城建档案关联融合数据模型设计与应用

陈婷 陈小聪 袁暘 方立南

(1.广州城市信息研究所有限公司；2.大连市住房城乡建设事务服务中心)

城建档案是在城市规划、建设及管理活动中形成的具有保存价值的文字、图纸、声像等各种载体的文字材料[1]，是城市发展的重要记载资料。它真实记录了工程建设项目从规划、设计、施工到竣工验收的完整过程，是宝贵的信息资源，是城市规划建设中涉及的新城区开发、老旧小区改造、基础设施改扩建、城市微改造等的必要参考资料和依据，也是应对处置自然灾害、突发公共事件不可或缺的重要参考。然而，尽管各地城建档案馆的馆藏档案包含了海量的建设项目全过程数据，却普遍存在着“重保管轻利用”的情况，导致承载了海量信息的“数据巨龙”长眠于库房中，因此需借助信息化、智能化手段将之“唤醒”，使城建档案更好地为城市建设、社会发展服务[2]。

1.城建档案信息化发展现状

城建档案信息化工作是我国电子政务建设中不可或缺的一环[3]。《“十四五”全国档案事业发展规划》提出全面推进档案治理、资源、利用、安全“四个体系”建设以及深化档案信息化战略转型总体目标，要求推动档案全面纳入国家大数据战略，使用大数据等信息技术将档案进行可视化、集成化处理，形成城市建设档案综合管理[4]。由于城建档案与生俱来的时空特征，城建档案数据与城市空间特征紧密相关，因此基于时空大数据技术实现城建档案管理信息化是必经之路。

国内城建档案信息化发展至今，城建档案管理模式大致可以分为三个阶段：一是纯人工管理；二是正在或已经建立了城建档案计算机目录管理系统，实现城建档案数据管理计算机化；三是基于城建档案大数据的电子化数据化管理模式，包括建立城建档案地理信息系统，开展数字信息资源建设与综合信息服务工作，建设城建档案数据库等[5]。而第三阶段将大量的纸质档案转化为数字档案，这一过程必然会产生海量的档案数据，如何高效管理并有效开发利用这些数据是当前亟需解决的重要问题[6]。而大量城建档案数据如地质勘察报告、工程地质、施工材料、建筑材料、消防验收问题记录等详细信息，只有进行有效的分析提炼，建立数据间有效的关联，才能满足数据分析和利用的要求[7]。

城建档案数据涉及的内容繁多、格式多样。数据内容上包括建筑、市政、机电、风水电等建设工程档案、业务档案以及矢量、影像、传统三维模型、BIM 模型等空间数据；数据格式上涉及表格、图片、文档、CAD、视频等电子档案格式，以及shp 矢量文件、影像切片、三维模型文件等空间数据格式；数据层级上包括了工程项目、单位工程、建筑单体等业务层级。如何实现多源异构档案数据的提取、转换、集成整合，建立档案数据的业务层级关联关系以及空间关联关系，实现业务整合和空间融合，是城建档案数据可视化分析应用的前提和基础。

2.城建档案关联融合数据模型设计

2.1 城建档案多主体多级编码体系

按照城建档案涉及的工程项目、单位工程、建筑物三类主体和业务层级，制定工程项目编码、单位工程编码以及建筑物编码三个层级的编码体系来关联工程档案数据、业务档案数据和空间数据。纵向上，一个项目包含一个或多个单位工程，两者通过工程项目编码进行关联；一个单位工程包含一个或多个建筑物单体，两者通过单位工程编码进行关联。横向上，通过项目编码来关联项目用地红线空间数据以及项目级业务档案、工程档案数据；通过单位工程编码来关联工程级业务档案数据和工程档案数据；通过建筑物编码来关联建筑物基底面、三维模型和BIM 模型等空间数据。城建档案多主体多级编码体系如图1 所示。

图1 城建档案多主体多级编码体系设计

2.2 城建档案关联融合数据模型

将城建档案数据划分为基础数据、综合数据、空间数据、元数据四大类。在现有城建档案数据基础上，分析并提取与空间位置相关的数据，形成城建档案空间数据。在现有建设工程电子文件和建设电子档案基础上，进行规范化、结构化处理，形成城建档案基础数据；在此基础上围绕工程项目、单位工程以及建筑物单体三个业务层级对基础数据进行抽取、关联、分类、整合形成综合数据。同时，以城建档案空间数据为入口，建立城建档案空间数据与综合数据、基础数据之间的关联关系。此外，分别建立空间数据元数据、综合数据元数据、档案数据元数据对上述数据进行描述。城建档案关联融合数据模型如图2 所示。

图2 城建档案关联融合数据模型设计

图3 城建档案关联融合工具

图4 以图查档

图5 建筑生长过程模拟

基础数据是在工程建设过程中形成的各种形式的信息记录，包括工程准备阶段文件（A 类）、监理文件（B 类）、施工文件（C 类）、竣工图（D 类）、工程竣工验收文件（E 类）和声像、缩微、电子档案（F 类）。基础数据主要来源于原始工程电子档案，包括数据库数据、文件、扫描图纸等，通过数据清洗、转换、加载等过程，形成结构化存储于关系数据库的基础数据。对于采用文件形式存储的电子档案数据，分析数据格式特点，开发数据处理入库工具，通过数据质检、数据文件解析、数据关联进行转换入库；对于基于关系数据库技术开发的电子文件编制软件，可以采用批量导入的方式进行数据入库。

综合数据是在基础数据的基础上，围绕工程项目、单位工程以及建筑物单体三个业务层级进行抽取、关联、分类、整合形成的具备应用价值的综合数据。每个层级按基本信息+扩展信息的方式进行描述。其中基本信息是该层级共有的基础的相对稳定的信息；扩展信息是对基本信息的进一步补充说明，可以根据实际情况进行扩展。同时建立工程项目、单位工程、建筑物单体之间的关联关系。其中，工程项目、单位工程、建筑物单体之间通过工程项目编码、单位工程编码关联。基本信息与扩展信息之间分别通过工程项目编码、单位工程编码、建筑物编码关联。

空间数据包括电子地图、业务实体、三维模型数据、BIM 模型数据，主要通过基础地理数据服务共享调用、CAD 数据转换处理、建筑基底数据采编、三维模型样例数据生产等方式进行建设，并针对业务实体数据，建立工程项目、单位工程、建筑物、三维模型之间的关联关系，同时建立建筑物与三维模型、BIM 模型之间的关联关系。

同时参照国家现行技术规范规定及标准，分别针对档案基础数据、档案综合数据、空间数据建立相关元数据模板。对于档案基础数据，其元数据主要用于描述文件层级、文件标识、所属建设工程分类、所属城建档案分类、所属工程阶段、来源单位、存储介质、存储位置、数量或大小、主题词或关键词、提要等内容；对于档案综合数据，其元数据主要用于描述业务层级、业务标识、所属建设工程分类、所属城建档案分类、所属工程阶段、来源单位等内容；对于空间数据，其元数据主要用于描述空间数据类型、所属建设工程分类、所属城建档案分类、所属工程阶段、来源单位、数据现势性、数据要素类型、数据文件格式、比例尺、坐标系、数据范围等内容。

3.应用实践

3.1 城建档案关联融合工具集构建

建立城建档案关联系列工具集，实现档案数据业务层级关联和空间关联，实现电子档案数据批量转换入库，实现多源异构档案数据的关联整合。主要包括统一建筑物编码、电子档案入库及综合数据提取整合工具。

（1）统一建筑物编码工具

统一建筑编码工具用于实现工程项目图纸配准、项目红线采编、建筑物基底采编、建筑物编码、档案关联挂接等完整业务流程。首先，将扫描好的工程图纸加载到系统，输入控制点坐标后利用配准工具进行配准，使得工程图纸与建筑物数据完全叠加。其次，以配准后的工程图纸为底图，在其上用编辑工具勾绘项目用地红线，绘制完成后编辑其关联信息，主要是生成项目编码及单位工程编码。最后，以配准后的工程图纸为底图，并在项目红线范围内进一步绘制该项目内的建筑物单体。绘制完成后编辑其关联信息，生成建筑物编码，录入建筑物自然属性和工程档案属性、上传工程照片等。从而建立起工程项目、单位工程、建筑单体三级业务层级档案关联，实现以建筑物数据为载体的档案数据与空间数据的融合。

（2）电子档案入库工具

电子档案入库工具用于将建设工程电子文件编制软件生成的数据包批量解析入库，以结构化形式存储到关系数据库，通过工程项目编码、单位工程编码与工程项目、单位工程实体建立关联关系，实现档案内容数据库化，形成结构化的档案基础数据，为档案数据综合应用打下数据基础。其中涉及两个环节：一是建立电子文件的数据存储结构与关系数据库表的映射关系,基于映射关系建立建表批处理程序，实现建设工程基础业务表结构的批量创建，为电子文件数据提取入库提供载体。二是基于上述源表到目标表的映射关系，建立电子文件批量解析入库工具，将表格数据自动解析转换到关系数据库存储的结构化数据，实现电子文件内容批量提取入库。

（3）综合数据提取整合工具

在基础数据基础上，针对应用需求，基于ETL 技术抽取整合相应字段内容，形成按项目、单位工程、建筑物三个层级组织的面向应用需求的综合数据。ETL 流程主要包括数据抽取、数据转换、数据加载等步骤。抽取配置包括配置要抽取的源数据库信息，以及要抽取的数据表；数据转换是对抽取的源数据进行转换处理，包括字段筛选、去除重复记录、增加序列等；数据加载是将处理后的数据整合到目标数据库。

3.2 城建档案关联融合应用探索

一方面，基于城建档案数据在空间尺度和业务层级的关联关系，实现以三维地图、三维模型、BIM 等多尺度空间场景为载体的多层级城建档案图文档一体化查询展示。基于建立的空间关联关系，在二三维地图场景中，通过项目名称、项目地址等关键信息查询档案信息，可快速直观地在二三维地图场景中定位到特定工程项目位置，并可进一步关联查看档案详情。基于建立的业务层级关联关系，在查看档案详情时，可关联查看项目级、工程级、建筑单体级档案信息。

另一方面，针对有BIM 数据的工程项目，可切换至BIM 模型场景，查询具体建筑构件的属性。通过BIM 模型关联经时序化处理的施工照片、建筑材料等档案数据，支持按照建设时序进行建设过程动态模拟推演，即将建筑物过程模型及相应时段的施工图片、建筑材料使用情况等，按照时间序列进行动态演示，实现建筑物生长过程的动态模拟。

4.结语

本文探索了时空大数据与城建档案的融合应用。通过将城建档案电子档案数据活化、空间化，基于空间位置关联档案业务信息，构建图属一体化的城建档案数据库，探索运用BIM 模型激活城建档案数据价值的技术路线，运用新一代信息技术深化档案应用，形成一条可复制的档案信息化应用的路线和经验，在新型城市基础设施建设、实施城市更新行动中具有较大推广价值。未来将进一步融合互联网+、区块链、人工智能等新技术，不断创新城建档案管理方法、技术手段和应用模式，逐步形成智慧收集、智慧管理、智慧服务三大应用体系，构建支撑城市科学治理的城建档案智慧管理服务体系，助力数字政府和新型智慧城市建设。