基于GIS的住宅建筑安全信息系統的實現

陸 玨，陳 洋，蔡樂剛

（1.上海市房地產科學研究院，上海 200031）

住宅建筑的安全不僅關系到人民的生命安全，也影響著社會的和諧安定，是城市安全的重要組成部分。上海作為一個特大型城市，住宅建筑安全管理總體可控，但也仍存在著一些問題：①住宅建筑量大面廣、建造年代跨度長。截至2013年，上海市城鎮房屋建筑面積已超過11.06億m2，其中居住房屋約5.89億m2[1]。在房屋的使用過程中，不規范的裝修改造以及相鄰工程的施工，都對周邊房屋安全產生不利影響[2]。②房屋信息數據量大且存在缺失現象，信息變化頻繁，涉及的管理部門較多。無集中統一的信息化管理平臺，導致資料信息收集整理難，甚至存在丟失現象，成為突發事件應急處理中的短板。可見，針對數量龐大的住宅，有必要建立有關住宅安全的信息系統，利用GIS技術實現以圖管房，提高房屋管理數據分析的科學性和準確性[3,4]。本文在國內外調查研究的基礎上，建立了上海市城市住宅建筑安全信息系統，并對安全預警等功能作了初步探討，為全市房屋的信息化建設以及實時監控、全生命周期管理提供了技術支撐。

1 系統總體設計

基于GIS的住宅建筑安全信息系統的建設為實現數字化的城市住宅安全信息管理提供了可視化、形式多樣的綜合管理工具，包括房屋信息數據庫、住宅建筑相關數據的查詢分析、安全預警管理等房屋安全輔助管理功能。除提供電腦端服務外，同時還開發一套與電腦端實時交互的手機客戶端。系統注重房屋屬性與地圖的聯動，為房屋安全管理人員提供便捷的操作體驗與智能的輔助決策[5]。

1.1 系統體系結構設計

系統在公共地理信息數據及其API基礎上，以C/ S與B/S結合的方式為基礎架構，以地圖為基本展示平臺，采用空間數據庫管理和圖形處理技術進行建筑物監管。系統前端采用Flash RIA技術，充分展示地圖類應用的展示效果，并通過業務類的包裝將基礎地圖、房屋平面信息以及房屋安全業務表格進行綜合管理。系統同時具備多用戶訪問控制，通過用戶管理、權限管理確保數據的安全。

根據應用需求，系統總體框架由4個層次構成：基礎環境層、數據支撐層、應用支撐層和業務應用層。其中業務應用層實現住宅建筑基礎信息及安全預警信息的查詢和數據分析功能，把建筑管理中經常要用到卻與業務并不直接相關的查詢、分析以及GIS的功能進行封裝，用接口或消息驅動以及Web Service方式供業務層系統使用，根據業務需求對下層的功能進行組裝。

1.2 系統功能設計

住宅建筑安全信息系統功能的開發緊密圍繞房屋管理單位職能進行，主要包括：①信息管理，內容上為住宅建筑空間實體；表達方式上包括文本、報表、地圖、圖片、多媒體等類型；管理功能上包括信息的錄入、修改、整理、備份、瀏覽、檢索、提取、輸出。②輔助決策，包括建筑安全預警及預警處理；雙向查詢檢索、統計報表與專題圖生成；應用分析模型，如按安全隱患、修繕周期進行分析；空間分析模型，如基坑開挖、地鐵施工對住宅建筑安全的影響等。

2 系統關鍵技術

1）快速數據檢索機制——空間索引。為提高空間數據的獲取性能，系統采用了空間索引機制，即通過一個覆蓋全部要素類的二維索引，把要素按照網格范圍進行劃分并提取，從而提高數據獲取的性能[6]。

2）編輯的并發控制與管理。數據的實時性和安全性，是衡量系統后臺性能的重要指標。傳統的兩階段鎖不適合多用戶同時編輯數據的請求。本系統采用編輯的并發控制與管理，能夠在多個用戶同時更新運行時，保護數據庫的完整性。

3）RIA。傳統的因特網模型使用線性的設計，頻繁的服務器請求和頁面刷新會導致頁面打開緩慢和網絡帶寬降低。而采用RIA界面，可以從服務器響應影響整個界面，轉移到只響應請求的應用程序部分。

4）對象關系模型。系統的圖層數據采用了對象關系模型進行管理，圖形和屬性在數據庫中以記錄的方式集成，在涉及圖形及屬性的功能中，提高運行效率。

5）高速緩存（Cache）技術。Cache作為一個小容量存儲器，保存了下級存儲器中部分當前所需的數據，因此CPU可以直接從Cache中取得所需的數據，而不必訪問下一級存儲器，從而保證了系統的效率。系統在設計時重點保證訪問Cache有較高的命中率及訪問Cache與訪問下級存儲器的方式不變、容量不減。

6）負載均衡技術。負載均衡技術提供了一種有效、透明的方法擴展網絡設備和服務器帶寬、增加吞吐量、加強網絡數據處理能力，提高網絡的靈活性和可用性。

7）移動客戶端應用程序開發技術。系統除電腦端外，還配置一套與電腦端實時交互的手機客戶端。以Android系統為例，系統采用可重用和可替換組件部分Application Framework以平等各軟件間的關系，采用包含一個自定義2D圖形庫和基于OpenGL ES 1.0標準的3D實現的Optimized Graphics預留需求拓展空間，采用Rich Development Environment完整開發工具集，便于后期跟蹤、調試、內存檢測和性能測試。系統支持多種音頻、視頻及各種圖片格式，支持Flash、App2sd功能及其他Web應用API接口開發。

3 系統架構及功能

3.1 系統總體架構

基于GIS平臺的住宅建筑安全信息系統是在房屋信息數據庫基礎上，實現空間圖形與屬性信息的一體化展示、GIS應用、信息發布、數據分析等基本功能，并在此基礎上實現房屋安全預警、全生命周期管理等功能，如圖1所示。

3.2 房屋信息數據庫

房屋信息數據庫包含了房屋概況、建筑結構設備、建造信息、使用信息、檢測鑒定、修繕改造、保護建筑等信息。利用以圖管房的方式，獲取房屋的幢號，對房屋的坐落進行精確界定，利用唯一的幢號這條主線，貫穿房屋管理的各個環節，通過與地圖的聯動，實現房屋二維、三維信息的展示。

3.3 系統功能

圖1 住宅建筑安全信息系統框圖

基于GIS平臺的住宅建筑安全信息系統實現了住宅建筑信息的輸入輸出、查詢統計、數據分析、預警建模、數據更新、系統維護與管理等功能。

1）GIS通用功能，包括地圖瀏覽、導航定位、圖形量算、GIS查詢等。

2）房屋信息數據維護，包括建筑信息的新增、修改和刪除。

3）房屋安全預警，對于存在安全隱患的住宅建筑，系統在地圖上高亮顯示其位置，對各種預警進行不同程度的級別分類，并對應相應等級的預警指標[7]，同時以圖片、文字、聲音多重效果進行安全預警，制作專題地圖。其中安全預警系統的組成包括時間超限所引起的預警（超房屋設計使用年限、超檢測周期、超修繕周期等）；相鄰施工影響所引起的預警（地鐵施工、市政管網施工、基坑施工等），如圖2、圖3所示；不可抗力因素引起的房屋次生災害的預警（設施設備老化、地震、強臺風等）。為便于預警信息的管理，系統自動生成預警總表，對預警信息進行上調、下降和刪除，并可對預警信息采取發布、上報、反饋、查詢、統計等操作。

4）房屋信息數據分析，包括數據查詢和統計分析。①數據查詢，查詢條件包括范圍（自定義范圍、行政區劃、街道鄉鎮、點選建筑、填寫坐標確定范圍等）、建造年代、修繕周期、檢測周期、房屋地址、房屋名稱等；②統計分析，即系統針對大量的房屋相關數據進行計算，如按照建造年代、建筑類型、所有權性質、結構類型、層數、區域地塊、完損等級、預警類型、預警級別等條件對房屋進行分類交叉統計，按照統一的表格形式生成統計報表，并提供餅狀圖、柱狀圖、折線圖等多種展示方式，同時列出統計數據以查看其詳細信息（如圖4所示）。

圖3 安全預警生成

圖4 不同預警類型的房屋統計結果

5）移動客戶端應用功能，系統Beta版手機端除實現通用地圖功能外，還提供房屋基本信息多點、多級點查詢，安全預警信息的查詢、計算與發布，以及與電腦端的實時信息交互等功能（如圖5所示）。

6）公告通知，用于發布和查看公告通知，包括常規信息、征求意見、政策文件、施工信息、預警信息、突發情況等。

7）系統管理，通過后臺系統管理功能實現安全分析算法的調整和維護、參數字典的自定義配置、系統數據接口的變更和調整，實現登錄用戶的組織機構、角色和權限管理，通過組織機構、CA認證、角色授權來確保數據訪問的安全，以此來限制訪問數據的用戶以及控制用戶可訪問的數據內容范圍，并實現用戶登錄日志、數據操作日志、系統運行日志等的管理。

圖5 移動客戶端房屋安全預警信息的自動查詢與計算

4 結 語

住宅建筑安全信息系統以房屋信息數據庫為基礎，記錄住宅建筑基本情況，在此基礎上實現相應的基礎功能和業務功能，實現住宅建筑信息檔案的電子化以及落地上圖管理；針對房屋安全狀態等級，制定合理的安全預警閾值和等級，實現房屋安全預警；圍繞住宅建筑管理需求，梳理住宅建筑全生命周期管理，為住宅建筑的安全管理提供有力保障。

通過數字化、網絡化、智能化手段，建立基于GIS平臺的住宅建筑安全信息系統，對權屬信息、安全信息進行管理，以圖管房、圖檔一體，實現住宅建筑相關數據的查詢、分析，以及安全預警等住宅建筑安全輔助管理，以信息化、科學化輔助管理進行決策分析，從而讓房屋管理變得更加精細、透明、安全、高效，降低安全事故發生率，提高管理效率。

[1]上海市住房保障和房屋管理局辦公室.上海市住房保障和房屋管理局2013年報[Z].上海:上海市住房保障和房屋管理局,2014

[2]王軍,吳君侯,章宇,等.上海地區深基坑工程的環境安全問題[J].巖土工程學報,2006,28(增刊):1 328-1 331

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[5]盧毅敏,汪小欽,肖桂榮.面向電子政務的地理信息系統研究[C].杭州:中國地理信息系統協會第九屆年會論文集,2005

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[7]鐘興潤.既有房屋建筑物安全性評價及其管理研究[D].西安:西安建筑科技大學,2010