BIM与GIS集成的城市建筑规划审批系统设计与实现测绘工程专业毕业论文Word文件下载.docx
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在建筑审批环节中，需要通过研究待审批项目的内容，建立审批关键要素与BIM模型数据之间的映射关系，从繁多的信息中获取所需的审批关键要素信息。
本文通过对建筑间距、建筑限高、建筑密度与建筑容积率等待审批项目的内容进行分析研究，建立了审批关键要素与BIM要素之间的映射关系，为建筑规划审批提供支持。
其映射关系如表4．4所示：
表4-4审批要素与BIM要素间映射关系
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4．4建筑间距规划审批流程与算法
在建筑规划规范中，建筑间距的定义为相邻两栋建筑物或者构筑物外墙轴线之间最近点的水平直线距离。
建筑间距是建筑规划审批中非常重要的核查指标，直接影响着城市生态系统中采光、通风、噪音、绿化等多种复杂的环境因素，同时也是消防安全、地震避险的重要保障【451。
作为衡量建筑总体环境的重要标准之一，城市规划特别是在详细规划审批中对城市建筑综合间距有着非常严格的要求。
基于BIM与GIS技术集成的建筑规划审批系统，利用BIM模型几何组件参数化、建筑语义丰富、模型精细度高与信息一致性强等特点，为建筑间距指标审核工作提供完整的基础模型数据支持，其数据处理流程如图4．2所示。
首先根据建筑间距审批关键要素映射关系，分析并提取出所需的BIM关键要素，然后利用要素信息获取建筑底部外轮廓数据，最后计算外轮廓之间的间距，并根据间距审批标准库中建筑物的长边朝向（或主要朝向）以及建筑层高等条件，判断建筑是否满足建筑间距标准。
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图4—2建筑间距规划审批数据处理流程实现建筑间距的审批具体包含两个部分，如图4．3所示：
第一是确定建筑的布局方式。
需要首先根据国家、地方在建筑间距审批相关法律法
规设计的建筑审批规范标准库，确定不同建筑布局方式下的建筑间距需满足的审批标准。
然后分析建筑物的布局方式，如图所示，以两栋建筑A、B的间距审批为例，通过获取建筑物最小外包矩形为判断条件，以最小外包矩形的长边方向代替A、B两栋建筑物的长边方向（或主要朝向），然后计算A、B两栋建筑物长边方向（或主要朝向）间的夹角，最后结合两栋建筑物的高度分类信息（底层、多层或者高程），根据建筑间距审批标准库中的布局条件进行判断，获得A、B两栋建筑物之间需满足的最小建筑间距要求。
第二是计算建筑间实际最小间距。
首先需要利用BIM模型数据提取到的几何、语义要素信息，采用Graham扫描法来生成A、B两栋建筑的外轮廓信息以及最小外包矩形数据，然后以建筑外轮廓信息为基础，利用旋转卡壳算法求解两栋建筑间的最小对踵距离，并结合A、B两栋建筑物的布局方式与建筑间距审批标准库来判断建筑间距
是否符合标准。
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图4-3建筑间距审批算法流程图
4．4．1Graham扫描法提取建筑物外轮廓
建筑间距计算需要建筑模型的底部外轮廓信息，在上一章完成BIM关键要素的获取基础上，还需要进一步提取建筑模型的底面外轮廓信息来实现建筑间距审核分析。
现有方法主要是对三维模型进行坐标投影，转换成二维平面模型后再提取其外轮廓信息。
但由于BIM模型的结构复杂，子部级组件繁多，坐标投影转换时间长，外轮廓信息提取复杂度高，难以完成基于BIM模型的快速审批需求。
本文结合BIM模型组件参数化、语义信息丰富等特点，利用己提取到的BIM关键要素信息，基于Graham扫描法快速完成建筑物外轮廓信息的获取。
其主要步骤如下，首先对BIM关键要素信息几何模型进行预处理，通过检索BIM语义信息中的“floor”属性信息与楼层信息，得到建筑物底层楼板的Element．ID，并按唯一ID值获取底层楼板的实体组件模型，将模型的顶点信息通过去除高程的方式直接映射N-维平面，得
到建筑底面的无序排列顶点集数据，然后基于Graham扫描算法，对顶点集数据进行凸
包生长，最终提取到建筑的外轮廓信息。
Graham．Scan算法是计算平面凸包（convexhull）的经典方法【46】，该算法利用顶点
集信息进行凸包生长，可得到建筑模型底面的凸包外轮廓，并用于后续的计算分析，其
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算法时间复杂度为Odogn），算法的主要步骤如下：
（1）寻找最左下点，设为p／o]点。
（2）以p／O]点为基准点，计算其余点到基准点的极角值arctan（y-yO,x-xO），并按
极角值由小到大排列础聆-口。
若极角值相同，只保留离p／O]点最远的点。
实际按向量叉积进行判断，无需求得极角值。
（3）创建堆栈，并将p／O]、p／q、p刃三个点入栈。
（4）对p／3n．J7每个点进行判断，若栈顶的两个点与其构成左转关系，则将该点入栈。
如果不构成左转关系，则将栈的顶点剔除，并重新与栈顶两点进行比较，直到没有点需要出栈后将该点入栈。
（5）所有点处理完毕后，堆栈中保留的顺序点即为最小凸包，如图4-4所示。
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口
图4-4Graham-Scan算法生成凸包建筑物底部外轮廓凸包求解完毕后，可以利用外轮廓凸包快速获取到建筑物底部的
最,Jq'
t-包矩形。
该最小外包矩形的长边即为建筑物的长边，通过计算两栋建筑物长边之间的夹角来判断建筑的布局方式，具体布局方式见表X。
建筑物底部最小外包矩形获取的主要方法如下：
（1）选取凸包p／O／、p／／]两点连线作为矩形的初始边。
（2）寻找凸包点离该初试边最远的点，以该点做初试边的平行线，得到矩形的第二条边。
（3）将凸包剩余点投影到初始边上，求投影距离最远的两点并做垂线，得到矩形的另两条边。
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（4）遍历上述步骤，得到所有的矩形，取面积最小的矩形为最终结果，如图4-5所示。
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图4—5多边形凸包生成最小外包矩形框
4．4．2旋转卡壳法计算建筑最小间距
建筑物的底部外轮廓获取后，就可以利用外轮廓信息求解建筑间的最小间距。
本文采用RotatingCalipers（旋转卡壳）算法【47】求得两多边形的所有对踵点，计算对踵点间
的距离，并取最小值为建筑最小实际间距。
旋转卡壳算法如同一对平行直线，同时绕着
两个多边形进行旋转，遍历并记录被两平行旋转线穿过的对踵点。
该算法保证了两多边形所有点、边对踵情况均被考虑，且时间复杂度较低。
如图4-6所示，两个凸包多边形间包含了以下三类对踵情况，从左至右分别为：
点点对踵，点边对踵，边边对踵。
图4-6旋转卡壳对踵距离示意图
给定两个凸包多边形A、B，各自包含了m、胛个以顺时针记录的顶点，其旋转卡壳算法计算两凸包多边形间最短间距算法流程概述如下：
（1）获取A中Y值最大项点口聊与B中y值最小顶点6砑。
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（2）以口脚、6聊构造切线三口与三6，使其位于对应多边形A、B的右侧，此时
￡口与助方向相反且口脚、6聊形成对踵点。
（3）顺时针旋转两平行线，直到其中一条与其所在凸多边形的边重合，此时有两种情况：
a）若为边．边对踵情况，则构建公垂线；
计算距离；
b）若非边．边对踵情况，则计算点．边、点．点的对踵情况距离，取最小的保存；
（4）重复步骤2直到所有情况的距离都被计算。
（5）输出最小对踵距离，即A、B两凸包多边形之间的最小间距。
在实际的建筑间距审批环节中，需要针对每栋建筑，迭代其余单体建筑来检查建筑
的间距是否符合要求。
在通过旋转卡壳法计算建筑间距之前，还需要进行预判断：
获取待比较建筑物的最小外包矩形与建筑物高度，如果两栋建筑物外包矩形轮廓的中心连线距离大于建筑高度（较高建筑物）的两倍，则认为建筑间距合格，无需进行比较，减少计算时间。
4．5建筑其他规划审批项目核查流程
由于BIM模型具有丰富而且完整的建筑组件参数化信息，在部分建筑规划审批核查项目中，可以直接过滤并提取组件的语义参数化信息，经过简单的统计计算，得到待核查项目的设计值，从而充分利用了BIM丰富的信息来减少三维模型的几何运算，提高了建筑规划审批的工作效率。
4．5．1建筑限高规划审批流程
建筑限高是指在城市总体规划时，按照规划特殊要求对建筑物进行高度控制，如在特定的保护区域、文物单位与风景区保护范围、市中心临街区域，或者航空港、气象站、军事要塞、通讯站等多种设施周围的建筑物都需要限制高度【481。
建筑限高可以有效控制高层建筑数量，降低城市建筑的密度，保障了飞机航行的安全性，同时限高对历史古迹与人文景观具有重要的保护意义。
在建筑限高核查中，其关键审批要素是建筑高度。
建筑高度是指建筑物的室外地平面至外墙项部的总高度，且不包含避雷针、风向器、烟囱、天线等屋顶突出构筑物。
在限高核查时，如果Revit模型的建筑明细表中标注有该栋建筑物的总高度，可以直接提
西南交通大学硕士研究生学位论文第32页取建筑的高度信息，用于建筑限高的审批核查。
如果明细表中没有标注，则可以通过遍
历Revit模型的Document文档信息中Level关键属性值，来获取建筑物的标高信息，如图4—7所示，取其中建筑最大标高值为建筑总高度。
其主要流程如下：
（1）创建UIDocument对象，并获取ActiveUIDocument值。
（2）遍历UIDocument对象中的Level属性，获取建筑物所有标高元素。
（3）对建筑标高元素值进行判断，取最大标高值为建筑物高度。
（4）将建筑高度与该建筑区域设置的建筑限高值作比较，判断该建筑物是否满足
限高标准。
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