城市地下管网是城市基础设施建设的重要组成部分,是一座城市能量输送、物质传输、信息传递、排涝减灾和废物排弃的重要载体。作为城市地下空间中的一种重要对象,正承载着日益增长的城市居住人口及城市活动所带来的前所未有的压力,成为了我国城市化建设进程中的重中之重,日益呈现出错综复杂、相互交叠的立体特征,并具有施工不可见性、难度大、投资大、开发后不易改变等特点,因此,实现城市地下管网定位管理精细化、安全监管综合化、应急处置高效化和信息共享全面化已成为地下管网信息管理的本质目标。但是,目前面向地下管网的三维空间数据模型及其相关标准不统一,在数据信息含量、空间表现和分析能力等方面都存在着不足,三维模型缺乏完整的精细化构模和井室内外一体化表达的有效方法,造成了地下管网信息资源在表达和理解上各有不同,共享困难,建成的地下管网3D GIS成为了“信息孤岛”,三维模型建模自动化程度不高且更新困难,难以实现业务融合和协同互联,更无法支撑各种管网专业领域的知识模型。针对以上问题,本文以昆明市地下管网信息应用与共享平台建设为基础,以城市地下管网实体为研究对象,采用理论与应用研究相结合的方法,提出了一种顾及几何、时态、拓扑、语义的一体化的地下管网三维空间数据模型,并在模型基础上,寻求一种自动化程度高、精细化、便于更新维护的三维构模方法。本论文主要的研究工作如下：(1)分析了面向智能管网的地下管网综合管理的需求及其内涵,提出了一体化的地下管网三维空间数据模型。以三维地下管网对象为核心,包含了语义数据模型、几何数据模型和时态数据模型三个部分,通过现实世界中的地下管网→地下管网本体系统→地下管网对象类库→地下管网时空对象的映射和转换,将地下管网实体的几何特征、时间特征、拓扑特征、语义特征有机地结合起来,既便于模型在计算机中得以实现,又保障了语义信息无歧义地传输和执行。(2)提出了基于CSG+Sweep+体布尔运算的混合方法来自动化、完整地建立三维地下管网精细模型的新方法。将地下管网实体分为了抽象化的不规则形体的管点实体、尺寸结构属性驱动的管点实体、拓扑连接关系驱动的管点实体和管段实体四类,不同的实体采用不同的表面数学建模方法,并设计了3种基本几何元素和7种实体对象的数据结构,研究了井室内外一体化表达的方法。(3)研究了地下管网三维模型数据在线更新的方法。针对管网变化后整体生成管网三维模型,时间长而无法满足应急等相关应用需求的难题,采用面向服务的架构(SOA),在服务器和客户端采用XML进行数据交换,实现了管网二维数据变更后,同步在线自动化局部更新管网三维模型数据的技术流程,填补了国内的空白。(4)基于上述研究成果,以昆明市地下管网信息应用与共享平台为原型系统,重点阐述了其中三维系统的实现路线及其建模效果,并以两个真实的应用案例,验证了本文研究成果的可行性、有效性和应用价值。