智慧城市建設中建筑物數據庫的設計

陳 真，何 津

(1. 珠海市城鄉規劃編審與信息中心，廣東 珠海 519000； 2. 武漢大學經濟與管理學院，湖北 武漢 430072； 3. 湖北大學資源環境學院，湖北 武漢 430062)

智慧城市建設中建筑物數據庫的設計

陳 真1，2，何 津3

(1. 珠海市城鄉規劃編審與信息中心，廣東 珠海 519000； 2. 武漢大學經濟與管理學院，湖北 武漢 430072； 3. 湖北大學資源環境學院，湖北 武漢 430062)

隨著經濟的飛速發展、城市化的不斷推進，以及城市數量的增加和質量的提高，建設智慧城市已成為城市發展的必由之路，而建筑物管理是其核心建設內容之一。本文提出了一種建筑物數據庫建設研究方案，討論了建筑物數據庫數據內容、數據庫邏輯結構及物理結構設計，此外還對具體數據庫系統分析設計方案進行了進一步論述，以供相關研究人員參考、討論。

智慧城市；建筑物數據庫；數據庫系統設計

隨著經濟的飛速發展、城市化的不斷推進，城市數量不斷增加，質量也在提高。目前，我國正處于城鎮化加速發展的時期，部分地區“城市病”問題日益嚴峻。為解決城市發展難題，實現城市可持續發展，建設智慧城市已成為當今世界城市發展不可逆轉的歷史潮流。住房和城鄉建設部辦公廳2012年11月22日正式印發《國家智慧城市試點暫行管理辦法》，將建筑物數據庫納入國家智慧城市(區、鎮)試點指標體系。

2013年4月住建部頒布《智慧城市公共信息平臺建設指南(試行)》，指出“公共基礎數據庫由人口數據庫、法人數據庫、宏觀經濟數據庫、地理空間數據庫及建筑物數據庫等五大類數據庫組成。

建設建筑物數據庫，從管理視角看：了解和掌握作為城市社會經濟生產生活載體的建筑物現狀和變化情況，越來越成為城市規劃、城市建設和城市管理的重要基礎；從信息共享視角看：建筑物是信息共享的基礎，是部門或行業之間信息共享的依據標準之一；從應用視角看：建筑物為數據積累、數據交換、數據轉換和決策支持提供支撐環境。

因此，建筑物信息數據庫系統是智慧城市建設的重要內容之一。但由于國內信息化建設起步晚，城市管理手段落后，相應的管理規范、標準不完善，技術資料較少。本文提出一種建筑物信息數據庫系統建設方案，以供相關人員討論、借鑒。

一、建筑物數據庫建設目標

1) 總體目標。根據經濟社會發展需要與住建部智慧城市試點建設指標要求，多方收集規劃、國土、房管、建設等部門的建筑物相關數據，進行分析比對后形成可執行的建筑物數據庫建設實施方案，以此為據進行數據采集、核查、整理、質檢、入庫、展示與應用，凝練工藝流程形成工作規程與統一信息編碼體系，指導后續更新與運營；建設建筑物數據綜合應用平臺，進行建筑物數據的一體化管理、多層展示、服務共享、數據更新、應用對接，實現建筑物數據與空間、人口、法人、經濟、地名地址等基礎數據的融合，并在財稅、招商、社管等領域開展應用。

2) 管理目標。對公共單體建筑物進行一體化管理,分層分戶展示,建筑物現狀動態更新。建筑物作為人口、法人、財稅、招商、房屋租賃數據的載體，通過建筑物可以查看分析人口、法人、財稅等狀況，統一監督管理，為經濟分析提供決策參考。形成一套建筑物數據編碼規范體系，建立空間與非空間數據及相關數據的關聯關系，形成公共基礎信息聯動更新機制，爭取在本市范圍內形成先試先行的示范效益。

3) 應用目標。建立空間數據庫，存儲建筑物幾何、位置信息，可與天地圖等在線背景圖疊加，快速生成建筑物專題地圖。此外，為重要建筑物建立精細2.5維立體模型，用戶可以全方位360°旋轉瀏覽建筑物，進行立體導航，整體分析建筑物分布情況，能夠查看每一棟建筑物的財稅、經濟收入；可以對建筑物數據動態維護更新，維持建筑物現狀信息，保證現勢性，建立以建筑物數據庫為核心的數據采集、建庫、動態更新及分發于一體的技術體系，使數據從生產、質檢、更新到管理全面實現一體化。

二、建筑物數據庫分析設計

1. 建筑物數據內容

(1) 城建檔案數據

城建檔案館數據主要是建設單位經過規劃部門審批結束后，評定核準的各類施工圖紙，主要包括平面核準圖、立面圖、剖面圖、平面布置核準圖。信息包括建筑基礎資料、設計要點、方案報審、施工報審、驗線、規劃驗收及變更等信息，這些信息記錄了建筑物從規劃立項、施工交付、使用維護到拆除整個生命周期過程。

(2) 建筑物擴展數據

建筑物擴展數據包括建筑物基底圖、總平面圖、平面圖、實景地圖和三維模型數據等。目前根據平臺需求，主要掛接建筑物總平面圖，通過建筑物編碼與建筑物進行關聯。總平面圖主要反映一個建筑工程的總體布局，具體表達建筑物的位置、標高、道路布置、構筑物、地形、地貌等基本情況的圖樣。建筑物總平面圖可作為新建筑物定位、施工放線及施工總平面圖布置的依據。

(3) 建筑物業務數據

建筑物業務數據主要包括建筑工程基礎資料、設計要點、方案報審、施工報審、驗線、規劃驗收及變更等信息表，主要是建筑物從立項規劃、施工交付、使用維護到全生命周期過程中的業務相關數據，通過建筑物編碼與建筑物進行關聯掛接。建筑物業務數據按照建筑物立項規劃、施工交付、使用運維、拆除等階段分別存儲。

(4) 建筑物專題數據

建筑物專題數據包括建筑物附屬設備及配套設施信息、能耗信息、住房保障信息和綠色建筑信息等，通過建筑物編碼與建筑物進行關聯掛接。

(5) 其他專題數據

其他專題數據主要為人口、法人、經濟財稅、招商、房屋租賃等國家基礎數據庫數據。以此建立相應的數據庫表結構。

2. 數據庫邏輯結構設計

由于建筑物數據量龐大，種類紛雜，如不設計結構良好的基礎框架，后期數據庫的可擴展性、穩定性、應用價值將會受到影響。因此，采用分層設計，如圖1所示。

建筑物數據庫邏輯結構設計分為3層，具體如下：

1) 業務子庫：根據數據的業務特點，分為基礎數據庫、擴展數據庫、業務數據庫、專題數據庫。

2) 數據細分層：對業務子庫進行具體劃分：基礎數據庫用于存儲建筑物城建檔案信息；擴展數據庫用于存儲建筑物基底圖、總平面圖、平面圖、實景地圖和三維模型數據等；業務數據庫用于存儲建筑物從立項規劃、施工交付、使用維護到全生命周期過程中的業務相關數據；專題數據庫用于存儲建筑物專題數據包括建筑物附屬設備及配套設施等信息。

3) 空間數據庫：擴展數據庫存儲建筑物的空間信息(位置、形狀、空間坐標系)，后期可與天地圖等地圖數據疊加，生成直觀的建筑物專題地圖，并可通過GIS工具，進行空間分析，提供決策支持。由于空間數據的復雜性，將其單獨存儲，建立空間數據庫。

圖1 數據庫邏輯結構

3. 數據庫物理結構設計

物理結構是在邏輯結構的基礎上，考慮各種具體的技術實現因素，進行數據庫體系結構設計，真正實現數據在數據庫中的存放。物理結構內容包括確定所有的表和列，定義表之間的關系，基于關系代數對數據庫設計進行范式化處理等內容。

由于城市建筑物數據量龐大，數據檢索效率至關重要，系統采用多維存儲方式，將相關數據劃分為數據集，再細分為數據表進行存儲，以提高存儲、檢索效率。具體物理結構設計如圖2所示。

4. 建筑物數據關聯及空間地址匹配

建筑物數據分為屬性數據與空間數據。屬性數據存儲在基礎數據庫、業務數據庫、專題數據庫中；空間數據包含建筑物的空間位置、形狀及相關地理坐標系，存儲在擴展數據庫中。

圖2 建筑物數據庫物理結構組織

建筑物數據采用統一、唯一的建筑物編碼，基礎數據庫、業務數據庫、專題數據庫中各類信息通過建筑物編碼實現數據關聯。如法人數據通過建筑物編碼、層編碼、戶編碼與建筑物戶室掛接，招商數據通過建筑物編碼與棟掛接，財稅通過建筑物編碼、層編碼與層掛接。

平臺可調用天地圖瓦片服務作為底圖，與擴展數據庫中建筑物空間數據進行疊加，自動生成建筑物地圖。并根據實際需求，將相應的屬性數據通過地址匹配與建筑物空間數據關聯，以符號或注記的形式顯示，生成各類的建筑物專題地圖。關聯及地址匹配關系如圖3所示。

5. 數據更新機制

由于城市發展變化快，數據庫是否具備完善更新方式是數據庫應用價值的重要指標。本項目對數據庫的更新提供以下兩種方式：

圖3 屬性、空間數據關聯關系

1) 本地更新。數據庫管理人員、維護人員采用本地更新的方式，數據采集人員進行建筑物信息匯編，由數據維護人員通過建筑物數據入庫更新桌面系統進行更新入庫，更新后的數據直接存入建筑物數據庫。

2) 在線更新。建筑物綜合應用系統的用戶可以采用在線更新方式，通過瀏覽器訪問數據門戶，更新建筑物的屬性信息，在線修改后，由運維管理人員進行核實，審批通過后，更新的數據才能入庫。由于安全性問題，在線更新方式只能更新建筑物部分屬性信息，對于建筑物唯一性數據及空間數據則無法更改。

更新流程如圖4所示。

三、建筑物綜合應用系統分析設計

建筑物綜合應用系統是為了滿足智慧新城的建設要求，依托于建筑物數據庫而構建的建筑物基礎平臺。此平臺主要提供以下功能：

1) 數據查詢功能，根據業務特點，提供相應查詢方式，方便業務人員高效檢索數據。

2) 建筑物信息統計分析功能，對建筑物相關專題數據和業務數據進行統計、分析。

3) 專題地圖功能，與天地圖、百度地圖等疊加；根據建筑物底圖及高程自動生成建筑的2.5維立體模型，讓用戶擁有更好的瀏覽體驗。

4) 建筑物專題地圖展示，建筑物屬性信息可標注在地圖上，方便用戶瀏覽，同時用戶還可通過地圖直接對建筑物的空間、屬性信息進行各種空間查詢、分析。

5) 在線更新，用戶在線維更新建筑物屬性信息。

6) 對外服務接口，建筑物數據服務、2.5維展示API。

圖4 數據更新機制

系統架構如圖5所示，平臺包含4個層次，分別為基礎設施層、數據層、服務層和應用層。

1) 基礎設施層。基礎設施層是建設平臺的硬件支撐層，包括基礎硬件、基礎軟件、網絡體系等基礎設施，并根據平臺的建設需要適當擴充設備。

2) 數據層。數據層提供數據服務，通過數據訪問API關聯底層建筑物數據庫，為建筑物業務數據提供統一支持工具。平臺建成后，后期數據會及時動態更新，數據量將會不斷增長，前臺建筑物入庫更新系統通過數據層對數據進行管理、維護。

3) 服務層。平臺服務層將現有的公共信息服務平臺、地理信息服務平臺業務能力進行整合。平臺提供WMTS服務，可為各類用戶提供空間數據服務、地址匹配服務、應用服務、查詢分析服務等。針對二次開發用戶，平臺提供數據服務、功能服務API接口，可以方便地進行二次開發，快速實現與業務系統無縫集成、擴展。

4) 應用層。應用層主要是各行業應用的統稱，提供一系列功能應用，解決用戶業務需求，如人口應用、法人應用、財稅應用，可以對專題數據進行查詢統計分析，實現更加直觀的展示。

圖5 總體架構

四、結束語

隨著我國經濟飛速發展，綜合國力不斷提高，建設智慧城市已成為進一步推動我國經濟發展的重要內容，而建筑物管理是其核心建設內容之一。本文提出了建筑物數據庫的建設目標，討論了建筑物數據庫數據內容，并論述了數據庫邏輯結構及物理結構設計。此外本文還提出了一種具體數據庫應用系統總體架構，以供相關研究人員參考、討論。

在未來工作中，將在具體技術應用方面作更多研究，進一步推動技術應用，積累實踐經驗。

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2016-07-13；

2016-07-21

陳 真(1982—)，男，博士生，高級工程師，主要從事GIS在城市規劃中的應用研究工作。E-mail：45623940@qq.com

何 津