城建檔案關(guān)聯(lián)融合數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳婷 陳小聰 袁暘 方立南

(1.廣州城市信息研究所有限公司；2.大連市住房城鄉(xiāng)建設(shè)事務(wù)服務(wù)中心)

城建檔案是在城市規(guī)劃、建設(shè)及管理活動中形成的具有保存價(jià)值的文字、圖紙、聲像等各種載體的文字材料[1]，是城市發(fā)展的重要記載資料。它真實(shí)記錄了工程建設(shè)項(xiàng)目從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工到竣工驗(yàn)收的完整過程，是寶貴的信息資源，是城市規(guī)劃建設(shè)中涉及的新城區(qū)開發(fā)、老舊小區(qū)改造、基礎(chǔ)設(shè)施改擴(kuò)建、城市微改造等的必要參考資料和依據(jù)，也是應(yīng)對處置自然災(zāi)害、突發(fā)公共事件不可或缺的重要參考。然而，盡管各地城建檔案館的館藏檔案包含了海量的建設(shè)項(xiàng)目全過程數(shù)據(jù)，卻普遍存在著“重保管輕利用”的情況，導(dǎo)致承載了海量信息的“數(shù)據(jù)巨龍”長眠于庫房中，因此需借助信息化、智能化手段將之“喚醒”，使城建檔案更好地為城市建設(shè)、社會發(fā)展服務(wù)[2]。

1.城建檔案信息化發(fā)展現(xiàn)狀

城建檔案信息化工作是我國電子政務(wù)建設(shè)中不可或缺的一環(huán)[3]?！丁笆奈濉比珖鴻n案事業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出全面推進(jìn)檔案治理、資源、利用、安全“四個(gè)體系”建設(shè)以及深化檔案信息化戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型總體目標(biāo)，要求推動檔案全面納入國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，使用大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)將檔案進(jìn)行可視化、集成化處理，形成城市建設(shè)檔案綜合管理[4]。由于城建檔案與生俱來的時(shí)空特征，城建檔案數(shù)據(jù)與城市空間特征緊密相關(guān)，因此基于時(shí)空大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)城建檔案管理信息化是必經(jīng)之路。

國內(nèi)城建檔案信息化發(fā)展至今，城建檔案管理模式大致可以分為三個(gè)階段：一是純?nèi)斯す芾?；二是正在或已?jīng)建立了城建檔案計(jì)算機(jī)目錄管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)城建檔案數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)化；三是基于城建檔案大數(shù)據(jù)的電子化數(shù)據(jù)化管理模式，包括建立城建檔案地理信息系統(tǒng)，開展數(shù)字信息資源建設(shè)與綜合信息服務(wù)工作，建設(shè)城建檔案數(shù)據(jù)庫等[5]。而第三階段將大量的紙質(zhì)檔案轉(zhuǎn)化為數(shù)字檔案，這一過程必然會產(chǎn)生海量的檔案數(shù)據(jù)，如何高效管理并有效開發(fā)利用這些數(shù)據(jù)是當(dāng)前亟需解決的重要問題[6]。而大量城建檔案數(shù)據(jù)如地質(zhì)勘察報(bào)告、工程地質(zhì)、施工材料、建筑材料、消防驗(yàn)收問題記錄等詳細(xì)信息，只有進(jìn)行有效的分析提煉，建立數(shù)據(jù)間有效的關(guān)聯(lián)，才能滿足數(shù)據(jù)分析和利用的要求[7]。

城建檔案數(shù)據(jù)涉及的內(nèi)容繁多、格式多樣。數(shù)據(jù)內(nèi)容上包括建筑、市政、機(jī)電、風(fēng)水電等建設(shè)工程檔案、業(yè)務(wù)檔案以及矢量、影像、傳統(tǒng)三維模型、BIM 模型等空間數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)格式上涉及表格、圖片、文檔、CAD、視頻等電子檔案格式，以及shp 矢量文件、影像切片、三維模型文件等空間數(shù)據(jù)格式；數(shù)據(jù)層級上包括了工程項(xiàng)目、單位工程、建筑單體等業(yè)務(wù)層級。如何實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)檔案數(shù)據(jù)的提取、轉(zhuǎn)換、集成整合，建立檔案數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)層級關(guān)聯(lián)關(guān)系以及空間關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)整合和空間融合，是城建檔案數(shù)據(jù)可視化分析應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。

2.城建檔案關(guān)聯(lián)融合數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)

2.1 城建檔案多主體多級編碼體系

按照城建檔案涉及的工程項(xiàng)目、單位工程、建筑物三類主體和業(yè)務(wù)層級，制定工程項(xiàng)目編碼、單位工程編碼以及建筑物編碼三個(gè)層級的編碼體系來關(guān)聯(lián)工程檔案數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)檔案數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)?？v向上，一個(gè)項(xiàng)目包含一個(gè)或多個(gè)單位工程，兩者通過工程項(xiàng)目編碼進(jìn)行關(guān)聯(lián)；一個(gè)單位工程包含一個(gè)或多個(gè)建筑物單體，兩者通過單位工程編碼進(jìn)行關(guān)聯(lián)。橫向上，通過項(xiàng)目編碼來關(guān)聯(lián)項(xiàng)目用地紅線空間數(shù)據(jù)以及項(xiàng)目級業(yè)務(wù)檔案、工程檔案數(shù)據(jù)；通過單位工程編碼來關(guān)聯(lián)工程級業(yè)務(wù)檔案數(shù)據(jù)和工程檔案數(shù)據(jù)；通過建筑物編碼來關(guān)聯(lián)建筑物基底面、三維模型和BIM 模型等空間數(shù)據(jù)。城建檔案多主體多級編碼體系如圖1 所示。

圖1 城建檔案多主體多級編碼體系設(shè)計(jì)

2.2 城建檔案關(guān)聯(lián)融合數(shù)據(jù)模型

將城建檔案數(shù)據(jù)劃分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、綜合數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)四大類。在現(xiàn)有城建檔案數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，分析并提取與空間位置相關(guān)的數(shù)據(jù)，形成城建檔案空間數(shù)據(jù)。在現(xiàn)有建設(shè)工程電子文件和建設(shè)電子檔案基礎(chǔ)上，進(jìn)行規(guī)范化、結(jié)構(gòu)化處理，形成城建檔案基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；在此基礎(chǔ)上圍繞工程項(xiàng)目、單位工程以及建筑物單體三個(gè)業(yè)務(wù)層級對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、關(guān)聯(lián)、分類、整合形成綜合數(shù)據(jù)。同時(shí)，以城建檔案空間數(shù)據(jù)為入口，建立城建檔案空間數(shù)據(jù)與綜合數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。此外，分別建立空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)、綜合數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)、檔案數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行描述。城建檔案關(guān)聯(lián)融合數(shù)據(jù)模型如圖2 所示。

圖2 城建檔案關(guān)聯(lián)融合數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)

圖3 城建檔案關(guān)聯(lián)融合工具

圖4 以圖查檔

圖5 建筑生長過程模擬

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是在工程建設(shè)過程中形成的各種形式的信息記錄，包括工程準(zhǔn)備階段文件（A 類）、監(jiān)理文件（B 類）、施工文件（C 類）、竣工圖（D 類）、工程竣工驗(yàn)收文件（E 類）和聲像、縮微、電子檔案（F 類）?；A(chǔ)數(shù)據(jù)主要來源于原始工程電子檔案，包括數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)、文件、掃描圖紙等，通過數(shù)據(jù)清洗、轉(zhuǎn)換、加載等過程，形成結(jié)構(gòu)化存儲于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。對于采用文件形式存儲的電子檔案數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)格式特點(diǎn)，開發(fā)數(shù)據(jù)處理入庫工具，通過數(shù)據(jù)質(zhì)檢、數(shù)據(jù)文件解析、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)進(jìn)行轉(zhuǎn)換入庫；對于基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)開發(fā)的電子文件編制軟件，可以采用批量導(dǎo)入的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫。

綜合數(shù)據(jù)是在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，圍繞工程項(xiàng)目、單位工程以及建筑物單體三個(gè)業(yè)務(wù)層級進(jìn)行抽取、關(guān)聯(lián)、分類、整合形成的具備應(yīng)用價(jià)值的綜合數(shù)據(jù)。每個(gè)層級按基本信息+擴(kuò)展信息的方式進(jìn)行描述。其中基本信息是該層級共有的基礎(chǔ)的相對穩(wěn)定的信息；擴(kuò)展信息是對基本信息的進(jìn)一步補(bǔ)充說明，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行擴(kuò)展。同時(shí)建立工程項(xiàng)目、單位工程、建筑物單體之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。其中，工程項(xiàng)目、單位工程、建筑物單體之間通過工程項(xiàng)目編碼、單位工程編碼關(guān)聯(lián)。基本信息與擴(kuò)展信息之間分別通過工程項(xiàng)目編碼、單位工程編碼、建筑物編碼關(guān)聯(lián)。

空間數(shù)據(jù)包括電子地圖、業(yè)務(wù)實(shí)體、三維模型數(shù)據(jù)、BIM 模型數(shù)據(jù)，主要通過基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)服務(wù)共享調(diào)用、CAD 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理、建筑基底數(shù)據(jù)采編、三維模型樣例數(shù)據(jù)生產(chǎn)等方式進(jìn)行建設(shè)，并針對業(yè)務(wù)實(shí)體數(shù)據(jù)，建立工程項(xiàng)目、單位工程、建筑物、三維模型之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，同時(shí)建立建筑物與三維模型、BIM 模型之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

同時(shí)參照國家現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)，分別針對檔案基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、檔案綜合數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)建立相關(guān)元數(shù)據(jù)模板。對于檔案基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其元數(shù)據(jù)主要用于描述文件層級、文件標(biāo)識、所屬建設(shè)工程分類、所屬城建檔案分類、所屬工程階段、來源單位、存儲介質(zhì)、存儲位置、數(shù)量或大小、主題詞或關(guān)鍵詞、提要等內(nèi)容；對于檔案綜合數(shù)據(jù)，其元數(shù)據(jù)主要用于描述業(yè)務(wù)層級、業(yè)務(wù)標(biāo)識、所屬建設(shè)工程分類、所屬城建檔案分類、所屬工程階段、來源單位等內(nèi)容；對于空間數(shù)據(jù)，其元數(shù)據(jù)主要用于描述空間數(shù)據(jù)類型、所屬建設(shè)工程分類、所屬城建檔案分類、所屬工程階段、來源單位、數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性、數(shù)據(jù)要素類型、數(shù)據(jù)文件格式、比例尺、坐標(biāo)系、數(shù)據(jù)范圍等內(nèi)容。

3.應(yīng)用實(shí)踐

3.1 城建檔案關(guān)聯(lián)融合工具集構(gòu)建

建立城建檔案關(guān)聯(lián)系列工具集，實(shí)現(xiàn)檔案數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)層級關(guān)聯(lián)和空間關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)電子檔案數(shù)據(jù)批量轉(zhuǎn)換入庫，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)檔案數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)整合。主要包括統(tǒng)一建筑物編碼、電子檔案入庫及綜合數(shù)據(jù)提取整合工具。

（1）統(tǒng)一建筑物編碼工具

統(tǒng)一建筑編碼工具用于實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目圖紙配準(zhǔn)、項(xiàng)目紅線采編、建筑物基底采編、建筑物編碼、檔案關(guān)聯(lián)掛接等完整業(yè)務(wù)流程。首先，將掃描好的工程圖紙加載到系統(tǒng)，輸入控制點(diǎn)坐標(biāo)后利用配準(zhǔn)工具進(jìn)行配準(zhǔn)，使得工程圖紙與建筑物數(shù)據(jù)完全疊加。其次，以配準(zhǔn)后的工程圖紙為底圖，在其上用編輯工具勾繪項(xiàng)目用地紅線，繪制完成后編輯其關(guān)聯(lián)信息，主要是生成項(xiàng)目編碼及單位工程編碼。最后，以配準(zhǔn)后的工程圖紙為底圖，并在項(xiàng)目紅線范圍內(nèi)進(jìn)一步繪制該項(xiàng)目內(nèi)的建筑物單體。繪制完成后編輯其關(guān)聯(lián)信息，生成建筑物編碼，錄入建筑物自然屬性和工程檔案屬性、上傳工程照片等。從而建立起工程項(xiàng)目、單位工程、建筑單體三級業(yè)務(wù)層級檔案關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)以建筑物數(shù)據(jù)為載體的檔案數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的融合。

（2）電子檔案入庫工具

電子檔案入庫工具用于將建設(shè)工程電子文件編制軟件生成的數(shù)據(jù)包批量解析入庫，以結(jié)構(gòu)化形式存儲到關(guān)系數(shù)據(jù)庫，通過工程項(xiàng)目編碼、單位工程編碼與工程項(xiàng)目、單位工程實(shí)體建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)檔案內(nèi)容數(shù)據(jù)庫化，形成結(jié)構(gòu)化的檔案基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為檔案數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用打下數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。其中涉及兩個(gè)環(huán)節(jié)：一是建立電子文件的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)與關(guān)系數(shù)據(jù)庫表的映射關(guān)系,基于映射關(guān)系建立建表批處理程序，實(shí)現(xiàn)建設(shè)工程基礎(chǔ)業(yè)務(wù)表結(jié)構(gòu)的批量創(chuàng)建，為電子文件數(shù)據(jù)提取入庫提供載體。二是基于上述源表到目標(biāo)表的映射關(guān)系，建立電子文件批量解析入庫工具，將表格數(shù)據(jù)自動解析轉(zhuǎn)換到關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電子文件內(nèi)容批量提取入庫。

（3）綜合數(shù)據(jù)提取整合工具

在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，針對應(yīng)用需求，基于ETL 技術(shù)抽取整合相應(yīng)字段內(nèi)容，形成按項(xiàng)目、單位工程、建筑物三個(gè)層級組織的面向應(yīng)用需求的綜合數(shù)據(jù)。ETL 流程主要包括數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)加載等步驟。抽取配置包括配置要抽取的源數(shù)據(jù)庫信息，以及要抽取的數(shù)據(jù)表；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是對抽取的源數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，包括字段篩選、去除重復(fù)記錄、增加序列等；數(shù)據(jù)加載是將處理后的數(shù)據(jù)整合到目標(biāo)數(shù)據(jù)庫。

3.2 城建檔案關(guān)聯(lián)融合應(yīng)用探索

一方面，基于城建檔案數(shù)據(jù)在空間尺度和業(yè)務(wù)層級的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)以三維地圖、三維模型、BIM 等多尺度空間場景為載體的多層級城建檔案圖文檔一體化查詢展示。基于建立的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系，在二三維地圖場景中，通過項(xiàng)目名稱、項(xiàng)目地址等關(guān)鍵信息查詢檔案信息，可快速直觀地在二三維地圖場景中定位到特定工程項(xiàng)目位置，并可進(jìn)一步關(guān)聯(lián)查看檔案詳情?；诮⒌臉I(yè)務(wù)層級關(guān)聯(lián)關(guān)系，在查看檔案詳情時(shí)，可關(guān)聯(lián)查看項(xiàng)目級、工程級、建筑單體級檔案信息。

另一方面，針對有BIM 數(shù)據(jù)的工程項(xiàng)目，可切換至BIM 模型場景，查詢具體建筑構(gòu)件的屬性。通過BIM 模型關(guān)聯(lián)經(jīng)時(shí)序化處理的施工照片、建筑材料等檔案數(shù)據(jù)，支持按照建設(shè)時(shí)序進(jìn)行建設(shè)過程動態(tài)模擬推演，即將建筑物過程模型及相應(yīng)時(shí)段的施工圖片、建筑材料使用情況等，按照時(shí)間序列進(jìn)行動態(tài)演示，實(shí)現(xiàn)建筑物生長過程的動態(tài)模擬。

4.結(jié)語

本文探索了時(shí)空大數(shù)據(jù)與城建檔案的融合應(yīng)用。通過將城建檔案電子檔案數(shù)據(jù)活化、空間化，基于空間位置關(guān)聯(lián)檔案業(yè)務(wù)信息，構(gòu)建圖屬一體化的城建檔案數(shù)據(jù)庫，探索運(yùn)用BIM 模型激活城建檔案數(shù)據(jù)價(jià)值的技術(shù)路線，運(yùn)用新一代信息技術(shù)深化檔案應(yīng)用，形成一條可復(fù)制的檔案信息化應(yīng)用的路線和經(jīng)驗(yàn)，在新型城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、實(shí)施城市更新行動中具有較大推廣價(jià)值。未來將進(jìn)一步融合互聯(lián)網(wǎng)+、區(qū)塊鏈、人工智能等新技術(shù)，不斷創(chuàng)新城建檔案管理方法、技術(shù)手段和應(yīng)用模式，逐步形成智慧收集、智慧管理、智慧服務(wù)三大應(yīng)用體系，構(gòu)建支撐城市科學(xué)治理的城建檔案智慧管理服務(wù)體系，助力數(shù)字政府和新型智慧城市建設(shè)。