CN114239261A - 一种建筑信息模型中机电构件连接关系的检查方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种建筑信息模型中机电构件连接关系的检查方法和系统。所述方法包括：建立建筑信息模型机电构件连接关系知识图谱大纲，其中所述知识图谱大纲记录了在正确建模条件下，建筑信息模型的机电构件在正确安装和运行状态应当满足的基准连接关系；生成待检查的建筑信息模型的知识图谱实例，其中所述知识图谱实例记录了待检查的建筑信息模型中机电构件的实际连接关系；利用预先建立的知识图谱大纲，检查知识图谱实例中实际连接关系是否满足基准连接关系，得到所述建筑信息模型的检查结果；输出检查结果。

Description

一种建筑信息模型中机电构件连接关系的检查方法和系统

技术领域

本申请实施例涉及信息处理领域，尤指一种建筑信息模型中机电构件连接关系的检查方法和系统。

背景技术

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)技术(以下简称“BIM技术”)能够用在项目设计、施工、运维的全生命周期过程中进行信息共享和传递，满足建筑全生命期的各种功能需求。在建筑运维管理中应用BIM技术，在保证信息的准确性和一致性的前提下，能显著提高运维管理的效率。

目前BIM技术在机电运维中的应用尚存在突出的问题，即，设计单位和施工单位针对建筑机电系统建立的建筑信息模型，即，BIM机电模型，难以直接应用到运营阶段。其主要原因在于，交付至运营阶段的BIM机电模型中经常存在构件的连接关系错误。

目前涉及BIM机电模型自动检查的已有技术或产品可以按模型错误类型可划分为如下三类。

(1)针对BIM机电模型中构件的几何错误和空间相对位置上的错误，如构件碰撞、模型元素不完整等问题，目前已有成熟商业软件可完成上述错误的自动检查，如Navisworks，Bentley Navigator，Solibri Model Checker等。

(2)针对BIM机电模型中机电构件连接的建模错误，如连接中断、错位连接、连接方向错误等，已有研究者通过提取机电构件几何信息如管路构件接口之间的夹角等，并基于逻辑判断与图形约束条件进行自动检查。

(3)针对BIM机电模型中机电构件的合规性检查，已有研究者通过提取模型中相关属性和数据，并应用语义网等技术，将规范中的要求转换为逻辑判断与约束条件等，从而进行自动检查。例如检查消防管道布设数量。

以上现有技术和研究中的方法尚无法有效地检查出那些虽然正确建模，但在建筑设备安装运行逻辑上存在错误的机电构件连接关系。例如，不同机电子系统的管路错误连接，以及设备缺少必要管路连接等。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种建筑信息模型中机电构件连接关系的检查方法和系统。

为了达到本申请实施例目的，本申请实施例提供了一种建筑信息模型中机电构件连接关系的检查方法，包括：

建立建筑信息模型机电构件连接关系知识图谱大纲，其中所述知识图谱大纲记录了在正确建模条件下，建筑信息模型的机电构件在正确安装和运行状态应当满足的基准连接关系；

生成待检查的建筑信息模型的知识图谱实例，其中所述知识图谱实例记录了待检查的建筑信息模型中机电构件的实际连接关系；

利用预先建立的知识图谱大纲，检查知识图谱实例中实际连接关系是否满足基准连接关系，得到所述建筑信息模型的检查结果；

输出检查结果。

一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上文所述的方法。

一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上文所述的方法。

一种建筑信息模型中机电构件连接关系的检查系统，包括上文所述的电子装置。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

通过利用知识图谱大纲中的基准连接关系对机电构件实际连接关系进行检查，得到建筑信息模型的检查结果，实现对建筑设备连接关系在安装运行逻辑上的自动检查，减少了人工检查成本，极大地提高检查效率。

本申请实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例的实施例一起用于解释本申请实施例的技术方案，并不构成对本申请实施例技术方案的限制。

图1为本申请实施例提供的建筑信息模型中机电构件连接关系的检查方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的知识图谱大纲的示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请实施例的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

图1为本申请实施例提供的建筑信息模型中机电构件连接关系的检查方法的流程图。如图1所示，所述方法包括：

步骤101、建立建筑信息模型机电构件连接关系知识图谱大纲，其中所述知识图谱大纲记录了在正确建模条件下，建筑信息模型的机电构件在正确安装和运行状态应当满足的基准连接关系；

其中，知识图谱是一种图数据结构，可以将知识结构化表达，由实体和关系组成。知识图谱分为大纲层和实例层。大纲层中表达概念，实例层表达事实，通过比照事实与概念的一致性，可实现实例数据的检查与校核。

在本申请实施例中，知识图谱大纲为建筑信息模型中机电构件之间的基准连接关系，实例为待检查建筑信息模型中机电构件的实际连接关系。通过归纳总结暖通空调、给排水、热水以及消防系统领域中机电构件正确安装运行所需的基准连接关系，得到知识图谱大纲，以便利用知识图谱大纲中的基准信息对知识图谱实例中的信息进行检查。

其中，建筑信息模型中的机电构件包括设备和管路，其中管路包括风管、水管和管路配件。

步骤102、生成待检查的建筑信息模型的知识图谱实例，其中所述知识图谱实例记录了待检查的建筑信息模型中机电构件的实际连接关系；

步骤103、利用预先建立的知识图谱大纲，检查知识图谱实例中连接关系是否满足基准连接关系，得到所述建筑信息模型的检查结果；

步骤104、输出检查结果。

本申请实施例提供的方法，通过利用知识图谱大纲中的基准连接关系对机电构件连接关系进行检查，得到建筑信息模型的检查结果，实现对建筑设备连接关系在安装运行逻辑上的自动检查。

下面对本申请实施例提供的方法进行说明：

首先，对知识图谱大纲的构建方式进行说明：

所述知识图谱大纲中的实体包括：机电系统中的机电构件实体、机电构件所在的机电子系统实体和管路系统类型实体；

其中所述机电构件实体包括多种管路和多种设备；机电子系统实体代表由多个机电构件连接形成的、在机电系统中具有一定功能的网络；所述管路系统类型实体用于描述机电子系统中管路的功能类型。

所述知识图谱大纲中实体间的关系，能描述正确安装和运行状态下构件应当满足的连接关系，以用于判断实例中的实际连接关系是否满足正确安装和正常运行所需。

实体间的非属性关系包括：

机电构件实体间的“连接”关系，用于记录建筑信息模型中的两个机电构件是否存在连接；

机电子系统实体间的“可连接”关系，用于记录在正确安装或运行状态下，两个机电子系统的下属管路之间是否允许连接；

实体间的属性关系包括：

管路实体的“机电子系统”属性，用于描述管路所属的机电子系统。

构件实体的“系统类型”属性，用于描述管路的系统类型和设备所连接的管路对应的系统类型。

其中本申请实施例涉及暖通空调、给排水、热水及消防相关的设备和管路都可以归结入两类系统，即，风系统和水系统。下面对风系统和水系统领域知识图谱的大纲构建和实例生成方法进行说明：

知识图谱大纲构建的主要流程为：首先定义概括性的上位概念，再分化和细化形成下位概念，最后添加概念实体和实体关系完成知识储存。具体步骤如下。

(1)获取相关资料作为知识来源。本实施例中，我们通过调研机电领域专业资料，明确建筑风系统和水系统的组成以及各子系统的连接关系。

(2)知识抽取，即从各种知识来源中提取所需信息并总结为知识，对应于所述知识图谱大纲中的实体及其间关系。包括概念抽取，关系及属性抽取，目的是统一概念和属性等，避免存在一词多义或一义多词的情况。具体地，在概念抽取方面，为保证完备性和准确性，可以参照《GBT 51301-2018建筑信息模型设计交付标准》规范附录C常见工程对象模型交付深度表的对象模型分类和附录A模型单元系统分类表或其他具有同等权威的机电构件分类信息，确定风系统和水系统领域知识图谱大纲机电构件实体，包含：机电构件67类，其中设备62类，管路5类；以及机电子系统41类；管路系统类型14类。表1进行了举例说明。

表1知识图谱大纲概念举例

概念类别	概念名称	知识图谱中的概念代号
			机电构件	新风热交换器	ACE_AirHeatExchanger
机电子系统	机械送风系统	V_AirSupplySystem
			管路系统类型	生活热水	DomesticHotWater

所述知识图谱大纲中实体间的关系，能描述正确安装和运行状态下构件应当满足的连接关系。本实施例中，机电子系统类的概念用于检查不同子系统的管路错误连接，例如，检查是否有机电子系统分别为机械送风系统和机械排风系统的管路之间存在错误连接。管路系统类型的概念用于检查设备缺失必要管路连接，例如，检查模型中的新风热交换器所连接管路的系统类型是否包括了送风和排风。

为表达上述基准连接关系，本实施例在关系和属性抽取方面，定义两种非属性关系和两种属性关系，即，①构件间的“连接”关系，用于描述两个构件在模型中连接在一起；②机电子系统间的“可连接”关系，用于描述两个机电子系统的下属管路之间是否允许连接，例如，生活污水系统和生活给水系统不存在“可连接”关系；③管路的“所属机电子系统”属性，用于描述管路所属的机电子系统，例如，生活给水管所属的子系统是“生活给水系统”；④构件的“系统类型”属性，用于描述管路的系统类型和设备必须连接的管路对应的系统类型，例如，新风风管的系统类型是“送风”；新风热交换器必须连接系统类型为“送风”和“排风”的管路。

(3)知识表达和储存。本实施例中概念实体和关系属性利用RDF三元组的格式进行标准化表达，并储存为owl格式的数据文件。RDF三元组包含主语宾语和谓语，表示一条知识，即一条基准连接关系。

本实施例使用开源软件Protégé完成知识表达和储存。首先，在Protégé中建立实体及关系，可直接导出owl格式的知识图谱大纲文件。具体地，对于上述知识抽取步骤定义的三大类实体，即机电构件实体，机电子系统实体和管路系统类型实体，在软件中自顶而下逐层细化形成类层次结构，并创建类的实体，如图2所示。

然后，在该软件中创建实体间关系以表达两类基准连接关系。作为示例，图2展示了新风热交换器必须连接排风和送风管路共两条基准连接关系，其中矩形节点为实体类，圆角矩形为实体，虚线为实体间关系(此处为“系统类型”关系)，两条虚线与实体连接，形成了两个三元组，对应于两条基准连接关系。对于这类基准连接关系，本实施例共建立了171条三元组。关于各子系统间能否连接，通过在不同机电子系统实体之间创建“可连接”关系进行表达，对于这类基准连接关系，本实施例共建立了204条三元组。

下面对知识图谱实例的生成方式进行说明：

获取所述建筑信息模型中机电构件集合；

逐一对机电构建集合中的机电构件的信息及其之间的连接关系进行获取，其之间的连接关系包括：

如果所述机电构件为一种设备，则获取设备所连接的机电构件；

如果所述机电构件为一种管路，则获取管路所属的机电子系统、管路具有的系统类型，以及管路所连接的机电构件。

本实施例基于Revit二次开发和Java语言程序开发，提出了一种从使用Revit建立的BIM机电模型生成知识图谱实例的方法。该方法包含以下3个环节。

(1)通过Revit二次开发，基于知识图谱大纲，从BIM机电模型中提取机电构件的信息及其之间的连接关系。这需要针对BIM机电模型中的构件，提取构件类型、构件所属的机电系统类型、机电子系统、构件ID及与该构件连接的其他构件等属性信息。以风管为例，需提取机电构件的属性数据如表2所示。

表2实例生成所需提取的信息举例

(2)将机电构件对应到知识图谱中的相关概念实体，连同构件连接关系输出为一个实例表示文件。该文件由所有的构件对应的提取信息构成。以表2中的构件为例，其对应的提取信息表示为“MP_Duct；V_AirSupplySystem；Supply Air；3313435；3313436”。

(3)通过使用Jena工具读取实例表示文件，动态生成知识图谱实例并使用URI读取生成的知识图谱实例，并添加关系。值得说明的是，Jena是基于Java的开源语义网应用工具，它提供了owl文件解析功能。例如下文给出了部分关键程序代码示例，即使用URI读取创建好的知识图谱实例，并添加属性和关系。

//基于URI在实例MP_Duct01和MP_Duct02间创建“isLinkTo”关系

Property isLinkTo＝basicModel.getProperty(NS+″isLinkTo″)；

basicModelgetIndividual(NS+″MP_Duct01″)

addProperty(isLinkTo，basicModel.getIndividual(NS+″MP_Duct02”))；

//基于URI在为实例MP_Duct01添加inSystem属性，值为多联式空调系统(AC_MultiACSystem)

Property inSvstem＝basicModel.getProperty(NS+″inSystem”)；

basicModelgetIndividual(NS+″MP_Duct01″)

addProperty(inSystem，basicModelgetIndividual(NS+“AC_MultiACSystem″))；

在一个示例性实施例中，利用预先建立的知识图谱大纲，检查知识图谱实例中连接关系是否满足基准连接关系，得到所述建筑信息模型的检查结果，包括：

对待检查的建筑信息模型中每个机电构件均执行如下操作，包括：

根据机电构件的信息查找机电构件在知识图谱大纲中对应的实体，得到目标实体；

获取目标实体在知识图谱中具有实体间的关系的其他实体，得到该机电构件的基准连接关系；

将所述基准连接关系和所述机电构件的实际连接关系进行比对，得到该机电构件的检查结果。

其中，该机电构件的基准连接关系包括以下方面的规定：

不同机电子系统的下属管路之间是否允许连接；

设备正确安装或运行必须连接的管路的系统类型。

本实施例机电构件连接关系的检查过程使用Jena自定义推理机编程实现。包括：

首先根据知识图谱大纲的实体关系，建立4条推理规则，规则包含三部分：规则标识，前因和结果。其中，前因和结果由若干三元组陈述组成。例如“规则1：三元组1，三元组2，则三元组3”

以自然语言描述对检查规则进行说明如下：

规则1：管路a所属机电子系统c和管路b所属机电子系统d之间不存在“可连接”关系，则确定为错误连接。例如，厨房中的排油系统和排烟系统的管路之间是错误连接。

规则2：若管路a的系统类型c和管路b的系统类型d不相同，则确定为错误连接。例如，回风和送风的管路之间是错误连接。

规则3：设备a和系统类型为c的管路d连接，则该设备也具有该系统类型c。

规则4：若设备不具有全部必须连接管路的系统类型，则设备缺少必要管路。

在上述4个规则中，规则1和规则2是用于检查不同机电子系统下属管路错误连接；规则3和规则4是用于检查设备是否缺少必要管路。

本实施例将上述自然语言检查规则使用Jena可解析的程序语言进行表示，并使用Jena提供的方法，创建规则推理机，执行推理过程。具体包括：

(1)整合4条规则，形成推理机使用的规则库；

(2)基于整合好的规则库，创建推理机；

(3)在知识图谱(包含知识图谱大纲和实例)执行推理规则并所述输出检查结果。

以选取某大厦1F-4F的机电系统BIM机电模型进行自动检查为例，主要检查对象为除去电气系统的12114个构件。传统人工检查需逐个检查设备和管路的连接情况。需检查的设备共136个，管路共11978个。假设管路检查平均每个需要20秒，设备检查平均每个需60秒。共需68.8小时。

应用本文方法进行自动检查，得到存在子系统错误连接问题的管路186个，包括自喷管连接废水管，冷冻回水管连接冷却回水管，排风管连接排烟管等；得到缺失必要管路连接的设备13个，包括12个多联空调机室内机缺少冷凝水类水管，1个组合空调机缺少冷凝水类水管。

在检查时间方面。平均每个构件检查耗时1.98ms。程序整体运行效果良好，相比传统人工检查大大提高了检查效率，缩短了检查时间。

综上所述，本申请实施例提供的方法，首先形成用于BIM机电模型的连接关系检查的知识图谱大纲；然后，建立从BIM机电模型提取数据并生成知识图谱实例；最后，基于知识推理的BIM机电模型自动检查，并进行了编程实现和案例验证。结果表明，该方案可用于BIM机电模型构件拓扑关系的自动检查，极大地提高检查效率。该方法为BIM机电模型的应用奠定了重要的基础。

本申请实施例提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上文任一项中所述的方法。

本申请实施例提供一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上文任一项中所述的方法。

本申请实施例提供一种建筑信息模型中机电构件连接关系的检查系统，包括上文所述的电子装置。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

Claims (10)

1.一种建筑信息模型中机电构件连接关系的检查方法，具体步骤包括：

建立建筑信息模型机电构件连接关系知识图谱大纲，其中所述知识图谱大纲记录了在正确建模条件下，建筑信息模型的机电构件在正确安装和运行状态应当满足的基准连接关系；

生成待检查的建筑信息模型的知识图谱实例，其中所述知识图谱实例记录了待检查的建筑信息模型中机电构件的实际连接关系；

利用预先建立的知识图谱大纲，检查知识图谱实例中实际连接关系是否满足基准连接关系，得到所述建筑信息模型的检查结果；

输出检查结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述知识图谱大纲中的实体包括：机电系统中的机电构件实体、机电构件所在的机电子系统实体和管路系统类型实体，其中所述机电构件实体包括多种管路实体和多种设备实体；所述机电子系统实体代表由多个机电构件连接形成的、在机电系统中具有一定功能的网络；所述管路系统类型实体用于描述机电子系统中管路的功能类型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述知识图谱大纲中实体间的关系包括：

机电构件实体间的“连接”关系，用于记录建筑信息模型的两个机电构件是否存在连接；

机电子系统实体间的“可连接”关系，用于记录在正确安装或运行状态下，两个机电子系统的下属管路之间是否允许连接；

管路实体与机电子系统实体和管路系统类型实体的“隶属”关系，分别用于记录管路实体所属的机电子系统和具有的系统类型；

设备实体和管路系统类型实体的“应当连接”关系，用于记录正确安装或运行状态的设备与预设管路系统类型实体的下属管路之间应当存在连接关系。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述知识图谱实例是通过如下方式得到的，包括：

获取所述建筑信息模型中机电构件集合；

逐一对机电构件集合中机电构件的信息及其之间的实际连接关系进行获取，其之间的实际连接关系包括：

如果所述机电构件为一种设备，则获取设备所连接的机电构件；

如果所述机电构件为一种管路，则获取管路所属的机电子系统、管路具有的系统类型，以及管路所连接的设备构件。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述知识图谱大纲检查特定建筑信息模型生成的知识图谱实例中实际连接关系是否满足基准连接关系，并得到所述建筑信息模型的检查结果，包括：

对知识图谱实例中每个机电构件均执行如下操作，包括：

根据机电构件的信息查找机电构件在知识图谱大纲中对应的实体，得到目标实体；

获取目标实体在知识图谱中具有实体间的关系的其他实体，得到该机电构件的基准连接关系；

将所述基准连接关系和所述机电构件的实际连接关系进行比对，得到该机电构件的检查结果。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，机电构件的基准连接关系包括：

不同机电子系统的下属管路之间是否允许连接；

设备正确安装或运行必须连接的管路的系统类型。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述输出检查结果，包括：

以机电构件的标识信息作为文件内容，输出该机电构件的检测结果。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有一个或多个程序，其中，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1至7中任一项所述方法。

9.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行所述权利要求1至7任一项中所述的方法。

10.一种建筑信息模型中机电构件连接关系的检查系统，包括权利要求9所述的电子装置。

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