CN112560151A - 一种基于资源描述框架的bim模型智能审核方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于资源描述框架的BIM模型智能审核方法和系统，它包括建立基于资源描述框架的建筑规范，定义与资源描述框架规则相对应的本体规则形成if‑then形式规则库,然后使用本体论语言对建筑规范进行描述；将BIM模型文件导出为IFC文件，然后用资源描述框架描述转化得到的IFC文件；将BIM模型数据之间的潜在规则挖掘出来，用资源描述框架描述符合行业共识有价值的新规则；构建BIM模型审核引擎，查询指定模型中是否有违反指定建筑规范的组件，可以让计算机识别理解，有利于在计算机上进行复用，将BIM模型包含的数据变成了计算机可理解的语义模型，提升BIM模型检查工具的智能性。BIM模型智能审核系统使用灵活，便于下一步的BIM模型改进，提升工作效率。
Description
技术领域
本发明属于建筑软件BIM模型技术领域，尤其是涉及一种基于资源描述框架的BIM模型智能审核方法及系统。
背景技术
我国在政府的大力支持引导下，建筑信息模型化(Building InformationModeling，简称BIM)技术正进入深入应用和产生实效阶段。人们对BIM模型的要求也逐渐从“做出来看的可视化模型”转变为“可以真正拿来用的信息模型”。BIM技术的深度应用，要以BIM模型具有足够的建模深度、良好的模型质量以及符合不同类型建筑的业务规范为前提。设计的建筑BIM模型需要经过审核是否符合建筑规范、设计要求，通过审核才可以进入施工阶段。在BIM技术进入普及应用和规模化的背景下，人工BIM模型审核面临效率、全面性、客观性、一致性等问题。
但是BIM模型智能审核系统主要需要解决的问题如下，首先在建筑规范的描述上，建筑领域的建筑规范和设计要求均由自然语言表示，这需要具有行业背景的技术人员方可理解，BIM模型智能审核的一大难点就是在于如何让计算机识别建筑领域的各种建筑规范和设计要求；在BIM模型的语义提取上，BIM的概念即是一个大型数据库，储存整个生命周期当中所有与建筑有关系的数据，需要透过各种方式维持数据与数据之间的关联性，并且中国用户在使用BIM技术时，一般会添加一些中文字符，例如标题，注释说明等等，而中文字符在Revit等软件中导出后往往会出现中文乱码的情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于资源描述框架的BIM模型智能审核方法，它包括以下步骤：
S1.建立基于资源描述框架的建筑规范，首先构建面向建筑规范的本体，定义与资源描述框架规则相对应的本体规则形成if-then形式以自然语言描述的建筑规则储存形成规则库,然后使用本体论语言对建筑规范进行描述作为系统内嵌的建筑规范；
S2.对BIM模型文件的语义提取，首先将BIM模型文件导出为IFC文件，然后用资源描述框架描述转化得到的IFC文件；
S3.对BIM模型进行数据挖掘，采用人工智能技术将BIM模型数据之间的潜在规则挖掘出来，用资源描述框架描述符合行业共识有价值的新规则，将其添加到规则库；
S4.构建BIM模型审核引擎，在Apache Jena框架下通过修改配置文件构建BIM模型审核引擎，通过Apache Jena提供的应用程序编程接口(API)接收RDF文件，查询指定模型中是否有违反指定建筑规范的组件。
进一步地,本体论语言包括OWL、RFD和RFDS。
进一步地,S1中定义与资源描述框架规则相对应的本体规则包括以下步骤：步骤一，将建筑行业中的集合、概念、对象类型或事物种类定义为本体中的类；步骤二，定义类可能具有的特征、特性、特点和参数；步骤三，定义说明各个类之间的关系；步骤四，描述建筑领域公理；步骤五，基于建筑规范要求以自然语言描述的规范转换成if-then的形式。
进一步地,S1中系统内嵌的建筑规范通过语义推理对规则库进行一致完备性检查。
进一步地,S2中采用正则匹配的方式查找IFC文件乱码，匹配到特定格式的乱码后将其转换成对应的中文字符并保存。
进一步地,S2中用资源描述框架描述转化得到的IFC文件采用ifcOWL进行描述。
进一步地,S4中RDF文件以TDB形式存储，使用SPARQL语言查询指定模型中是否有违反指定建筑规范的组件。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种基于资源描述框架的BIM模型智能审核系统，所述审核系统包括用户层、交互层和BIM模型审核系统后端，所述BIM模型审核系统后端以服务器形式部署在云端,其包括建筑规范模块、BIM模型审核模块和BIM模型语义提取模块；
所述建筑规范模块用于读取以自然语言表述的建筑规范,并将其转换为以本体语言表述的规则；
所述BIM模型审核模块用于构建判断指定的BIM模型是否符合指定建筑规范的审核引擎；
所述BIM模型语义提取模块用于将BIM模型文件导出为IFC标准的数据文本，再使用buildingSMART组织提供的IFC数据至ifcOWL数据的转换工具将导出的IFC数据转换成ifcOWL数据。
进一步地,所述交互层为web前端，其包括BIM模型上传模块、结果展示模块和建筑规范制定和新增模块，所述BIM模型上传模块用于上传BIM模型，并将上传的BIM模型传达给BIM模型语义提取模块；所述结果展示模块用于给出审核结果以及未通过审核原因；所述建筑规范指定和新增模块用于显示内嵌建筑规范以及新建建筑规范。
进一步地,交互层为应用程序编程接口(API)，包括系统启动接口、BIM模型上传接口、建筑规范上传接口、模型审核接口、结果返回接口和系统停止接口。
该系统带来了如下几个有益效果：
1、基于资源描述框架对建筑规范以及设计要求的描述，可以让计算机识别理解，有利于在计算机上进行复用。
2、将BIM模型进行语义提取，将BIM模型包含的数据变成了计算机可理解的语义模型，利用在此基础上进行查询、推理等操作。
3、发现模型的新问题和新知识，作为领域规则库的有效补充，提升BIM模型检查工具的智能性。
4、BIM模型智能审核系统使用灵活，可提供web前端直接给用户使用，也可在嵌入在其他的程序中。
5、该系统提供前端供用户指定的建筑规范和上传所需审核的BIM模型，并且返回提示详细的审核结果，便于下一步的BIM模型改进。
6、该系统大大减少审核人员的工作量，提升工作效率。
附图说明
图1.基于资源描述框架的BIM模型智能审核系统示意图；
图2.基于资源描述框架的BIM模型智能审核方法流程图；
具体实施方式
图1公开了一种基于资源描述框架的BIM模型智能审核系统,将该BIM模型审核系统以服务器的形式部署在云端，即图中所示BIM模型审核系统后端，BIM模型审核系统后端包括建筑规范模块，BIM模型审核模块和BIM模型语义提取模块；其中：
建筑规范模块用于读取以自然语言表述的建筑规范，并将其转换为以本体语言表述的规则；
BIM模型审核模块构建BIM模型审核引擎，该引擎可判断指定的BIM模型是否符合指定的建筑规范；
BIM语义提取模块，将BIM模型文件导出为IFC标准的数据文本，再使用buildingSMART组织提供的IFC数据至ifcOWL数据的转换工具，将导出的IFC数据转换成ifcOWL数据。
本发明可设计web前端，用户在web前端进行交互操作。
该系统的web前端包括：
BIM模型上传模块，该模块使得用户可以上传BIM模型，并将上传的BIM模型传送给BIM模型语义提取模块；
结果展示模块，该模块给出审核结果，在不通过审核的情况下，给出不通过的原因；
建筑规范指定和新增模块，用于显示内嵌的建筑规范，使得用户可以勾选所需的建筑规范，也可以新增建筑规范和设计需求；
该系统也可在程序中启动该BIM模型审核系统，不提供Web前端，使用应用程序编程接口(API)进行交互，该系统以组件的形式给其他应用程序使用，具体地，组件形式的BIM模型审核系统提供以下应用程序编程接口(API)进行交互，包括系统启动接口；BIM模型上传接口；建筑规范上传接口；模型审核接口；结果返回接口；系统停止接口。
图2为基于资源描述框架的BIM模型智能审核方法流程图，主要包括以下步骤：
S101、基于资源描述框架的建筑规范以及设计要求的描述，
首先根据建筑领域的专业知识，构建出面向建筑规范的本体(ontology)，该本体包括：
个体(实例)：基础的或者说“底层的”对象；
类：集合、概念、对象类型或者事物的种类；
属性：个体(实例)和类所可能具有的特征、特性、特点和参数；
关系：个体与类之间以及类与类之间的彼此关联所具有的方式，关系的种类分为四种如表1所示：
表1
函数：函数是一种特殊的关系，关系的前n－1个元素可以惟一确定第n个元素。一般地，函数采用F：C1×C2×…×Cn-1→Cn的形式表示，如Equal就是一个函数，Equal(x,y)表示y与x相等，即x确定y。
规则:用于描述可以根据特定形式的某项断言所能够得出的逻辑推论的,if-then(前因-后果)式语句形式的声明；
公理:采取特定逻辑形式的断言(包括规则在内)所共同构成的就是其本体在相应应用领域当中所描述的整个理论。这种定义有别于产生式语法和形式逻辑当中所说的“公理”，在这些学科公理之中仅仅包括那些被断言为先验知识的声明。就这里的用法而言，“公理”之中还包括依据公理型声明所推导得出的理论。
然后使用本体语言(又称为“本体论语言”)描述事先指定的建筑规范和设计要求，本发明所使用的本体语言包括：OWL(Web Ontology Language)、RDF(ResourceDescription Framework)、RDFS(Resource Description Framework Schema)。
本体的规则与资源描述框架的规则描述(if-then形式)相对应。
具体步骤为，首先，根据建筑领域的专业知识，构建出面向建筑规范的本体(ontology)，将建筑行业中的集合、概念、对象类型或者事物的种类定义成本体中的类；第二、定义类所可能具有的特征、特性、特点和参数；第三，定义说明各个类之间具有的关系。例如IfcWallStandardCase与IfcWall的关系为kind-of，IfcWall与IfcBuilding的关系为part-of，IfcLabel与IfcWall的关系为attribute-of，一个标准墙实例与IfcWallStandardCase的关系为instance-of；第四，描述建筑领域的公理，这里的公理是指在建筑领域为真的知识，例如，没有构建可以既是窗户又是门，用本体语言表述为disjointClasses(a:window,a:door)；第五，对于建筑规范中的要求，将以自然语言描述的规范，转换成if-then的形式，例如，将“所有面积大于10平米的卧室都必须有窗户”，转换成“if卧室的面积>10平米，then该卧室有窗户”。将转成而成的以if-then形式描述的建筑规则储存起来，形成建筑规则库。
最后，采用本体论语言OWL对建筑规范进行描述，作为系统的内嵌的建筑规范，并通过语义推理对规则库进行一致性完备性检查，自动识别规则冲突、遗漏、重复等问题，确保规则库自身的正确性。
S102、对BIM模型文件的语义提取。
打开Autodesk Revit软件，将BIM模型文件导出为IFC标准的数据文本，作为一种优选方式，该导出的信息中包括Revit属性集，采用IFC 2X3或者IFC 4标准；具体地，本发明支持IFC标准的各个版本，针对BIM模型文件转换为IFC文件的过程中，中文字符出现乱码的现象，本发明对转换后的IFC文件进行进一步的处理，此处采用正则匹配的方式对文件内容进行搜索，即查找IFC文件中是否出现乱码，匹配到特定格式的乱码后将其转换成对应的中文字符，将中文字符正确地显示并保存。作为一种更优选的实施方式，在处理过程中采取文件边读取边处理边保存的方式，保证在处理大文件时不会内存耗尽导致失败。
用资源描述框架描述以上转化得到的IFC文件，本发明采用ifcOWL来对BIM模型进行描述，ifcOWL是buildSMART提出的一种对IFC的Web本体语言描述方式，该过程将IFC的数据转换成资源描述框架的形式，需要说明的是，该过程是自动且无损的转换。本发明提出一种处理方法针对此类问题，确保BIM模型的无损导出。
以ifcOWL描述的BIM模型即为BIM的语义模型，构建过程如上。构建语义模型的目的是便于使用SPARQL语言查询指定模型中是否有违反指定的建筑规范的组件，在原生的BIM模型上无法查询。
将BIM模型进行语义提取，将BIM模型包含的数据变成了计算机可理解的语义模型，利用在此基础上进行查询、推理等操作。
S103、对BIM模型进行数据挖掘。
对大量BIM模型以及BIM模型内大量内部元素、属性、关系进行统计学习，将BIM模型中数据之间的潜在规律挖掘出来，采用降维算法、聚类算法、人工神经网络等人工智能技术，将BIM模型中数据之间的潜在规律挖掘出来，例如，通过数据分析，得到同簇的构件的属性值分布规律，将挖掘得到的规则交于行业人员进行判读，例如，同簇构建属性值数值分布可通过曲线图的方式直观地展现。具有专业背景的设计人员判断该规则是否是符合行业共识，将有价值的新规则用资源描述框架进行描述，并将其添加进规则库中。
S104、构建BIM模型审核引擎。
本发明采用Apache Jena框架来构建BIM模型审核引擎，Apache Jena是用来构建语义网络应用的java框架，Jena提供了可扩展的、用于帮助开发者开发处理RDF、RDFS、RDFa、OWL和SPARQL的Java Libraries,这些方法都遵循W3C发布的标准。本发明在ApacheJena框架下通过修改配置文件，构建并启动BIM模型审核引擎，该引擎通过Apache Jena提供的API接收RDF文件和进行SPARQL查询。
本发明构建BIM模型审核引擎，该引擎可判断指定的BIM模型是否符合指定的建筑规范，该引擎接受由BIM模型转换而来的RDF文件，需要说明的是，作为一种优选方式，为了对于RDF文件的存储和复用，本发明将RDF文件以TDB(RDF存储和查询组件)形式存储。该引擎接受指定的建筑规范，对指定的BIM模型进行审核，作为一种优选方式，使用SPARQL语言查询指定模型中是否有违反指定的建筑规范的组件，该引擎在运行结束后给出审核结果，对符合规范的BIM模型会给出通过的结果，对不符合的BIM模型会给出不符合规范的组件的信息。以上即本发明的BIM模型审核算法，基于RDF形式的建筑规范的BIM模型，给出BIM模型是否符合规范的审核结果，如果审核不通过，并给出不符合规范的组件信息。
S105、部署图1所示的BIM模型审核系统。
本发明主要解决的技术问题有：建筑规范的描述方面，本发明用资源描述框架描述，将其表示成计算机可以识别的领域规则；BIM模型的语义提取上，本发明采用buildingSMART组织提出的工业基础类(Industry Foundation Class，简称IFC)数据标准，将BIM模型转换成IFC标准数据；IFC数据给BIM模型的通用和进一步的交互提供了基础，为了BIM模型可以被计算机识别并在此基础上对BIM模型进行查询，本发明使用资源描述框架对IFC数据进行语义提取；关于中文字符处理方法，中国用户在使用BIM技术时，一般会添加一些中文字符，例如标题，注释说明等等，而中文字符在Revit等软件中导出后往往会出现中文乱码的情况；本发明提出一种处理方法针对此类问题，确保BIM模型的无损导出。BIM模型智能审核算法上，在BIM模型的语义提取和建筑规范的资源描述框架描述的基础上，本发明提出BIM智能审核算法，对指定的BIM模型进行审核，判断其是否符合指定的建筑规范；BIM模型的数据挖掘，本发明在无需用户干预的情况下，发现模型的新问题和新知识，作为领域规则库的有效补充，提升BIM模型检查工具的智能性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于资源描述框架的BIM模型智能审核方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1.建立基于资源描述框架的建筑规范，首先构建面向建筑规范的本体，定义与资源描述框架规则相对应的本体规则形成if-then形式以自然语言描述的建筑规则储存形成规则库,然后使用本体论语言对建筑规范进行描述作为系统内嵌的建筑规范；
S2.对BIM模型文件的语义提取，首先将BIM模型文件导出为IFC文件，然后用资源描述框架描述转化得到的IFC文件；
S3.对BIM模型进行数据挖掘，采用人工智能技术将BIM模型数据之间的潜在规则挖掘出来，用资源描述框架描述符合行业共识有价值的新规则，将其添加到规则库；
S4.构建BIM模型审核引擎，在Apache Jena框架下通过修改配置文件构建BIM模型审核引擎，通过Apache Jena提供的应用程序编程接口(API)接收RDF文件，查询指定模型中是否有违反指定建筑规范的组件。
2.根据权利要求1所述的BIM模型智能审核方法，其特征在于：所述本体论语言包括OWL、RFD和RFDS。
3.根据权利要求1所述的BIM模型智能审核方法，其特征在于：所述S1中定义与资源描述框架规则相对应的本体规则包括以下步骤：步骤一，将建筑行业中的集合、概念、对象类型或事物种类定义为本体中的类；步骤二，定义类可能具有的特征、特性、特点和参数；步骤三，定义说明各个类之间的关系；步骤四，描述建筑领域公理；步骤五，基于建筑规范要求以自然语言描述的规范转换成if-then的形式。
4.根据权利要求1所述的BIM模型智能审核方法，其特征在于：所述S1中系统内嵌的建筑规范通过语义推理对规则库进行一致完备性检查。
5.根据权利要求1所述的BIM模型智能审核方法，其特征在于：所述S2中采用正则匹配的方式查找IFC文件乱码，匹配到特定格式的乱码后将其转换成对应的中文字符并保存。
6.根据权利要求1所述的BIM模型智能审核方法，其特征在于：所述S2中用资源描述框架描述转化得到的IFC文件采用ifcOWL进行描述。
7.根据权利要求1所述的BIM模型智能审核方法，其特征在于：所述S4中RDF文件以TDB形式存储，使用SPARQL语言查询指定模型中是否有违反指定建筑规范的组件。
8.一种基于资源描述框架的BIM模型智能审核系统，其特征在于，所述审核系统包括用户层、交互层和BIM模型审核系统后端，所述BIM模型审核系统后端以服务器形式部署在云端,其包括建筑规范模块、BIM模型审核模块和BIM模型语义提取模块；
所述建筑规范模块用于读取以自然语言表述的建筑规范,并将其转换为以本体语言表述的规则；
所述BIM模型审核模块用于构建判断指定的BIM模型是否符合指定建筑规范的审核引擎；
所述BIM模型语义提取模块用于将BIM模型文件导出为IFC标准的数据文本，再使用buildingSMART组织提供的IFC数据至ifcOWL数据的转换工具将导出的IFC数据转换成ifcOWL数据。
9.根据权利要求8所述BIM模型智能审核系统，其特征在于，所述交互层为web前端，其包括BIM模型上传模块、结果展示模块和建筑规范制定和新增模块，所述BIM模型上传模块用于上传BIM模型，并将上传的BIM模型传达给BIM模型语义提取模块；所述结果展示模块用于给出审核结果以及未通过审核原因；所述建筑规范指定和新增模块用于显示内嵌建筑规范以及新建建筑规范。
10.根据权利要求8所述BIM模型智能审核系统，其特征在于，所述交互层为应用程序编程接口(API)，包括系统启动接口、BIM模型上传接口、建筑规范上传接口、模型审核接口、结果返回接口和系统停止接口。
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