地铁车站BIM模型信息完备性审查研究.pdf

D O I:1 0.1 9 3 2 2/j.c n k i.i s s n.1 0 0 6-4 7 1 0.2 0 2 4.0 1.0 1 0h t t p s:/x u e b a o.x a u t.e d u.c n引文格式:赵钦,赵杨阳,马召熙,刘彦明,黑新宏.地铁车站B I M模型信息完备性审查研究J.西安理工大学学报,2 0 2 4,4 0(1):1 0 0-1 1 0.Z HAOQ i n,Z HAOY a n g y a n g,MAZ h a o x i,L I UY a n m i n g,HE IX i n h o n g.R e s e a r c ho nc o m p l e t e n e s s r e v i e wb a s e do nm e t r os t a t i o nB I M m o d e l i n f o r m a t i o nJ.J o u r n a l o fX i a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,2 0 2 4,4 0(1):1 0 0-1 1 0.收稿日期:2 0 2 2-0 6-2 2;网络首发日期:2 0 2 3-0 7-1 0网络首发地址:h t t p s:/k n s.c n k i.n e t/k c m s 2/d e t a i l/6 1.1 2 9 4.N.2 0 2 3 0 7 0 7.1 6 1 3.0 0 2.h t m l基金项目:国家自然科学基金资助项目(5 1 8 7 8 5 5 6);陕西省重点研发计划项目(2 0 1 9 T D-0 1 4);轨道交通工程信息化国家重点实验室(中铁一院)开放课题(S K L K Z 2 1-0 3)第一作者:赵钦,女,博士,教授,研究方向为土木工程信息技术、轨道交通工程智能化。E-m a i l:z h a o q i n 6 6 8 8x a u t.e d u.c n通信作者:赵杨阳,女,硕士生,研究方向为轨道交通工程智能化。E-m a i l:1 1 9 2 3 9 9 8 7 5q q.c o m地铁车站B I M模型信息完备性审查研究赵 钦1,赵杨阳1,马召熙1,刘彦明2,黑新宏3(1.西安理工大学 土木建筑工程学院,陕西 西安7 1 0 0 4 8;2.中铁第一勘察设计集团有限公司 轨道交通工程信息化国家重点实验室,陕西 西安7 1 0 0 4 3;3.西安理工大学 计算机科学与工程学院,陕西 西安7 1 0 0 4 8)摘要:随着智能建造的发展,三维正向设计逐渐替代了传统二维设计,对设计成果的交付审查也将同步转换为对建筑信息模型的审查。地铁建筑设计区别于其他建筑具备较强的功能性,在实际设计交付成果审查中,会存在错审率、漏项高等问题。为解决该问题,本文依据相关国家标准,构建适用于地铁车站建筑信息模型完备性审查的本体模型,同时集成工业基础类(I F C4.0)实例信息、计算机规则技术,实现模型完备性审查。以地铁车站的建筑单元为例,实现地铁车站模型在方案设计阶段的交付工作。该方法的提出有助于促进整个建筑行业的信息化发展。关键词:领域本体;模型交付;语义网规则语言;地铁车站;完备性审查中图分类号:TU 2 0 5 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 6-4 7 1 0(2 0 2 4)0 1-0 1 0 0-1 1R e s e a r c ho nc o m p l e t e n e s s r e v i e wb a s e do nm e t r os t a t i o nB I M m o d e l i n f o r m a t i o nZ HAOQ i n1,Z HAOY a n g y a n g1,MAZ h a o x i1,L I UY a n m i n g2,HE IX i n h o n g3(1.F a c u l t yo fC i v i lE n g i n e e r i n ga n dA r c h i t e c t u r e,X ia nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,X ia n7 1 0 0 4 8,C h i n a;2.S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fR a i lT r a n s i tE n g i n e e r i n gI n f o r m a t i z a t i o n,C h i n aR a i l w a yF i r s tS u r v e ya n dD e s i g nI n s t i t u t eG r o u pL t d,X ia n7 1 0 0 4 3,C h i n a;3.F a c u l t yo fC o m p u t e rS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g,X ia nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,X ia n7 1 0 0 4 8,C h i n a)A b s t r a c t:W i t ht h ed e v e l o p m e n to f i n t e l l i g e n t c o n s t r u c t i o n,t h e t h r e e-d i m e n s i o n a l f o r w a r dd e s i g ng r a d u a l l yr e p l a c e st h et r a d i t i o n a l t w o-d i m e n s i o n a ld e s i g n,a n dt h ed e l i v e r yr e v i e wo fd e s i g nr e-s u l t sw i l l a l s ob es i m u l t a n e o u s l yt r a n s f o r m e di n t ot h er e v i e wo fb u i l d i n gi n f o r m a t i o nm o d e l i n g.T h ed e s i g no fs u b w a yb u i l d i n g s i sd i f f e r e n t f r o mt h o s eo fo t h e rb u i l d i n g sa n di so fs t r o n gf u n c-t i o n a l i t y,a n dt h e r ew i l lb ep r o b l e m ss u c ha sw r o n gr e v i e wr a t ea n dh i g ho m i s s i o n s i nt h e r e v i e wo f a c t u a l d e s i g nd e l i v e r a b l e s.I no r d e rt os o l v et h i sp r o b l e m,t h i sp a p e rc o n s t r u c t sa no n t o l o g ym o d e l s u i t a b l e f o r t h ec o m p l e t e n e s s r e v i e wo fb u i l d i n g i n f o r m a t i o nm o d e l so f s u b w a ys t a t i o n sa c-c o r d i n gt or e l e v a n tn a t i o n a l s t a n d a r d s,a n di n t e g r a t e st h ei n d u s t r yf o u n d a t i o nc l a s s e s(I F C4.0)i n s t a n c e i n f o r m a t i o na n dc o m p u t e r r u l e t e c h n o l o g yt or e a l i z em o d e l c o m p l e t e n e s s r e v i e w.T a k i n gt h eb u i l d i n gu n i t o f t h e s u b w a ys t a t i o na s a ne x a m p l e,t h ed e l i v e r yo f t h e s u b w a ys t a t i o nm o d e l i nt h es c h e m ed e s i g ns t a g e i s r e a l i z e d.T h ep r o p o s a l o f t h i sm e t h o d i sh e l p f u l t op r o m o t e t h ed e v e l-o p m e n to f i n f o r m a t i z a t i o n i nt h ee n t i r ec o n s t r u c t i o n i n d u s t r y.K e yw o r d s:d o m a i no n t o l o g y;m o d e l d e l i v e r y;SWR L;m e t r os t a t i o n;c o m p l e t e n e s s r e v i e w001 西安理工大学学报J o u r n a l o fX i a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y(2 0 2 4)V o l.4 0N o.1 地铁建筑项目具有综合性强、内部系统交错复杂、自身功能性不同于一般建筑等特点。在进行地铁车站设计时,项目本身就具备着庞大的信息量,导致在C A D设计时,设计人员工作量繁重。随着建筑行业信息化的飞速发展,传统的C A D图纸设计逐渐被三维模型设计所取代,审查工作也逐渐转向对三维模型的审查。然而当审查人员对其进行审查时,审查结果存在错审率、漏审率高等问题。国外对模型审查方面的研究起步较早,主要应用于建筑的设计阶段,许多欧洲国家已经开始研发自动化B I M模型检查工具,将B I M与建筑审查整合在 一 起1,2。S o l i b r iM o d e lC h e c k e r(以 下 简 称“S MC”)是芬兰公司一款专门用于建筑规范检查的软件,可以对可访问性、消防安全以及建筑构件细节进行审查,S MC还可以处理数百条与建筑规范相关的规则,且支持用户的自定义规则,以评估和识别设计问题3,但是这种用户自定义规则是在该软件预先设计的规则框架中通过修改规则来定义的。2 0 2 1年,S o l i m a n等4为在医疗建筑设计中采用自动化的合规性检查,在S o l i b r iM o d e lC h e c k e r软件上实现了案例研究项目中的需求和规则集样本建模。新加坡开发了关 于建筑和 房地产网络“C O R E N E Te-P l a n C h e c k”的建筑规范检查系统,e-P l a n C h e c k是目前最成熟的规则审查方法之一,该系统可以确认数字建筑模型是否符合建筑规范。E a s t m a n等5针对多种规则审查平台进行了对比评估,发现这些规则审查平台基本上都是应用于工业基础类(i n d u s-t r y f o u n d a t i o nc l a s s e s,I F C)建筑模型。L e e等6提出了自动质量检查,用于审查空调风管系统中的B I M构件模型。目前,国内的模型审查主要涉及建筑消防、建筑设计、施工安全等方面。清华大学自主研发了建筑信息模型智能审查工具B I MC h e c k e r7,该工具基于S N L规则库的智能审查方法,通过编写不同的领域规则,可以将应用方向拓展至其他领域。邓亚8利用R e v i t二次开发,实现了对建筑消防模型的三维建筑信息提取,将提取内容转化为I F C模式的图纸后,结合标准的消防信息表,开发了三维建筑消防图纸审查系统。胡培宁等9提出了自动防火设计审查,不同于其他审查系统,它引入了社交网络的概念,使整个审查过程可以经由建筑各方人员协调沟通,提升最终审查结果的可行性。刘学贤等1 0从B I M正向设计入手,针对设计阶段的原有审查过程进行流程与关键技术的优化。与传统审查模式不同的是,该研究引入了计算式B I M技术的设计合规性审查,即结合计算机技术D y a n m o编制定制化的程序,以实现模型数据之间的信息传递。甘晨1 1提出了针对建筑施工图设计文件的合规性审查方法,为实现对知识的语义表达,利用本体技术对建筑设计规范知识进行建模,结合I F C标准抽取建筑施工图核心 信 息,将 两 类 知 识 信 息 进 行 映 射 后,构 建S P A R Q L审查规则实现审查。G u等1 2提出,建筑法规在保证建筑、工程、施工的建筑信息模型完整性方面具有重要作用,基于建筑法规的I F C模型审查可以保证该模型满足使用者的各种需求以及检测出模型的构件缺失。合规性审查是检查建筑信息模型是否符合约束的设计规范要求,完备性审查是检查设计规范约束主体及属性是否存在。完备性审查是合规性审查的前提,只有通过完备性审查,才能继续执行合规性审查。上述文献提出的审查系统,都是基于规则的B I M模型审查,整个审查系统的开发过程基本上是一致的,在过程中都会存在规则翻译、规则分类以及规则执行,但这些审查系统仍存在缺乏灵活性的问题,比如使用硬编码或是“黑盒”进行规则审查;同时,上述文献的模型审查大多针对合规性审查,而对于完备性审查,多数研究忽略了或者没有开展这项工作。鉴于此,本文提出基于地铁车站模型的完备性审查,引入本体技术及SWR L规则完成模型的审查工作。该方法在模型审查领域具有一定的创新性,审查结果表明可以实现模型数据的完备性查询,有助于审查人员快速发现模型在设计交付中的缺失数据,并提升整个模型审查的准确率。1 完备性审查流程完备性审查最终以建筑模型实现完整交付为导向,主要验证地铁设计条文中约束主体与对象的完整性,在确保符合设计规范后,进一步审查交付标准中不同模型精细 度等级下交 付 主 体 与 属 性 的 完整性。模型完备性审查的最终目的是设计交付。建筑信息模型设计交付标准1 3为模型交付提供了准则,所有的信息立足于建筑三维模型,其中内部的模型单元信息并不是分散的,在地铁车站设计时,从方案设计到最终运维管理,整个阶段都拥有对应的规范标准,不可避免地会面临规范标准对模型的验证审查。但到目前为止,绝大多数的规范审查都是依靠人工对模型文件进行检验。审查过程中,人工处理会导致效率低下并存在漏审率高的问题。随着计算机技术的飞速发展,将审查技术与计算机技术相结101 赵钦,等:地铁车站B I M模型信息完备性审查研究 合,可以提升工程阶段的工作效率。为此,应重点分析完备性审查的关键流程,以便更好地实现完备性审查工作。图1的研究工作主要集中于规范条文结构化、模型准备工作、规则执行以及审查报告的获取。图1 审查流程内容F i g.1 R e v i e wp r o c e s sc o n t e n t 1.1 规范条文结构化本文旨在构建一个面向地铁建筑模型的交付本体,主要包含地铁车站建筑领域的所有设计信息以及建筑信息模型的交付标准信息。同时,在对模型进行规范审查时,不能仅参照一种规范,该规范引用的其他规范也应一并参照。针对主体建筑的所有设计信息,参考 地铁设计规范1 4、地铁设计防火标准1 5等规范中,包含主体建筑设计的条文知识,来搭建建筑模型本体。针对建筑信息模型的交付,建筑信息模型应用统一标准1 6规定了建筑信息模型应用的基础标准,而 建筑信息模型分类和编码标准1 7和 建筑信息模型存储标准1 8建立了共通的数据环境,规定了模型信息的分类与编码,方便在建筑全寿命周期进行共享,保证在该环境下,信息具有相同的语义与描述,同时双方在沟通时信息不会出现偏差。建筑信息模型施工应用标准1 9规定了模型质量控制的内容,包含模型与项目的符合性、不同模型要素之间的关系、模型与相应标准的符合性、模型信息的准确性和完整性等,这些都为交付阶段的审查工作提供了一个模板。建筑工程设计信息模型制图标准2 0从命名、颜色、如何表达设计信息等方面对建筑工程设计信息模型的图形表达进行了规范。由于规范条文存在组织维度单一、内容不断更新变化、规范之间互相引用、条文约束分散等特点,所以需要将规范知识结构化,并将其转化为计算机可以理解的语言。为此,本文在该过程中引入领域本体来实现对规范条文的汇总及转化。1.2 模型准备工作在该过程中,需要从建筑信息模型中获取必要的信息,同时从审查对象中获取实体与属性。不同的B I M建模平台有自己独立的交付格式,这会导致各个软件中的信息不能共享通用。为保证模型信息的完整性,满足B I M模型的轻量化应用2 1,应结合I F C4.0标准实现数据整合及交付。1.3 规则执行将梳理的规范本体与I F C4.0建筑模型数据关联后,结合SWR L推理规则,对I F C建筑模型数据进行信息推理,规则执行时,约束性条文被解释成程序式的审查规则,该类型的规则会与本体内部的知识逻辑结构相匹配,使规则在本体内部执行时更加方便快捷2 2。本文的规则执行侧重于模型的完备性审查,该审查阶段既可以作为合规性审查的预审查,也可以作为模型交付信息的审查方式。1.4 获取审查报告审查规则的最后一个步骤是输出审查报告,该报告需要记录审查过程中的信息以及审查结果,主要反馈审查出的缺失性实体或属性,可以帮助用户查看及补全缺失的实体与属性信息。2 地铁建筑交付本体的建模过程2.1 本体构建框架地铁建筑交付本体分为地铁建筑本体与设计交付本体。本文在该本体的基础上实现了地铁建筑交付201 西安理工大学学报(2 0 2 4)第4 0卷第1期 的整套功能,并基于本体评价体系对该本体进行评价。地铁建筑本体是实现信息交付的基础。地铁建筑本体需要说明地铁建筑的特征以及所应具备的属性信息2 3。除此以外,它还应作为与其他数据库关联的交流平台,比如与B I M建筑信息模型的关联,可以将建筑信息模型中的数据信息映射到本体中来实现设计信息的交付。设计交付本体是对地铁建筑信息的应用。设计交付本体依据规范建立,主要说明了在不同阶段地铁建筑应具备的交付信息。两个本体都是对相关领域知识的整合与表达。地铁车站模型包含地铁内部的空间分区、专业分类、构件实体。空间分区可按照不同的地铁空间层级形式,分为站台层、站厅层、设备层,也可按照地铁建筑空间付费功能,分为付费区与非付费区,付费区是进入闸机之后的空间,非付费区是地面出入口至检票闸机前的空间。同时每种类型的建筑物在设计时,通常会存在防火分区与防烟分区等防火分隔措施。在地铁车站设置管理用房也是为了方便对车辆、设备、人员进行管理。模型内部存在着不同专业的划分,该专业类型是以B I M模型深度信息进行区分,各个专业囊括了所有对应的空间分区。图2的模型架构对应完整的地铁建筑模型,地铁的空间结构包含不同空间逻辑关系的实体名,还包含所对应的属性信息,分类下的实体在空间上会有部分重合,这是由于每个区域具备不同的功能属性。这种多样的区分方式充分体现了地铁建筑模型的结构特点。构件实体包含构件、构筑物与地铁设备,建筑构件主要包含一般建筑物中的大部分构件,如柱、梁、墙等。图2 地铁建筑本体框架F i g.2 S u b w a yb u i l d i n go n t o l o g yf r a m e 建筑信息模型可以作为独立交付物实现交付,并流转于工程的各个阶段,使各阶段的模型数据能够无缝传递,最终以数字化形式交付给业主方1,建筑信息模型进行设计交付时,应包含设计阶段交付所需的全部设计信息。建筑设计过程涵盖方案设计、初步设计、施工图设计、深化设计,针对不同的设计阶段,应提取模型中的数据形成子模型单元,使模型单元达到对应阶段的模型精细度等级,从而完成交付工作。实际工作中,结合交付标准,提出面向建筑信息模型的交付框架,如图3所示。建筑信息模型设计交付标准1 3规定了建筑模型中不同的模型单元精细度等级及信息深度。B I M模型的精细度是指模型中可以涵盖单元类别多样性、信息准确度的指标,用来表示整个模型的表现程度,单一的模型精细度等级不能直接用来描述模型单元,必须结合信息深度及几何表达精度来保证模型构件信息的描述程度。完备性审查即是对几何信息及属性信息完备程度的审查。2.2 地铁建筑交付本体建模领域本体的构建主要在于类的划分与属性关系的确立。而本体实质性目的是为了满足实际需求。本文将研究地铁建筑在交付时具备的各类信息,并基于公认的5条基本准则,分别创建了地铁建筑本体与交付本体2 4。2.2.1 明确构建本体的所属领域与应用范围本体领域知识所涵盖的知识概念十分宽泛,但本体不可能包含所有的概念。所以,在构建本体之前,确定本体覆盖的领域十分必要。首先要确定并301 赵钦,等:地铁车站B I M模型信息完备性审查研究 了解其应用的专业领域,以此来限定本体模型的范围。本文主要研究如何完成地铁建筑对象的交付,主要涵盖了建筑的主体结构以及结构属性,也包括整体建筑的交付信息。图3 交付本体框架F i g.3 D e l i v e r yo n t o l o g yf r a m e w o r k 2.2.2 针对现有本体的复用2 5本体的复用可以提高构建本体的效率。本体自身实质上是解决知识的共享和重用问题,在构建本体要应用的领域时,应考虑重用之前的本体2 6。相关文献如李旭2 7提出的关于建筑领域的本体分类及构建方法,未能很好地解决地铁车站建筑对象的构建与交付问题。2.2.3 本体中重要信息的收集与概念的抽取领域本体描述概念以及概念之间的关系,所以首先要列举出该领域中的所有概念及其详细解释。在特定领域,这些概念就是与领域相关的专业术语。将领域中一些重要术语列举出来,有利于工程师理解本体建立的目标,明确方向。构建本体的过程中,信息主要从各类规范文件中收集,本文查找了 建筑工程设计信息模型制图标准2 0、建筑信息模型设计交付标准1 3、建筑信息模型分类和编码标准1 7等相关规范。为查全地铁建筑对象拥有的全部信息,还查询了 城市轨道交通工程B I M设计实施基础标准研究2 8的相关建模规范及有关文献2 9。收集到这些信息后,考虑对信息的预处理,如断句、分词等。这些数据不全是文字化的内容,它涵盖了表格、图片、图纸、视频等非结构化的资料。为提升核心信息的提取效率,对这类信息进行识别,剔除不相关的信息。2.2.4 类及层次结构的定义概念分类将领域内的概念进行分类组织3 0,用于描述领域概念间的类属关系,并将本体中的概念模块化,即将本体的整体架构关系封装为:对象信息模块、项目模块、系统模块、交付模块、实例模块。本文依据混合法,即自上而下与自下而上两种方法的结合,来完成各个概念模块类的划分。在领域专家的帮助下,经过识别、分析和统计,最终确定了每个模块下的核心概念。对象信息模块涵盖了各类信息,将不同类别的信息内容进行结构化分类,基于交付标准的模型单元分级划分各信息模块中的信息内容。项目模块的目的在于确立交付的主体对象,该本体主要围绕地铁建筑建立,包含主体建筑与附属建筑。系统模块涵盖了地铁建筑应满足的系统数据,不同的项目具备不同的系统等级与分类,确保不同的交付审查活动引用正确的系统。交付模块涵盖了不同的交付模型单元以及不同设计阶段应该交付的模型单元信息。实例模块包含了一个项目的工程信息。将实例中的工程信息与建立的本体进行映射,基于建立的交付本体实现对实际工程的运用。各类模块包含的层级关系如图4所示。401 西安理工大学学报(2 0 2 4)第4 0卷第1期 图4 本体模块层级关系F i g.4 O n t o l o g ym o d u l eh i e r a r c h y 2.2.5 本体中类属性的定义概念的分类层次结构体现了分类概念之间的一种继承关系(k i n d-o f),但是在领域本体中,概念和概念之间通过关系来交互,除了继承关系,在构建的领域本体中,还可以根据实际需要定义其他关系。在本体中,表示类的属性关系有三种,分别是数据属性、对象属性和注释属性。本体间的概念关系以地铁建筑交付本体中的“梁”类为例,首先,“梁”作为“建筑构件”的子类,这里梁是建筑构件类的一部分,两者之间的关系就是部分与整体的关系。建筑构件具备属性“有构件材料信息”,并在“有构件材料信息”的属性的定义域中设置定义域为其父类,则其子类梁会继承父类属性,子类利用这样的方法可以减少冗余。除了本体中常见的关系以外,还可以人为定义属性。在地铁建筑交付本体中,表1表示类与类之间的核心属性关系,建筑项目与建筑空间、建筑分区、建筑层级之间具备对应的归属关系。建筑构件具备身份信息、定位信息等构件属性信息。定义设计阶段与不同的模型单元的关系,原因是在不同的设计交付阶段,如方案设计阶段、初步设计阶段等,所要求的模型精细度等级不一致。在设计交付过程中,规范要求不同的模型单元具备不同的信息内容,主要体现在信息结构与信息深度的差异。同时,对于建筑外围护系统与其他建筑系统的模型单元,在系统关联关系中必须有明确的表示,即构件级模型单元之间有连接关系,零件级单元表明从属关系。在定义类与类之间的关系时,并没有统一将部分含义相似的类上升至一个统称的关系。比如,对于建筑项目与建筑空间、建筑分区、建筑层级之间的关系,没有将关系统称为“包含”,这是为了方便后续研究定位至每一细项的查询规则。考虑到后期本体的使用,在本体构建时,父类属性会有很多细致的子类属性。2.2.6 实例映射建筑信息模型的数据具有多源异构性,为此,本文采用I F C数据格式表达地铁建筑的信息模型。在进行实例添加时,因I F C文件是由实体编号、直接属性、导出属性以及反属性组成,实体编号与直接对应的类相映射,针对该类信息的抽取,应考虑到I F C文件本身的信息链接情况,I F C B E AM的信息从I F C R O O T开始继承,包含了父类所有的属性与约束,从上层继承的是通用属性,对于梁的特殊属性位于该继承层次的下层。比如对于是否承载,它首先通过关系实体“I F C R E L D E F I N E S B Y P R O P E R-T I E S”将“R e l a t e d O b j e c t s”与“R e l a t i n g P r o p e r t y D e f-i n i t i o n”关联,通过该梁的属性集I f c P r o p e r t y S e t与单 个 值 的 属 性 实 体“I f c P r o p e r t y S i n g l e V a l u e”关联,即#3 4 2 1=I F C P R O P E R T Y S I NG L E VA L U E(L o a d B e a r i n g,$,I F C B O O L E AN(.T.),$);表示为承载属性为T RU S E,梁与该属性经历多个关系实体的链接。为了提升本体与I F C信息的交互效率,提取I F C文件信息时应关注与该领域相关的信息,避免描述过多非关键I F C信息,从而提升关键信息的密集度,减少模型的冗余程度。最终获得的子模型必须保证存储了足够的模型信息,以便在基于I F C的完备性审查中,将其与构建的本体模型相匹配。501 赵钦,等:地铁车站B I M模型信息完备性审查研究 表1 类与类之间部分核心关系T a b.1 S o m ec o r er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nc l a s s e s类1类2父类属性子类属性建筑项目建筑空间有空间信息建筑分区有分区信息建筑层级有层级信息设计阶段项目级功能级构件级、零件级满足模型单元分级信息项目级项目标识有项目标识建设说明有建设说明建筑类别有建筑类别建筑设计说明有建筑设计说明技术经济指标有技术经济指标有项目名称有项目编号有项目简称有项目地点有项目阶段有自然条件有建筑类别有防护等级有耐火等级有场地现状特点有周边环境情况有地质地貌特征有总投资有总用地面积有总建筑面积建筑构件身份信息有身份信息定位信息有定位信息尺寸信息有尺寸信息组件构成有组件构成2.3 地铁建筑交付本体评价本体建立的整个过程都是在反复的修改优化,为了使本体在后期研究中能充分发挥知识的共享与集成作用,需要进行本体评价。G m e z-P r e z3 1提出了不同的本体评价优化方法,在此基础上,提出了针对地铁建筑交付本体的评价方法。主要从一致性评价、完整性评价、简洁性评价三方面实现对本文本体的评价,即通过对本体进行技术评判来验证本体的正确性与合理性。2.3.1 一致性评价在评估过程中,需要检查本体的不一致性。本文结合本体自身的一致性评价对本体进行度量。一致性评价指是否有可能从有效的输入定义中得到矛盾的结论。采用P r o t g 推理机对本体的类及属性进行执行操作,查看是否存在不相交的类。若出现如图5所示的结果,则表示本体内部有交叉的类,此时需要修正本体出现的交叉类错误,重新定义类及类关系。如图6所示,“乘客疏散区”是“建筑分区”下的子类,“建筑分区”与“建筑构件”是两类不相交的类,两者是不同的概念。若错误地添加“建筑构件”为父类,在推理过程中就会出现报红,同时软件内部会反馈错误类的具体情况。图5 本体交叉类警告F i g.5 O n t o l o g yc r o s s-c l a s sw a r n i n g 图6 P r o t g 中的相交类情况F i g.6 I n t e r s e c t i o n s i nP r o t g 2.3.2 完整性评价验证本体的完整性时,主要检查本体内部单个定义的不完整性,以此来推断整个本体的完整性程度。推断方式难以通过数据对完整性程度进行体现,该评价面向三个方向:检查类层次结构、检查属601 西安理工大学学报(2 0 2 4)第4 0卷第1期 性关系的范围以及检查类。在检查类层次结构时,确定类的超类的精确定义,查找缺少子类分区的子类;在检查属性关系的范围时,确定本体内部的属性关系的定义域与值域是否划分了合适的类,当某个属性的定义域与值域出现过度界定时,就会在结论推理中引发错误;检查类的完整性时,确定该领域是否包含足够多的类,本文在构建本体时,为确保本体内部类的完整性,通过收集资料来定义领域的知识模型,并结合知识模型来定义类以及类的属性关系。2.3.3 简洁性评价定义本体类与属性的关系时,会存在语法冗余。当子类关系重复时,类之间会出现子类关系间的冗余。此时会引发存在于同一个类和其他目标类之间的两个或多个关系子类中的冗余,例如:项目阶段是建设说明的一个子类,建设说明是项目信息的一个子类,那么项目阶段就是项目信息的子类。当项目阶段下存在实例时,它会是建设说明与项目信息的实例。此时会导致实例的冗余情况,解决该类问题可以通过重新区分分区类的元素,重新界定对该分区具有相同定义的类来实现,否则该类的建立是无意义的。当本体不存储不必要或无用的类及定义时,本体就具备了简洁性。3 案例应用与分析3.1 案例应用本文将地铁建筑交付本体引入某地铁站进行检查测试。在该本体中,主要检查地铁站的相关实例是否满足方案设计阶段的交付条件。首先通过检查各子类的属性信息,判断是否满足项目级模型单元,再利用方案设计阶段模型精细度的最小要求推出满足该类条件的实例。在实际检查中,会存在部分实例某些属性缺失的情况,比如项目标识的实例A中不存在项目简称实例B,则项目标识A不具备完备属性的结果。相应的,某地铁建筑C具备的该类项目标识属性A,会由于属性信息缺失导致该类地铁建筑实例A不属于项目级模型单元。3.2 推理规则设计 建筑信息模型设计交付标准1 3中规定了完备性审查的对象,依据此规范建立相应的审查规则。本文引入SWR L规则对知识库中已存在的事实进行推理,得出一些隐含知识。SWR L规则是W 3 C提出的一种语义网规则语言,该规则主要包含主体和头部,即由前提与结论组成,其语法形式为:B_1,B_2,B_NA_1,A_2,A_M。其 中B_1,B_2,B_N表示前提,A_1,A_2,A_M表示推理出的结论。SWR L规则推理主要在P r o t g 软件的SWR L T a b中进行,它支持对规则的创建,并借助推理机执行规则推理出隐性结论。对于建筑项目而言,当拥有建筑设计说明、项目标识等一系列属性条件后,表明该实例是可以进行项目级模型单元交付的,功能级、构件级、零件级的规则原理也是如此。如果缺失某一项的属性信息,则该主体实例不会成为模型单元的最终结果。模型单元审查规则如表2所示。表2 模型单元审查规则T a b.2 M o d e lu n i t r e v i e wr u l e s交付单元交付规则项目级模型单元建筑项目(?x)有建筑设计说明(?x,?a)有项目标识(?x,?b)有建设参与方信息(?x,?c)有技术经济指标(?x,?d)有建设单位信息(?x,?e)有建筑类别或等级(?x,?f)有建设说明(?x,?g)-项目级模型单元(?x)功能级模型单元建筑空间(?x)有系统属性信息(?x,?a)有项目内部定位(?x,?b)有项目标识(?x,?c)-功能级模型单元(?x)构件级模型单元建筑构件(?x)有构件定位信息(?x,?a)有构件身份信息(?x,?b)有系统属性信息(?x,?d)有构件尺寸信息(?x,?z)-构件级模型单元(?x)零件级模型单元建筑组件(?x)有技术要求(?x,?a)有生产信息(?x,?b)有组件构造尺寸(?x,?c)有维护信息(?x,?e)有设计参数(?x,?f)有资产信息(?x,?f)-零件级模型单元(?x)设计阶段主要分为方案设计阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段、深化设计阶段,以模型精细度最低等级进行交付。不同交付阶段审查规则如表3所示。方案设计阶段对应项目级模型单元,初步设701 赵钦,等:地铁车站B I M模型信息完备性审查研究 计阶段对应功能级模型单元,施工图设计阶段对应构件级模型单元,深化设计阶段对应构件级模型单元。方案设计阶段要求以项目级模型单元的实例进行交付,初步设计阶段要求以功能级模型单元的实例进行交付,施工图设计与深化设计阶段要求以构件级模型单元进行交付。表3 不同交付阶段审查规则T a b.3 R e v i e wr u l e s f o rd i f f e r e n td e l i v e r ys t a g e s设计阶段S WR L规则方案设计项目级模型单元(?x)-方案设计阶段(?x)初步设计功能级模型单元(?x)-初步设计阶段(?x)施工图设计构件级模型单元(?x)-施工图设计阶段(?x)深化设计构件级模型单元(?x)-深化设计阶段(?x)3.3 案例推理结果实现在P r o t g 软件中,将规则写入SWR L T a b模块,利用推理机对本体与规则进行推理。主要推理结果如图7、8、9所示。1)子类属性信息的检验结果图7中,根据R u l e s 1(项目标识具备的属性规则)模块里构建的SWR L规则,推理前项目标识实例N 1 5 5具备属性“有项目编号N 3 1 0 2 2 7 7”、“有项目简称 浐河站”、“有项目名称 浐河站项目”,而软件中黄色背景为推理后得到的结果,出现“有属性 完备”。这说明项目标识属性信息是完备的,不存在缺失属性。图7 项目标识属性的检验结果F i g.7 I t e mI Dp r o p e r t yt e s t