城乡规划建筑空间数据库研究

摘要：随着城市规划信息化不断发展，城乡规划领域积累了大量图形和空间数据，本文从城市建设项目所经历的各阶段规划审批流程入手，梳理建设项目的生成周期，以关联建筑物各阶段图形和属性相关性为切入点，完成建设项目全生命周期信息关联，形成城市建筑空间数据库，在信息化管理平台的支撑下，实现大规模建筑空间数据管理和动态更新，为城乡规划管理提供辅助决策支持手段。

关键词：建筑空间；信息集成；全生命周期；应用体系

1引言

日新月异的全球信息化发展过程中，空间数据基础设施建设及地理空间数据管理手段都面临着新的挑战。国内外各大城市都根据各自的需要，大力加强空间基础设施信息的采集。对于城乡规划管理部门而言，实现规划区内基础空间数据的信息化管理，掌握城市社会经济生产生活的现状和变化情况，作为城乡规划、城市建设和城市管理的重要基础性工作显得尤为重要。建筑物信息具有覆盖面广、数据量大、信息采集难度大等特点，通过建筑物信息可以准确获取城市的建筑量、容积率、建筑密度、使用功能、空间分布等详细信息，是进行城乡规划管理和城市建设的重要基础数据源。以建设项目为核心的空间属性信息分布于规划、建设、房产等多部门的各个审批环节，例如：空间图形、建筑属性等。目前，由于缺乏全面的数据整合机制，信息采集得不到同一管理，严重影响到空间信息的利用水平。因此，结合城乡规划自身业务需求，构建完备的城乡规划建筑物信息数据库及其管理体系，建立健全长效的建筑空间信息统筹管理、维护更新机制，打破城市建筑空间信息资源库的“信息孤岛”格局，提升信息采集及数据应用能力具有重要意义。

2方法和过程

2.1建筑空间数据库实现目标构建

城市建筑空间信息的整合，实现了各种建筑图形数据的集中化管理。通过在建筑数据整合的过程中形成一套城市空间建筑信息的管理和工作机制，实现建筑全流程信息的整合建库和智能化更新，并通过完善的数据共享接口，实现各相关部门的数据互联，促进建筑空间信息成果的有效应用。基于以上原因，新型城市建筑空间数据库信息管理模式的构建应致力于于以下几个方面的研究：（1）一套标准：以全过程建筑数据库构建为基础，建立一套宏观、中观、微观的建筑空间数据库标准体系。提出建筑空间数据库的架构，明确建筑空间数据库建设的内容，建立建筑空间信息数据标准及调查标准，对信息编码规则、用途分类、调查表、技术方案、成果要求和标准等方面进行明确和详细的规定。研究制定空间数据库建库流程和数据更新机制，满足智慧城市背景下城乡规划基础建筑数据管理的需求。（2）一组流程：全流程图形和信息的整合多源建筑数据建库。在统一数据整合流程、明确数据存储标准的基础上，以城市建设与规划审批管理单元为核心，梳理并入库城市建设相关的全过程建筑图形和属性数据，实现以城市用地功能单元为基础的建设项目图、文、表、档信息全生命周期关联。（3）一个平台：研发基于GIS的建筑空间数据库管理系统。系统包含数据存储、浏览查询、数据编辑、统计分析与决策辅助等功能，实现大规模建筑空间数据的可视化存储、编辑、管理、更新。在此基础上结合建筑数据库的属性信息进行数据挖掘，并就建筑信息在城乡建设与规划管理的各领域研发相匹配的应用功能，构建通过相应数据结构实现跨部门的数据共享交换的目标。（4）一系列应用：通过对国内外建筑空间信息管理应用领域的研究分析，归纳梳理不同的建筑空间数据的类别及要求，建立建筑空间数据的“量”属性集，构建基于建筑空间数据库的规划决策辅助范式，服务于规划编制、审批、批后管理、政策决策支持等方面的需求。

2.2建设项目空间信息流转机制梳理

2.2.1多元建筑图形资源运行流转周期梳理建筑物空间信息是在以建设项目为主体基于建设项目所在地对应城乡规划条件下，经过各类城市空间管理部门报建审批流程中逐渐形成的。因此，梳理各部门对应业务下所产生的建筑空间信息十分必要。通过对城市建设职能部门业务分析，涉及项目建设空间管理的部门主要是国土、规划、住建房产；从建筑空间管控的角度来说，国土部门的管理主要是项目用地层面，规划部门的管理是落实由用地至建筑单体的层面，住建房产部门的建筑空间管理主要是体现在房屋及房屋内户信息管理。各职能部门的建设项目审批要素梳理如表1所示。2.2.2建立多维信息关联的建筑数据管理模式建筑属性数据库作为建筑图形数据库的外部属性，是数据统计与分析的重要基础。它可以进行建筑空间信息的综合、深层次分析，能够辅助进行空间定位和显示空间实体分布特征，为规划管理、规划决策提供重要的参考信息。城乡规划管理、编制、设计等工作对于建筑物信息的需求层次不同，需要建立基于建设项目的宏观、中观和微观管理结构，从不同的维度实现对建筑信息的分析、管理和提取。建筑空间数据库需要构建一套从不同维度聚类分析的数据管理模式。为满足城乡规划中建筑信息各层次应用需求，本研究提出建立“项目-单体-楼层-户型”的多级建筑信息管理模式，通过项目编号、单体编号建立建设项目与单体的空间属性联系，实现建设项目的一体化管理。宏观层次：以国土红线、用地红线、控规地块为基本单元，实现建设项目的边界、容积率、建设性质等指标统一化管理。中观层面：以建筑单体为基本单元，实现建筑物建筑高度、层数、使用功能、栋数等建筑物的管理。微观层面：以建筑内的楼层和户型为基本单元，实现建筑内的建筑构件、楼层信息、户型信息和预售、销售信息的管理（图1）。2.2.3以需求为导向的城乡规划信息数据库建库标准设计城乡规划建筑空间信息库作为城市建设实施成果载体，涵盖了与城乡规划相对应的图形信息库和属性信息，通过对建筑空间信息的综合、深层次分析，辅助进行空间定位和显示空间实体分布特征，为规划管理、决策提供重要的参考信息。以城乡规划应用需求为导向，在合理的建筑特质属性范畴内构建深度优化的建筑空间数据库结构，是建筑空间数据库建库的重要工作内容。主要包括：规划编制现状信息分析提取、重大决策辅助支持、建筑全生命周期信息查询、城市建筑保护等方面。基于此设计相应的建筑属性结构库，将直接为城乡规划工作的开展提供有利的辅助手段（图2）。

2.3建筑空间库的整合和更新流程机制

2.3.1建筑空间图形与属性整合流程在梳理各类建筑空间数据的流转阶段、制定数据存储和应用标准的基础上，须对所有的数据进行全面整合。整合的主要工作包括完成各阶段数据信息采集、图形转换和信息补充调查等，工作流程如下：（1）图形整合：以现状地形图为基础，完成建筑物GIS要素建库，对地形图尚未更新的建筑物，结合定位红线、竣工验线以及遥感影像图，辅以现状补充调查进行补充要素，完成区域内建筑物图形整合。（2）属性要素录入：根据建筑空间数据库建库的要求，完成建筑物属性项目经济技术指标，单体建筑物的经济技术指标，单体内信息的属性录入。（3）信息关联：在完成项目图形和属性录入的基础上，根据项目信息及单体信息，关联规划主管部门的审批信息、图形材料和文本材料信息，使建筑空间数据库的内容与规划信息无缝衔接，并预留端口实现远期与房产等部门数据对接。数据整理流程如图3。2.3.2建筑空间数据更新机制研究在整合各阶段建筑空间数据库的基础上，通过分析城乡规划的建设审批流程阶段数据更新的特点，构建相应的数据更新机制，以确保建筑空间数据的更新及时、精准。数据更新主要设置在以下阶段：建设项目总平面图阶段：在项目进入建设项目总平面图审核时，完成审定总平面图的规整、项目范围与相应建筑轮廓线的上图、建设项目属性和建筑单体属性关联录入等三方面工作，该阶段所有建筑标识为在报状态。建设工程规划许可阶段：在建设项目核发建设工程许可之后，完成定位红线规整及上图、定位图中建筑轮廓线取代原总图建筑轮廓线并录入相应属性等两方面工作，该阶段的建筑物标识为在建状态；竣工验收许可阶段：在建设项目核发竣工许可之后，完成竣工验线图规整及上图、竣工图建筑轮廓线替换原定位图建筑轮廓线并录入相应属性等两方面工作，该阶段的建筑物标识为已建状态，从而实现建设项目生命周期内的建筑空间数据更新（图4）。

3实证案例

3.1建筑空间数据库构建——以长沙市湘江新区为例

为全面掌握城市建筑空间分布特征，长沙市开展建筑空间数据库应用研究。本研究结合城市建设过程规划管理部门审批的图形和审批属性，构建以湘江新区为试点区域的建筑空间数据库。本研究共录入竣工验线图建筑物4398栋，定位红线图建筑物3970栋，全要素地形图和线化地形图建筑物91484栋，结合卫星影像对现存建筑物进行补充，核查补录建筑物3112栋，结合建筑物使用功能及城乡规划用地分类标准，对建筑物建筑性质进行类别划分，完成建筑性质、建筑年代、高度、材质等信息的录入，形成长沙市湘江新区全面的建筑空间数据库，并在此基础上，完成长沙市建筑空间数据管理平台研发，实现数据查询、数据编辑和数据分析功能，实现建筑数据在规划审批、编制中的辅助决策作用（图5）。

3.2建筑空间数据库应用

建筑空间数据库建成后，可以在城市建筑容量分析、城市空间形态研究、公共配套设施服务范围评估、项目选址分析、建设用地储备，规划编制、规划修改等规划实施全过程开展服务和应用，并且可以结合规划审批的需求，及时提取和分析相关数据，为城乡规划发展和决策提供重要定量依据，建筑空间数据的应用体系见图6。3.2.1城市建筑容量分析建筑空间数据库具有建筑信息详尽的特点，可以快速提取特定区域的建筑现状信息，且可以对已实施的城乡总规、分区规划和控制性规划范围内的建筑物容积率、建筑密度、建筑高度、各类建筑物用地面积与建筑面积等控制性指标进行核算，通过建筑物信息建库和属性录入，建筑物楼层、建设年代、建筑性质、基底面积、建筑总面积等方面信息都可在地理空间上进行自定义统计，且通过与控制性详细规划、卫星影像等图形进行叠加，能够快速导出相应的建设经济指标，服务于规划编制的数据支持（图7）。3.2.2规划实施效果评估通过对片区内的建筑容积率、建筑密度、建筑高度、各类建筑面积等控制指标进行核算，并与相应规划的指标进行对比，可对规划的实施效果进行评价，为规划修改与调整、规划管理与政策安排提供依据（图8）。3.2.3城市空间形态研究根据建筑空间信息库内不同年代建筑物空间分布，构建建筑空间拓展等时线，从而分析城市空间边界的演化方向和演化加速度，直观可视化的把握城市的发展过程（图9）。通过特定视角下的建筑高度分布分析，可以演化得出城市建筑高度分布天际线，服务于建设项目审批过程，为塑造优美城市景观、天际线、最终构建城市建筑体系起到辅助作用（图10）。3.2.4公共配套设施服务范围评估结合不同用途建筑物空间分布特征，分析现状公共配套设施的服务范围与服务人口，为新规划公共配套设施的数量与空间分布的确定提供支撑，如中小学校分析、公路站场规划分析、水厂规划布局分析、变电站规划布局分析（图11）。3.2.5方案对比及项目选址分析通过统计建筑信息在空间位置的分布，在不同建设项目方案的对比和重大基础设施选址上，能够定量分析不同方案的影响范围和建筑数量，从而实现建设项目精细化实施和项目方案最优化（图12）。3.2.6片区城市更新改造按建筑类型、建筑层高、建筑结构、建筑年代等分类标准，统计改造和拆迁范围内整体及分区的建筑物指标及人口、家庭数量等，准确核算规划区拆迁补偿成本、改造成本、拆迁安置现房需求数量等指标，结合城市棚户区改造、四增两减工作，为规划方案和改造、更新计划等行动规划提供决策依据（图13）。

4展望

建筑空间信息资源的整合改善了城乡规划辅助手段，提高了规划编制、规划审批、批后管理等业务实施精准可靠性，为科学规划提供数据支持。但随着技术的进步、城乡建设的飞速发展，城乡规划管理工作面临更高的要求。建筑信息资源整合须立足高点，在满足多用户的使用和共享的同时，又要满足建筑信息的深度挖掘的需要。信息资源的广覆盖和深挖掘是一项复杂的命题，建筑空间信息资源整合更是规划信息化工作的一项长期任务，是一个不断循环和提高的过程。在这个过程中，困难与挑战并存，为满足人们对信息深层次的追求，建筑空间信息数据库未来工作应从以下方面开展深入研究。

4.1建筑信息多维信息管理

结合BIM和城市仿真的发展需求，建立“二维”+“三维”的数据浏览、查询和展现形式，实现建设项目的项目单元、楼栋单元，楼层单元的建筑信息精细化管理。以3DVP三维地理信息系统内核为基础，实现城乡规划管理业务系统与三维平台之间的无缝集成，支持二三维视图同步联动、二三维信息融合查询、三维规划空间分析等图文交互功能，为规划管理提供多元化的空间信息参考，增进审批决策的科学性（图14）。

4.2“建筑信息数据库+”应用模式

建筑物管理的信息化、智能化，构建了“智慧城市”的物理底层基础，而为了进一步丰富建筑物信息的内涵，需要探索建筑物信息与其他行业信息的整合，如能源使用信息、人动和居住信息、交通信息等，形成“建筑信息数据库+”应用模式，从而探索建筑空间数据库在规划编制、规划审批、批后管理和实施评估等阶段及其他各行业的广泛应用（图15）。

参考文献：

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作者：郭湘 李叶军 胡优