內外一體化建筑物數據模型研究

張 馳

1. 南通大學，江蘇 南通 226007; 2. 南京師范大學，江蘇 南京 210023

建筑物是指用建筑材料構筑的空間和實體，它是人們生產生活的主要場所，是三維城市的核心要素。當前三維城市建設中，建筑物的三維建模一般圍繞其外表面來進行，主要用于可視化。而面向公眾服務的建筑物建模不僅需要考慮建筑物的外部輪廓，還要對建筑物內部進行建模，并建立建筑物內部與外部的聯系，來實現內外一體化的建筑信息表達。這就要求新一代的建筑物數據模型能夠包含內外一體化的語義信息，實現語義、幾何、過程、關系，以及屬性特征的整體表達。

建筑物按照其種類可以分為民用建筑、工業建筑及農業建筑3類。其中民用建筑是供人們居住和進行各種公共活動的建筑的總稱，它是與人類居住、活動關系最為密切的一類建筑物。本文圍繞民用建筑建模與模擬這一主題，從地理學研究角度出發，以建筑物的基本概念與特征為基礎，對建筑物所包含的相關信息進行梳理，并在此基礎上構建了一個能夠充分描述建筑物語義、幾何、關系、屬性信息的建筑物數據模型。該模型能夠完整地對建筑物所包含的信息進行抽象，對建筑物在多個細節層次下的表達進行支持，并能夠有效地支持內外一體化分析與可視化。本文的研究內容主要包括：

(1) 建筑物語義、幾何、屬性、關系信息的分析。從建筑學權威專著及國內外相關標準出發，對建筑構件與建筑空間的定義、分類體系以及層次等級關系進行了歸納與梳理。對建筑構件與建筑空間相關的幾何形態、屬性信息進行了分析，并對建筑構件、建筑空間之間的關系進行了分類，為建筑物數據模型的進一步抽象提供基礎。

(2) 內外一體化建筑物數據模型的構建。從空間數據模型的定義出發，分析了建筑物數據模型所應包含的內容。以分析歸納出的建筑物的語義、幾何、屬性、關系信息為基礎，對建筑物進行層層抽象，構建了建筑物的概念模型、邏輯模型、物理模型，并定義了建立在模型之上的相關操作。

(3) 內外一體化建筑物數據模型的多細節層次表達。以CityGML所提出的多細節層次模型為參照，對本文所提出的內外一體化建筑物數據模型進行細節層次劃分，分析各個細節層次下所關聯的建筑構件、建筑空間及建筑關系。從數據模型的建筑構件、建筑空間、建筑關系集合中提取關聯于各個細節層次的建筑構件、建筑空間與建筑關系，實現其在各個細節層次下的表達。

(4) 內外一體化建筑物數據模型對應用分析的支持。在對當前建筑物相關的主要應用分析模型的特點進行分析的基礎上，從本文所提出建筑物數據模型的語義、幾何、關系信息出發，分析建筑內部某一區域所關聯的建筑構件、建筑空間及其相關建筑關系的提取方法。對建筑對象的實體邊界提取方法、空間離散方法及建筑內部連通網絡生成方法進行研究，實現其對應用分析的支持。

本文的創新點包括以下幾個方面：

(1) 圍繞建筑物所關聯的實體及其相互聯系進行層層抽象，設計了一個能夠對建筑物所包含的語義、幾何、屬性、關系信息進行充分描述的內外一體化建筑物數據模型。

(2) 所構建的建筑物數據模型雖然不面向任何具體應用，但可基于其中所包含建筑構件、建筑空間的語義、幾何、關系、屬性信息，以及構建在其上的操作，來向相關應用分析模型進行轉換，使該模型能夠支持多種應用分析。