應(yīng)用對接，實現(xiàn)建筑物數(shù)據(jù)與空間、人口、法人、經(jīng)濟、地名地址等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的融合，并在財稅、招商、社管等領(lǐng)域開展應(yīng)用。

2) 管理目標(biāo)。對公共單體建筑物進行一體化管理,分層分戶展示,建筑物現(xiàn)狀動態(tài)更新。建筑物作為人口、法人、財稅、招商、房屋租賃數(shù)據(jù)的載體，通過建筑物可以查看分析人口、法人、財稅等狀況，統(tǒng)一監(jiān)督管理，為經(jīng)濟分析提供決策參考。形成一套建筑物數(shù)據(jù)編碼規(guī)范體系，建立空間與非空間數(shù)據(jù)及相關(guān)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成公共基礎(chǔ)信息聯(lián)動更新機制，爭取在本市范圍內(nèi)形成先試先行的示范效益。

3) 應(yīng)用目標(biāo)。建立空間數(shù)據(jù)庫，存儲建筑物幾何、位置信息，可與天地圖等在線背景圖疊加，快速生成建筑物專題地圖。此外，為重要建筑物建立精細2.5維立體模型，用戶可以全方位360°旋轉(zhuǎn)瀏覽建筑物，進行立體導(dǎo)航，整體分析建筑物分布情況，能夠查看每一棟建筑物的財稅、經(jīng)濟收入；可以對建筑物數(shù)據(jù)動態(tài)維護更新，維持建筑物現(xiàn)狀信息，保證現(xiàn)勢性，建立以建筑物數(shù)據(jù)庫為核心的數(shù)據(jù)采集、建庫、動態(tài)更新及分發(fā)于一體的技術(shù)體系，使數(shù)據(jù)從生產(chǎn)、質(zhì)檢、更新到管理全面實現(xiàn)一體化。

二、建筑物數(shù)據(jù)庫分析設(shè)計

1. 建筑物數(shù)據(jù)內(nèi)容

(1) 城建檔案數(shù)據(jù)

城建檔案館數(shù)據(jù)主要是建設(shè)單位經(jīng)過規(guī)劃部門審批結(jié)束后，評定核準(zhǔn)的各類施工圖紙，主要包括平面核準(zhǔn)圖、立面圖、剖面圖、平面布置核準(zhǔn)圖。信息包括建筑基礎(chǔ)資料、設(shè)計要點、方案報審、施工報審、驗線、規(guī)劃驗收及變更等信息，這些信息記錄了建筑物從規(guī)劃立項、施工交付、使用維護到拆除整個生命周期過程。

(2) 建筑物擴展數(shù)據(jù)

建筑物擴展數(shù)據(jù)包括建筑物基底圖、總平面圖、平面圖、實景地圖和三維模型數(shù)據(jù)等。目前根據(jù)平臺需求，主要掛接建筑物總平面圖，通過建筑物編碼與建筑物進行關(guān)聯(lián)?？偲矫鎴D主要反映一個建筑工程的總體布局，具體表達建筑物的位置、標(biāo)高、道路布置、構(gòu)筑物、地形、地貌等基本情況的圖樣。建筑物總平面圖可作為新建筑物定位、施工放線及施工總平面圖布置的依據(jù)。

(3) 建筑物業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)

建筑物業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主要包括建筑工程基礎(chǔ)資料、設(shè)計要點、方案報審、施工報審、驗線、規(guī)劃驗收及變更等信息表，主要是建筑物從立項規(guī)劃、施工交付、使用維護到全生命周期過程中的業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)，通過建筑物編碼與建筑物進行關(guān)聯(lián)掛接。建筑物業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)按照建筑物立項規(guī)劃、施工交付、使用運維、拆除等階段分別存儲。

(4) 建筑物專題數(shù)據(jù)

建筑物專題數(shù)據(jù)包括建筑物附屬設(shè)備及配套設(shè)施信息、能耗信息、住房保障信息和綠色建筑信息等，通過建筑物編碼與建筑物進行關(guān)聯(lián)掛接。

(5) 其他專題數(shù)據(jù)

其他專題數(shù)據(jù)主要為人口、法人、經(jīng)濟財稅、招商、房屋租賃等國家基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。以此建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)。

2. 數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于建筑物數(shù)據(jù)量龐大，種類紛雜，如不設(shè)計結(jié)構(gòu)良好的基礎(chǔ)框架，后期數(shù)據(jù)庫的可擴展性、穩(wěn)定性、應(yīng)用價值將會受到影響。因此，采用分層設(shè)計，如圖1所示。

建筑物數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計分為3層，具體如下：

1) 業(yè)務(wù)子庫：根據(jù)數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)特點，分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、擴展數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、專題數(shù)據(jù)庫。

2) 數(shù)據(jù)細分層：對業(yè)務(wù)子庫進行具體劃分：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫用于存儲建筑物城建檔案信息；擴展數(shù)據(jù)庫用于存儲建筑物基底圖、總平面圖、平面圖、實景地圖和三維模型數(shù)據(jù)等；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫用于存儲建筑物從立項規(guī)劃、施工交付、使用維護到全生命周期過程中的業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)；專題數(shù)據(jù)庫用于存儲建筑物專題數(shù)據(jù)包括建筑物附屬設(shè)備及配套設(shè)施等信息。

3) 空間數(shù)據(jù)庫：擴展數(shù)據(jù)庫存儲建筑物的空間信息(位置、形狀、空間坐標(biāo)系)，后期可與天地圖等地圖數(shù)據(jù)疊加，生成直觀的建筑物專題地圖，并可通過GIS工具，進行空間分析，提供決策支持。由于空間數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，將其單獨存儲，建立空間數(shù)據(jù)庫。

圖1 數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)

3. 數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計

物理結(jié)構(gòu)是在邏輯結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，考慮各種具體的技術(shù)實現(xiàn)因素，進行數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)設(shè)計，真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的存放。物理結(jié)構(gòu)內(nèi)容包括確定所有的表和列，定義表之間的關(guān)系，基于關(guān)系代數(shù)對數(shù)據(jù)庫設(shè)計進行范式化處理等內(nèi)容。

由于城市建筑物數(shù)據(jù)量龐大，數(shù)據(jù)檢索效率至關(guān)重要，系統(tǒng)采用多維存儲方式，將相關(guān)數(shù)據(jù)劃分為數(shù)據(jù)集，再細分為數(shù)據(jù)表進行存儲，以提高存儲、檢索效率。具體物理結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示。

4. 建筑物數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)及空間地址匹配

建筑物數(shù)據(jù)分為屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)存儲在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、專題數(shù)據(jù)庫中；空間數(shù)據(jù)包含建筑物的空間位置、形狀及相關(guān)地理坐標(biāo)系，存儲在擴展數(shù)據(jù)庫中。

圖2 建筑物數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)組織

建筑物數(shù)據(jù)采用統(tǒng)一、唯一的建筑物編碼，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、專題數(shù)據(jù)庫中各類信息通過建筑物編碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。如法人數(shù)據(jù)通過建筑物編碼、層編碼、戶編碼與建筑物戶室掛接，招商數(shù)據(jù)通過建筑物編碼與棟掛接，財稅通過建筑物編碼、層編碼與層掛接。

平臺可調(diào)用天地圖瓦片服務(wù)作為底圖，與擴展數(shù)據(jù)庫中建筑物空間數(shù)據(jù)進行疊加，自動生成建筑物地圖。并根據(jù)實際需求，將相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)通過地址匹配與建筑物空間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，以符號或注記的形式顯示，生成各類的建筑物專題地圖。關(guān)聯(lián)及地址匹配關(guān)系如圖3所示。

5. 數(shù)據(jù)更新機制

由于城市發(fā)展變化快，數(shù)據(jù)庫是否具備完善更新方式是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用價值的重要指標(biāo)。本項目對數(shù)據(jù)庫的更新提供以下兩種方式：

圖3 屬性、空間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系

1) 本地更新。數(shù)據(jù)庫管理人員、維護人員采用本地更新的方式，數(shù)據(jù)采集人員進行建筑物信息匯編，由數(shù)據(jù)維護人員通過建筑物數(shù)據(jù)入庫更新桌面系統(tǒng)進行更新入庫，更新后的數(shù)據(jù)直接存入建筑物數(shù)據(jù)庫。

2) 在線更新。建筑物綜合應(yīng)用系統(tǒng)的用戶可以采用在線更新方式，通過瀏覽器訪問數(shù)據(jù)門戶，更新建筑物的屬性信息，在線修改后，由運維管理人員進行核實，審批通過后，更新的數(shù)據(jù)才能入庫。由于安全性問題，在線更新方式只能更新建筑物部分屬性信息，對于建筑物唯一性數(shù)據(jù)及空間數(shù)據(jù)則無法更改。

更新流程如圖4所示。

三、建筑物綜合應(yīng)用系統(tǒng)分析設(shè)計

建筑物綜合應(yīng)用系統(tǒng)是為了滿足智慧新城的建設(shè)要求，依托于建筑物數(shù)據(jù)庫而構(gòu)建的建筑物基礎(chǔ)平臺。此平臺主要提供以下功能：

1) 數(shù)據(jù)查詢功能，根據(jù)業(yè)務(wù)特點，提供相應(yīng)查詢方式，方便業(yè)務(wù)人員高效檢索數(shù)據(jù)。

2) 建筑物信息統(tǒng)計分析功能，對建筑物相關(guān)專題數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析。

3) 專題地圖功能，與天地圖、百度地圖等疊加；根據(jù)建筑物底圖及高程自動生成建筑的2.5維立體模型，讓用戶擁有更好的瀏覽體驗。

4) 建筑物專題地圖展示，建筑物屬性信息可標(biāo)注在地圖上，方便用戶瀏覽，同時用戶還可通過地圖直接對建筑物的空間、屬性信息進行各種空間查詢、分析。

5) 在線更新，用戶在線維更新建筑物屬性信息。

6) 對外服務(wù)接口，建筑物數(shù)據(jù)服務(wù)、2.5維展示API。

圖4 數(shù)據(jù)更新機制

系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示，平臺包含4個層次，分別為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層。

1) 基礎(chǔ)設(shè)施層?；A(chǔ)設(shè)施層是建設(shè)平臺的硬件支撐層，包括基礎(chǔ)硬件、基礎(chǔ)軟件、網(wǎng)絡(luò)體系等基礎(chǔ)設(shè)施，并根據(jù)平臺的建設(shè)需要適當(dāng)擴充設(shè)備。

2) 數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層提供數(shù)據(jù)服務(wù)，通過數(shù)據(jù)訪問API關(guān)聯(lián)底層建筑物數(shù)據(jù)庫，為建筑物業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一支持工具。平臺建成后，后期數(shù)據(jù)會及時動態(tài)更新，數(shù)據(jù)量將會不斷增長，前臺建筑物入庫更新系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)層對數(shù)據(jù)進行管理、維護。

3) 服務(wù)層。平臺服務(wù)層將現(xiàn)有的公共信息服務(wù)平臺、地理信息服務(wù)平臺業(yè)務(wù)能力進行整合。平臺提供WMTS服務(wù)，可為各類用戶提供空間數(shù)據(jù)服務(wù)、地址匹配服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)、查詢分析服務(wù)等。針對二次開發(fā)用戶，平臺提供數(shù)據(jù)服務(wù)、功能服務(wù)API接口，可以方便地進行二次開發(fā)，快速實現(xiàn)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)無縫集成、擴展。

4) 應(yīng)用層。應(yīng)用層主要是各行業(yè)應(yīng)用的統(tǒng)稱，提供一系列功能應(yīng)用，解決用戶業(yè)務(wù)需求，如人口應(yīng)用、法人應(yīng)用、財稅應(yīng)用，可以對專題數(shù)據(jù)進行查詢統(tǒng)計分析，實現(xiàn)更加直觀的展示。

圖5 總體架構(gòu)

四、結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，綜合國力不斷提高，建設(shè)智慧城市已成為進一步推動我國經(jīng)濟發(fā)展的重要內(nèi)容，而建筑物管理是其核心建設(shè)內(nèi)容之一。本文提出了建筑物數(shù)據(jù)庫的建設(shè)目標(biāo)，討論了建筑物數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)內(nèi)容，并論述了數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)及物理結(jié)構(gòu)設(shè)計。此外本文還提出了一種具體數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)總體架構(gòu)，以供相關(guān)研究人員參考、討論。

在未來工作中，將在具體技術(shù)應(yīng)用方面作更多研究，進一步推動技術(shù)應(yīng)用，積累實踐經(jīng)驗。

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2016-07-13；

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陳 真(1982—)，男，博士生，高級工程師，主要從事GIS在城市規(guī)劃中的應(yīng)用研究工作。E-mail：45623940@qq.com

何 津