城建檔案關聯融合數據模型設計與應用

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.大連市住房城鄉建設事務服務中心)

城建檔案是在城市規劃、建設及管理活動中形成的具有保存價值的文字、圖紙、聲像等各種載體的文字材料[1]，是城市發展的重要記載資料。它真實記錄了工程建設項目從規劃、設計、施工到竣工驗收的完整過程，是寶貴的信息資源，是城市規劃建設中涉及的新城區開發、老舊小區改造、基礎設施改擴建、城市微改造等的必要參考資料和依據，也是應對處置自然災害、突發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項目全過程數據，卻普遍存在著“重保管輕利用”的情況，導致承載了海量信息的“數據巨龍”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、社會發展服務[2]。

1.城建檔案信息化發展現狀

城建檔案信息化工作是我國電子政務建設中不可或缺的一環[3]。《“十四五”全國檔案事業發展規劃》提出全面推進檔案治理、資源、利用、安全“四個體系”建設以及深化檔案信息化戰略轉型總體目標，要求推動檔案全面納入國家大數據戰略，使用大數據等信息技術將檔案進行可視化、集成化處理，形成城市建設檔案綜合管理[4]。由于城建檔案與生俱來的時空特征，城建檔案數據與城市空間特征緊密相關，因此基于時空大數據技術實現城建檔案管理信息化是必經之路。

國內城建檔案信息化發展至今，城建檔案管理模式大致可以分為三個階段：一是純人工管理；二是正在或已經建立了城建檔案計算機目錄管理系統，實現城建檔案數據管理計算機化；三是基于城建檔案大數據的電子化數據化管理模式，包括建立城建檔案地理信息系統，開展數字信息資源建設與綜合信息服務工作，建設城建檔案數據庫等[5]。而第三階段將大量的紙質檔案轉化為數字檔案，這一過程必然會產生海量的檔案數據，如何高效管理并有效開發利用這些數據是當前亟需解決的重要問題[6]。而大量城建檔案數據如地質勘察報告、工程地質、施工材料、建筑材料、消防驗收問題記錄等詳細信息，只有進行有效的分析提煉，建立數據間有效的關聯，才能滿足數據分析和利用的要求[7]。

城建檔案數據涉及的內容繁多、格式多樣。數據內容上包括建筑、市政、機電、風水電等建設工程檔案、業務檔案以及矢量、影像、傳統三維模型、BIM 模型等空間數據；數據格式上涉及表格、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據格式；數據層級上包括了工程項目、單位工程、建筑單體等業務層級。如何實現多源異構檔案數據的提取、轉換、集成整合，建立檔案數據的業務層級關聯關系以及空間關聯關系，實現業務整合和空間融合，是城建檔案數據可視化分析應用的前提和基礎。

2.城建檔案關聯融合數據模型設計

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目、單位工程、建筑物三類主體和業務層級，制定工程項目編碼、單位工程編碼以及建筑物編碼三個層級的編碼體系來關聯工程檔案數據、業務檔案數據和空間數據。縱向上，一個項目包含一個或多個單位工程，兩者通過工程項目編碼進行關聯；一個單位工程包含一個或多個建筑物單體，兩者通過單位工程編碼進行關聯。橫向上，通過項目編碼來關聯項目用地紅線空間數據以及項目級業務檔案、工程檔案數據；通過單位工程編碼來關聯工程級業務檔案數據和工程檔案數據；通過建筑物編碼來關聯建筑物基底面、三維模型和BIM 模型等空間數據。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計

2.2 城建檔案關聯融合數據模型

將城建檔案數據劃分為基礎數據、綜合數據、空間數據、元數據四大類。在現有城建檔案數據基礎上，分析并提取與空間位置相關的數據，形成城建檔案空間數據。在現有建設工程電子文件和建設電子檔案基礎上，進行規范化、結構化處理，形成城建檔案基礎數據；在此基礎上圍繞工程項目、單位工程以及建筑物單體三個業務層級對基礎數據進行抽取、關聯、分類、整合形成綜合數據。同時，以城建檔案空間數據為入口，建立城建檔案空間數據與綜合數據、基礎數據之間的關聯關系。此外，分別建立空間數據元數據、綜合數據元數據、檔案數據元數據對上述數據進行描述。城建檔案關聯融合數據模型如圖2 所示。

圖2 城建檔案關聯融合數據模型設計

圖3 城建檔案關聯融合工具

圖4 以圖查檔

圖5 建筑生長過程模擬

基礎數據是在工程建設過程中形成的各種形式的信息記錄，包括工程準備階段文件（A 類）、監理文件（B 類）、施工文件（C 類）、竣工圖（D 類）、工程竣工驗收文件（E 類）和聲像、縮微、電子檔案（F 類）。基礎數據主要來源于原始工程電子檔案，包括數據庫數據、文件、掃描圖紙等，通過數據清洗、轉換、加載等過程，形成結構化存儲于關系數據庫的基礎數據。對于采用文件形式存儲的電子檔案數據，分析數據格式特點，開發數據處理入庫工具，通過數據質檢、數據文件解析、數據關聯進行轉換入庫；對于基于關系數據庫技術開發的電子文件編制軟件，可以采用批量導入的方式進行數據入庫。

綜合數據是在基礎數據的基礎上，圍繞工程項目、單位工程以及建筑物單體三個業務層級進行抽取、關聯、分類、整合形成的具備應用價值的綜合數據。每個層級按基本信息+擴展信息的方式進行描述。其中基本信息是該層級共有的基礎的相對穩定的信息；擴展信息是對基本信息的進一步補充說明，可以根據實際情況進行擴展。同時建立工程項目、單位工程、建筑物單體之間的關聯關系。其中，工程項目、單位工程、建筑物單體之間通過工程項目編碼、單位工程編碼關聯。基本信息與擴展信息之間分別通過工程項目編碼、單位工程編碼、建筑物編碼關聯。

空間數據包括電子地圖、業務實體、三維模型數據、BIM 模型數據，主要通過基礎地理數據服務共享調用、CAD 數據轉換處理、建筑基底數據采編、三維模型樣例數據生產等方式進行建設，并針對業務實體數據，建立工程項目、單位工程、建筑物、三維模型之間的關聯關系，同時建立建筑物與三維模型、BIM 模型之間的關聯關系。

同時參照國家現行技術規范規定及標準，分別針對檔案基礎數據、檔案綜合數據、空間數據建立相關元數據模板。對于檔案基礎數據，其元數據主要用于描述文件層級、文件標識、所屬建設工程分類、所屬城建檔案分類、所屬工程階段、來源單位、存儲介質、存儲位置、數量或大小、主題詞或關鍵詞、提要等內容；對于檔案綜合數據，其元數據主要用于描述業務層級、業務標識、所屬建設工程分類、所屬城建檔案分類、所屬工程階段、來源單位等內容；對于空間數據，其元數據主要用于描述空間數據類型、所屬建設工程分類、所屬城建檔案分類、所屬工程階段、來源單位、數據現勢性、數據要素類型、數據文件格式、比例尺、坐標系、數據范圍等內容。

3.應用實踐

3.1 城建檔案關聯融合工具集構建

建立城建檔案關聯系列工具集，實現檔案數據業務層級關聯和空間關聯，實現電子檔案數據批量轉換入庫，實現多源異構檔案數據的關聯整合。主要包括統一建筑物編碼、電子檔案入庫及綜合數據提取整合工具。

（1）統一建筑物編碼工具

統一建筑編碼工具用于實現工程項目圖紙配準、項目紅線采編、建筑物基底采編、建筑物編碼、檔案關聯掛接等完整業務流程。首先，將掃描好的工程圖紙加載到系統，輸入控制點坐標后利用配準工具進行配準，使得工程圖紙與建筑物數據完全疊加。其次，以配準后的工程圖紙為底圖，在其上用編輯工具勾繪項目用地紅線，繪制完成后編輯其關聯信息，主要是生成項目編碼及單位工程編碼。最后，以配準后的工程圖紙為底圖，并在項目紅線范圍內進一步繪制該項目內的建筑物單體。繪制完成后編輯其關聯信息，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。從而建立起工程項目、單位工程、建筑單體三級業務層級檔案關聯，實現以建筑物數據為載體的檔案數據與空間數據的融合。

（2）電子檔案入庫工具

電子檔案入庫工具用于將建設工程電子文件編制軟件生成的數據包批量解析入庫，以結構化形式存儲到關系數據庫，通過工程項目編碼、單位工程編碼與工程項目、單位工程實體建立關聯關系，實現檔案內容數據庫化，形成結構化的檔案基礎數據，為檔案數據綜合應用打下數據基礎。其中涉及兩個環節：一是建立電子文件的數據存儲結構與關系數據庫表的映射關系,基于映射關系建立建表批處理程序，實現建設工程基礎業務表結構的批量創建，為電子文件數據提取入庫提供載體。二是基于上述源表到目標表的映射關系，建立電子文件批量解析入庫工具，將表格數據自動解析轉換到關系數據庫存儲的結構化數據，實現電子文件內容批量提取入庫。

（3）綜合數據提取整合工具

在基礎數據基礎上，針對應用需求，基于ETL 技術抽取整合相應字段內容，形成按項目、單位工程、建筑物三個層級組織的面向應用需求的綜合數據。ETL 流程主要包括數據抽取、數據轉換、數據加載等步驟。抽取配置包括配置要抽取的源數據庫信息，以及要抽取的數據表；數據轉換是對抽取的源數據進行轉換處理，包括字段篩選、去除重復記錄、增加序列等；數據加載是將處理后的數據整合到目標數據庫。

3.2 城建檔案關聯融合應用探索

一方面，基于城建檔案數據在空間尺度和業務層級的關聯關系，實現以三維地圖、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。基于建立的空間關聯關系，在二三維地圖場景中，通過項目名稱、項目地址等關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目位置，并可進一步關聯查看檔案詳情。基于建立的業務層級關聯關系，在查看檔案詳情時，可關聯查看項目級、工程級、建筑單體級檔案信息。

另一方面，針對有BIM 數據的工程項目，可切換至BIM 模型場景，查詢具體建筑構件的屬性。通過BIM 模型關聯經時序化處理的施工照片、建筑材料等檔案數據，支持按照建設時序進行建設過程動態模擬推演，即將建筑物過程模型及相應時段的施工圖片、建筑材料使用情況等，按照時間序列進行動態演示，實現建筑物生長過程的動態模擬。

4.結語

本文探索了時空大數據與城建檔案的融合應用。通過將城建檔案電子檔案數據活化、空間化，基于空間位置關聯檔案業務信息，構建圖屬一體化的城建檔案數據庫，探索運用BIM 模型激活城建檔案數據價值的技術路線，運用新一代信息技術深化檔案應用，形成一條可復制的檔案信息化應用的路線和經驗，在新型城市基礎設施建設、實施城市更新行動中具有較大推廣價值。未來將進一步融合互聯網+、區塊鏈、人工智能等新技術，不斷創新城建檔案管理方法、技術手段和應用模式，逐步形成智慧收集、智慧管理、智慧服務三大應用體系，構建支撐城市科學治理的城建檔案智慧管理服務體系，助力數字政府和新型智慧城市建設。