基于多種類(lèi)數(shù)據(jù)的三維電子報(bào)建審查系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式探索

劉濟(jì)，李文俊，姚旭婷，蘇 杰，馬玉超

（1.北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100045；2.北京市規(guī)劃和自然資源委員會(huì)，北京 101160；3.北京城市副中心投資建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 101117；4.廣聯(lián)達(dá)科技股份有限公司，北京 100193）

0 引 言

為響應(yīng)“數(shù)字中國(guó)、智慧社會(huì)”的國(guó)家戰(zhàn)略部署，緊跟未來(lái)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，推動(dòng)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，北京、雄安、南京、廈門(mén)、廣州等多個(gè)地區(qū)被列為運(yùn)用BIM系統(tǒng)和CIM平臺(tái)建設(shè)試點(diǎn)城市，從政策、技術(shù)等多個(gè)方面開(kāi)展三維BIM報(bào)建審查平臺(tái)的研究。

北京市作為首批試點(diǎn)城市之一，在多規(guī)合一業(yè)務(wù)協(xié)同系統(tǒng)和三維城市規(guī)劃建設(shè)管理審批決策平臺(tái)的基礎(chǔ)上，深入開(kāi)展面向工程建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃報(bào)建審查的BIM關(guān)鍵技術(shù)研究，探索基于BIM的規(guī)劃報(bào)建審查軟件原型研發(fā)和示范應(yīng)用，逐步推廣基于BIM的工程建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃報(bào)建審查的應(yīng)用。這對(duì)深化建設(shè)項(xiàng)目審批制度改革、提高城市運(yùn)行效率具有重要意義。為此，本文旨在探索基于多種類(lèi)數(shù)據(jù)的新型三維電子報(bào)建審查系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式。

1 三維電子報(bào)建審查系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

二維電子報(bào)建審查是基于平面CAD圖紙，平面幾何信息豐富，但立體信息和屬性信息缺乏，部分指標(biāo)只能通過(guò)人工輔助或者完全人工審查的方式完成，智能化程度較低。在傳統(tǒng)二維電子報(bào)批模式下，報(bào)審前期需要人工進(jìn)行電子報(bào)建數(shù)據(jù)制作，并且可審查的指標(biāo)數(shù)量有限，需要耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力和物力；在審批階段，需要人工核對(duì)報(bào)建數(shù)據(jù)和規(guī)劃控制指標(biāo)，技術(shù)審查時(shí)間較長(zhǎng)，且對(duì)于體量較大、復(fù)雜程度高的建筑技術(shù)審查難度更大，所需時(shí)間更長(zhǎng)。此外，二維報(bào)建的數(shù)據(jù)僅能服務(wù)于二維的報(bào)建工作，不能形成格式統(tǒng)一并能動(dòng)態(tài)管理的數(shù)據(jù)庫(kù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的沿用性。

相比二維電子報(bào)建審查，三維電子報(bào)建審查是基于BIM模型的三維報(bào)審過(guò)程，采用BIM+GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)架構(gòu)，具有模型可視化、審批智能化、數(shù)據(jù)可復(fù)用、審批效率高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)便于項(xiàng)目的全生命周期管控，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生城市奠定了基礎(chǔ)。

（1）模型可視化

開(kāi)發(fā)建筑工程設(shè)計(jì)方案BIM審查軟件，能夠利用完全真實(shí)的尺寸和形狀在計(jì)算機(jī)屏幕上展現(xiàn)建筑項(xiàng)目的形態(tài)、特征、顏色、材質(zhì)等信息，實(shí)現(xiàn)二維圖紙無(wú)法實(shí)現(xiàn)的空間分析、算量等功能，全方位服務(wù)于行政審批。

（2）審批智能化

基于BIM+GIS的規(guī)劃報(bào)審平臺(tái)可提供除傳統(tǒng)的交互方式（如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、觸控設(shè)備、麥克風(fēng)等）之外的，更真實(shí)、更人性化的交互方式，如基于語(yǔ)音、觸控、眼動(dòng)、手勢(shì)和體感的VR/MR交互方式。

報(bào)建平臺(tái)具備在線(xiàn)測(cè)量功能，可進(jìn)行距離-空間測(cè)量、距離-貼地測(cè)量、面積測(cè)量、角度測(cè)量、高度-高度差測(cè)量、高度-三角測(cè)量、樓-樓間平面距離測(cè)量。通過(guò)在線(xiàn)實(shí)現(xiàn)各建筑物之間的空間關(guān)系測(cè)量，為規(guī)劃報(bào)審審批提供真實(shí)場(chǎng)景和判定工具；不用再查找項(xiàng)目周邊建筑檔案資料，為項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃、土體利用情況、環(huán)境影響等決策分析提供幫助，提高了規(guī)劃報(bào)審的審批效率。

（3）數(shù)據(jù)可復(fù)用

信息模型上傳平臺(tái)后，模型信息將直接展示在平臺(tái)界面，無(wú)須對(duì)信息進(jìn)行再處理，只須對(duì)模型構(gòu)件信息進(jìn)行提取操作即可，平臺(tái)可自動(dòng)歸類(lèi)報(bào)建所需信息。此外，三維報(bào)建數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化可以形成格式統(tǒng)一并能動(dòng)態(tài)管理的數(shù)據(jù)庫(kù)，服務(wù)于建筑工程項(xiàng)目的全生命周期。

（4）平臺(tái)可拓展性強(qiáng)

基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的BIM+GIS報(bào)建平臺(tái)，不依賴(lài)國(guó)外軟件進(jìn)行軟件功能的二次開(kāi)發(fā)，預(yù)留多種拓展接口，為規(guī)劃報(bào)建多平臺(tái)數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)管理提供方便，同樣平臺(tái)更新升級(jí)的難度降低。

2 三維電子報(bào)建審查系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關(guān)系

2.1 系統(tǒng)的底層信息與審查依據(jù)

三維電子報(bào)建審查過(guò)程中需要接收多種數(shù)據(jù)。其中，城市基礎(chǔ)地理信息主要包括測(cè)量控制點(diǎn)、水系、居民地、設(shè)施、交通、管線(xiàn)、境界、地形地貌、植被與土質(zhì)、正射影像圖、數(shù)字高程模型、實(shí)景三維模型及土地利用等現(xiàn)狀要素?cái)?shù)據(jù)。應(yīng)用GIS技術(shù)將城市基礎(chǔ)地理信息匯集起來(lái)，作為三維電子報(bào)建審查系統(tǒng)的數(shù)字基底。同時(shí)，應(yīng)用GIS技術(shù)對(duì)規(guī)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行表達(dá)，可以快速地獲取用地邊界和規(guī)劃審批指標(biāo)等信息，使城市規(guī)劃數(shù)據(jù)更具準(zhǔn)確性，給三維電子報(bào)建審查以強(qiáng)大支持，為三維電子報(bào)建審查系統(tǒng)提供審查依據(jù)。

2.2 系統(tǒng)審查的數(shù)據(jù)內(nèi)容

系統(tǒng)主要對(duì)建設(shè)單位提供的BIM中的關(guān)鍵要素進(jìn)行審查。然而，目前建設(shè)工程領(lǐng)域BIM設(shè)計(jì)軟件眾多，每個(gè)單位的BIM技術(shù)解決方案不同，選取的BIM設(shè)計(jì)軟件也不同。市場(chǎng)主流的Autodesk、Bentley、Catia三大平臺(tái)，數(shù)據(jù)格式不同，而政府也不能指定建設(shè)單位采用某種平臺(tái)軟件，因此三維電子報(bào)建審查系統(tǒng)需要具備讀取、收錄各類(lèi)BIM格式數(shù)據(jù)的能力。

3 三維報(bào)建審查系統(tǒng)中多源異構(gòu)BIM數(shù)據(jù)融合實(shí)現(xiàn)方式

為解決建設(shè)流程中多維度和多領(lǐng)域信息集合、多種文件格式互通問(wèn)題，提出了以政府管控目標(biāo)為界限、以政府管控指標(biāo)為范圍的公開(kāi)格式的思路，對(duì)BDB公開(kāi)數(shù)據(jù)框架體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，打破各專(zhuān)業(yè)、各軟件交匯障礙，確保數(shù)據(jù)安全。

3.1 BDB公開(kāi)數(shù)據(jù)格式體系框架

BDB公開(kāi)數(shù)據(jù)格式將以結(jié)構(gòu)化（使用文件數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite）和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)結(jié)合的方式對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行表述，其中將包含建筑、市政、電力、燃?xì)?、熱力、通信、環(huán)衛(wèi)、水利、園林、濕地、林地、軌道交通各專(zhuān)業(yè)的幾何數(shù)據(jù)、屬性信息、關(guān)聯(lián)關(guān)系、系統(tǒng)拓?fù)涞?，最終應(yīng)用于各類(lèi)平臺(tái)之中。具體BDB體系框架如圖1所示。

圖1 BDB公開(kāi)數(shù)據(jù)格式體系框架

3.2 BDB數(shù)據(jù)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

BDB數(shù)據(jù)概念結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)分為兩步完成：第一步是根據(jù)調(diào)研成果進(jìn)行數(shù)據(jù)抽象，設(shè)計(jì)局部概念模型；第二步是將局部概念模型綜合成全局概念模型。

3.2.1 數(shù)據(jù)抽象和設(shè)計(jì)局部概念結(jié)構(gòu)

在BDB公開(kāi)數(shù)據(jù)格式中，不同專(zhuān)業(yè)的信息需求是構(gòu)造全局概念結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。因此，先從專(zhuān)業(yè)分項(xiàng)的內(nèi)容需求出發(fā)，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、使用方法相似的專(zhuān)業(yè)建立一個(gè)相應(yīng)的局部概念結(jié)構(gòu)，在局部概念結(jié)構(gòu)建立時(shí)再對(duì)需求分析的結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化、補(bǔ)充和修改。例如各類(lèi)點(diǎn)狀工程中（民用建筑、工業(yè)建筑、市政建筑）的建筑單體文件在BDB公開(kāi)數(shù)據(jù)格式中的使用和存儲(chǔ)方法類(lèi)似，可以建立相應(yīng)的局部概念結(jié)構(gòu)，并根據(jù)不同點(diǎn)狀工程的需求分析，對(duì)點(diǎn)狀工程整體的局部概念結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)化、補(bǔ)充和修改。

3.2.2 將局部概念模型綜合成全局概念結(jié)構(gòu)

綜合BDB公開(kāi)數(shù)據(jù)格式各局部概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，可以得到反映北京地區(qū)各工程建設(shè)管控階段需求的全局概念結(jié)構(gòu)。在綜合過(guò)程中，著重處理各局部結(jié)構(gòu)對(duì)各種對(duì)象定義的不一致問(wèn)題，包括同名異義、異名同義和同一事物在不同專(zhuān)業(yè)局部概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中被抽象為不同類(lèi)型的對(duì)象（例如道路在點(diǎn)狀工程中被定義為屬性，在線(xiàn)性工程中被定義為幾何構(gòu)件）等問(wèn)題；且在綜合過(guò)程中同時(shí)解決了各專(zhuān)業(yè)的局部概念結(jié)構(gòu)合并產(chǎn)生的數(shù)據(jù)冗余問(wèn)題，做到輕量化數(shù)據(jù)表達(dá)。

（1）各專(zhuān)業(yè)局部概念結(jié)構(gòu)

在對(duì)BDB公開(kāi)數(shù)據(jù)格式局部概念模型進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，采用的是實(shí)體聯(lián)系方法（E-R方法），建立E-R模型，用E-R圖表示概念結(jié)構(gòu)，得到數(shù)據(jù)庫(kù)的局部概念結(jié)構(gòu)。BDB公開(kāi)數(shù)據(jù)格式研究?jī)?yōu)先開(kāi)展了建筑和市政專(zhuān)業(yè)的局部概念設(shè)計(jì)。

（2）全局概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

在完成BDB公開(kāi)數(shù)據(jù)格式局部概念模型設(shè)計(jì)后，對(duì)點(diǎn)狀工程-建筑專(zhuān)業(yè)、線(xiàn)性工程-市政道路、線(xiàn)性工程-市政管道的局部概念設(shè)計(jì)E-R圖進(jìn)行整理，最后形成匯聚點(diǎn)狀工程-建筑專(zhuān)業(yè)、線(xiàn)性工程-市政道路、線(xiàn)性工程-市政管道這三個(gè)子系統(tǒng)的全局概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其中各子系統(tǒng)中各類(lèi)二維和三維數(shù)據(jù)均以幾何形式在BDB中儲(chǔ)存和關(guān)聯(lián)，并對(duì)應(yīng)相應(yīng)材質(zhì)與紋理，如圖2所示。

圖2 全局概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

3.3 BDB數(shù)據(jù)格式優(yōu)勢(shì)

與常見(jiàn)的IFC、COBie等數(shù)據(jù)格式相比，BDB數(shù)據(jù)不僅適用于建筑專(zhuān)業(yè)，也適用于非建筑專(zhuān)業(yè)。BDB數(shù)據(jù)對(duì)于多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的可擴(kuò)展性相較于IFC、COBie等數(shù)據(jù)格式更簡(jiǎn)單、便捷，是一種公開(kāi)的通用數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)。

將各類(lèi)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為BDB格式，實(shí)現(xiàn)了將CAD、Revit、Catia、Bentley等各類(lèi)工程建設(shè)項(xiàng)目常用的二維/三維設(shè)計(jì)軟件中包含的用于建設(shè)管控的數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)損轉(zhuǎn)化。BDB兼容并承載多種數(shù)據(jù)格式，將各工程建設(shè)行業(yè)的數(shù)字化成果文件匯聚為BDB數(shù)據(jù)格式，便于各行業(yè)生成的成果進(jìn)入三維電子報(bào)建審查系統(tǒng)。

BDB格式作為公開(kāi)的數(shù)據(jù)交換格式，可以將根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求制作的不同版本、不同軟件的二維/三維數(shù)據(jù)進(jìn)行集中轉(zhuǎn)化，使報(bào)審數(shù)據(jù)可以徹底擺脫第三方軟件廠(chǎng)商對(duì)審查工具的束縛。作為貫穿整個(gè)建設(shè)周期過(guò)程的中間數(shù)據(jù)格式，能夠?yàn)榇祟?lèi)三維工程建設(shè)項(xiàng)目審批平臺(tái)提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

將BIM模型轉(zhuǎn)化為通用的BDB數(shù)據(jù)格式，在三維電子報(bào)建審查系統(tǒng)中進(jìn)行流轉(zhuǎn)，既保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性，又保障了系統(tǒng)的安全性，以輕量化的模型展示，保障三維電子報(bào)建審查系統(tǒng)的運(yùn)行性能。

4 結(jié) 語(yǔ)

三維電子報(bào)建審查系統(tǒng)具有模型可視化、審批智能化、數(shù)據(jù)可復(fù)用、平臺(tái)可拓展性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和城市規(guī)劃數(shù)據(jù)為三維電子報(bào)建審查系統(tǒng)提供數(shù)字基底和審查依據(jù)。針對(duì)BIM軟件種類(lèi)眾多、格式不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)管理困難等問(wèn)題，提出建立BDB公開(kāi)數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)，將多源異構(gòu)BIM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的BDB格式，在三維電子報(bào)建審查系統(tǒng)中進(jìn)行流轉(zhuǎn)審查，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性、安全性。