随着现代化城市的演变,建筑文化遗产在我国传统文化保护工作中占据重要地位,尤其是明清时期的古建筑,处于古代建筑史上的最后一个巅峰期,其独特的建筑风格和善存较为完整的建筑体都吸引了各领域学者的关注。古建筑模型数字化管理和应用是当前保护工作的重要环节,但是目前构建出来的三维古建筑模型依旧存在语义表达不明确、缺乏空间拓扑关系、模型可视化效果差等问题,使得现有的模型无法满足古建筑保护领域的语义查询、空间分析、数据挖掘等深层次应用需求。城市地理标记语言City GML（City Geography Markup Language,简称City GML）是面向三维城市的一种通用数据模型,它定义了城市中大部分实体对象的几何、语义、拓扑、外观等属性信息,规范了多尺度模型划分标准,同时还提供应用领域扩展机制ADE（Application Domain Extension,简称ADE）来满足其他领域的应用需求。因此,将City GML应用于建筑遗产领域,构建几何、语义、拓扑一体化的古建筑三维模型,实现古建筑模型数字化保护和精细化管理具有重要意义。本文以明清古建筑为重点研究对象,通过应用领域扩展机制构建顾及语义和拓扑的City GML扩展模型,实现City GML与建筑遗产保护领域的融合。文章的主要研究内容如下:（1）根据明清古建筑的结构特点,扩展定义古建筑构件语义类别,设计出City GML古建筑扩展模型的语义模块。首先按照空间结构对明清古建筑的建筑构件进行类别划分,然后定义构件类别的几何表达、语义描述、多细节层次LOD（Levels of Detail,简称LOD）等属性信息,最后根据这些信息设计出City GML古建筑语义扩展模块标准建模语言UML（Unified Modeling Language,简称UML）图,并编写相应的语义信息定义文件（XML Schemas Definition,简称XSD）。（2）在原拓扑表达方式Xlink的基础上,新增四种拓扑关系和拓扑元素类来描述两个构件语义实体间的拓扑关系和拓扑交集,由此设计出City GML扩展模型的拓扑模块。针对City GML原拓扑表达不明确这一问题,本文以空间拓扑模型为理论基础,使用四种拓扑关系相接、相离、相等、包含和四种拓扑元素点、线、面、体来表示两个古建筑构件间详细的拓扑关系。其中,拓扑元素表示两个实体产生的交集要素,交集要素的几何表示使用原简便的Xlink引用方式。这样,新的拓扑表达方式既能继承原拓扑表达的简洁性,减少模型冗余度,又能明确清晰地表示语义对象间的拓扑关系。最后,根据新增拓扑类设计City GML扩展模型的拓扑模块UML图,并转成拓扑关系XSD定义文件。（3）以北京故宫群体为实验数据,验证前文提出的语义和拓扑扩展模型的可用性。首先对故宫群体Sketch Up三维模型进行数据预处理,将模型构件按照类别进行划分,为后续建模提供原始的几何数据;然后使用ade-xjc工具将语义信息和拓扑关系的定义文件（*.XSD）转换为Java类库,再利用citygml4j技术根据这个类库和Sketch Up几何数据构建包含语义和拓扑信息的City GML古建筑三维模型;最后对模型进行语义可视化和拓扑分析。实验结果表明:本文提出的顾及语义和拓扑的City GML扩展模型能实际应用到明清古建筑当中,构建出来的古建筑模型能清晰直观地表达古建筑构件的语义信息和拓扑关系,并且在模型外观渲染和多尺度表达方面展现出较好的可视化效果。