淺談GIS技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

林顯志+楊志忠

摘要：汶川地震后，嚴(yán)格加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)管理，已成為構(gòu)建和諧建筑的時代要求。利用GIS作為技術(shù)支撐，進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)管理是一條行之有效的途徑。對系統(tǒng)的總體目標(biāo)，總體框架，主要功能和樓梯抗震評價模型的建立進(jìn)行了初步研究。以期促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)管理的信息化，為數(shù)字建筑建設(shè)做貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：GIS；建筑結(jié)構(gòu)；抗震評價

中圖分類號：P208 文獻(xiàn)識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）019-000-02

建筑結(jié)構(gòu)是指在建筑物（包括構(gòu)筑物）中，由構(gòu)件組成的能承受各種荷載作用的空間承重體系。汶川地震后，舉國痛心，特別是學(xué)校的教學(xué)樓，突然倒塌，造成無辜學(xué)生傷亡。應(yīng)該指出，建筑物在竣工驗收后，特別是對主控項目的建筑結(jié)構(gòu)，如大量存在的磚（石）混合結(jié)構(gòu)，底框磚混結(jié)構(gòu)，甚至鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，尤其是針對逃生的主要通道：樓梯，都應(yīng)該進(jìn)行統(tǒng)一高效的科學(xué)管理。這作為一項系統(tǒng)工程，不但能迅速查詢建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息，避免人工大量翻閱圖紙，而且能對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震性能評估，以減輕地震災(zāi)害。當(dāng)然，汶川地震給我們的教訓(xùn)是慘痛的，歸根結(jié)底是缺乏對建筑結(jié)構(gòu)科學(xué)管理的意識。因此，如何應(yīng)用現(xiàn)代化手段，對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)有效的管理，已成為全社會關(guān)注的焦點，也是擺在我們建筑結(jié)構(gòu)研究者面前，亟需解決的一個問題。

一、系統(tǒng)的總體目標(biāo)

GIS （ 地理信息系統(tǒng)），對整個或者部分地區(qū)表面的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行的采集、存儲、分析、管理、 規(guī)劃和顯示，以便解決復(fù)雜空間信息問題。建立建筑結(jié)構(gòu)管理信息系統(tǒng)，可擺脫傳統(tǒng)進(jìn)行大量枯燥無味的建筑結(jié)構(gòu)紙質(zhì)圖紙和彼此孤立的各種建筑結(jié)構(gòu)信息圖表的人工統(tǒng)計和管理。系統(tǒng)在充分考慮到建筑結(jié)構(gòu)涉及到地域空間廣，結(jié)構(gòu)信息多而且亂，尤其是農(nóng)村的建筑結(jié)構(gòu)管理復(fù)雜，難度大的基礎(chǔ)上，應(yīng)用GIS技術(shù)，建立建筑結(jié)構(gòu)管理信息數(shù)據(jù)庫如圖1。通過GIS強(qiáng)大的空間分析功能，可實現(xiàn)空間信息和屬性信息的雙向連接和查詢，及時準(zhǔn)確地為建筑結(jié)構(gòu)管理提供各種信息，提高管理效率，降低人工管理的勞動強(qiáng)度和管理成本[1]。不但可以實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)的可視化管理，而且能對新建建筑物的建筑結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行監(jiān)管與規(guī)劃，如建筑規(guī)劃局可以借助該系統(tǒng)，對目前存在石結(jié)構(gòu)進(jìn)行查詢和統(tǒng)計。系統(tǒng)還具備對建筑結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行評估的功能，對于一些抗震性能較差的建筑結(jié)構(gòu)，進(jìn)行提出相應(yīng)的抗震加固措施；嚴(yán)重的，堅決進(jìn)行強(qiáng)制拆除。因此，該系統(tǒng)可為政府及有關(guān)部門提供防震減災(zāi)科學(xué)依據(jù)，提高農(nóng)村，特別是邊遠(yuǎn)山區(qū)防震科學(xué)決策水平，最終實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)管理的科學(xué)化和信息化。

二、系統(tǒng)的總體框架

由于系統(tǒng)建設(shè)的復(fù)雜性，考慮到系統(tǒng)用戶：如國土資源管理局或地方建設(shè)局，在客戶端要及時、準(zhǔn)確地對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行定位查詢，統(tǒng)計和抗震性能評估，這就對客戶端的硬軟件，不論是在進(jìn)行邏輯計算的速度還是在進(jìn)行圖形信息存儲時都有要求的較高。因而系統(tǒng)設(shè)計方案采用Client/Server（客戶端/服務(wù)器端）訪問與分發(fā)模式圖2。通過將系統(tǒng)的訪問請求合理分配到Client端和Server端，降低了系統(tǒng)的通訊開銷，提高了系統(tǒng)查詢速度，可以充分利用兩端硬軟件環(huán)境的優(yōu)勢[2]。VB語言開發(fā)的應(yīng)用程序分別存貯在服務(wù)器端和客戶端，由于考慮到在客服端訪問圖形信息一般加載比較慢的問題，通過緩存技術(shù)將一部分空間信息存貯在客服端，大部分?jǐn)?shù)據(jù)存貯在服務(wù)器端。通過UDP協(xié)議，用戶可到服務(wù)器端調(diào)用所需的訪問數(shù)據(jù)，并通過客戶端的應(yīng)用程序輸出訪問結(jié)果。

三、系統(tǒng)的主要功能

1.系統(tǒng)維護(hù)模塊

此模塊主要用于新建、更改、刪除、打印、搜索、導(dǎo)出管理員信息。

（1）系統(tǒng)管理設(shè)置，主要用于設(shè)置各類用戶使用系統(tǒng)的權(quán)限；

（2）用戶個人信息，用于操作者設(shè)置用戶名、密碼等。

（3）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，主要用于發(fā)布和查詢最新的各種類型的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，尤其是抗震設(shè)計規(guī)范。

2.建筑結(jié)構(gòu)管理模塊

此模塊是系統(tǒng)的核心模塊。主要包括建筑結(jié)構(gòu)審批和建筑結(jié)構(gòu)概貌兩個子模塊。

（1）建筑結(jié)構(gòu)錄入，主要是輔助檔案局在城建檔案管理時，對竣工驗收合格的建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)進(jìn)行及時的登記，將其屬性信息和空間信息寫入到建筑結(jié)構(gòu)信息數(shù)據(jù)庫中，并對全庫進(jìn)行更新。

（2）建筑結(jié)構(gòu)概貌，可實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)空間信息的二維或三維顯示，并能對其放大、縮小、定位等操作。建筑結(jié)構(gòu)屬性信息包括建筑物名稱、建筑結(jié)構(gòu)編號、建筑結(jié)構(gòu)類型、建筑基礎(chǔ)形式、建筑結(jié)構(gòu)年代、建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)、建筑面積、建筑用途、重要構(gòu)件（主梁、次梁）的詳圖及其配筋圖（jpg格式），及其周邊環(huán)境的基本信息。對于石（磚）混合結(jié)構(gòu)還應(yīng)包括主要承重體系，圈梁、過梁和構(gòu)造柱尺寸，進(jìn)深和層高，樓梯位置等信息。系統(tǒng)可以滿足多種功能的查詢、顯示、分析、統(tǒng)計等操作。如進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)查詢時，分為屬性查詢和空間查詢。屬性查詢主要是在查找地圖上某一建筑結(jié)構(gòu)的空間屬性數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)可為文本、圖象等；而空間查詢則是給定建筑結(jié)構(gòu)某一屬性值（如石結(jié)構(gòu)），查找滿足該條件的建筑結(jié)構(gòu)的空間地理位置分布，并在地圖中央以特別的顏色顯示出來。利用GIS強(qiáng)大的空間分析功能，如緩沖區(qū)分析某一條繁華街道左右50米范圍內(nèi)的建筑結(jié)構(gòu)類型，建筑面積和建筑年限等，并統(tǒng)計出相應(yīng)的報表和圖表，如石結(jié)構(gòu)的總數(shù)量，框架結(jié)構(gòu)的總數(shù)量等，為建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)劃提供決策支持。

3.抗震評估管理模塊

此模塊是系統(tǒng)的輔助管理模塊。主要分為抗震評價和抗震加固措施兩個子模塊。

抗震評價主要實現(xiàn)對已經(jīng)入庫的建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行分析。場地抗震性能分區(qū)圖層是經(jīng)過地質(zhì)考察及資料調(diào)研對某一區(qū)域進(jìn)行抗震性能分區(qū)[3]。通過加載建筑結(jié)構(gòu)空間分布圖層和場地抗震性能分區(qū)圖層，可對建筑結(jié)構(gòu)所處的地理位置進(jìn)行場地抗震性能區(qū)劃，并進(jìn)行可視化管理。對于處在場地抗震性能危險區(qū)的石結(jié)構(gòu)，抗震評價等級為危險，應(yīng)給與堅決拆除。對于處在場地抗震性能安全區(qū)的石結(jié)構(gòu)，還應(yīng)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)屬性信息查詢，讀入基礎(chǔ)類型及做法（干砌還是漿砌），承重體系（縱墻承重還是縱橫墻承重），墻體類型（有墊片，無墊片），構(gòu)造柱、抗震墻和圈梁基本信息（截面尺寸，主筋直徑和箍筋間距），抗震評價模塊根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)劃要求會對這些信息自動進(jìn)行邏輯檢查，若抗震評價等級為危險，則激活抗震加固措施模塊，系統(tǒng)會提出相應(yīng)的抗震加固具體措施，以供參考。