林利東 黃國(guó)平

（1.山西省測(cè)繪地理信息院，山西 太原 030001；2.吉奧時(shí)空信息技術(shù)股份有限公司，湖北 武漢 430223）

0.引言

建筑物是城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的重要載體與信息共享的基礎(chǔ)，但由于政府部門管理工作的分工不同，不同階段、不同側(cè)重的建筑物數(shù)據(jù)往往分布在不同部門的數(shù)據(jù)庫(kù)中，其數(shù)據(jù)形式、內(nèi)容也各不相同，如建筑物的報(bào)批、登記數(shù)據(jù)由自然資源部門管理，設(shè)計(jì)、竣工數(shù)據(jù)則由建設(shè)部門管理，這一現(xiàn)象已經(jīng)成為智慧城市數(shù)據(jù)資源建設(shè)的一大瓶頸。

構(gòu)建建筑物數(shù)據(jù)庫(kù)可以解決城市建筑物信息零散、割裂、口徑不一的問(wèn)題，并為精細(xì)化城市規(guī)劃和管理提供信息化支撐。因此，建筑物數(shù)據(jù)庫(kù)被列入了住建部頒布的《智慧城市公共信息平臺(tái)建設(shè)指南（試行）》中的五大公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。在各地智慧城市建設(shè)中，建筑物數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)也受到高度重視，已有專家學(xué)者和政府部門提出了建筑物數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)思路[1-3]。

在傳統(tǒng)的建筑物數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)中，其建筑物數(shù)據(jù)往往直接來(lái)自于基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)[4]，這一做法充分利用了現(xiàn)有數(shù)據(jù)，并在空間精度和細(xì)節(jié)表達(dá)上具備一定優(yōu)勢(shì)，但基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)建筑物的分層分戶表達(dá)，缺少建筑物作為多部門管理對(duì)象的屬性特征，并忽略了建筑物作為地理對(duì)象所具備的唯一性、作為業(yè)務(wù)管理對(duì)象的承載能力以及其所牽連的業(yè)務(wù)活動(dòng)之間的復(fù)雜性；而新型智慧城市試點(diǎn)建設(shè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和城市管理精細(xì)化的訴求，則要求對(duì)建筑物的全生命周期實(shí)施跟蹤管理。在此背景下，將基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)中的建筑物數(shù)據(jù)改造為符合智慧城市管理需求的建筑物實(shí)體數(shù)據(jù)，將是綜合考慮成本、效率和成效的最佳技術(shù)路線。

本文將以建筑物實(shí)體概念為核心，重點(diǎn)介紹建筑物實(shí)體化改造的建設(shè)內(nèi)容、技術(shù)設(shè)計(jì)和應(yīng)用成效，并在實(shí)際項(xiàng)目建設(shè)中驗(yàn)證技術(shù)的可行性，為今后的建筑物數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)工作提供一條成熟有效的技術(shù)路線。

1.建筑物實(shí)體化改造內(nèi)容

建筑物實(shí)體化改造包括基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)的二維矢量數(shù)據(jù)再生產(chǎn)、以二維平面圖為基礎(chǔ)的三維建筑簡(jiǎn)模自動(dòng)生產(chǎn)、以樓棟為單元的分層入戶數(shù)據(jù)建設(shè)以及基于建筑物實(shí)體的政務(wù)數(shù)據(jù)掛接工作。

1.1 數(shù)據(jù)再生產(chǎn)

建筑物實(shí)體化改造的基礎(chǔ)包括基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、電子地圖數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)地名地址數(shù)據(jù)和規(guī)劃審批數(shù)據(jù)等。

數(shù)據(jù)再生產(chǎn)的第一步是確定建筑物實(shí)體單元，主要是依據(jù)建筑物自然幢資料進(jìn)行確定。缺少建筑物自然幢資料時(shí)則參考住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2022年6月1日發(fā)布的《房屋建筑統(tǒng)一編碼與基本屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》中劃分編碼單元的規(guī)則，規(guī)則如下：

（1）地下建筑物與地上建筑結(jié)構(gòu)為一體的，劃分為一個(gè)建筑物實(shí)體，獨(dú)立式地下建筑單獨(dú)劃分為一個(gè)建筑物實(shí)體；

（2）通過(guò)裙房或地下室相互連通的多幢建筑，每幢單獨(dú)劃分為一個(gè)建筑物實(shí)體，裙房或地下室也單獨(dú)劃分為一個(gè)建筑物實(shí)體；

（3）由空中連廊、地面連廊等相連接的多幢建筑，每幢建筑單獨(dú)劃分為一個(gè)建筑物實(shí)體，但空中連廊和地面連廊不劃為建筑物實(shí)體；

（4）結(jié)構(gòu)連續(xù)的平房劃分為一個(gè)建筑物實(shí)體，結(jié)構(gòu)不同或不連續(xù)的成排平房則應(yīng)劃分為多個(gè)建筑物實(shí)體。

數(shù)據(jù)再生產(chǎn)包括空間數(shù)據(jù)再生產(chǎn)和屬性信息映射等工作?？臻g數(shù)據(jù)再生產(chǎn)是在劃分建筑物實(shí)體單元后，在已有的規(guī)劃審批、房產(chǎn)分丘圖、基礎(chǔ)地形、核準(zhǔn)檔案等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)一系列的提取、加工、整理、融合等流程，補(bǔ)充外業(yè)采集信息，多種數(shù)據(jù)交叉補(bǔ)充驗(yàn)證，提高數(shù)據(jù)精度和準(zhǔn)確度，形成分層到戶、不同粒度的建筑物數(shù)據(jù)載體，并根據(jù)行政區(qū)劃代碼、地理網(wǎng)格編碼和地理實(shí)體類別代碼等為建筑物實(shí)體賦予獨(dú)一無(wú)二的建筑物實(shí)體編碼。

為了保證每一個(gè)建筑物單元有且只有一個(gè)唯一的建筑物實(shí)體編碼，需要對(duì)建筑物實(shí)體編碼的組成和賦碼規(guī)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。我們?cè)O(shè)計(jì)的建筑物實(shí)體編碼為21位，各碼段設(shè)計(jì)如表1所示：

表1 建筑物實(shí)體編碼

新增的建筑物實(shí)體編碼在已有編碼的基礎(chǔ)上遞增；當(dāng)建筑物擴(kuò)建、結(jié)構(gòu)變化超過(guò)原建筑面積的50%以上時(shí)，原編碼作廢，賦予新編碼；建筑物因拆除等原因消失時(shí)，其編碼不得被其他建筑物實(shí)體占用。

基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)和規(guī)劃審批數(shù)據(jù)等自然資源業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中的各類屬性信息，則需要對(duì)應(yīng)映射到建筑物實(shí)體的相關(guān)屬性字段中。以檔案審批數(shù)據(jù)為例，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中的立項(xiàng)規(guī)劃、施工交付、使用維護(hù)及拆除等與建筑物實(shí)體相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行歸類和數(shù)字化，并歸集填充至建筑物業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表中。

1.2 分層入戶數(shù)據(jù)建設(shè)

建筑物層實(shí)體和戶實(shí)體的數(shù)據(jù)建設(shè)以規(guī)劃審批數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)開(kāi)展。根據(jù)建筑物實(shí)體每一層的平面核準(zhǔn)圖，進(jìn)行層戶的矢量化工作，建筑物總平面圖數(shù)據(jù)依據(jù)建筑物擴(kuò)展數(shù)據(jù)的內(nèi)容，與建筑物擴(kuò)展信息表關(guān)聯(lián)，表屬性數(shù)據(jù)按照建筑物建設(shè)階段劃分為立項(xiàng)規(guī)劃、施工交付、使用運(yùn)維、拆除等階段，分階段輸入數(shù)據(jù)，便于管理查找。

1.3 三維建筑簡(jiǎn)模自動(dòng)生產(chǎn)

Web3D數(shù)據(jù)是在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用Html5+WebGL技術(shù)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)直接構(gòu)建物體三維立體展示并可以互動(dòng)瀏覽操作的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是Web技術(shù)和3D技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，具有網(wǎng)絡(luò)性、三維性和互動(dòng)性，無(wú)需插件。利用二維矢量數(shù)據(jù)和建筑物高度屬性構(gòu)建建筑物實(shí)體的Web3D模型，能有效地提高建筑物數(shù)據(jù)的綜合展示能力。

1.4 政務(wù)數(shù)據(jù)掛接

建筑物實(shí)體化工作的最后一步，是將建筑物實(shí)體作為政務(wù)數(shù)據(jù)的載體，將與建筑物相關(guān)的政務(wù)數(shù)據(jù)掛接至建筑物實(shí)體上。

2.關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

本章將介紹建筑物實(shí)體化改造中的關(guān)鍵技術(shù)，包括建筑物三維模型快速構(gòu)建，以及地理編碼與匹配技術(shù)，前者是以二維數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，自動(dòng)生產(chǎn)三維建筑簡(jiǎn)模的高效方法，后者則是政務(wù)數(shù)據(jù)掛接的核心技術(shù)。

2.1 建筑物三維模型快速構(gòu)建

二維圖形數(shù)據(jù)具有大量三維城市模型（3DCM）所需要的數(shù)據(jù)，所以在二維圖形數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上添加一些信息（如房屋高度、規(guī)則屋頂?shù)龋﹣?lái)構(gòu)建三維城市模型，采用HTML+JavaScript技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑物立體化展示，無(wú)需預(yù)先進(jìn)行三維建模，根據(jù)建筑物的高程自動(dòng)生成建筑的立體模型，不依賴插件，能兼容目前主流瀏覽器，能支持移動(dòng)端瀏覽，可以調(diào)節(jié)地圖的俯視角，逐層鉆取進(jìn)行建筑物信息的瀏覽，每一層下分戶，可以查看每戶。這種方法重構(gòu)的主要是大范圍簡(jiǎn)易的建筑物實(shí)體，數(shù)據(jù)量少，速度快，唯一缺陷在于這類模型僅表達(dá)規(guī)則建筑物實(shí)體，難以構(gòu)建復(fù)雜的城市景觀，構(gòu)建的模型真實(shí)感小。

2.2 地理編碼與匹配技術(shù)

通過(guò)地理編碼和匹配技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一空間坐標(biāo)，整合各種信息資源，在各個(gè)部門分散的建筑物資源庫(kù)之間建立有機(jī)聯(lián)系，為各級(jí)政府和部門實(shí)現(xiàn)信息共享、交換和整合提供基礎(chǔ)信息支撐。

地理編碼和匹配技術(shù)是以地理編碼數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)的空間相對(duì)定位技術(shù)；地理編碼就是建立給定地址與真實(shí)地理坐標(biāo)一致性的過(guò)程，可分為正向匹配和逆向匹配兩種方式，能夠?qū)崿F(xiàn)文字地址描述與空間地理坐標(biāo)之間的雙向轉(zhuǎn)換。地址匹配服務(wù)按照特定的步驟為地址查找匹配對(duì)象：首先要將地址標(biāo)準(zhǔn)化；然后服務(wù)器搜索地址匹配參考數(shù)據(jù)，查找潛在的位置；最后根據(jù)與地址的接近程度為每個(gè)候選位置指定分值，用分值最高的來(lái)匹配這個(gè)地址。

地址匹配最重要的是將地址標(biāo)準(zhǔn)化，建立地址編碼數(shù)據(jù)庫(kù)。雖然國(guó)外有不少商業(yè)化的地址匹配引擎服務(wù)，但這些技術(shù)都是建立在國(guó)外地址模型基礎(chǔ)上，完全不適合中國(guó)的文字形式。因此，地址匹配服務(wù)必須本地化，并建立適合實(shí)際情況的地址編碼數(shù)據(jù)庫(kù),并以該地址數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，做各種與地址相關(guān)的應(yīng)用。

政務(wù)數(shù)據(jù)掛接工作的核心技術(shù)就是地址匹配。以財(cái)稅示范應(yīng)用建設(shè)為例，首先對(duì)接獲取財(cái)稅業(yè)務(wù)系統(tǒng)的財(cái)稅專題數(shù)據(jù)，根據(jù)地址信息，以公安的地名地址庫(kù)為主，利用地名地址引擎進(jìn)行空間化處理，賦予財(cái)稅數(shù)據(jù)空間屬性，即可實(shí)現(xiàn)財(cái)稅數(shù)據(jù)的“空間化”。然后，根據(jù)空間化結(jié)果，對(duì)財(cái)稅數(shù)據(jù)進(jìn)行建筑物編碼，通過(guò)建筑物的唯一標(biāo)識(shí)碼與建筑物基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。財(cái)稅數(shù)據(jù)地址信息匹配度較高的，掛接到戶室，匹配度一般的掛接到建筑物單體。

3.應(yīng)用成效

南京市建鄴區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城區(qū)每年新建大量建筑物，城市規(guī)劃、建設(shè)和管理需要了解和掌握建筑物現(xiàn)狀和變化情況。建鄴區(qū)在多年的智慧城市建設(shè)中積累了豐富的二維、三維基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，為建筑物數(shù)據(jù)庫(kù)的搭建提供了良好的環(huán)境。

筆者選取建鄴區(qū)作為試驗(yàn)區(qū)，驗(yàn)證了建筑物數(shù)據(jù)從采集、生產(chǎn)、應(yīng)用到對(duì)外服務(wù)全流程技術(shù)的可行性，搭建了精細(xì)化建筑物數(shù)據(jù)庫(kù)與建筑物綜合應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了建筑物2.5維的高效、生動(dòng)地可視化呈現(xiàn)，并以物業(yè)、財(cái)稅數(shù)據(jù)為突破口，打造了一系列示范應(yīng)用。

3.1 財(cái)稅示范應(yīng)用建設(shè)

財(cái)稅示范應(yīng)用建設(shè)基于建筑物數(shù)據(jù)庫(kù)及公安地名地址庫(kù)建設(shè)，通過(guò)地理編碼與匹配技術(shù)整合掛接財(cái)稅業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)至建筑物，豐富了建筑物數(shù)據(jù)庫(kù)的業(yè)務(wù)信息，可對(duì)外提供具有財(cái)稅專題信息的建筑物數(shù)據(jù)資源服務(wù)，支撐財(cái)稅業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于行政區(qū)劃范圍、功能園區(qū)、建筑物單體的空間統(tǒng)計(jì)分析。系統(tǒng)具體展示界面如圖1、圖2所示。

圖1 建筑物實(shí)體財(cái)稅信息展示

圖2 建筑物戶室實(shí)體財(cái)稅信息展示

3.2 后勤管理示范應(yīng)用建設(shè)

后勤管理涉及單位人員管理、會(huì)議管理、辦公用品租借、車輛管理等內(nèi)容，是單位負(fù)責(zé)人員調(diào)度、會(huì)議安排、辦公資源協(xié)調(diào)的重要部門。以建鄴區(qū)政府的辦公大樓—建鄴大廈為例，后勤管理人員需要對(duì)每個(gè)辦公室的人均辦公面積進(jìn)行計(jì)算，分析其與科室人員的職務(wù)是否匹配。

為此，建筑物綜合應(yīng)用平臺(tái)與建鄴大廈后勤管理系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，獲取了室內(nèi)精細(xì)化測(cè)量的戶室面積、科室名稱、科室門牌號(hào)，結(jié)合后勤主管部門提供的科室人員信息，將這些數(shù)據(jù)通過(guò)建筑物編碼掛接至建鄴大廈，進(jìn)一步豐富了建鄴大廈這一建筑物的專題信息，在后勤、物業(yè)管理等方面提供數(shù)據(jù)支撐。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的展示界面如圖3所示。

圖3 建筑物戶室掛接后勤管理信息

建筑物綜合應(yīng)用平臺(tái)為后勤管理示范應(yīng)用提供了兩種API接口，其中一種為建筑物單體模型，另一種為基于戶室布局的層模型。后勤管理系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景需要，將層模型接口對(duì)接到業(yè)務(wù)系統(tǒng)中進(jìn)行層平面圖展示，并根據(jù)獲取的科室使用面積、人員信息分析人均辦公面積，同時(shí)與職務(wù)比較分析判斷是否超標(biāo)。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文提出的建筑物實(shí)體化改造方法充分利用已有多源數(shù)據(jù)融合形成建筑物數(shù)據(jù)，突破了傳統(tǒng)建筑物數(shù)據(jù)建庫(kù)在數(shù)據(jù)分析挖掘的深度和廣度方面的限制；利用已有規(guī)劃成果數(shù)據(jù)矢量化形成了準(zhǔn)確、豐富的建筑物分層分戶數(shù)據(jù)；利用新一代WebGL技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑物實(shí)體模型的360°無(wú)死角旋轉(zhuǎn)查看，并可逐層鉆取實(shí)現(xiàn)建筑物層實(shí)體的信息瀏覽，通過(guò)立體呈現(xiàn)的戶室分布效果圖實(shí)現(xiàn)建筑物戶實(shí)體數(shù)據(jù)的顯示；基于成熟的地址匹配技術(shù)實(shí)現(xiàn)了建筑物相關(guān)數(shù)據(jù)的有效性關(guān)聯(lián)掛接。

本文提出的建筑物實(shí)體化改造方法，在建鄴區(qū)建筑物數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)及應(yīng)用工程的數(shù)據(jù)資源和示范應(yīng)用建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用與驗(yàn)證。未來(lái)，我們將以建筑物數(shù)據(jù)庫(kù)為研究的載體和基礎(chǔ)，面向建筑物全生命周期管理的實(shí)際需求，繼續(xù)探索建筑物的全生命周期數(shù)據(jù)，進(jìn)行分類、采集、存儲(chǔ)、管理與應(yīng)用。