建筑物实体化改造技术研究及实践

林利东 黄国平

（1.山西省测绘地理信息院，山西 太原 030001；2.吉奥时空信息技术股份有限公司，湖北 武汉 430223）

0.引言

建筑物是城市社会经济生产的重要载体与信息共享的基础，但由于政府部门管理工作的分工不同，不同阶段、不同侧重的建筑物数据往往分布在不同部门的数据库中，其数据形式、内容也各不相同，如建筑物的报批、登记数据由自然资源部门管理，设计、竣工数据则由建设部门管理，这一现象已经成为智慧城市数据资源建设的一大瓶颈。

构建建筑物数据库可以解决城市建筑物信息零散、割裂、口径不一的问题，并为精细化城市规划和管理提供信息化支撑。因此，建筑物数据库被列入了住建部颁布的《智慧城市公共信息平台建设指南（试行）》中的五大公共基础数据库。在各地智慧城市建设中，建筑物数据库建设也受到高度重视，已有专家学者和政府部门提出了建筑物数据库的建设思路[1-3]。

在传统的建筑物数据库建设中，其建筑物数据往往直接来自于基础地理信息数据库[4]，这一做法充分利用了现有数据，并在空间精度和细节表达上具备一定优势，但基础地理信息数据无法实现建筑物的分层分户表达，缺少建筑物作为多部门管理对象的属性特征，并忽略了建筑物作为地理对象所具备的唯一性、作为业务管理对象的承载能力以及其所牵连的业务活动之间的复杂性；而新型智慧城市试点建设的评价指标体系和城市管理精细化的诉求，则要求对建筑物的全生命周期实施跟踪管理。在此背景下，将基础地理信息数据中的建筑物数据改造为符合智慧城市管理需求的建筑物实体数据，将是综合考虑成本、效率和成效的最佳技术路线。

本文将以建筑物实体概念为核心，重点介绍建筑物实体化改造的建设内容、技术设计和应用成效，并在实际项目建设中验证技术的可行性，为今后的建筑物数据库建设工作提供一条成熟有效的技术路线。

1.建筑物实体化改造内容

建筑物实体化改造包括基于现有数据的二维矢量数据再生产、以二维平面图为基础的三维建筑简模自动生产、以楼栋为单元的分层入户数据建设以及基于建筑物实体的政务数据挂接工作。

1.1 数据再生产

建筑物实体化改造的基础包括基础地形数据、行政区划数据、电子地图数据、标准地名地址数据和规划审批数据等。

数据再生产的第一步是确定建筑物实体单元，主要是依据建筑物自然幢资料进行确定。缺少建筑物自然幢资料时则参考住房和城乡建设部2022年6月1日发布的《房屋建筑统一编码与基本属性数据标准》中划分编码单元的规则，规则如下：

（1）地下建筑物与地上建筑结构为一体的，划分为一个建筑物实体，独立式地下建筑单独划分为一个建筑物实体；

（2）通过裙房或地下室相互连通的多幢建筑，每幢单独划分为一个建筑物实体，裙房或地下室也单独划分为一个建筑物实体；

（3）由空中连廊、地面连廊等相连接的多幢建筑，每幢建筑单独划分为一个建筑物实体，但空中连廊和地面连廊不划为建筑物实体；

（4）结构连续的平房划分为一个建筑物实体，结构不同或不连续的成排平房则应划分为多个建筑物实体。

数据再生产包括空间数据再生产和属性信息映射等工作。空间数据再生产是在划分建筑物实体单元后，在已有的规划审批、房产分丘图、基础地形、核准档案等数据的基础上，经过一系列的提取、加工、整理、融合等流程，补充外业采集信息，多种数据交叉补充验证，提高数据精度和准确度，形成分层到户、不同粒度的建筑物数据载体，并根据行政区划代码、地理网格编码和地理实体类别代码等为建筑物实体赋予独一无二的建筑物实体编码。

为了保证每一个建筑物单元有且只有一个唯一的建筑物实体编码，需要对建筑物实体编码的组成和赋码规则进行设计。我们设计的建筑物实体编码为21位，各码段设计如表1所示：

表1 建筑物实体编码

新增的建筑物实体编码在已有编码的基础上递增；当建筑物扩建、结构变化超过原建筑面积的50%以上时，原编码作废，赋予新编码；建筑物因拆除等原因消失时，其编码不得被其他建筑物实体占用。

基础地形数据和规划审批数据等自然资源业务数据中的各类属性信息，则需要对应映射到建筑物实体的相关属性字段中。以档案审批数据为例，业务数据中的立项规划、施工交付、使用维护及拆除等与建筑物实体相关的业务数据，需要进行归类和数字化，并归集填充至建筑物业务数据表中。

1.2 分层入户数据建设

建筑物层实体和户实体的数据建设以规划审批数据为基础开展。根据建筑物实体每一层的平面核准图，进行层户的矢量化工作，建筑物总平面图数据依据建筑物扩展数据的内容，与建筑物扩展信息表关联，表属性数据按照建筑物建设阶段划分为立项规划、施工交付、使用运维、拆除等阶段，分阶段输入数据，便于管理查找。

1.3 三维建筑简模自动生产

Web3D数据是在虚拟现实技术的基础上，利用Html5+WebGL技术，通过互联网直接构建物体三维立体展示并可以互动浏览操作的虚拟现实技术，是Web技术和3D技术结合的产物，具有网络性、三维性和互动性，无需插件。利用二维矢量数据和建筑物高度属性构建建筑物实体的Web3D模型，能有效地提高建筑物数据的综合展示能力。

1.4 政务数据挂接

建筑物实体化工作的最后一步，是将建筑物实体作为政务数据的载体，将与建筑物相关的政务数据挂接至建筑物实体上。

2.关键技术设计

本章将介绍建筑物实体化改造中的关键技术，包括建筑物三维模型快速构建，以及地理编码与匹配技术，前者是以二维数据为基础，自动生产三维建筑简模的高效方法，后者则是政务数据挂接的核心技术。

2.1 建筑物三维模型快速构建

二维图形数据具有大量三维城市模型（3DCM）所需要的数据，所以在二维图形数据的基础上添加一些信息（如房屋高度、规则屋顶等）来构建三维城市模型，采用HTML+JavaScript技术实现建筑物立体化展示，无需预先进行三维建模，根据建筑物的高程自动生成建筑的立体模型，不依赖插件，能兼容目前主流浏览器，能支持移动端浏览，可以调节地图的俯视角，逐层钻取进行建筑物信息的浏览，每一层下分户，可以查看每户。这种方法重构的主要是大范围简易的建筑物实体，数据量少，速度快，唯一缺陷在于这类模型仅表达规则建筑物实体，难以构建复杂的城市景观，构建的模型真实感小。

2.2 地理编码与匹配技术

通过地理编码和匹配技术可以实现统一空间坐标，整合各种信息资源，在各个部门分散的建筑物资源库之间建立有机联系，为各级政府和部门实现信息共享、交换和整合提供基础信息支撑。

地理编码和匹配技术是以地理编码数据库为基础的空间相对定位技术；地理编码就是建立给定地址与真实地理坐标一致性的过程，可分为正向匹配和逆向匹配两种方式，能够实现文字地址描述与空间地理坐标之间的双向转换。地址匹配服务按照特定的步骤为地址查找匹配对象：首先要将地址标准化；然后服务器搜索地址匹配参考数据，查找潜在的位置；最后根据与地址的接近程度为每个候选位置指定分值，用分值最高的来匹配这个地址。

地址匹配最重要的是将地址标准化，建立地址编码数据库。虽然国外有不少商业化的地址匹配引擎服务，但这些技术都是建立在国外地址模型基础上，完全不适合中国的文字形式。因此，地址匹配服务必须本地化，并建立适合实际情况的地址编码数据库,并以该地址数据库为基础，做各种与地址相关的应用。

政务数据挂接工作的核心技术就是地址匹配。以财税示范应用建设为例，首先对接获取财税业务系统的财税专题数据，根据地址信息，以公安的地名地址库为主，利用地名地址引擎进行空间化处理，赋予财税数据空间属性，即可实现财税数据的“空间化”。然后，根据空间化结果，对财税数据进行建筑物编码，通过建筑物的唯一标识码与建筑物基础数据进行关联。财税数据地址信息匹配度较高的，挂接到户室，匹配度一般的挂接到建筑物单体。

3.应用成效

南京市建邺区经济发展迅速，城区每年新建大量建筑物，城市规划、建设和管理需要了解和掌握建筑物现状和变化情况。建邺区在多年的智慧城市建设中积累了丰富的二维、三维基础地理信息数据，为建筑物数据库的搭建提供了良好的环境。

笔者选取建邺区作为试验区，验证了建筑物数据从采集、生产、应用到对外服务全流程技术的可行性，搭建了精细化建筑物数据库与建筑物综合应用平台，实现了建筑物2.5维的高效、生动地可视化呈现，并以物业、财税数据为突破口，打造了一系列示范应用。

3.1 财税示范应用建设

财税示范应用建设基于建筑物数据库及公安地名地址库建设，通过地理编码与匹配技术整合挂接财税业务数据至建筑物，丰富了建筑物数据库的业务信息，可对外提供具有财税专题信息的建筑物数据资源服务，支撑财税业务系统，实现基于行政区划范围、功能园区、建筑物单体的空间统计分析。系统具体展示界面如图1、图2所示。

图1 建筑物实体财税信息展示

图2 建筑物户室实体财税信息展示

3.2 后勤管理示范应用建设

后勤管理涉及单位人员管理、会议管理、办公用品租借、车辆管理等内容，是单位负责人员调度、会议安排、办公资源协调的重要部门。以建邺区政府的办公大楼—建邺大厦为例，后勤管理人员需要对每个办公室的人均办公面积进行计算，分析其与科室人员的职务是否匹配。

为此，建筑物综合应用平台与建邺大厦后勤管理系统系统进行对接，获取了室内精细化测量的户室面积、科室名称、科室门牌号，结合后勤主管部门提供的科室人员信息，将这些数据通过建筑物编码挂接至建邺大厦，进一步丰富了建邺大厦这一建筑物的专题信息，在后勤、物业管理等方面提供数据支撑。系统实现的展示界面如图3所示。

图3 建筑物户室挂接后勤管理信息

建筑物综合应用平台为后勤管理示范应用提供了两种API接口，其中一种为建筑物单体模型，另一种为基于户室布局的层模型。后勤管理系统根据业务场景需要，将层模型接口对接到业务系统中进行层平面图展示，并根据获取的科室使用面积、人员信息分析人均办公面积，同时与职务比较分析判断是否超标。

4.结束语

本文提出的建筑物实体化改造方法充分利用已有多源数据融合形成建筑物数据，突破了传统建筑物数据建库在数据分析挖掘的深度和广度方面的限制；利用已有规划成果数据矢量化形成了准确、丰富的建筑物分层分户数据；利用新一代WebGL技术实现建筑物实体模型的360°无死角旋转查看，并可逐层钻取实现建筑物层实体的信息浏览，通过立体呈现的户室分布效果图实现建筑物户实体数据的显示；基于成熟的地址匹配技术实现了建筑物相关数据的有效性关联挂接。

本文提出的建筑物实体化改造方法，在建邺区建筑物数据库建库及应用工程的数据资源和示范应用建设中得到了广泛的应用与验证。未来，我们将以建筑物数据库为研究的载体和基础，面向建筑物全生命周期管理的实际需求，继续探索建筑物的全生命周期数据，进行分类、采集、存储、管理与应用。