基于BIM理念的規劃監督測繪數據挖掘分析

王天應

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060)

規劃監督測繪數據是規劃行政主管部門行政審批的數據支撐依據，數據內容涵蓋基底面積、容積率面積、總建筑面積、豎向標高等內容，成果資料包括建設工程竣工規劃驗收測量成果匯總表、規劃驗收測量平面位置關系圖、立面圖、竣工規劃測量地形圖等內容。從成果形式看，規劃監督的成果尚停滯在二維層面，展示途徑單一，直觀性差、專業性強，拓展應用水平不高，成千上萬的規劃監督測繪數據在項目審批結束后被閑置在檔案室。大數據時代即將到來，建設單位、規劃行政主管部門、物業管理等單位對規劃監督測繪數據提出了更高的應用要求, 集成化、信息化、一體化、可視化管理模式的需求日益突出。BIM(Building Information Modeling)是目前比較熱門的信息化、模擬化、虛擬現實化運作方式，BIM主要包括兩大核心理念: 通過一個綜合協同的多維仿真數字化、可視化平臺，使得這些信息服務于建筑工程的規劃、設計、施工、運營乃至拆除的全過程；能夠在綜合數字環境中保持信息共享和不斷更新，即在各種工程信息之間創建實時的、一致性的關聯關系，對平臺中信息的任何更改，可以在其他關聯的地方反映出來，使得建設單位、政府管理機構、設計單位、施工單位甚至用戶都可以清楚全面地了解項目進程。

BIM源于建筑工程，但BIM理念非建筑工程獨有，BIM理念的本質就是優化設計流程、控制質量和簡化管理，從而提高質量，降低成本，這無疑也是測繪行業未來發展的必然趨勢。本文基于BIM理念針對規劃監督測繪數據挖掘展開研究，其本質就是通過新技術融合提升項目效率和成果應用水平，響應“十三五”規劃綠色發展的要求。

1 規劃監督測繪數據挖掘

1.1 數據挖掘

數據挖掘可以定義為“從數據庫的大量數據中揭示出隱含的、先前未知的、潛在有用的信息的非平凡過程”，它是數據庫知識發現的核心，數據庫知識發現的過程具體步驟如下(見圖1)：①數據清洗；②數據集成；③數據轉換；④數據挖掘；⑤模式評估；⑥知識表示。典型的數據挖掘系統結構如圖2所示。

圖1 數據庫知識發現的過程

圖2 典型的數據挖掘系統結構

數據挖掘從空間數據中提取用戶感興趣的空間模型與特征、空間與非空間數據的普遍關系及其它一些隱含在空間數據庫中的普遍的數據特征； 數據挖掘的功能有概念描述、關聯分析、分類和預測、聚類分析、演化分析等功能。利用數據挖掘技術可以獲得多種知識,在許多情況下,用戶并不知道數據庫中存在哪些有價值的知識,因此一個數據挖掘系統應該能夠同時發現多種模式的知識,以便滿足用戶的需要。

1.2 規劃監督測繪數據挖掘

通過聚類分析，聚焦建設單位、規劃行政主管部門、物業管理等單位關注熱點，多角度、多手段、多層次提升數據應用效率。規劃監督測繪處于建筑竣工階段，基于BIM理念，依托新型測繪技術和多源數據,建立動態的、關聯性強的集成化、信息化、一體化、可視化管理平臺，管理模式如圖3所示。

圖3 新型管理模式

規劃監督測繪的數據倉庫由建設工程竣工規劃驗收測量成果匯總表、規劃驗收測量平面位置關系圖、立面圖、竣工規劃測量地形圖、建筑竣工圖等數據組成，采用三維建模技術手段建立數字三維模型。為了提升效率，可采用“地形圖+竣工圖+精確點云”的模式快速建模，為日照分析和多元化應用奠定基礎。日照分析可為準業主選房提供可視化決策依據，并從側面驗證建筑設計方案的科學性、合理性，同時把規劃監督成果與三維成果集成融合，為后續物業管理、用戶信息錄入提供銜接端口，實現集成化、信息化、一體化管理新模式，以滿足規劃行政主管部門、建設單位、物業管理部門及其他管理部門的多方應用需求。規劃監督測繪數據挖掘模式如圖4所示。

圖4 規劃監督測繪數據挖掘

2 實踐應用

本文以廣州市龍歸城保障房規劃監督項目為應用實例，龍歸城保障房項目是廣州的大型保障性住房示范小區，是落實省委戰略部署、建設“幸福廣東”的重要內容，也是打造“幸福廣州”的重要舉措。該項目建筑面積約108萬m2、占地面積約為34.6萬m2，是廣州市目前為止建筑規模最大的保障房項目，項目基于BIM理念針對規劃監督測繪數據進行挖掘分析，示范意義重大，如圖5所示。

圖5 龍歸城保障房社區效果圖

2.1 精確構建數字三維模型

數字三維模型使得人們對城市景觀現狀和規劃設計的描述擺脫基于二維地圖和三維實物模型的表現方式，代之以計算機輔助的三維立體表現形式，建筑物三維建模流程如圖6所示。

圖6 建筑物三維建模流程

綜合考慮技術先進性和可行性，采用精細模型建模與體塊模型建模結合的方式，建立三維模型。精細模型建模采用基于CORS和ICP算法的地面激光掃描儀快速測量地形的方法獲取點云數據，該方法將GPS天線與掃描儀同軸連接，以車輛為載體靜態360°掃描，基于CORS采用GPS-RTK同步測量掃描儀的站心大地坐標。該方法具備下列優點：

1)提出一整套激光點云與影像采集、配準、濾波、分類、量測及可視化技術方法和流程，如圖7、圖8所示。

2)注重協同創新，形成一套多傳感器一體化、數據一體化、功能一體化的新興測繪裝備。

圖7 基于CORS和ICP算法的地面激光掃描系統

圖8 獲取的點云數據

點云獲取之后，結合建筑竣工圖，建立三維模型，導入到3DMAX中進行貼圖和數據整理，充分利用3DMAX在紋理、材質和燈光方面的建模優勢，通過對高清影像渲染得到高質量的建筑紋理。體塊模型建?；纵喞€基于1∶500地形圖中建筑物的基底輪廓線直接生成，并與地形圖保持一致，基底的幾何形狀及建筑高度，通過拉伸等方法制作模型，紋理用單色表示。

精細建模與體塊建模結合的方式提升了建模效率(見圖9)，形成的三維成果可以為日照分析、建筑方案驗證服務，但后續的多元化應用存在一定的局限性(如物業管理很難精確到“戶”等)，在時間和經費允許的條件下，采用精細模型建模方式更為合理。

圖9 精細建模與體塊建模結合的三維模型

2.2 日照分析

陽光是一種寶貴資源，日照分析對于建設單位和規劃行政主管部門的意義不同：

1)對于建設單位和準業主而言，光照是反映住房是否“宜居”的一個重要指標，日照分析成果可以為準業主選房提供可視化決策依據；

2)對于規劃行政主管部門而言，日照分析成果可從側面驗證建筑審批方案的科學性、合理性，為后續的項目審批提供經驗借鑒。

采用光影三維規劃會商系統針對三維模型進行日照分析,模擬分析建筑物在不同時間、不同時段、不同方向所受到的光照影響。選取其中一棟建筑物南側(如圖10所示)為分析樣例，分析其在春分、夏至、秋分、冬至早上6:00時至下午18:00時的日照覆蓋率(如圖11、圖12所示)。

圖10 日照分析面選取

圖11 春分、夏至、秋分、冬至12時日照情況

圖12 春分、夏至、秋分、冬至日照分析結果

用戶可以根據需要在日照分析系統選擇分析對象、選定時間得出分析對象的日照覆蓋率情況，使用便捷，可視化程度高，成果形象直接。

2.3 多元化應用

通過平臺建設建立動態的、關聯性強的集成化、信息化、一體化、可視化管理平臺，這個信息平臺把規劃監督數據、物業管理數據及后續用戶數據關聯在一起，關聯模式如圖13所示。

圖13 多源數據融合集成

將成果匯總表、規劃驗收測量平面位置關系圖、立面圖、竣工規劃測量地形圖等竣工驗收資料與三維模型集成，在小區居民入住之后，將居民個人信息和物業管理系統納入到三維模型集成體系中，建立一個“動態、多源、多維化”的數據庫管理系統，實現各類數據的信息采集、存儲、檢索、分析、輸出和交換功能，以滿足規劃主管部門、建設單位、物業管理部門及其他管理部門的多方應用需求：

①規劃行政主管部門：將建設工程竣工規劃驗收測量的面積計算圖、平面位置關系圖、立面圖、地形圖等竣工驗收成果與三維模型集成(如圖14、圖15所示)，實現對傳統成果形式的顛覆，摒棄傳統資料用點、線、符號等簡單元素表示某元件的理念，采用面向對象的數據表達形式來描述項目的每一個組成部分，這樣的模型承載的信息比平面圖要豐富得多，并且更加形象生動。

②物業管理部門：將三維模型集成系統與后期物業管理系統對接，并以“戶”為最小單元，將住戶信息與系統進行捆綁集成，實現物業管理的傳統二維向多維轉變，并且可根據需要對系統進行升級改造，以滿足人們對可視化、協調性、模擬性、可出圖性成果的需求。

③其他管理部門等：由于集成的BIM包括三維數字模型、用戶信息、樓層分布等重要信息因素，三維數字模型具有可量測空間距離的特點，以消防部門為例，及時了解著火點與最近消防栓之間的空間位置信息(如圖16所示)對于快速優化救援方案具有重要意義。

3 結束語

BIM理念的本質是優化設計流程、控制質量和簡化管理，從而提高質量，降低成本，這無疑也是測繪行業未來發展的必然趨勢。本文融合多源數據，采用包括地面三維激光掃描技術在內的新方法，實現集成化、信息化、一體化管理新模式，以滿足規劃行政主管部門、建設單位、物業管理部門及其他管理部門的多方應用需求，對類似項目具有示范意義。

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