内外一体化建筑物数据模型研究

张 驰

1. 南通大学，江苏 南通 226007; 2. 南京师范大学，江苏 南京 210023

建筑物是指用建筑材料构筑的空间和实体，它是人们生产生活的主要场所，是三维城市的核心要素。当前三维城市建设中，建筑物的三维建模一般围绕其外表面来进行，主要用于可视化。而面向公众服务的建筑物建模不仅需要考虑建筑物的外部轮廓，还要对建筑物内部进行建模，并建立建筑物内部与外部的联系，来实现内外一体化的建筑信息表达。这就要求新一代的建筑物数据模型能够包含内外一体化的语义信息，实现语义、几何、过程、关系，以及属性特征的整体表达。

建筑物按照其种类可以分为民用建筑、工业建筑及农业建筑3类。其中民用建筑是供人们居住和进行各种公共活动的建筑的总称，它是与人类居住、活动关系最为密切的一类建筑物。本文围绕民用建筑建模与模拟这一主题，从地理学研究角度出发，以建筑物的基本概念与特征为基础，对建筑物所包含的相关信息进行梳理，并在此基础上构建了一个能够充分描述建筑物语义、几何、关系、属性信息的建筑物数据模型。该模型能够完整地对建筑物所包含的信息进行抽象，对建筑物在多个细节层次下的表达进行支持，并能够有效地支持内外一体化分析与可视化。本文的研究内容主要包括：

(1) 建筑物语义、几何、属性、关系信息的分析。从建筑学权威专著及国内外相关标准出发，对建筑构件与建筑空间的定义、分类体系以及层次等级关系进行了归纳与梳理。对建筑构件与建筑空间相关的几何形态、属性信息进行了分析，并对建筑构件、建筑空间之间的关系进行了分类，为建筑物数据模型的进一步抽象提供基础。

(2) 内外一体化建筑物数据模型的构建。从空间数据模型的定义出发，分析了建筑物数据模型所应包含的内容。以分析归纳出的建筑物的语义、几何、属性、关系信息为基础，对建筑物进行层层抽象，构建了建筑物的概念模型、逻辑模型、物理模型，并定义了建立在模型之上的相关操作。

(3) 内外一体化建筑物数据模型的多细节层次表达。以CityGML所提出的多细节层次模型为参照，对本文所提出的内外一体化建筑物数据模型进行细节层次划分，分析各个细节层次下所关联的建筑构件、建筑空间及建筑关系。从数据模型的建筑构件、建筑空间、建筑关系集合中提取关联于各个细节层次的建筑构件、建筑空间与建筑关系，实现其在各个细节层次下的表达。

(4) 内外一体化建筑物数据模型对应用分析的支持。在对当前建筑物相关的主要应用分析模型的特点进行分析的基础上，从本文所提出建筑物数据模型的语义、几何、关系信息出发，分析建筑内部某一区域所关联的建筑构件、建筑空间及其相关建筑关系的提取方法。对建筑对象的实体边界提取方法、空间离散方法及建筑内部连通网络生成方法进行研究，实现其对应用分析的支持。

本文的创新点包括以下几个方面：

(1) 围绕建筑物所关联的实体及其相互联系进行层层抽象，设计了一个能够对建筑物所包含的语义、几何、属性、关系信息进行充分描述的内外一体化建筑物数据模型。

(2) 所构建的建筑物数据模型虽然不面向任何具体应用，但可基于其中所包含建筑构件、建筑空间的语义、几何、关系、属性信息，以及构建在其上的操作，来向相关应用分析模型进行转换，使该模型能够支持多种应用分析。