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【摘 要】本文针对城市历史保护地段，研究了基于GIS的历史建筑信息管理和利用的方法，在建立建筑GIS地理模型的基础上，实现了对建筑属性信息、多媒体信息、历史档案信息的管理，并有效支持了信息分析、3D场景浏览、专题图制作、历史演变动画等多方面的应用。通过在珞珈山历史地段的应用，证明该方法具有建模效率高，信息管理效果好，工作量小，信息便于使用等特点。
【关键词】GIS；歷史保护地段；建筑信息管理；历史建筑
1 引言
城市历史保护地段大多位于旧城的核心地段，如武汉的珞珈山片、汉正街片、武昌首义片、一元路片等。随着我国旧城更新改造的加速，这些地段逐渐成为更新改造的重点。然而，由于这些地段坐落有大量的历史保护建筑，它们承载着丰富的历史信息，具有不可复制和再生的巨大历史价值，因而在设计、建设和管理过程中，需要充分关注、收集、掌握这些建筑的各类详细信息。而这些信息数量巨大、内容繁杂，只有通过科学和有效的管理，才能在保护规划、城市设计、建筑研究、历史研究、城市管理等领域发挥作用。
当前此类建筑信息主要采用资料汇编、照片集、建筑基本信息卡片等方式进行管理。在该方式下，信息的组织结构比较松散，查阅和利用存在很大困难，且极易造成信息丢失，例如，很难迅速查阅到建筑对应的照片，很难快速搜索到与目标建筑相关的档案、历史信息等，并且这些信息内容和结构固化，难以更新补充，难以对这些信息进行重新组织以支持灵活多样的分析，直接影响到研究、设计和管理的效率和科学性。为此本文研究了基于GIS（地理信息系统）的历史保护地段建筑信息管理方法，以武汉市珞珈山历史保护地段为案例进行了实践，并对这些信息进行了多样化的利用，证实了基于GIS技术方法的高效性、灵活性和科学性。
2 基于GIS的历史建筑信息管理方法
GIS在地理信息管理、信息分析、信息可视化方面具有特别优势。本方法利用GIS对历史地段的所有建筑进行地理建模，并以数字建筑作为基本单元，组织并附之于各类建筑信息，使之可以通过地图界面来快速查阅信息、分析信息、可视化这些信息。
本文以珞珈山历史保护地段为例，基于GIS通用软件ArcGIS，构建了地段内各栋建筑的GIS地理模型，对地段中的图书馆、工学院、宋卿体育馆等国家级文保单位建筑26栋、历史保护建筑38栋、各类建筑1500余栋的信息进行了录入和管理，纳入管理的历史建筑信息主要包括三个方面：1）历史建筑的年代、结构、功能等属性信息，2）照片、声像等多媒体信息，3）关于历史建筑的建造、事件、沿革、图纸等历史档案信息。
2.1 历史地段建筑的GIS建模
由于历史地段的建筑数量众多，本方法采用二维半建筑模型来简单表达建筑形态，即在二维平面建筑模型的基础上增加建筑高度0.5维。二维半建模方式速度快、效率高，非常适合大范围的城市建成环境模拟。该模型建成后，将作为建筑信息的载体，附着建筑的属性、多媒体资料和历史档案信息。
首先，在AutoCAD中，从地形图中提取建筑的外轮廓线，保证每条外轮廓线均是封闭的多义线，并且如果同一栋建筑/建筑群具有多个不同层数的建筑组成部分时，将其拆分为多个封闭外轮廓线。
然后，把上述建筑外轮廓线导入到ArcGIS中，生成“建筑”要素类。GIS中要素类是现实地理对象在数字环境中的点、线、面抽象，它除了拥有几何形状外，还拥有属性信息。“建筑”要素类是一个多边形要素类，描述了建筑的平面外轮廓。在ArcGIS中导入珞珈山历史地段内1500多栋建筑后的结果如图1所示。整个建模过程十分迅速简便，构建建筑的平面模型仅用了一人半个工作日。化价值、科学价值、艺术价值、综合价值等。
此外，我们还对每栋建筑进行编号，存入建筑编号属性，同一栋建筑/建筑群的各个组成部分具有相同建筑编号。
上述属性的设计主要根据建筑信息管理的需要，其属性值源自建筑调研和文献资料整理的成果。这些属性信息以类似数据表的形式存放，并关联到上述建筑GIS模型中的各栋建筑。
我们在ArcGIS系统下，录入珞珈山地段每栋建筑的属性后就可以直接在ArcGIS地图界面下，直观选择并查看目标建筑的属性。图1是用户在图面上点击文保建筑“理学院”后直接显示的该建筑的部分属性。
根据这些属性的值，可以对图面中的建筑外轮廓线进行符号化，用填充颜色、晕线、线宽、文字标注等方式对不同类型的建筑进行区别。图1根据历史建筑类型属性对文保单位、优秀历史建筑、一般建筑进行了分色填充，并标注了建筑层数属性，使用户能够直观地比较、分析各类建筑的分布情况，以及相互关系，该工作可在设置几个参数后，由ArcGIS自动完成。
2.3 历史地段建筑照片、视频信息的管理
照片和视频是可以非常直观和高效地记录建筑情况的方法之一，但是当建筑数量大，照片数量众多的情况下，很难把照片和对应的建筑一一关联，为后续的工作增添了难度。在上述GIS建筑模型的基础上，我们可以非常方便地管理这些多媒体信息。
首先，在“建筑”要素类中增加“照片路径”、“视频路径”属性，录入该建筑对应的照片、视频的存放路径。
然后，在ArcGIS环境下，启用超链接功能，使每栋建筑链接到“照片路径”、“视频路径”属性指定的照片、视频。
此外，在“建筑”要素类中增加“多媒体集路径”属性，针对某些建筑特别是历史建筑，有多张照片和视频的情况，将这些额外信息存放到一个文件夹下，并把其路径录入到该建筑的“多媒体集路径”属性中。
查阅照片视频时，只需在ArcGIS中选择“Hot Link”工具，然后点击相应的建筑，ArcGIS就会引导相应程序打开超链接的照片、视频（图2）、或者多媒体文件夹，非常方便直观。
针对珞珈山历史保护地段的绝大多数建筑，我们都拍摄了照片和视频。结果共采集到照片1000多张，视频100多段。经过超链接，可以直接在地图界面下打开指定建筑的多媒体文件，十分高效和直观，操作也
利用ArcGIS提供的动画制作功能，我们用动画模拟了珞珈山地段建筑建设的历程。首先我们根据建筑要素类的“建筑年代”属性，制作不同年代的建筑专题图层，把该年代后的建筑隐藏掉。然后把这些图层放到一个图层组下，利用ArcGIS的“创建组动画”工具，生成动画。该动画可以把这些不同年代的建筑专题图层叠加在一起，循环依次显示，动态展示珞珈山片区建筑的建设历程。并且还可以在动画播放过程中放大、缩小、平移图面，从而放大到局部以更加细致的查看细节，或者缩小到全局以掌握全貌。
此外我们还把上述专题图层在ArcScene下加工成3D形式，并在ArcScene下利用 “创建组动画”工具创建动画，得到了3D动画，并且还可以在动画播放过程中放大、缩小、漫游，获得非常深刻的体验。
4 结语
本文研究了基于GIS的历史地段建筑信息管理和利用的方法，在建立建筑GIS地理模型的基础上，实现了对建筑属性信息、多媒体信息、历史档案信息的管理。管理后的建筑信息可以通过空间几何形状、属性描述、照片及文档链接等多样化的手段，还原出一个丰富、真实的建筑环境，形成历史地段过去和现状的全面而珍贵的档案，并能够方便地支持信息分析、3D场景浏览、专题图制作、历史演变动画、规划设计等多方面的应用。珞珈山历史保护地段的实践，验证了该方法具有建模效率高、信息管理效果好、工作量小、信息便于使用等特点。从而打造出一个开放的可共享的基础信息平台，为旧城更新改造工作、历史保护规划编制、历史建筑研究、历史地段城市设计、历史建筑保护等提供了有效的信息支持。
参考文献
[1] Michael Zeiler: 为我们的世界建模: ESRI地理数据库设计指南[M]. 人民邮电出版社2004
[2] 牛强, 宋小冬. 基于元数据的城市规划信息管理新方法探索——走向规划信息的全面管理[J]. 城市规划学刊, 2012(2): 39~46.
[3] 牛强, 宋小冬. 城建档案管理中的地理空间序化方法研究[J]. 城建档案, 2010(11): 53~57.
[4] 陈莉莉, 柯栋. 面向GIS的电子文件管理[J]. 兰台世界, 2006(9): 18~19.
[5] 牛强, 宋小冬. 基于GIS的城市建设电子文件管理及实践[J]. 智能建筑与城市信息, 2012(2): 114~117.
作者简介：
牛强，男，1978年生，武汉大学城市设计学院讲师，博士，[email protected]，18627119366
通讯地址：武汉市珞珈山，武汉大学工学部城市设计学院城市规划系，牛强，430072
周婕，女，1962年生，武汉大学城市设计学院教授，博导，副院长，[email protected]，13707188991
【关键词】GIS；歷史保护地段；建筑信息管理；历史建筑
1 引言
城市历史保护地段大多位于旧城的核心地段，如武汉的珞珈山片、汉正街片、武昌首义片、一元路片等。随着我国旧城更新改造的加速，这些地段逐渐成为更新改造的重点。然而，由于这些地段坐落有大量的历史保护建筑，它们承载着丰富的历史信息，具有不可复制和再生的巨大历史价值，因而在设计、建设和管理过程中，需要充分关注、收集、掌握这些建筑的各类详细信息。而这些信息数量巨大、内容繁杂，只有通过科学和有效的管理，才能在保护规划、城市设计、建筑研究、历史研究、城市管理等领域发挥作用。
当前此类建筑信息主要采用资料汇编、照片集、建筑基本信息卡片等方式进行管理。在该方式下，信息的组织结构比较松散，查阅和利用存在很大困难，且极易造成信息丢失，例如，很难迅速查阅到建筑对应的照片，很难快速搜索到与目标建筑相关的档案、历史信息等，并且这些信息内容和结构固化，难以更新补充，难以对这些信息进行重新组织以支持灵活多样的分析，直接影响到研究、设计和管理的效率和科学性。为此本文研究了基于GIS（地理信息系统）的历史保护地段建筑信息管理方法，以武汉市珞珈山历史保护地段为案例进行了实践，并对这些信息进行了多样化的利用，证实了基于GIS技术方法的高效性、灵活性和科学性。
2 基于GIS的历史建筑信息管理方法
GIS在地理信息管理、信息分析、信息可视化方面具有特别优势。本方法利用GIS对历史地段的所有建筑进行地理建模，并以数字建筑作为基本单元，组织并附之于各类建筑信息，使之可以通过地图界面来快速查阅信息、分析信息、可视化这些信息。
本文以珞珈山历史保护地段为例，基于GIS通用软件ArcGIS，构建了地段内各栋建筑的GIS地理模型，对地段中的图书馆、工学院、宋卿体育馆等国家级文保单位建筑26栋、历史保护建筑38栋、各类建筑1500余栋的信息进行了录入和管理，纳入管理的历史建筑信息主要包括三个方面：1）历史建筑的年代、结构、功能等属性信息，2）照片、声像等多媒体信息，3）关于历史建筑的建造、事件、沿革、图纸等历史档案信息。
2.1 历史地段建筑的GIS建模
由于历史地段的建筑数量众多，本方法采用二维半建筑模型来简单表达建筑形态，即在二维平面建筑模型的基础上增加建筑高度0.5维。二维半建模方式速度快、效率高，非常适合大范围的城市建成环境模拟。该模型建成后，将作为建筑信息的载体，附着建筑的属性、多媒体资料和历史档案信息。
首先，在AutoCAD中，从地形图中提取建筑的外轮廓线，保证每条外轮廓线均是封闭的多义线，并且如果同一栋建筑/建筑群具有多个不同层数的建筑组成部分时，将其拆分为多个封闭外轮廓线。
然后，把上述建筑外轮廓线导入到ArcGIS中，生成“建筑”要素类。GIS中要素类是现实地理对象在数字环境中的点、线、面抽象，它除了拥有几何形状外，还拥有属性信息。“建筑”要素类是一个多边形要素类，描述了建筑的平面外轮廓。在ArcGIS中导入珞珈山历史地段内1500多栋建筑后的结果如图1所示。整个建模过程十分迅速简便，构建建筑的平面模型仅用了一人半个工作日。化价值、科学价值、艺术价值、综合价值等。
此外，我们还对每栋建筑进行编号，存入建筑编号属性，同一栋建筑/建筑群的各个组成部分具有相同建筑编号。
上述属性的设计主要根据建筑信息管理的需要，其属性值源自建筑调研和文献资料整理的成果。这些属性信息以类似数据表的形式存放，并关联到上述建筑GIS模型中的各栋建筑。
我们在ArcGIS系统下，录入珞珈山地段每栋建筑的属性后就可以直接在ArcGIS地图界面下，直观选择并查看目标建筑的属性。图1是用户在图面上点击文保建筑“理学院”后直接显示的该建筑的部分属性。
根据这些属性的值，可以对图面中的建筑外轮廓线进行符号化，用填充颜色、晕线、线宽、文字标注等方式对不同类型的建筑进行区别。图1根据历史建筑类型属性对文保单位、优秀历史建筑、一般建筑进行了分色填充，并标注了建筑层数属性，使用户能够直观地比较、分析各类建筑的分布情况，以及相互关系，该工作可在设置几个参数后，由ArcGIS自动完成。
2.3 历史地段建筑照片、视频信息的管理
照片和视频是可以非常直观和高效地记录建筑情况的方法之一，但是当建筑数量大，照片数量众多的情况下，很难把照片和对应的建筑一一关联，为后续的工作增添了难度。在上述GIS建筑模型的基础上，我们可以非常方便地管理这些多媒体信息。
首先，在“建筑”要素类中增加“照片路径”、“视频路径”属性，录入该建筑对应的照片、视频的存放路径。
然后，在ArcGIS环境下，启用超链接功能，使每栋建筑链接到“照片路径”、“视频路径”属性指定的照片、视频。
此外，在“建筑”要素类中增加“多媒体集路径”属性，针对某些建筑特别是历史建筑，有多张照片和视频的情况，将这些额外信息存放到一个文件夹下，并把其路径录入到该建筑的“多媒体集路径”属性中。
查阅照片视频时，只需在ArcGIS中选择“Hot Link”工具，然后点击相应的建筑，ArcGIS就会引导相应程序打开超链接的照片、视频（图2）、或者多媒体文件夹，非常方便直观。
针对珞珈山历史保护地段的绝大多数建筑，我们都拍摄了照片和视频。结果共采集到照片1000多张，视频100多段。经过超链接，可以直接在地图界面下打开指定建筑的多媒体文件，十分高效和直观，操作也
利用ArcGIS提供的动画制作功能，我们用动画模拟了珞珈山地段建筑建设的历程。首先我们根据建筑要素类的“建筑年代”属性，制作不同年代的建筑专题图层，把该年代后的建筑隐藏掉。然后把这些图层放到一个图层组下，利用ArcGIS的“创建组动画”工具，生成动画。该动画可以把这些不同年代的建筑专题图层叠加在一起，循环依次显示，动态展示珞珈山片区建筑的建设历程。并且还可以在动画播放过程中放大、缩小、平移图面，从而放大到局部以更加细致的查看细节，或者缩小到全局以掌握全貌。
此外我们还把上述专题图层在ArcScene下加工成3D形式，并在ArcScene下利用 “创建组动画”工具创建动画，得到了3D动画，并且还可以在动画播放过程中放大、缩小、漫游，获得非常深刻的体验。
4 结语
本文研究了基于GIS的历史地段建筑信息管理和利用的方法，在建立建筑GIS地理模型的基础上，实现了对建筑属性信息、多媒体信息、历史档案信息的管理。管理后的建筑信息可以通过空间几何形状、属性描述、照片及文档链接等多样化的手段，还原出一个丰富、真实的建筑环境，形成历史地段过去和现状的全面而珍贵的档案，并能够方便地支持信息分析、3D场景浏览、专题图制作、历史演变动画、规划设计等多方面的应用。珞珈山历史保护地段的实践，验证了该方法具有建模效率高、信息管理效果好、工作量小、信息便于使用等特点。从而打造出一个开放的可共享的基础信息平台，为旧城更新改造工作、历史保护规划编制、历史建筑研究、历史地段城市设计、历史建筑保护等提供了有效的信息支持。
参考文献
[1] Michael Zeiler: 为我们的世界建模: ESRI地理数据库设计指南[M]. 人民邮电出版社2004
[2] 牛强, 宋小冬. 基于元数据的城市规划信息管理新方法探索——走向规划信息的全面管理[J]. 城市规划学刊, 2012(2): 39~46.
[3] 牛强, 宋小冬. 城建档案管理中的地理空间序化方法研究[J]. 城建档案, 2010(11): 53~57.
[4] 陈莉莉, 柯栋. 面向GIS的电子文件管理[J]. 兰台世界, 2006(9): 18~19.
[5] 牛强, 宋小冬. 基于GIS的城市建设电子文件管理及实践[J]. 智能建筑与城市信息, 2012(2): 114~117.
作者简介：
牛强，男，1978年生，武汉大学城市设计学院讲师，博士，[email protected]，18627119366
通讯地址：武汉市珞珈山，武汉大学工学部城市设计学院城市规划系，牛强，430072
周婕，女，1962年生，武汉大学城市设计学院教授，博导，副院长，[email protected]，13707188991