基于GIS和BIM技術的城建檔案大數據平臺設計與實現

施基炳，廖驊，羅紹輝

(南寧市勘察測繪地理信息院有限公司，廣西 南寧 530022)

1 引 言

推進電子檔案管理信息系統建設，與辦公自動化系統、業務系統等相互銜接是新時期檔案管理的迫切需求[1]。城建檔案館作為城建檔案數據的存儲地，應該發揮更加全面及深刻的價值，達到“善于獲取數據、分析數據、運用數據”的要求。

以南寧市為例，城建檔案涵蓋城市勘測、規劃、建設管理、市政公用、民用建筑等各類檔案超過100萬卷。目前，傳統的檔案管理存在檔案查閱周期長，檔案接收業務協同不足、工作量大等問題。本文基于GIS和BIM技術搭建了城建檔案大數據平臺，通過制定數據標準，實現數字化檔案及工程類聲像檔案多維度查詢、聯合接收，滿足城建檔案精細化管理，同時開展城建檔案地理信息掛接與信息提取工作，借助平臺規范業務流程、提升服務質量和精細化管理能力，為城市建設管理提供決策輔助能力。

2 平臺設計

2.1 架構設計

城建檔案大數據平臺采用B/S架構進行搭建，架構圖如圖1所示。

圖1 系統平臺架構圖

基礎設施層提供平臺運行所依賴的共享存儲設備、網絡設施、安全設施等，是支撐平臺穩定運行的技術集成環境；數據層在統一的數據標準和技術規范的規定下，結合數據分類和業務流程，將平臺的信息資源進行整合劃分，構建七大數據庫，是整個平臺的信息資源中心；服務層集成了提升業務效率、優化業務流程所需的新型信息技術，支撐平臺的開發和一體化集成；應用層建立在支撐服務層之上，結合具體業務和應用需求，開發并集成三大子系統：多維度查詢檢索子系統、聯合接收子系統、時空及屬性信息提取子系統，是平臺的軟件實現和表現層。

2.2 數據庫設計

平臺的數據庫設計需考慮檔案業務流程的定制、維護和流轉，還應結合檔案目錄、檔案掃描件、聲像資料等海量檔案數據的管理需求，并實現對檔案信息的時空化和深度挖掘，讓豐富的館藏檔案活起來。因此平臺共構建7個數據庫，數據庫設計圖如圖2所示。

圖2 數據庫設計圖

系統支撐庫：作為平臺有效運行的必要保證，存儲了平臺運行的相關環境配置信息、用戶權限信息、流程配置和相關日志等信息；

檔案目錄庫：以檔案檢索的高效化、便捷化、準確化為原則，結合紙質檔案結構和實際工作需求，構建一個以卷組目錄、案卷目錄和文件目錄為主要組成的樹狀結構目錄數據庫，包含項目名稱、檔案卷號、開竣工時間、建設單位、地址等。以檔案卷號作為索引建立與檔案掃描文件、聲像資料文件的關聯屬性，實現圖文檔一體化；

掃描文件庫：針對海量檔案電子掃描文件，構建掃描文件庫，其中掃描文件表負責記錄掃描件名稱、路徑、檔案卷號、序號，掃描統計表負責記錄檔案掃描件的數量、完整度、缺失情況等。為滿足檔案掃描件的調閱、打印、下載提供數據支撐；

聲像檔案庫：城建聲像檔案的展示形式有照片、影像、電子文件(Word、Excel)等，具有真實性、依據考察性和原始記錄性等檔案屬性和有較高的保存價值[2]，因此平臺構建聲像檔案庫，涵蓋聲像檔案基本資料表、照片表、影像表、電子文件表，實現聲像檔案數據與其他城建檔案數據的融合，使檔案數據更加有聲有色；

業務信息庫：基于實現數字化檔案及工程類聲像檔案多維度查詢、聯合接收的業務需求，

構建業務信息庫，其中檔案查閱信息表，用于記錄查閱人、查閱時間、查閱文件；檔案接收信息表，負責存儲檔案接收流程記錄；檔號管理信息表，用于檔案卷號的發放、管理；證明打印記錄，主要記錄檔案接收過程中產生的證明文件；

時空地理數據庫：由于檔案數據沒有和地理信息掛接，沒有和其他城市管理數據深度對接，利用效率和利用效益受到很大局限。構建時空地理數據庫，使檔案數據與用地、建筑地理數據掛接、落地、形成關聯關系，形成具有時空特性的城建檔案數據庫；

信息提取庫：城建檔案是城市建設工程項目開始、發展、結束的全過程記錄，能夠全面反映工程的真實情況，是寶貴的城市建設信息資源[3]，具有深入的數據挖掘和信息提取的價值，因此結合建設工程全生命周期過程，對檔案數據進行有效的提煉、分類、分級管理，建立信息提取數據庫，作為多源數據管理、開發應用、輔助決策的核心資源。

3 關鍵技術

為了提升平臺的易用性及運行效率，平臺采用了工作流引擎、搜索引擎、表單引擎、視頻轉碼、圖像識別等技術。其中，工作流引擎技術用于優化館內現有業務流程，實現館內各科室業務并聯流轉；搜索引擎技術用于提升檔案查閱檢索效率，多級檔案目錄聯合查詢達到秒級響應；表單引擎技術用于管理檔案信息提取標準，快速構建館內檔案信息提取模板；視頻轉碼技術用于提升聲像檔案查閱的效率，實現聲像檔案在線預覽；圖像識別技術用于掃描數字化檔案信息提取，加快存量檔案的信息提取工作。

4 功能實現

平臺功能涵蓋檔案管理工作的查閱利用、收集、立卷、歸檔、維護、時空化、信息提取、深度挖掘等內容，分為3個分工明確且相互銜接的子系統：多維度查詢檢索子系統、聯合接收子系統、時空及屬性信息提取子系統，以達到業務流程完善、功能模塊合理、人機交互體驗優秀的目的。

4.1 BIM集成

兼容主流的BIM數據標準，通過賦予BIM模型精確地理坐標，關聯建設工程檔案數據，可直觀展示建筑內外部結構和位置坐落，同時可快捷地調出對應建筑的電子檔案與提取信息，實現BIM模型和GIS信息、建設工程檔案的一體化管理、查詢、展示、提供利用的解決方案，如圖3所示。

4.2 多維度查詢檢索子系統

系統可從檔案電子目錄、地圖多個維度進行檔案查詢利用。

檔案電子目錄搜索方面，針對龐大的檔案體量，傳統的數據庫檢索查詢已無法滿足對檔案高效可操作利用，平臺集成了ElasticSearch搜索引擎，基于高性能數據存儲系統構建，集海量異構數據分析處理、元數據提取、索引數據統一構建管理、通用化檢索接口于一體[4]，系統由分布式的全文搜索引擎和海量數據索引服務組成，實現千萬級檔案數據的秒級查詢，如圖4所示。

圖4 電子檔案目錄查詢

地圖查檔方面：基于具有時空特性的城建檔案數據庫，實現由檔查圖，由圖查檔，降低檔案查詢門檻，提高檔案查詢利用效率。相對于條目繁雜的電子城建檔案來說，清晰直觀的地圖、可視化表達能夠為檔案查詢提供更加方便快捷地瀏覽應用體驗，如圖5所示。

圖5 地圖查檔

基于工作流引擎，梳理檔案對外查詢的審批流程，縮短檔案利用流程，通過流程配置，將登記、查閱、審批、打印、下載等工作流程串聯起來，可根據時間段對檔案查閱量進行統計分析，提高檔案利用效率。

4.3 聯合接收子系統

聯合接收子系統涵蓋檔案接收工作的收集、預覽、審核、立卷、歸檔、入庫等內容，檔案接收內容包括紙質檔案、紙質檔案掃描件、紙質檔案電子目錄、聲像檔案、聲像檔案電子目錄。以提升檔案歸檔率、完整率和質量為目的，基于工作流引擎，通過流程再造的形式，實現紙質檔案、聲像檔案聯合接收，通過檔案卷號定時自查，嚴格管理檔案號發放；基于轉碼技術將聲像檔案作為流程附件，提升檔案質量檢查效率；紙質檔案、聲像檔案電子目錄在審批完成后自動入庫，公眾可及時查閱檔案信息；聯合接收流程完畢后，系統自動輸出檔案移交證明；根據時間段分類統計檔案接收數量，實時展示檔案接收分析成果，如圖6所示。

圖6 檔案聯合接收審批

4.4 時空及屬性信息提取子系統

時空及屬性信息提取子系統為平臺的核心，立足于檔案行業信息化發展的高度，統籌城建基礎數據資源，以規劃審批、城市管理業務需求為指引，編制檔案信息提取標準，充分挖掘城建檔案內容，如規劃審批、勘察設計、建設施工、竣工運營等階段性資料，工程地質、地下工程、地上建筑的詳細信息等。平臺集成表單引擎技術，將已編制的信息提取標準程序化、界面可視化。通過人工判讀、OCR文字識別，在系統中實現檔案重要信息的提取、入庫，并定制地理信息數據掛接功能、檢查糾錯功能、增量數據更新功能，在日常檔案查詢、接收業務中形成信息提取庫的常態化更新機制，如圖7所示。

圖7 檔案信息提取

以地理數據為主線，串聯信息提取數據，包含項目名稱、地址、建設單位、建筑性質、高度、層數、開竣工日期等。集成GIS技術，以地圖形式進行數據展示，并實現自定義區域范圍內多指標統計，統計指標包含如建筑高度、建筑使用功能、人防等級、防火等級、總戶數等。

以信息提取數據為核心，通過知識圖譜技術，通過概念與概念、概念與實體、實體與實體、實體與屬性等之間的關系[5]，形成一個圖狀知識庫，為檔案查詢利用，以及更深層次的城建檔案應用提供數據支撐。

5 結 語

通過本平臺的建設，提升了南寧市城建檔案館檔案查詢、接收業務效率，以信息提取的方式建成了城建檔案數據庫，為城市規劃、建設、管理提供數據支撐。下一步將開展智慧城建檔案應用服務體系的建設，以智能問答應用方向為例，自然語言處理與知識圖譜相結合，通過“智能機器人”客服，為公眾提供檔案查詢服務。