基于GIS和BIM技術(shù)的城建檔案大數(shù)據(jù)平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

施基炳，廖驊，羅紹輝

(南寧市勘察測繪地理信息院有限公司，廣西 南寧 530022)

1 引 言

推進(jìn)電子檔案管理信息系統(tǒng)建設(shè)，與辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)等相互銜接是新時(shí)期檔案管理的迫切需求[1]。城建檔案館作為城建檔案數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)地，應(yīng)該發(fā)揮更加全面及深刻的價(jià)值，達(dá)到“善于獲取數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、運(yùn)用數(shù)據(jù)”的要求。

以南寧市為例，城建檔案涵蓋城市勘測、規(guī)劃、建設(shè)管理、市政公用、民用建筑等各類檔案超過100萬卷。目前，傳統(tǒng)的檔案管理存在檔案查閱周期長，檔案接收業(yè)務(wù)協(xié)同不足、工作量大等問題。本文基于GIS和BIM技術(shù)搭建了城建檔案大數(shù)據(jù)平臺，通過制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化檔案及工程類聲像檔案多維度查詢、聯(lián)合接收，滿足城建檔案精細(xì)化管理，同時(shí)開展城建檔案地理信息掛接與信息提取工作，借助平臺規(guī)范業(yè)務(wù)流程、提升服務(wù)質(zhì)量和精細(xì)化管理能力，為城市建設(shè)管理提供決策輔助能力。

2 平臺設(shè)計(jì)

2.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

城建檔案大數(shù)據(jù)平臺采用B/S架構(gòu)進(jìn)行搭建，架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)平臺架構(gòu)圖

基礎(chǔ)設(shè)施層提供平臺運(yùn)行所依賴的共享存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、安全設(shè)施等，是支撐平臺穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)集成環(huán)境；數(shù)據(jù)層在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范的規(guī)定下，結(jié)合數(shù)據(jù)分類和業(yè)務(wù)流程，將平臺的信息資源進(jìn)行整合劃分，構(gòu)建七大數(shù)據(jù)庫，是整個(gè)平臺的信息資源中心；服務(wù)層集成了提升業(yè)務(wù)效率、優(yōu)化業(yè)務(wù)流程所需的新型信息技術(shù)，支撐平臺的開發(fā)和一體化集成；應(yīng)用層建立在支撐服務(wù)層之上，結(jié)合具體業(yè)務(wù)和應(yīng)用需求，開發(fā)并集成三大子系統(tǒng)：多維度查詢檢索子系統(tǒng)、聯(lián)合接收子系統(tǒng)、時(shí)空及屬性信息提取子系統(tǒng)，是平臺的軟件實(shí)現(xiàn)和表現(xiàn)層。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

平臺的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)需考慮檔案業(yè)務(wù)流程的定制、維護(hù)和流轉(zhuǎn)，還應(yīng)結(jié)合檔案目錄、檔案掃描件、聲像資料等海量檔案數(shù)據(jù)的管理需求，并實(shí)現(xiàn)對檔案信息的時(shí)空化和深度挖掘，讓豐富的館藏檔案活起來。因此平臺共構(gòu)建7個(gè)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)圖

系統(tǒng)支撐庫：作為平臺有效運(yùn)行的必要保證，存儲(chǔ)了平臺運(yùn)行的相關(guān)環(huán)境配置信息、用戶權(quán)限信息、流程配置和相關(guān)日志等信息；

檔案目錄庫：以檔案檢索的高效化、便捷化、準(zhǔn)確化為原則，結(jié)合紙質(zhì)檔案結(jié)構(gòu)和實(shí)際工作需求，構(gòu)建一個(gè)以卷組目錄、案卷目錄和文件目錄為主要組成的樹狀結(jié)構(gòu)目錄數(shù)據(jù)庫，包含項(xiàng)目名稱、檔案卷號、開竣工時(shí)間、建設(shè)單位、地址等。以檔案卷號作為索引建立與檔案掃描文件、聲像資料文件的關(guān)聯(lián)屬性，實(shí)現(xiàn)圖文檔一體化；

掃描文件庫：針對海量檔案電子掃描文件，構(gòu)建掃描文件庫，其中掃描文件表負(fù)責(zé)記錄掃描件名稱、路徑、檔案卷號、序號，掃描統(tǒng)計(jì)表負(fù)責(zé)記錄檔案掃描件的數(shù)量、完整度、缺失情況等。為滿足檔案掃描件的調(diào)閱、打印、下載提供數(shù)據(jù)支撐；

聲像檔案庫：城建聲像檔案的展示形式有照片、影像、電子文件(Word、Excel)等，具有真實(shí)性、依據(jù)考察性和原始記錄性等檔案屬性和有較高的保存價(jià)值[2]，因此平臺構(gòu)建聲像檔案庫，涵蓋聲像檔案基本資料表、照片表、影像表、電子文件表，實(shí)現(xiàn)聲像檔案數(shù)據(jù)與其他城建檔案數(shù)據(jù)的融合，使檔案數(shù)據(jù)更加有聲有色；

業(yè)務(wù)信息庫：基于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化檔案及工程類聲像檔案多維度查詢、聯(lián)合接收的業(yè)務(wù)需求，

構(gòu)建業(yè)務(wù)信息庫，其中檔案查閱信息表，用于記錄查閱人、查閱時(shí)間、查閱文件；檔案接收信息表，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)檔案接收流程記錄；檔號管理信息表，用于檔案卷號的發(fā)放、管理；證明打印記錄，主要記錄檔案接收過程中產(chǎn)生的證明文件；

時(shí)空地理數(shù)據(jù)庫：由于檔案數(shù)據(jù)沒有和地理信息掛接，沒有和其他城市管理數(shù)據(jù)深度對接，利用效率和利用效益受到很大局限。構(gòu)建時(shí)空地理數(shù)據(jù)庫，使檔案數(shù)據(jù)與用地、建筑地理數(shù)據(jù)掛接、落地、形成關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成具有時(shí)空特性的城建檔案數(shù)據(jù)庫；

信息提取庫：城建檔案是城市建設(shè)工程項(xiàng)目開始、發(fā)展、結(jié)束的全過程記錄，能夠全面反映工程的真實(shí)情況，是寶貴的城市建設(shè)信息資源[3]，具有深入的數(shù)據(jù)挖掘和信息提取的價(jià)值，因此結(jié)合建設(shè)工程全生命周期過程，對檔案數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的提煉、分類、分級管理，建立信息提取數(shù)據(jù)庫，作為多源數(shù)據(jù)管理、開發(fā)應(yīng)用、輔助決策的核心資源。

3 關(guān)鍵技術(shù)

為了提升平臺的易用性及運(yùn)行效率，平臺采用了工作流引擎、搜索引擎、表單引擎、視頻轉(zhuǎn)碼、圖像識別等技術(shù)。其中，工作流引擎技術(shù)用于優(yōu)化館內(nèi)現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)館內(nèi)各科室業(yè)務(wù)并聯(lián)流轉(zhuǎn)；搜索引擎技術(shù)用于提升檔案查閱檢索效率，多級檔案目錄聯(lián)合查詢達(dá)到秒級響應(yīng)；表單引擎技術(shù)用于管理檔案信息提取標(biāo)準(zhǔn)，快速構(gòu)建館內(nèi)檔案信息提取模板；視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)用于提升聲像檔案查閱的效率，實(shí)現(xiàn)聲像檔案在線預(yù)覽；圖像識別技術(shù)用于掃描數(shù)字化檔案信息提取，加快存量檔案的信息提取工作。

4 功能實(shí)現(xiàn)

平臺功能涵蓋檔案管理工作的查閱利用、收集、立卷、歸檔、維護(hù)、時(shí)空化、信息提取、深度挖掘等內(nèi)容，分為3個(gè)分工明確且相互銜接的子系統(tǒng)：多維度查詢檢索子系統(tǒng)、聯(lián)合接收子系統(tǒng)、時(shí)空及屬性信息提取子系統(tǒng)，以達(dá)到業(yè)務(wù)流程完善、功能模塊合理、人機(jī)交互體驗(yàn)優(yōu)秀的目的。

4.1 BIM集成

兼容主流的BIM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，通過賦予BIM模型精確地理坐標(biāo)，關(guān)聯(lián)建設(shè)工程檔案數(shù)據(jù)，可直觀展示建筑內(nèi)外部結(jié)構(gòu)和位置坐落，同時(shí)可快捷地調(diào)出對應(yīng)建筑的電子檔案與提取信息，實(shí)現(xiàn)BIM模型和GIS信息、建設(shè)工程檔案的一體化管理、查詢、展示、提供利用的解決方案，如圖3所示。

4.2 多維度查詢檢索子系統(tǒng)

系統(tǒng)可從檔案電子目錄、地圖多個(gè)維度進(jìn)行檔案查詢利用。

檔案電子目錄搜索方面，針對龐大的檔案體量，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫檢索查詢已無法滿足對檔案高效可操作利用，平臺集成了ElasticSearch搜索引擎，基于高性能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)構(gòu)建，集海量異構(gòu)數(shù)據(jù)分析處理、元數(shù)據(jù)提取、索引數(shù)據(jù)統(tǒng)一構(gòu)建管理、通用化檢索接口于一體[4]，系統(tǒng)由分布式的全文搜索引擎和海量數(shù)據(jù)索引服務(wù)組成，實(shí)現(xiàn)千萬級檔案數(shù)據(jù)的秒級查詢，如圖4所示。

圖4 電子檔案目錄查詢

地圖查檔方面：基于具有時(shí)空特性的城建檔案數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)由檔查圖，由圖查檔，降低檔案查詢門檻，提高檔案查詢利用效率。相對于條目繁雜的電子城建檔案來說，清晰直觀的地圖、可視化表達(dá)能夠?yàn)闄n案查詢提供更加方便快捷地瀏覽應(yīng)用體驗(yàn)，如圖5所示。

圖5 地圖查檔

基于工作流引擎，梳理檔案對外查詢的審批流程，縮短檔案利用流程，通過流程配置，將登記、查閱、審批、打印、下載等工作流程串聯(lián)起來，可根據(jù)時(shí)間段對檔案查閱量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提高檔案利用效率。

4.3 聯(lián)合接收子系統(tǒng)

聯(lián)合接收子系統(tǒng)涵蓋檔案接收工作的收集、預(yù)覽、審核、立卷、歸檔、入庫等內(nèi)容，檔案接收內(nèi)容包括紙質(zhì)檔案、紙質(zhì)檔案掃描件、紙質(zhì)檔案電子目錄、聲像檔案、聲像檔案電子目錄。以提升檔案歸檔率、完整率和質(zhì)量為目的，基于工作流引擎，通過流程再造的形式，實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)檔案、聲像檔案聯(lián)合接收，通過檔案卷號定時(shí)自查，嚴(yán)格管理檔案號發(fā)放；基于轉(zhuǎn)碼技術(shù)將聲像檔案作為流程附件，提升檔案質(zhì)量檢查效率；紙質(zhì)檔案、聲像檔案電子目錄在審批完成后自動(dòng)入庫，公眾可及時(shí)查閱檔案信息；聯(lián)合接收流程完畢后，系統(tǒng)自動(dòng)輸出檔案移交證明；根據(jù)時(shí)間段分類統(tǒng)計(jì)檔案接收數(shù)量，實(shí)時(shí)展示檔案接收分析成果，如圖6所示。

圖6 檔案聯(lián)合接收審批

4.4 時(shí)空及屬性信息提取子系統(tǒng)

時(shí)空及屬性信息提取子系統(tǒng)為平臺的核心，立足于檔案行業(yè)信息化發(fā)展的高度，統(tǒng)籌城建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源，以規(guī)劃審批、城市管理業(yè)務(wù)需求為指引，編制檔案信息提取標(biāo)準(zhǔn)，充分挖掘城建檔案內(nèi)容，如規(guī)劃審批、勘察設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、竣工運(yùn)營等階段性資料，工程地質(zhì)、地下工程、地上建筑的詳細(xì)信息等。平臺集成表單引擎技術(shù)，將已編制的信息提取標(biāo)準(zhǔn)程序化、界面可視化。通過人工判讀、OCR文字識別，在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)檔案重要信息的提取、入庫，并定制地理信息數(shù)據(jù)掛接功能、檢查糾錯(cuò)功能、增量數(shù)據(jù)更新功能，在日常檔案查詢、接收業(yè)務(wù)中形成信息提取庫的常態(tài)化更新機(jī)制，如圖7所示。

圖7 檔案信息提取

以地理數(shù)據(jù)為主線，串聯(lián)信息提取數(shù)據(jù)，包含項(xiàng)目名稱、地址、建設(shè)單位、建筑性質(zhì)、高度、層數(shù)、開竣工日期等。集成GIS技術(shù)，以地圖形式進(jìn)行數(shù)據(jù)展示，并實(shí)現(xiàn)自定義區(qū)域范圍內(nèi)多指標(biāo)統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)指標(biāo)包含如建筑高度、建筑使用功能、人防等級、防火等級、總戶數(shù)等。

以信息提取數(shù)據(jù)為核心，通過知識圖譜技術(shù)，通過概念與概念、概念與實(shí)體、實(shí)體與實(shí)體、實(shí)體與屬性等之間的關(guān)系[5]，形成一個(gè)圖狀知識庫，為檔案查詢利用，以及更深層次的城建檔案應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

5 結(jié) 語

通過本平臺的建設(shè)，提升了南寧市城建檔案館檔案查詢、接收業(yè)務(wù)效率，以信息提取的方式建成了城建檔案數(shù)據(jù)庫，為城市規(guī)劃、建設(shè)、管理提供數(shù)據(jù)支撐。下一步將開展智慧城建檔案應(yīng)用服務(wù)體系的建設(shè)，以智能問答應(yīng)用方向?yàn)槔匀徽Z言處理與知識圖譜相結(jié)合，通過“智能機(jī)器人”客服，為公眾提供檔案查詢服務(wù)。