基于BIM理念的規(guī)劃監(jiān)督測(cè)繪數(shù)據(jù)挖掘分析

王天應(yīng)

(廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060)

規(guī)劃監(jiān)督測(cè)繪數(shù)據(jù)是規(guī)劃行政主管部門行政審批的數(shù)據(jù)支撐依據(jù)，數(shù)據(jù)內(nèi)容涵蓋基底面積、容積率面積、總建筑面積、豎向標(biāo)高等內(nèi)容，成果資料包括建設(shè)工程竣工規(guī)劃驗(yàn)收測(cè)量成果匯總表、規(guī)劃驗(yàn)收測(cè)量平面位置關(guān)系圖、立面圖、竣工規(guī)劃測(cè)量地形圖等內(nèi)容。從成果形式看，規(guī)劃監(jiān)督的成果尚停滯在二維層面，展示途徑單一，直觀性差、專業(yè)性強(qiáng)，拓展應(yīng)用水平不高，成千上萬(wàn)的規(guī)劃監(jiān)督測(cè)繪數(shù)據(jù)在項(xiàng)目審批結(jié)束后被閑置在檔案室。大數(shù)據(jù)時(shí)代即將到來(lái)，建設(shè)單位、規(guī)劃行政主管部門、物業(yè)管理等單位對(duì)規(guī)劃監(jiān)督測(cè)繪數(shù)據(jù)提出了更高的應(yīng)用要求, 集成化、信息化、一體化、可視化管理模式的需求日益突出。BIM(Building Information Modeling)是目前比較熱門的信息化、模擬化、虛擬現(xiàn)實(shí)化運(yùn)作方式，BIM主要包括兩大核心理念: 通過(guò)一個(gè)綜合協(xié)同的多維仿真數(shù)字化、可視化平臺(tái)，使得這些信息服務(wù)于建筑工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)乃至拆除的全過(guò)程；能夠在綜合數(shù)字環(huán)境中保持信息共享和不斷更新，即在各種工程信息之間創(chuàng)建實(shí)時(shí)的、一致性的關(guān)聯(lián)關(guān)系，對(duì)平臺(tái)中信息的任何更改，可以在其他關(guān)聯(lián)的地方反映出來(lái)，使得建設(shè)單位、政府管理機(jī)構(gòu)、設(shè)計(jì)單位、施工單位甚至用戶都可以清楚全面地了解項(xiàng)目進(jìn)程。

BIM源于建筑工程，但BIM理念非建筑工程獨(dú)有，BIM理念的本質(zhì)就是優(yōu)化設(shè)計(jì)流程、控制質(zhì)量和簡(jiǎn)化管理，從而提高質(zhì)量，降低成本，這無(wú)疑也是測(cè)繪行業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文基于BIM理念針對(duì)規(guī)劃監(jiān)督測(cè)繪數(shù)據(jù)挖掘展開研究，其本質(zhì)就是通過(guò)新技術(shù)融合提升項(xiàng)目效率和成果應(yīng)用水平，響應(yīng)“十三五”規(guī)劃綠色發(fā)展的要求。

1 規(guī)劃監(jiān)督測(cè)繪數(shù)據(jù)挖掘

1.1 數(shù)據(jù)挖掘

數(shù)據(jù)挖掘可以定義為“從數(shù)據(jù)庫(kù)的大量數(shù)據(jù)中揭示出隱含的、先前未知的、潛在有用的信息的非平凡過(guò)程”，它是數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)發(fā)現(xiàn)的核心，數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程具體步驟如下(見圖1)：①數(shù)據(jù)清洗；②數(shù)據(jù)集成；③數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；④數(shù)據(jù)挖掘；⑤模式評(píng)估；⑥知識(shí)表示。典型的數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程

圖2 典型的數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)挖掘從空間數(shù)據(jù)中提取用戶感興趣的空間模型與特征、空間與非空間數(shù)據(jù)的普遍關(guān)系及其它一些隱含在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的普遍的數(shù)據(jù)特征； 數(shù)據(jù)挖掘的功能有概念描述、關(guān)聯(lián)分析、分類和預(yù)測(cè)、聚類分析、演化分析等功能。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以獲得多種知識(shí),在許多情況下,用戶并不知道數(shù)據(jù)庫(kù)中存在哪些有價(jià)值的知識(shí),因此一個(gè)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)應(yīng)該能夠同時(shí)發(fā)現(xiàn)多種模式的知識(shí),以便滿足用戶的需要。

1.2 規(guī)劃監(jiān)督測(cè)繪數(shù)據(jù)挖掘

通過(guò)聚類分析，聚焦建設(shè)單位、規(guī)劃行政主管部門、物業(yè)管理等單位關(guān)注熱點(diǎn)，多角度、多手段、多層次提升數(shù)據(jù)應(yīng)用效率。規(guī)劃監(jiān)督測(cè)繪處于建筑竣工階段，基于BIM理念，依托新型測(cè)繪技術(shù)和多源數(shù)據(jù),建立動(dòng)態(tài)的、關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的集成化、信息化、一體化、可視化管理平臺(tái)，管理模式如圖3所示。

圖3 新型管理模式

規(guī)劃監(jiān)督測(cè)繪的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)由建設(shè)工程竣工規(guī)劃驗(yàn)收測(cè)量成果匯總表、規(guī)劃驗(yàn)收測(cè)量平面位置關(guān)系圖、立面圖、竣工規(guī)劃測(cè)量地形圖、建筑竣工圖等數(shù)據(jù)組成，采用三維建模技術(shù)手段建立數(shù)字三維模型。為了提升效率，可采用“地形圖+竣工圖+精確點(diǎn)云”的模式快速建模，為日照分析和多元化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。日照分析可為準(zhǔn)業(yè)主選房提供可視化決策依據(jù)，并從側(cè)面驗(yàn)證建筑設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、合理性，同時(shí)把規(guī)劃監(jiān)督成果與三維成果集成融合，為后續(xù)物業(yè)管理、用戶信息錄入提供銜接端口，實(shí)現(xiàn)集成化、信息化、一體化管理新模式，以滿足規(guī)劃行政主管部門、建設(shè)單位、物業(yè)管理部門及其他管理部門的多方應(yīng)用需求。規(guī)劃監(jiān)督測(cè)繪數(shù)據(jù)挖掘模式如圖4所示。

圖4 規(guī)劃監(jiān)督測(cè)繪數(shù)據(jù)挖掘

2 實(shí)踐應(yīng)用

本文以廣州市龍歸城保障房規(guī)劃監(jiān)督項(xiàng)目為應(yīng)用實(shí)例，龍歸城保障房項(xiàng)目是廣州的大型保障性住房示范小區(qū)，是落實(shí)省委戰(zhàn)略部署、建設(shè)“幸福廣東”的重要內(nèi)容，也是打造“幸福廣州”的重要舉措。該項(xiàng)目建筑面積約108萬(wàn)m2、占地面積約為34.6萬(wàn)m2，是廣州市目前為止建筑規(guī)模最大的保障房項(xiàng)目，項(xiàng)目基于BIM理念針對(duì)規(guī)劃監(jiān)督測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，示范意義重大，如圖5所示。

圖5 龍歸城保障房社區(qū)效果圖

2.1 精確構(gòu)建數(shù)字三維模型

數(shù)字三維模型使得人們對(duì)城市景觀現(xiàn)狀和規(guī)劃設(shè)計(jì)的描述擺脫基于二維地圖和三維實(shí)物模型的表現(xiàn)方式，代之以計(jì)算機(jī)輔助的三維立體表現(xiàn)形式，建筑物三維建模流程如圖6所示。

圖6 建筑物三維建模流程

綜合考慮技術(shù)先進(jìn)性和可行性，采用精細(xì)模型建模與體塊模型建模結(jié)合的方式，建立三維模型。精細(xì)模型建模采用基于CORS和ICP算法的地面激光掃描儀快速測(cè)量地形的方法獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，該方法將GPS天線與掃描儀同軸連接，以車輛為載體靜態(tài)360°掃描，基于CORS采用GPS-RTK同步測(cè)量掃描儀的站心大地坐標(biāo)。該方法具備下列優(yōu)點(diǎn)：

1)提出一整套激光點(diǎn)云與影像采集、配準(zhǔn)、濾波、分類、量測(cè)及可視化技術(shù)方法和流程，如圖7、圖8所示。

2)注重協(xié)同創(chuàng)新，形成一套多傳感器一體化、數(shù)據(jù)一體化、功能一體化的新興測(cè)繪裝備。

圖7 基于CORS和ICP算法的地面激光掃描系統(tǒng)

圖8 獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)

點(diǎn)云獲取之后，結(jié)合建筑竣工圖，建立三維模型，導(dǎo)入到3DMAX中進(jìn)行貼圖和數(shù)據(jù)整理，充分利用3DMAX在紋理、材質(zhì)和燈光方面的建模優(yōu)勢(shì)，通過(guò)對(duì)高清影像渲染得到高質(zhì)量的建筑紋理。體塊模型建模基底輪廓線基于1∶500地形圖中建筑物的基底輪廓線直接生成，并與地形圖保持一致，基底的幾何形狀及建筑高度，通過(guò)拉伸等方法制作模型，紋理用單色表示。

精細(xì)建模與體塊建模結(jié)合的方式提升了建模效率(見圖9)，形成的三維成果可以為日照分析、建筑方案驗(yàn)證服務(wù)，但后續(xù)的多元化應(yīng)用存在一定的局限性(如物業(yè)管理很難精確到“戶”等)，在時(shí)間和經(jīng)費(fèi)允許的條件下，采用精細(xì)模型建模方式更為合理。

圖9 精細(xì)建模與體塊建模結(jié)合的三維模型

2.2 日照分析

陽(yáng)光是一種寶貴資源，日照分析對(duì)于建設(shè)單位和規(guī)劃行政主管部門的意義不同：

1)對(duì)于建設(shè)單位和準(zhǔn)業(yè)主而言，光照是反映住房是否“宜居”的一個(gè)重要指標(biāo)，日照分析成果可以為準(zhǔn)業(yè)主選房提供可視化決策依據(jù)；

2)對(duì)于規(guī)劃行政主管部門而言，日照分析成果可從側(cè)面驗(yàn)證建筑審批方案的科學(xué)性、合理性，為后續(xù)的項(xiàng)目審批提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

采用光影三維規(guī)劃會(huì)商系統(tǒng)針對(duì)三維模型進(jìn)行日照分析,模擬分析建筑物在不同時(shí)間、不同時(shí)段、不同方向所受到的光照影響。選取其中一棟建筑物南側(cè)(如圖10所示)為分析樣例，分析其在春分、夏至、秋分、冬至早上6:00時(shí)至下午18:00時(shí)的日照覆蓋率(如圖11、圖12所示)。

圖10 日照分析面選取

圖11 春分、夏至、秋分、冬至12時(shí)日照情況

圖12 春分、夏至、秋分、冬至日照分析結(jié)果

用戶可以根據(jù)需要在日照分析系統(tǒng)選擇分析對(duì)象、選定時(shí)間得出分析對(duì)象的日照覆蓋率情況，使用便捷，可視化程度高，成果形象直接。

2.3 多元化應(yīng)用

通過(guò)平臺(tái)建設(shè)建立動(dòng)態(tài)的、關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的集成化、信息化、一體化、可視化管理平臺(tái)，這個(gè)信息平臺(tái)把規(guī)劃監(jiān)督數(shù)據(jù)、物業(yè)管理數(shù)據(jù)及后續(xù)用戶數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)在一起，關(guān)聯(lián)模式如圖13所示。

圖13 多源數(shù)據(jù)融合集成

將成果匯總表、規(guī)劃驗(yàn)收測(cè)量平面位置關(guān)系圖、立面圖、竣工規(guī)劃測(cè)量地形圖等竣工驗(yàn)收資料與三維模型集成，在小區(qū)居民入住之后，將居民個(gè)人信息和物業(yè)管理系統(tǒng)納入到三維模型集成體系中，建立一個(gè)“動(dòng)態(tài)、多源、多維化”的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的信息采集、存儲(chǔ)、檢索、分析、輸出和交換功能，以滿足規(guī)劃主管部門、建設(shè)單位、物業(yè)管理部門及其他管理部門的多方應(yīng)用需求：

①規(guī)劃行政主管部門：將建設(shè)工程竣工規(guī)劃驗(yàn)收測(cè)量的面積計(jì)算圖、平面位置關(guān)系圖、立面圖、地形圖等竣工驗(yàn)收成果與三維模型集成(如圖14、圖15所示)，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)成果形式的顛覆，摒棄傳統(tǒng)資料用點(diǎn)、線、符號(hào)等簡(jiǎn)單元素表示某元件的理念，采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)表達(dá)形式來(lái)描述項(xiàng)目的每一個(gè)組成部分，這樣的模型承載的信息比平面圖要豐富得多，并且更加形象生動(dòng)。

②物業(yè)管理部門：將三維模型集成系統(tǒng)與后期物業(yè)管理系統(tǒng)對(duì)接，并以“戶”為最小單元，將住戶信息與系統(tǒng)進(jìn)行捆綁集成，實(shí)現(xiàn)物業(yè)管理的傳統(tǒng)二維向多維轉(zhuǎn)變，并且可根據(jù)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，以滿足人們對(duì)可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、可出圖性成果的需求。

③其他管理部門等：由于集成的BIM包括三維數(shù)字模型、用戶信息、樓層分布等重要信息因素，三維數(shù)字模型具有可量測(cè)空間距離的特點(diǎn)，以消防部門為例，及時(shí)了解著火點(diǎn)與最近消防栓之間的空間位置信息(如圖16所示)對(duì)于快速優(yōu)化救援方案具有重要意義。

3 結(jié)束語(yǔ)

BIM理念的本質(zhì)是優(yōu)化設(shè)計(jì)流程、控制質(zhì)量和簡(jiǎn)化管理，從而提高質(zhì)量，降低成本，這無(wú)疑也是測(cè)繪行業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文融合多源數(shù)據(jù)，采用包括地面三維激光掃描技術(shù)在內(nèi)的新方法，實(shí)現(xiàn)集成化、信息化、一體化管理新模式，以滿足規(guī)劃行政主管部門、建設(shè)單位、物業(yè)管理部門及其他管理部門的多方應(yīng)用需求，對(duì)類似項(xiàng)目具有示范意義。

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