基于WebGIS的建筑物信息管理系统设计

欧阳昉昕，杜晓初

(1.武汉工业学院土木工程与建筑学院，湖北武汉 430023)(2.湖北大学资源环境学院，湖北武汉 430062)

在网络发达的信息时代，为了提高建筑行业的生产效率，贯彻绿色建筑的理念，需要对建筑物信息管理方式进行变革，采用数字化的建筑物信息管理系统。由于精确定位和测量一直都是建筑项目关注的重要信息，同时对这些空间信息的分析和三维模拟也是在建筑设计、施工和管理过程中需要经常用到的方法，而对空间数据的获取、分析和可视化正是地理信息系统(GIS)的主要功能，因此目前有很多研究者将GIS技术应用于建筑信息的管理，如将GIS技术应用于建筑工程管理、建筑能耗分析、建筑物抗震检查、应急疏散救援系统、建筑物重建等［1－6］。

为了对建成的建筑物进行科学管理和恰当的维护，需要建立相应的信息系统，便于管理人员、维修人员以及需要进入该建筑的人员查询，例如维修人员需要了解建筑物用地的地质资料、所用的建筑材料以及项目的施工方式，参观人员需要了解建筑物的进出通道以及消防通道，业主需要了解房屋渗漏处自来水管的阀门等等。建筑信息模型(BIM，Building Information Model)具有可视化、模拟性和出图性等特点，目前已广泛应用于建筑设计、建造与管理过程中，可以极大提高建筑工程的生产效率、减少建设风险。相对于GIS技术而言，BIM方法在空间数据分析与决策方面有所欠缺，同时在与网络技术相结合方面，也没有GIS应用方便。因此，将Web-GIS技术应用于建筑设计与管理可以极大提高工作效率和工程质量。

1 系统结构及实现方法

1.1 系统的总体目标

由于目前工业和民用建筑逐渐趋向大型化，因此在建筑物管理过程中信息量大、需要实现的功能复杂，并且需要考虑到不同类型的用户的需求。为此，需要建立一个关于建筑物管理信息系统，使用户可以通过Internet网络，及时了解关于该建筑物的空间信息和属性信息，提高管理效率、降低管理成本，并提供可靠的决策支持，实现管理的科学化和信息化。

1.2 系统的组织结构

系统采用客户端/服务器模式，客户端和服务器通过网络协议进行信息交互。系统总体采用三层结构实现，包括数据库层、应用服务层和表现层，如图1所示。数据库层储存建筑物的空间数据如基础地理数据、房屋的定位数据等空间数据以及建筑物层数、建筑类型、建筑材料以及材料属性等属性数据，维护各种数据之间的关系，并提供数据备份、数据存档以及数据的安全机制，主要包括空间数据引擎ArcSDE和关系数据库系统;应用服务层是整个框架的核心，主要提供Web服务和GIS服务，GIS服务又包括数据查询服务、空间数据分析服务、空间统计服务、空间数据模拟服务等;表现层中，客户端为用户提供可视化界面，以图文的方式显示建筑物的空间信息和属性信息，同时也为用户提供建筑信息查询、地图分析的接口，表现层可以借助ArcGIS API for Flex和 Flex Framework 实现［7］。

图1 系统组织结构图

1.3 实现的技术方法

由于本系统的主要功能是为用户提供建筑信息查询与建筑信息的可视化，因此这里采用 CGI(Common gateway interface)方法。该方法需要有服务器在后台运行，通过CGI脚本，将GIS服务器和Web服务器链接，客户端的所有操作和分析，都是在GIS服务器中完成的。CGI方法步骤如下:首先由客户端用户发出URL(universal resources locator)以及建筑物数据的操作请求，Web服务器接受该请求，然后通过CGI脚本，将用户的请求传送给GIS服务器，GIS服务器接收到请求后，进行空间分析及数据处理，将处理结果形成GIF或JPEG图像，最后GIS服务器将这些图像通过CGI脚本以及Web服务器返回给客户端浏览器显示。

如果系统需要扩展客户端的GIS操作功能，也可以采用应用程序插件技术方法、ActiveX控件技术方法以及Java语言编程技术方法。

2 系统功能设计

基于WebGIS的建筑物信息管理系统包括4个主要功能模块，即用户管理模块、数据管理模块、空间查询与分析模块以及模拟显示模块，如图2所示。

图2 系统主要功能模块

2.1 用户管理模块

用户进入该系统需要进行授权，不同的用户拥有不同的权限，例如建筑物管理人员、维修人员以及业主等可以查询不同的信息，符合权限的用户才能进入该系统进行相关操作。用户管理模块由用户登录和权限控制两个部分组成，其中用户登录模块使用户可以通过用户名和密码登录本系统，权限控制模块实现对不同类型用户在系统中权限的定义、保存以及检查。用户管理模块主要实现系统的安全性保护。

2.2 数据管理模块

数据管理模块由数据输入、数据输出以及数据更新三个部分组成。通过数据输入模块，可以向系统输入不同来源的数据文件，如基础地理数据、建筑设计图纸以及文字资料等空间和属性数据，在设计输入模块的时候要注意数据与系统的兼容性。数据输出可以以屏幕可视化方式显示建筑物外部形态与内部结构，也可以打印的方式输出各种图形和文本，或者以不同的文件格式输出电子文件。

建筑工程完工交付使用后，在运行过程中仍然需要对部分空间数据和属性数据进行更新，如建筑物内部结构的改变、建筑物用途的改变以及配套设施的更新等，因此系统需要对相关的空间数据进行更改，同时也需要对数据库中的属性数据进行补充或修改。

2.3 空间查询与分析模块

通过空间查询工具，用户可以全面了解建筑物各方面的空间数据和属性数据，也可以详细查询建筑物某一细部的情况。例如建筑物某处出现了渗透情况，维修人员需要对该处附近的给排水管道进行详细分析。需要查看附近的阀门分布状况以及建筑构件，这涉及到空间数据的查询，同时需要了解这些给排水管线以及建筑构件的材质，这又是属性数据的查询。查询方式可以是通过属性查询图形，也可以通过图形查询属性。

空间分析是GIS系统的核心功能，通过空间分析可以获取建筑物管理和维护过程中需要的决策信息。在本系统中主要实现空间量算、空间统计、网络分析、空间分布分析、叠置分析、缓冲区分析等。空间量算工具可以对建筑物整体和局部进行精确测量，得到精确的1维、2维和3维量度。空间统计工具主要对建筑物属性数据进行快速计算，得到精确的结果。网络分析用于对建筑物内部的各种管线(如水管、电路、网线)以及交通线路进行分析和管理，如消防通道的分析和设计就要用到网络分析工具。空间分布分析可以对建筑物内各种点、线、面状专题要素的分布状况进行表达与显示。缓冲区分析可以完成对建筑物组成部分邻近目标的查询。

2.4 模拟显示模块

动态模拟应当是建筑物管理系统的重要组成部分。例如，在系统中建立火灾动态模拟子系统，该系统可以演示当建筑物不同部位发生火灾时，在一定的时间段内火灾的动态发展态势，以及人员疏散通道的通行情况，同时还可以显示附近消防水阀的准确位置和运行状况。在应急事件中，也可以通过动态模拟，显示建筑布局、应急设备和安全进出线路图;还可以通过实时的监控界面，显示出应急设备和安全通道。

三维可视化演示也是本系统的重要构成。系统数据库中包含了建筑物各个方面的不同维度的信息，包括物理结构(如建筑的建设规划)和保障建筑物正常使用的设备系统。利用三维可视化工具，管理人员以及其他用户可以对建筑内的任意位置进行三维成图，而传统的GIS将建筑物看作一个封闭的盒子，一般显示建筑物外部轮廓的三维景观。在显示过程中还可以实现图形缩放、移动、旋转和鹰眼灯功能。

3 数据库设计

系统数据来源广泛、格式多样，包括地形图、建筑、结构、给排水、通讯网络、供电系统设计图等空间数据以及观测结果、统计资料、法律法规、文件等属性数据以及图片等。

由于本系统需要管理空间数据和属性数据，为此数据库采用混合结构型数据模型，即以GIS基础平台管理空间数据，而以关系数据库管理系统来管理属性数据，二者之间通过标识码或关键字进行链接，其表现形式如图3所示。

图3 数据库组织模式

空间数据以图形文件的形式存在，每个图形文件又包含不同的图层，即空间数据的分层管理。数据分层时应当考虑数据的使用目的、几何特征、比例尺大小、数据来源以及安全级别等多种要素。每个数据层中的几何要素除了定位特征外，还有属性特征，属性特征通过属性数据的标识码与关系数据库中的关系的标识码链接，而各个关系之间也可以通过属性进行关联。这样就实现了空间数据与属性数据的关联。

4 结束语

提出一种基于WebGIS技术的构建建筑物信息管理系统的设计框架，该方法的优点主要表现在两个方面。其一是充分发挥地理信息系统的空间查询、分析和空间数据可视化功能，可以方便地完成建筑物的管理和维护过程中需要的数据处理工作。其二是充分发挥计算机网络的功能，可以使不同的用户能够通过网络获取关于建筑物的相关信息，为进行决策提供及时准确的信息。

［1］吕伟，杨小静.基于GIS技术的建筑工程管理系统设计［J］.山西建筑，2010，36(35):365 －366.

［2］林其浪，陈硕.基于时空信息的建筑能耗分析系统研究［J］.建筑电气，2011(2):36－39.

［3］王宁伟，郝大为，陆法潭，等.GIS技术在城市建筑物抗震普查中的应用——以沈阳地区为例［J］.沈阳建筑大学学报(自然科学版)，2005，21(6):658 －662.

［4］崔健，张子民，蔡菲，等.大型公共建筑应急疏散救援系统构建［J］.测绘科学，2011，36(1):46－48.

［5］夏慧琼，朱庆，张叶廷，等.基于CAD与GIS集成的仿唐古建筑景观的三维重建方法［J］.武汉大学学报(工学版)，2005，38(5):114－119.

［6］赵东晖，袁永博.基于GIS的建筑施工管理信息系统的研究与应用［J］.地理空间信息，2007，5(4):78 －80.

［7］刘俊，谭建军，邵长高.基于 Flex的 WebGIS框架设计与实现［J］.计算机工程，2010，36(10):242－244.