基于建筑施工图的建筑物信息提取方法研究

基于建筑施工图的建筑物信息提取方法研究

张旎

无锡市都市建筑设计有限公司江苏无锡214000

摘要：建筑是城市重要的组成部分。随着智慧城市建设的热潮在各个城市日益高涨，对建筑进行三维重建是智慧城市建设中的热点和难点。然而现有建筑三维模型大多是立足于“可看”的角度，提取建筑物外表面信息，创建的是建筑表面轮廓模型。这种表面模型只能对建筑的外观进行展示，无法在室内开展诸如室内导航、火灾与应急分析等应用。满足智慧城市中建筑室内外一体化分析和应用的需求，需要构建具有丰富信息的建筑物三维模型。

关键词：建筑施工图；信息提取；方法对策

建筑是构成城市的重要组成部分，是一种文化符号，也被当成是一种艺术作品，是人类生活生产的重要载体。调查研究表明人类全天平均60%以上的活动时间是在建筑室内中度过，建筑作为与人类关系密切的微尺度地理环境，研究建筑相关信息的采集、存储、管理和表达对深入了解人与地理环境关系研究具有重要意义。

1建筑施工图

建筑施工图作为施工放线、房屋的构筑、门窗安装等依据数据，一般包括施工总说明、总平面图、门窗表、建筑平面图、建筑立面图、建筑剖面图和建筑详图等图纸。根据施工数据中图纸内容用途和功能的不同，以及图纸中建筑构件识别提取的内容，本文将施工图中的信息分为平面图、立面图、剖面图、门窗表、其他五大类。

2建筑施工图数据质量

目前使用建筑图纸创建建筑物三维模型，主要是实现图纸中建筑构件符号信息的识别提取。符号提取的方法包括模板匹配、约束网络、霍夫变换等方法，上述方法在一定的程度上能够提高符号的识别效果。但由于存在绘图习惯或设计规范遵守不严等方面问题，导致图纸数据表达不一致或构件信息描述错误等问题。因此，在自动识别建筑图纸的符号过程中通常适量的加入人工交互。本文面向建筑物建模中构件信息的提取，关注建筑施工图在建筑构件表达描述上是否与相关制图规范和设计标准表达一致，并以此作为文本建筑施工图数据质量研究的主要内容。

建筑物三维模型的几何位置是否准确、构件属性信息是否完整都依赖于良好的建筑施工图数据。图纸对构件在语义描述、几何形态、空间定位、属性特征、要素关系等方面的表达质量，是评判施工图数据质量的关键。因此，本文从构件信息提取角度对施工图数据质量进行说明，

（1）构件语义信息的准确性

构件语义信息的准确性指图纸中绘制的建筑构件能否通过图层、文字等方面实现建筑构件信息的语义描述。例如可以利用图层分层的特性区分墙和柱，还可以使用文字标注区分不同的门类型。

（2）几何形态表达的准确性

几何形态表达的准确性展示了建筑构件中不同几何形态表达是否与标准规范一致。例如，室内坡道的坡度不宜大于1：8，室外坡道坡度不宜大于1：10；楼梯梯段的踏步数目应大于3级且小于18级等。因此，检查建筑构件的几何形态表达是否准确是评价施工图数据质量的重要指标。

（3）空间位置表达的准确性

图纸中构件定位信息是否准确决定了建筑物模型表达是否正确。例如构件在平面的相对位置是通过定位轴线进行确定的，竖直方向的位置则是通过标高信息进行控制。相同构件在不同视图图纸的相对位置表达不一样时，则会对构件信息的提取产生困扰和歧义。例如门窗相对于墙体的位置在平面图与立面图均保持一致。

3建筑构件自动识别提取

3.1建筑构件语义描述信息提取

图纸分幅是对建筑施工图按照分类规则，将图纸的不同图纸进行分类分幅，即将同一类的图纸划分到同一个文件进行保存。并规范化对文件按图纸名称命名，例如对于平面图中的建筑平面图，可以将图纸内容命名为“平面图-建筑平面图”。再根据提取的需要对不同类别的图纸进行进一步的细分，例如平面图中的建筑平面图纸可根据楼层信息进一步细分为总平面图、平面图、房间平面图等类型。

3.2建筑构件定位信息提取

本文中建筑构件的定位信息主要是依赖于定位轴网。在建筑平面图的细分中，不同图框内的图纸信息分开进行存放，根据图纸中不同楼层图幅具有相同定位轴线的特点，选定相同轴线交点作为分幅的基准点。再将不同楼层图幅到同一基准点上，最后保存的图纸文件名需要加入图幅所在的楼层。例如一层的建筑平面图应命名为“平面图-建筑平面图-一层”。此时，通过定位轴线的控制，可以保证不同楼层的位置与现实一致。

3.3建筑构件几何信息提取

建筑构件几何信息是提取施工图纸中构件的几何形态。通过平面图与立面图具有相同的定位轴线信息，对图纸中的构件建立关联关系，将平面图中的构件的底面进行还原，结合立面图中的标高信息，实现构件在空间中的几何形状与定位信息进行表达。本文依据构件符号在图纸中的表达形式进行分类提取。

3.4建筑构件属性特征信息提取

1）标注信息

标注信息是指构件的属性信息直接通过图纸上的标注符号进行显示，例如有文字、尺寸等说明。信息通常的标注在待说明对象的附近，因此可以根据就近原则对建筑构件的属性特征进行确定。本节中主要对含有标注信息的楼梯、门、窗等标注信息进行提取。

2）门

门的属性信息是通过获取门的编号注释与门窗表中的编号信息进行匹配而得，取得门的编号信息通过获取与门最近的门编号即可。具体流程如下：1）门的编号信息放置在单独的图层中，提取图层中门编号文字的插入点坐标；2）取得一条门的等价线，使用欧式距离计算离等价线最近的文字坐标；3）对门的等价线赋予文字注释，及门的编号属性信息，重复2）流程，直到所有的门拥有门编号信息。

3）窗户

与门一样，窗户的属性信息通过窗户的注释文字取得。由于窗户编号的注释与门编号的注释处于同图层内，且提取方法与门编号信息提取方法一致，因此可以采用门编号提取流程实现窗户编号属性的提取。

4）表格信息

建筑施工图中含有大量的表格信息，包括图纸目录、工程做法表和门窗表等。表格在图纸中通常以二维表的方式进行表达，其形状特征具有一致性。由于表格使用离散的文本和线段表达，侧重于可视化的表达，不易被计算机所识别。

3.4建筑构件存储与管理

构件中的几何字段使用WKT形式进行转换，数据库中使用文本格式进行存储。建筑构件的信息使用五张表进行管理存储，其中包括建筑物信息表、构件名称表、构件几何信息表、构件属性表和构件关系表。分别将建筑物信息、建筑构件语义、几何、属性和关系进行存储。通过图层分层映射方法实现建筑构件的语义识别与提取；利用定位轴线的控制，提取建筑构件的定位信息；在此基础上提取不同建筑的几何信息。根据图纸中标注与表格的表达，完善建筑构件的属性信息；并根据建筑构件相互之间的空间关系，实现构件关系重构，有效的补充了建筑模型的信息表达的完整性，为建筑三维建模和空间分析应用提供基础和前提依据。

总之，全球掀起数字城市和智慧城市建设的热潮，对建筑物三维模型需求愈来愈高，使用建筑市场中广泛存在的建筑施工图作为本文研究的数据源，在分析施工图内容和制图符号表达特点的基础上，总结建筑构件符号在语义、几何、定位、属性以及关系等方面的表达方式。结合国家相关标准和规范，立足于建筑信息提取的内容，对构件信息建立完整的知识规则库，应用知识规则库实现建筑构件数据质量检查，规范图纸对建筑构件符号的绘制和表达，然后从建筑构件语义、几何、定位、属性以及关系考虑，设计并实现完整的建筑信息提取方法。

参考文献

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