劉濟，李文俊，姚旭婷，蘇 杰，馬玉超

（1.北京市建筑設計研究院有限公司，北京 100045；2.北京市規(guī)劃和自然資源委員會，北京 101160；3.北京城市副中心投資建設集團有限公司，北京 101117；4.廣聯(lián)達科技股份有限公司，北京 100193）

0 引 言

為響應“數(shù)字中國、智慧社會”的國家戰(zhàn)略部署，緊跟未來技術發(fā)展趨勢，推動行業(yè)數(shù)字化轉型，北京、雄安、南京、廈門、廣州等多個地區(qū)被列為運用BIM系統(tǒng)和CIM平臺建設試點城市，從政策、技術等多個方面開展三維BIM報建審查平臺的研究。

北京市作為首批試點城市之一，在多規(guī)合一業(yè)務協(xié)同系統(tǒng)和三維城市規(guī)劃建設管理審批決策平臺的基礎上，深入開展面向工程建設項目規(guī)劃報建審查的BIM關鍵技術研究，探索基于BIM的規(guī)劃報建審查軟件原型研發(fā)和示范應用，逐步推廣基于BIM的工程建設項目規(guī)劃報建審查的應用。這對深化建設項目審批制度改革、提高城市運行效率具有重要意義。為此，本文旨在探索基于多種類數(shù)據(jù)的新型三維電子報建審查系統(tǒng)實現(xiàn)方式。

1 三維電子報建審查系統(tǒng)的優(yōu)勢

二維電子報建審查是基于平面CAD圖紙，平面幾何信息豐富，但立體信息和屬性信息缺乏，部分指標只能通過人工輔助或者完全人工審查的方式完成，智能化程度較低。在傳統(tǒng)二維電子報批模式下，報審前期需要人工進行電子報建數(shù)據(jù)制作，并且可審查的指標數(shù)量有限，需要耗費大量的人力、財力和物力；在審批階段，需要人工核對報建數(shù)據(jù)和規(guī)劃控制指標，技術審查時間較長，且對于體量較大、復雜程度高的建筑技術審查難度更大，所需時間更長。此外，二維報建的數(shù)據(jù)僅能服務于二維的報建工作，不能形成格式統(tǒng)一并能動態(tài)管理的數(shù)據(jù)庫，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的沿用性。

相比二維電子報建審查，三維電子報建審查是基于BIM模型的三維報審過程，采用BIM+GIS（地理信息系統(tǒng)）技術架構，具有模型可視化、審批智能化、數(shù)據(jù)可復用、審批效率高等優(yōu)點，同時便于項目的全生命周期管控，為實現(xiàn)數(shù)字孿生城市奠定了基礎。

（1）模型可視化

開發(fā)建筑工程設計方案BIM審查軟件，能夠利用完全真實的尺寸和形狀在計算機屏幕上展現(xiàn)建筑項目的形態(tài)、特征、顏色、材質等信息，實現(xiàn)二維圖紙無法實現(xiàn)的空間分析、算量等功能，全方位服務于行政審批。

（2）審批智能化

基于BIM+GIS的規(guī)劃報審平臺可提供除傳統(tǒng)的交互方式（如鍵盤、鼠標、觸控設備、麥克風等）之外的，更真實、更人性化的交互方式，如基于語音、觸控、眼動、手勢和體感的VR/MR交互方式。

報建平臺具備在線測量功能，可進行距離-空間測量、距離-貼地測量、面積測量、角度測量、高度-高度差測量、高度-三角測量、樓-樓間平面距離測量。通過在線實現(xiàn)各建筑物之間的空間關系測量，為規(guī)劃報審審批提供真實場景和判定工具；不用再查找項目周邊建筑檔案資料，為項目建設規(guī)劃、土體利用情況、環(huán)境影響等決策分析提供幫助，提高了規(guī)劃報審的審批效率。

（3）數(shù)據(jù)可復用

信息模型上傳平臺后，模型信息將直接展示在平臺界面，無須對信息進行再處理，只須對模型構件信息進行提取操作即可，平臺可自動歸類報建所需信息。此外，三維報建數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)格式轉化可以形成格式統(tǒng)一并能動態(tài)管理的數(shù)據(jù)庫，服務于建筑工程項目的全生命周期。

（4）平臺可拓展性強

基于互聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)的BIM+GIS報建平臺，不依賴國外軟件進行軟件功能的二次開發(fā)，預留多種拓展接口，為規(guī)劃報建多平臺數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)管理提供方便，同樣平臺更新升級的難度降低。

2 三維電子報建審查系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關系

2.1 系統(tǒng)的底層信息與審查依據(jù)

三維電子報建審查過程中需要接收多種數(shù)據(jù)。其中，城市基礎地理信息主要包括測量控制點、水系、居民地、設施、交通、管線、境界、地形地貌、植被與土質、正射影像圖、數(shù)字高程模型、實景三維模型及土地利用等現(xiàn)狀要素數(shù)據(jù)。應用GIS技術將城市基礎地理信息匯集起來，作為三維電子報建審查系統(tǒng)的數(shù)字基底。同時，應用GIS技術對規(guī)劃數(shù)據(jù)進行表達，可以快速地獲取用地邊界和規(guī)劃審批指標等信息，使城市規(guī)劃數(shù)據(jù)更具準確性，給三維電子報建審查以強大支持，為三維電子報建審查系統(tǒng)提供審查依據(jù)。

2.2 系統(tǒng)審查的數(shù)據(jù)內容

系統(tǒng)主要對建設單位提供的BIM中的關鍵要素進行審查。然而，目前建設工程領域BIM設計軟件眾多，每個單位的BIM技術解決方案不同，選取的BIM設計軟件也不同。市場主流的Autodesk、Bentley、Catia三大平臺，數(shù)據(jù)格式不同，而政府也不能指定建設單位采用某種平臺軟件，因此三維電子報建審查系統(tǒng)需要具備讀取、收錄各類BIM格式數(shù)據(jù)的能力。

3 三維報建審查系統(tǒng)中多源異構BIM數(shù)據(jù)融合實現(xiàn)方式

為解決建設流程中多維度和多領域信息集合、多種文件格式互通問題，提出了以政府管控目標為界限、以政府管控指標為范圍的公開格式的思路，對BDB公開數(shù)據(jù)框架體系進行設計，打破各專業(yè)、各軟件交匯障礙，確保數(shù)據(jù)安全。

3.1 BDB公開數(shù)據(jù)格式體系框架

BDB公開數(shù)據(jù)格式將以結構化（使用文件數(shù)據(jù)庫SQLite）和非結構化數(shù)據(jù)結合的方式對模型數(shù)據(jù)進行表述，其中將包含建筑、市政、電力、燃氣、熱力、通信、環(huán)衛(wèi)、水利、園林、濕地、林地、軌道交通各專業(yè)的幾何數(shù)據(jù)、屬性信息、關聯(lián)關系、系統(tǒng)拓撲等，最終應用于各類平臺之中。具體BDB體系框架如圖1所示。

圖1 BDB公開數(shù)據(jù)格式體系框架

3.2 BDB數(shù)據(jù)概念結構設計

BDB數(shù)據(jù)概念結構在設計時分為兩步完成：第一步是根據(jù)調研成果進行數(shù)據(jù)抽象，設計局部概念模型；第二步是將局部概念模型綜合成全局概念模型。

3.2.1 數(shù)據(jù)抽象和設計局部概念結構

在BDB公開數(shù)據(jù)格式中，不同專業(yè)的信息需求是構造全局概念結構的基礎。因此，先從專業(yè)分項的內容需求出發(fā)，對數(shù)據(jù)存儲、使用方法相似的專業(yè)建立一個相應的局部概念結構，在局部概念結構建立時再對需求分析的結果進行進一步的細化、補充和修改。例如各類點狀工程中（民用建筑、工業(yè)建筑、市政建筑）的建筑單體文件在BDB公開數(shù)據(jù)格式中的使用和存儲方法類似，可以建立相應的局部概念結構，并根據(jù)不同點狀工程的需求分析，對點狀工程整體的局部概念結構進行細化、補充和修改。

3.2.2 將局部概念模型綜合成全局概念結構

綜合BDB公開數(shù)據(jù)格式各局部概念設計結構，可以得到反映北京地區(qū)各工程建設管控階段需求的全局概念結構。在綜合過程中，著重處理各局部結構對各種對象定義的不一致問題，包括同名異義、異名同義和同一事物在不同專業(yè)局部概念設計結構中被抽象為不同類型的對象（例如道路在點狀工程中被定義為屬性，在線性工程中被定義為幾何構件）等問題；且在綜合過程中同時解決了各專業(yè)的局部概念結構合并產(chǎn)生的數(shù)據(jù)冗余問題，做到輕量化數(shù)據(jù)表達。

（1）各專業(yè)局部概念結構

在對BDB公開數(shù)據(jù)格式局部概念模型進行設計時，采用的是實體聯(lián)系方法（E-R方法），建立E-R模型，用E-R圖表示概念結構，得到數(shù)據(jù)庫的局部概念結構。BDB公開數(shù)據(jù)格式研究優(yōu)先開展了建筑和市政專業(yè)的局部概念設計。

（2）全局概念設計結構

在完成BDB公開數(shù)據(jù)格式局部概念模型設計后，對點狀工程-建筑專業(yè)、線性工程-市政道路、線性工程-市政管道的局部概念設計E-R圖進行整理，最后形成匯聚點狀工程-建筑專業(yè)、線性工程-市政道路、線性工程-市政管道這三個子系統(tǒng)的全局概念設計結構，其中各子系統(tǒng)中各類二維和三維數(shù)據(jù)均以幾何形式在BDB中儲存和關聯(lián)，并對應相應材質與紋理，如圖2所示。

圖2 全局概念設計結構

3.3 BDB數(shù)據(jù)格式優(yōu)勢

與常見的IFC、COBie等數(shù)據(jù)格式相比，BDB數(shù)據(jù)不僅適用于建筑專業(yè)，也適用于非建筑專業(yè)。BDB數(shù)據(jù)對于多源異構數(shù)據(jù)的可擴展性相較于IFC、COBie等數(shù)據(jù)格式更簡單、便捷，是一種公開的通用數(shù)據(jù)格式標準。

將各類多源異構數(shù)據(jù)轉化為BDB格式，實現(xiàn)了將CAD、Revit、Catia、Bentley等各類工程建設項目常用的二維/三維設計軟件中包含的用于建設管控的數(shù)據(jù)進行無損轉化。BDB兼容并承載多種數(shù)據(jù)格式，將各工程建設行業(yè)的數(shù)字化成果文件匯聚為BDB數(shù)據(jù)格式，便于各行業(yè)生成的成果進入三維電子報建審查系統(tǒng)。

BDB格式作為公開的數(shù)據(jù)交換格式，可以將根據(jù)標準要求制作的不同版本、不同軟件的二維/三維數(shù)據(jù)進行集中轉化，使報審數(shù)據(jù)可以徹底擺脫第三方軟件廠商對審查工具的束縛。作為貫穿整個建設周期過程的中間數(shù)據(jù)格式，能夠為此類三維工程建設項目審批平臺提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

將BIM模型轉化為通用的BDB數(shù)據(jù)格式，在三維電子報建審查系統(tǒng)中進行流轉，既保證了數(shù)據(jù)的準確性、可靠性，又保障了系統(tǒng)的安全性，以輕量化的模型展示，保障三維電子報建審查系統(tǒng)的運行性能。

4 結 語

三維電子報建審查系統(tǒng)具有模型可視化、審批智能化、數(shù)據(jù)可復用、平臺可拓展性強等優(yōu)勢。城市基礎地理信息數(shù)據(jù)和城市規(guī)劃數(shù)據(jù)為三維電子報建審查系統(tǒng)提供數(shù)字基底和審查依據(jù)。針對BIM軟件種類眾多、格式不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)管理困難等問題，提出建立BDB公開數(shù)據(jù)格式標準，將多源異構BIM數(shù)據(jù)轉化為統(tǒng)一的BDB格式，在三維電子報建審查系統(tǒng)中進行流轉審查，保證了數(shù)據(jù)的準確性、可靠性、安全性。