建筑物實體化改造技術研究及實踐

林利東 黃國平

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

0.引言

建筑物是城市社會經濟生產的重要載體與信息共享的基礎，但由于政府部門管理工作的分工不同，不同階段、不同側重的建筑物數據往往分布在不同部門的數據庫中，其數據形式、內容也各不相同，如建筑物的報批、登記數據由自然資源部門管理，設計、竣工數據則由建設部門管理，這一現象已經成為智慧城市數據資源建設的一大瓶頸。

構建建筑物數據庫可以解決城市建筑物信息零散、割裂、口徑不一的問題，并為精細化城市規劃和管理提供信息化支撐。因此，建筑物數據庫被列入了住建部頒布的《智慧城市公共信息平臺建設指南（試行）》中的五大公共基礎數據庫。在各地智慧城市建設中，建筑物數據庫建設也受到高度重視，已有專家學者和政府部門提出了建筑物數據庫的建設思路[1-3]。

在傳統的建筑物數據庫建設中，其建筑物數據往往直接來自于基礎地理信息數據庫[4]，這一做法充分利用了現有數據，并在空間精度和細節表達上具備一定優勢，但基礎地理信息數據無法實現建筑物的分層分戶表達，缺少建筑物作為多部門管理對象的屬性特征，并忽略了建筑物作為地理對象所具備的唯一性、作為業務管理對象的承載能力以及其所牽連的業務活動之間的復雜性；而新型智慧城市試點建設的評價指標體系和城市管理精細化的訴求，則要求對建筑物的全生命周期實施跟蹤管理。在此背景下，將基礎地理信息數據中的建筑物數據改造為符合智慧城市管理需求的建筑物實體數據，將是綜合考慮成本、效率和成效的最佳技術路線。

本文將以建筑物實體概念為核心，重點介紹建筑物實體化改造的建設內容、技術設計和應用成效，并在實際項目建設中驗證技術的可行性，為今后的建筑物數據庫建設工作提供一條成熟有效的技術路線。

1.建筑物實體化改造內容

建筑物實體化改造包括基于現有數據的二維矢量數據再生產、以二維平面圖為基礎的三維建筑簡模自動生產、以樓棟為單元的分層入戶數據建設以及基于建筑物實體的政務數據掛接工作。

1.1 數據再生產

建筑物實體化改造的基礎包括基礎地形數據、行政區劃數據、電子地圖數據、標準地名地址數據和規劃審批數據等。

數據再生產的第一步是確定建筑物實體單元，主要是依據建筑物自然幢資料進行確定。缺少建筑物自然幢資料時則參考住房和城鄉建設部2022年6月1日發布的《房屋建筑統一編碼與基本屬性數據標準》中劃分編碼單元的規則，規則如下：

（1）地下建筑物與地上建筑結構為一體的，劃分為一個建筑物實體，獨立式地下建筑單獨劃分為一個建筑物實體；

（2）通過裙房或地下室相互連通的多幢建筑，每幢單獨劃分為一個建筑物實體，裙房或地下室也單獨劃分為一個建筑物實體；

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

（4）結構連續的平房劃分為一個建筑物實體，結構不同或不連續的成排平房則應劃分為多個建筑物實體。

數據再生產包括空間數據再生產和屬性信息映射等工作。空間數據再生產是在劃分建筑物實體單元后，在已有的規劃審批、房產分丘圖、基礎地形、核準檔案等數據的基礎上，經過一系列的提取、加工、整理、融合等流程，補充外業采集信息，多種數據交叉補充驗證，提高數據精度和準確度，形成分層到戶、不同粒度的建筑物數據載體，并根據行政區劃代碼、地理網格編碼和地理實體類別代碼等為建筑物實體賦予獨一無二的建筑物實體編碼。

為了保證每一個建筑物單元有且只有一個唯一的建筑物實體編碼，需要對建筑物實體編碼的組成和賦碼規則進行設計。我們設計的建筑物實體編碼為21位，各碼段設計如表1所示：

表1 建筑物實體編碼

新增的建筑物實體編碼在已有編碼的基礎上遞增；當建筑物擴建、結構變化超過原建筑面積的50%以上時，原編碼作廢，賦予新編碼；建筑物因拆除等原因消失時，其編碼不得被其他建筑物實體占用。

基礎地形數據和規劃審批數據等自然資源業務數據中的各類屬性信息，則需要對應映射到建筑物實體的相關屬性字段中。以檔案審批數據為例，業務數據中的立項規劃、施工交付、使用維護及拆除等與建筑物實體相關的業務數據，需要進行歸類和數字化，并歸集填充至建筑物業務數據表中。

1.2 分層入戶數據建設

建筑物層實體和戶實體的數據建設以規劃審批數據為基礎開展。根據建筑物實體每一層的平面核準圖，進行層戶的矢量化工作，建筑物總平面圖數據依據建筑物擴展數據的內容，與建筑物擴展信息表關聯，表屬性數據按照建筑物建設階段劃分為立項規劃、施工交付、使用運維、拆除等階段，分階段輸入數據，便于管理查找。

1.3 三維建筑簡模自動生產

Web3D數據是在虛擬現實技術的基礎上，利用Html5+WebGL技術，通過互聯網直接構建物體三維立體展示并可以互動瀏覽操作的虛擬現實技術，是Web技術和3D技術結合的產物，具有網絡性、三維性和互動性，無需插件。利用二維矢量數據和建筑物高度屬性構建建筑物實體的Web3D模型，能有效地提高建筑物數據的綜合展示能力。

1.4 政務數據掛接

建筑物實體化工作的最后一步，是將建筑物實體作為政務數據的載體，將與建筑物相關的政務數據掛接至建筑物實體上。

2.關鍵技術設計

本章將介紹建筑物實體化改造中的關鍵技術，包括建筑物三維模型快速構建，以及地理編碼與匹配技術，前者是以二維數據為基礎，自動生產三維建筑簡模的高效方法，后者則是政務數據掛接的核心技術。

2.1 建筑物三維模型快速構建

二維圖形數據具有大量三維城市模型（3DCM）所需要的數據，所以在二維圖形數據的基礎上添加一些信息（如房屋高度、規則屋頂等）來構建三維城市模型，采用HTML+JavaScript技術實現建筑物立體化展示，無需預先進行三維建模，根據建筑物的高程自動生成建筑的立體模型，不依賴插件，能兼容目前主流瀏覽器，能支持移動端瀏覽，可以調節地圖的俯視角，逐層鉆取進行建筑物信息的瀏覽，每一層下分戶，可以查看每戶。這種方法重構的主要是大范圍簡易的建筑物實體，數據量少，速度快，唯一缺陷在于這類模型僅表達規則建筑物實體，難以構建復雜的城市景觀，構建的模型真實感小。

2.2 地理編碼與匹配技術

通過地理編碼和匹配技術可以實現統一空間坐標，整合各種信息資源，在各個部門分散的建筑物資源庫之間建立有機聯系，為各級政府和部門實現信息共享、交換和整合提供基礎信息支撐。

地理編碼和匹配技術是以地理編碼數據庫為基礎的空間相對定位技術；地理編碼就是建立給定地址與真實地理坐標一致性的過程，可分為正向匹配和逆向匹配兩種方式，能夠實現文字地址描述與空間地理坐標之間的雙向轉換。地址匹配服務按照特定的步驟為地址查找匹配對象：首先要將地址標準化；然后服務器搜索地址匹配參考數據，查找潛在的位置；最后根據與地址的接近程度為每個候選位置指定分值，用分值最高的來匹配這個地址。

地址匹配最重要的是將地址標準化，建立地址編碼數據庫。雖然國外有不少商業化的地址匹配引擎服務，但這些技術都是建立在國外地址模型基礎上，完全不適合中國的文字形式。因此，地址匹配服務必須本地化，并建立適合實際情況的地址編碼數據庫,并以該地址數據庫為基礎，做各種與地址相關的應用。

政務數據掛接工作的核心技術就是地址匹配。以財稅示范應用建設為例，首先對接獲取財稅業務系統的財稅專題數據，根據地址信息，以公安的地名地址庫為主，利用地名地址引擎進行空間化處理，賦予財稅數據空間屬性，即可實現財稅數據的“空間化”。然后，根據空間化結果，對財稅數據進行建筑物編碼，通過建筑物的唯一標識碼與建筑物基礎數據進行關聯。財稅數據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.應用成效

南京市建鄴區經濟發展迅速，城區每年新建大量建筑物，城市規劃、建設和管理需要了解和掌握建筑物現狀和變化情況。建鄴區在多年的智慧城市建設中積累了豐富的二維、三維基礎地理信息數據，為建筑物數據庫的搭建提供了良好的環境。

筆者選取建鄴區作為試驗區，驗證了建筑物數據從采集、生產、應用到對外服務全流程技術的可行性，搭建了精細化建筑物數據庫與建筑物綜合應用平臺，實現了建筑物2.5維的高效、生動地可視化呈現，并以物業、財稅數據為突破口，打造了一系列示范應用。

3.1 財稅示范應用建設

財稅示范應用建設基于建筑物數據庫及公安地名地址庫建設，通過地理編碼與匹配技術整合掛接財稅業務數據至建筑物，豐富了建筑物數據庫的業務信息，可對外提供具有財稅專題信息的建筑物數據資源服務，支撐財稅業務系統，實現基于行政區劃范圍、功能園區、建筑物單體的空間統計分析。系統具體展示界面如圖1、圖2所示。

圖1 建筑物實體財稅信息展示

圖2 建筑物戶室實體財稅信息展示

3.2 后勤管理示范應用建設

后勤管理涉及單位人員管理、會議管理、辦公用品租借、車輛管理等內容，是單位負責人員調度、會議安排、辦公資源協調的重要部門。以建鄴區政府的辦公大樓—建鄴大廈為例，后勤管理人員需要對每個辦公室的人均辦公面積進行計算，分析其與科室人員的職務是否匹配。

為此，建筑物綜合應用平臺與建鄴大廈后勤管理系統系統進行對接，獲取了室內精細化測量的戶室面積、科室名稱、科室門牌號，結合后勤主管部門提供的科室人員信息，將這些數據通過建筑物編碼掛接至建鄴大廈，進一步豐富了建鄴大廈這一建筑物的專題信息，在后勤、物業管理等方面提供數據支撐。系統實現的展示界面如圖3所示。

圖3 建筑物戶室掛接后勤管理信息

建筑物綜合應用平臺為后勤管理示范應用提供了兩種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。后勤管理系統根據業務場景需要，將層模型接口對接到業務系統中進行層平面圖展示，并根據獲取的科室使用面積、人員信息分析人均辦公面積，同時與職務比較分析判斷是否超標。

4.結束語

本文提出的建筑物實體化改造方法充分利用已有多源數據融合形成建筑物數據，突破了傳統建筑物數據建庫在數據分析挖掘的深度和廣度方面的限制；利用已有規劃成果數據矢量化形成了準確、豐富的建筑物分層分戶數據；利用新一代WebGL技術實現建筑物實體模型的360°無死角旋轉查看，并可逐層鉆取實現建筑物層實體的信息瀏覽，通過立體呈現的戶室分布效果圖實現建筑物戶實體數據的顯示；基于成熟的地址匹配技術實現了建筑物相關數據的有效性關聯掛接。

本文提出的建筑物實體化改造方法，在建鄴區建筑物數據庫建庫及應用工程的數據資源和示范應用建設中得到了廣泛的應用與驗證。未來，我們將以建筑物數據庫為研究的載體和基礎，面向建筑物全生命周期管理的實際需求，繼續探索建筑物的全生命周期數據，進行分類、采集、存儲、管理與應用。