基于BIM的建筑專業(yè)設(shè)計(jì)合規(guī)性自動(dòng)審查系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)

邢雪嬌， 鐘波濤， 駱漢賓， 余宏亮， 甘 晨

(1. 華中科技大學(xué) a. 湖北省數(shù)字建造與安全工程技術(shù)研究中心； b. 土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074； 2. 武漢科技大學(xué) 管理學(xué)院， 湖北 武漢 430081)

我國(guó)實(shí)行施工圖設(shè)計(jì)審查制度，即由政府建設(shè)主管部門或其認(rèn)定的審查機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)，對(duì)施工圖是否符合有關(guān)法律法規(guī)的要求以及對(duì)涉及公共利益、公眾安全和工程建設(shè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容進(jìn)行審查。通過減少建筑專業(yè)施工圖設(shè)計(jì)階段的錯(cuò)誤，可保證建筑使用、運(yùn)營(yíng)及維護(hù)階段的功能性、適用性，減少因建筑功能缺失而導(dǎo)致的人民生命財(cái)產(chǎn)損失。當(dāng)前我國(guó)的施工圖審查方式主要是人工審查，依賴具有豐富專業(yè)知識(shí)和工程經(jīng)驗(yàn)的領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)施工圖圖紙進(jìn)行手工審查，期間主要以翻閱紙質(zhì)規(guī)范、地質(zhì)報(bào)告、手算結(jié)果等作為審查依據(jù)。審查過程中面臨著由于該傳統(tǒng)審查方式而導(dǎo)致的一系列問題，如管理體系不全、專家水平參差不齊、耗時(shí)耗力且易產(chǎn)生審查紕漏等[1]。

從全球范圍來看，信息化已被普遍視為改造建筑業(yè)這一傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略手段[2]。在施工圖審查制度方面，我國(guó)住建部在近年相繼頒布的《關(guān)于征求關(guān)于推薦BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用的指導(dǎo)意見(征求意見稿)》《關(guān)于推進(jìn)建筑業(yè)發(fā)展和改革的若干意見》《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型的指導(dǎo)意見》《2016～2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》等文件中，強(qiáng)調(diào)了BIM(Building Information Modeling)作為一種新的技術(shù)手段在提高建筑業(yè)信息化水平方面的重要性和推廣利用的緊迫性，指出白圖代替藍(lán)圖、數(shù)字化審圖是BIM技術(shù)應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一。然而，近年來出現(xiàn)的新型審圖技術(shù)多面向以電子化的方式輔助于施工圖審查流程的管理，本質(zhì)上并沒有改變?nèi)斯し喴?guī)范進(jìn)行圖紙審查的審圖方式。本文提出了一種“基于BIM的建筑專業(yè)施工圖合規(guī)性自動(dòng)審查系統(tǒng)”，該系統(tǒng)作為一種新型審圖方式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)審圖行政管理部門和審查機(jī)構(gòu)對(duì)審圖工作的輔助與優(yōu)化。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

近年來針對(duì)建筑領(lǐng)域自動(dòng)合規(guī)性審查的相關(guān)研究可分為三類：基于圖紙/CAD(Computer Aided Design)的自動(dòng)審查、基于BIM技術(shù)的自動(dòng)審查、基于過程管理的自動(dòng)審查管理。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已發(fā)行有相關(guān)的CAD輔助審查應(yīng)用軟件，如：理正研發(fā)了對(duì)結(jié)構(gòu)平法施工圖進(jìn)行自動(dòng)校對(duì)審核的軟件，可利用平法施工圖和計(jì)算結(jié)果簡(jiǎn)圖完成校對(duì)工作；優(yōu)泰AutoCAD電子審圖系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在AutoCAD電子圖紙上的“電子簽名”功能。目前的研究多面向工程圖紙典型圖元的識(shí)別，例如，Lladós等[3]提出了結(jié)構(gòu)化匹配、語法匹配、基于約束和統(tǒng)計(jì)分類的建筑圖紙識(shí)別的方法。趙錦艷[4]提出通過提取圖塊、相鄰平行線對(duì)、封閉輪廓線等特征信息對(duì)建筑圖紙進(jìn)行識(shí)別。然而，由于基于圖紙/CAD的方法存在信息提取較困難、難以推廣等方面的問題，當(dāng)前發(fā)展較慢，且僅應(yīng)用于簡(jiǎn)單的數(shù)字化管理領(lǐng)域。

隨著BIM協(xié)同設(shè)計(jì)模式的不斷推廣和成熟，促進(jìn)了基于BIM信息模型進(jìn)行施工圖審查的研究發(fā)展。Tan等[5]提出了在擴(kuò)展的BIM模型(EBIM)中進(jìn)行仿真，達(dá)到對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)的目的。Martins等[6]研究了基于IFC(Industry Foundation Class)標(biāo)準(zhǔn)的BIM模型的建筑供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范自動(dòng)審查系統(tǒng)。Balaban等[7]針對(duì)部分代表性規(guī)范條文研究了防火通道設(shè)計(jì)合規(guī)性審查的實(shí)現(xiàn)方法。Choi等[8]對(duì)高層、復(fù)雜建筑在疏散通道設(shè)計(jì)合規(guī)性自動(dòng)審查方面的可行性進(jìn)行了研究。Malsane等[9]針對(duì)住宅防火條文提出了對(duì)BIM在建筑信息表達(dá)方面進(jìn)行優(yōu)化的方法。針對(duì)基于BIM的自動(dòng)審查平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，Pauwels等[10]通過分析IFC與語義網(wǎng)描述語言的特點(diǎn)，提出了將語義規(guī)則審查環(huán)境應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)和審查中的方法。Zhong等[11]提出了一種基于本體的語義模型，可面向后期的建筑質(zhì)量審查對(duì)規(guī)范條文進(jìn)行規(guī)范化、結(jié)構(gòu)化。Salama等[12]提出了一種基于語義和機(jī)器學(xué)習(xí)的規(guī)范分類方法，可提升后期自動(dòng)規(guī)范審查的效率。Beach等[13]提出了一種基于規(guī)則的語義方法，將專家知識(shí)庫(kù)運(yùn)用到合規(guī)性審查中。Shin等[14]提出了可以通過運(yùn)用定量數(shù)據(jù)及權(quán)重對(duì)建筑的連通性進(jìn)行評(píng)價(jià)。Lee等[15]提出了可通過利用基于邏輯規(guī)則的機(jī)制將自然語言下的規(guī)范條文轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可理解的形式。

此外，“建設(shè)工程施工圖審查管理系統(tǒng)”也是近年來針對(duì)審圖機(jī)構(gòu)審圖過程規(guī)范性研究較多、較為成熟的一個(gè)方向。數(shù)字化審圖“便捷高效、即時(shí)審查，過程留痕、監(jiān)管有據(jù)”的作用已經(jīng)初步顯現(xiàn)，例如環(huán)球軟件研發(fā)了建設(shè)工程施工圖紙審查管理系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的人工操作變?yōu)橛?jì)算機(jī)處理，實(shí)現(xiàn)了審圖流程全過程管理的信息化。龔月瑛[16]利用UML(Unified Modeling language)統(tǒng)一建模語言，在RUP (Rational Unified Process)指導(dǎo)下，對(duì)B/S(Browser/Server)模式下施工圖審查管理系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。張志華等[17]對(duì)基于B/S結(jié)構(gòu)的施工圖審查管理系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。龍資[18]在“半自動(dòng)化”輔助審查軟件方面進(jìn)行了研究，初步開發(fā)了用于輔助專家審查的規(guī)范數(shù)據(jù)庫(kù)及規(guī)范搜索系統(tǒng)。

總結(jié)來看，相較于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)信息載體(圖紙/CAD)，BIM技術(shù)應(yīng)用已成為當(dāng)前施工圖合規(guī)性審查領(lǐng)域的主要側(cè)重點(diǎn)。近年來，國(guó)外學(xué)者已逐漸開始針對(duì)某一特定建筑領(lǐng)域規(guī)范審查的研究，考慮特定領(lǐng)域的規(guī)范審查在BIM環(huán)境下的實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并開發(fā)了相關(guān)軟件平臺(tái)，在一定程度上可支持特定規(guī)范的審查，但此類系統(tǒng)支持平臺(tái)的功能在當(dāng)前仍非常有限。另一方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在BIM信息表達(dá)、語義規(guī)則設(shè)計(jì)、審查規(guī)則結(jié)構(gòu)化等方面已進(jìn)行了較多研究，可支持自動(dòng)審查平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)。針對(duì)自動(dòng)審查管理系統(tǒng)方面的研究較多且較為成熟，可用以支持電子化的審圖流程，避免相關(guān)部門間繁瑣的資料交接、信息溝通過程，但具體審查環(huán)節(jié)仍為專家參與的人工形式的審查。

2 基于BIM的建筑專業(yè)施工圖自動(dòng)審查系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及總體框架

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架

本文提出的基于BIM的建筑專業(yè)施工圖自動(dòng)審查，是基于BIM信息表達(dá)的特點(diǎn)，以面向?qū)ο蟮姆绞?，?duì)BIM建筑專業(yè)施工圖的合規(guī)性進(jìn)行的審查。

為實(shí)現(xiàn)完整的建筑專業(yè)施工圖自動(dòng)審查流程，首先需要將自然語言下的建筑規(guī)范條文及相關(guān)評(píng)審規(guī)則結(jié)構(gòu)化為計(jì)算機(jī)可理解的語言，同時(shí)從BIM中提取對(duì)應(yīng)工程參數(shù)，最后由內(nèi)置的專家推理系統(tǒng)完成兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)比分析，在整個(gè)規(guī)范審查過程結(jié)束后輸出審查結(jié)果。從這個(gè)思路出發(fā)，將該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為三個(gè)子系統(tǒng)：知識(shí)庫(kù)管理子系統(tǒng)、BIM信息識(shí)別子系統(tǒng)、自動(dòng)審圖子系統(tǒng)，其總體設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

圖1 自動(dòng)審圖系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架

(1)知識(shí)庫(kù)管理子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)的作用是完成圖紙審查知識(shí)(審查要求、規(guī)范條文等)的采集、表達(dá)及存儲(chǔ)，主要功能模塊包括：規(guī)范數(shù)據(jù)庫(kù)管理、審查規(guī)則庫(kù)管理和工程資料管理。為保證自動(dòng)審圖系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確性及高效性，該知識(shí)庫(kù)管理子系統(tǒng)需要具備知識(shí)表示的廣泛性、準(zhǔn)確性和良好的可擴(kuò)展性。

(2)BIM信息識(shí)別子系統(tǒng)。自動(dòng)審圖系統(tǒng)的審查對(duì)象為基于BIM的建筑施工圖，該子系統(tǒng)的作用是完成BIM模型相關(guān)建筑信息的提取和存儲(chǔ)。主要功能模塊包括：BIM信息提取策略管理、BIM信息提取算法管理、BIM信息提取及存儲(chǔ)。

(3)規(guī)則推理子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)的作用是推理對(duì)比BIM設(shè)計(jì)信息與相應(yīng)規(guī)范條文信息的一致性，所需知識(shí)基礎(chǔ)及數(shù)據(jù)基礎(chǔ)分別來自于上述“知識(shí)庫(kù)管理子系統(tǒng)”與“BIM信息識(shí)別子系統(tǒng)”。依據(jù)用戶點(diǎn)選的建筑設(shè)計(jì)范圍和規(guī)范種類，從知識(shí)庫(kù)管理子系統(tǒng)和BIM信息識(shí)別子系統(tǒng)中分別抽取出相關(guān)規(guī)范集合和建筑設(shè)計(jì)屬性集，通過系統(tǒng)內(nèi)置的匹配算法，對(duì)兩者進(jìn)行一致性推理，輸出合規(guī)性審查報(bào)告(包括不合規(guī)處及原規(guī)范條文規(guī)定等內(nèi)容)。主要功能模塊包括：推理算法管理，規(guī)則推理，推理結(jié)果輸出。

在自動(dòng)審查過程中，三個(gè)子系統(tǒng)間主要涉及四個(gè)數(shù)據(jù)處理及傳遞過程，即：(1)規(guī)范條文的結(jié)構(gòu)化處理；(2)面向合規(guī)性審查的建筑模型構(gòu)建；(3)基于規(guī)則推理的審查；(4)審查結(jié)果輸出。各信息傳遞流程及實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)間彼此關(guān)聯(lián)、互為基礎(chǔ)，主要關(guān)系如圖2所示。

圖2 合規(guī)性自動(dòng)審查系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程

2.2 系統(tǒng)總體工作流程

2.2.1 規(guī)范條文的結(jié)構(gòu)化處理

當(dāng)前規(guī)范條文的編寫形式是為滿足后期人工解讀的需要，條文內(nèi)主要包括文本式語句、圖表和計(jì)算公式等內(nèi)容。為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的自動(dòng)審查，首先需要將該自然語言的規(guī)范條文結(jié)構(gòu)化為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的語句。該步驟可主要考慮以下兩種方式[19]：(1)直接將每條規(guī)范條文轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)代碼，該方法需要專業(yè)人員進(jìn)行條文的逐條理解分析、編碼操作，效率低，且不利于規(guī)范條文數(shù)據(jù)庫(kù)的擴(kuò)展與升級(jí)；(2)先對(duì)規(guī)范條文的敘述邏輯、語義進(jìn)行解讀，再進(jìn)行規(guī)范條文的結(jié)構(gòu)化，即基于規(guī)范條文內(nèi)在的文本語義進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，對(duì)涉及的審查對(duì)象及其屬性進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，該方法需要選取適當(dāng)?shù)奈谋窘Y(jié)構(gòu)化平臺(tái)。

2.2.2 面向合規(guī)性審查的建筑模型的構(gòu)建

基于BIM的建筑專業(yè)施工圖自動(dòng)審查系統(tǒng)以BIM作為設(shè)計(jì)信息載體，從BIM中完整提取到所需建筑設(shè)計(jì)參數(shù)是自動(dòng)審查系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的重要步驟之一?？偨Y(jié)來說，面向合規(guī)性審查的建筑模型在構(gòu)建時(shí)應(yīng)滿足以下兩大基本要求：首先，需要具備面向?qū)ο蟮奶匦裕丛谀Ｐ蜆?gòu)建時(shí)，要面向建筑構(gòu)件進(jìn)行相關(guān)屬性的定義并保證其完備性，以滿足后期構(gòu)件相關(guān)特性提取的需要；其次，由于建筑信息的傳遞過程需要經(jīng)歷提交和接收兩個(gè)環(huán)節(jié)，期間需要保證信息數(shù)據(jù)提交時(shí)的完整性和接收時(shí)的一致性，對(duì)于提交到審查系統(tǒng)的BIM模型(及電子設(shè)計(jì)總說明)，要求包含設(shè)計(jì)審查的所有信息，即要達(dá)到可供設(shè)計(jì)審查的模型設(shè)計(jì)深度，滿足面向合規(guī)性審查的模型交付標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.3 基于規(guī)則推理的審查

基于前兩個(gè)環(huán)節(jié)需建立兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，即：(1)含有結(jié)構(gòu)化的建筑規(guī)范條文及相應(yīng)審查規(guī)則的“規(guī)范數(shù)據(jù)庫(kù)”；(2)含有所需建筑工程參數(shù)的“工程信息數(shù)據(jù)庫(kù)”。在進(jìn)行規(guī)范合規(guī)性自動(dòng)審查前，需要用戶輸入建筑項(xiàng)目的項(xiàng)目概況，如建筑類型、建筑結(jié)構(gòu)形式、建筑使用性質(zhì)等，系統(tǒng)可依據(jù)以上輸入的基本工程信息，形成審查項(xiàng)目列表。在專家系統(tǒng)對(duì)比推理環(huán)節(jié)，系統(tǒng)將依照審查項(xiàng)目列表從規(guī)范數(shù)據(jù)庫(kù)和工程信息數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)篩選出待審查規(guī)范及所需工程信息，并結(jié)合專家系統(tǒng)中的推理規(guī)則對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行對(duì)比分析，即完成實(shí)際工程設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)規(guī)范條文的一致性審查。

2.2.4 審查結(jié)果輸出

審查輸出結(jié)果表示的是上述規(guī)則推理后的設(shè)計(jì)合規(guī)情況，即基于BIM的建筑專業(yè)施工圖設(shè)計(jì)的合規(guī)性報(bào)告。該輸出報(bào)告應(yīng)在保證審查正確率的前提下滿足用戶理解及交互的需求。即可對(duì)審查結(jié)果的輸出形式進(jìn)行面向用戶的設(shè)計(jì)，如：(1)若在整個(gè)審查過程中多構(gòu)件沒有進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)則命名，為簡(jiǎn)潔直觀地表示這類構(gòu)件，可借鑒空間碰撞檢測(cè)方面的相關(guān)研究成果[20]，定義構(gòu)件在審查建筑中的位置坐標(biāo)，通過設(shè)置模型視圖角度來記錄構(gòu)件的信息，最后輸出的圖形化審查結(jié)果報(bào)表，可直觀標(biāo)識(shí)出構(gòu)件的位置信息；(2)對(duì)于審查出的不合格設(shè)計(jì)，在輸出的審查報(bào)告中應(yīng)包含完備的解釋條目(涉及的設(shè)計(jì)參數(shù)、原規(guī)范內(nèi)容及解決方案等)；(3)針對(duì)不同利益方，輸出關(guān)注點(diǎn)不同的結(jié)果報(bào)表。

3 基于BIM的建筑專業(yè)施工圖自動(dòng)審查系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)基于BIM的建筑專業(yè)施工圖自動(dòng)審查，本文對(duì)系統(tǒng)完整的技術(shù)工作流程進(jìn)行了分析(見圖3)，以下說明其中所涉及的四類關(guān)鍵技術(shù)。

圖3 基于BIM的建筑專業(yè)施工圖自動(dòng)審查系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)流程

3.1 基于知識(shí)表達(dá)的規(guī)范條文結(jié)構(gòu)化

基于知識(shí)表達(dá)的規(guī)范條文結(jié)構(gòu)化，即對(duì)建筑專業(yè)涉及的規(guī)范條文(本研究重點(diǎn)針對(duì)建筑專業(yè)強(qiáng)制性條文)進(jìn)行整理、分類，用對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)化方法進(jìn)行表達(dá)，形成規(guī)范條文的知識(shí)表達(dá)體系。在規(guī)范條文結(jié)構(gòu)化過程中，為達(dá)到減少人力投入、提高效率、降低錯(cuò)誤率、擴(kuò)展規(guī)范條文涵蓋范圍等目的，本研究引入了本體技術(shù)。在對(duì)規(guī)范條文進(jìn)行語義分析后，按結(jié)構(gòu)化規(guī)則對(duì)條文進(jìn)行本體化，形成領(lǐng)域本體庫(kù)，在后期規(guī)范信息檢索、調(diào)用等過程中達(dá)到令計(jì)算機(jī)可理解的目的，即在后期應(yīng)用時(shí)，可利用查詢語言對(duì)本體庫(kù)進(jìn)行目的性的檢索，抽取出與該項(xiàng)目相關(guān)的審查規(guī)范條文。

建筑專業(yè)涉及的強(qiáng)制性條文主要包括：(1)普通住宅規(guī)范或建筑通用規(guī)范：《民用建筑設(shè)計(jì)通則》《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》《無障礙設(shè)計(jì)規(guī)范》《建筑地面設(shè)計(jì)規(guī)范》《屋面工程技術(shù)規(guī)范》等；(2)高層建筑、幼兒園、學(xué)校、醫(yī)院等特殊建筑規(guī)范：《中小學(xué)校設(shè)計(jì)規(guī)范》《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》《種植屋面工程技術(shù)規(guī)程》《老年人建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》等。本研究通過對(duì)以上各類規(guī)范條文進(jìn)行語義分析，總結(jié)出相關(guān)條文在后期審查中所需的建筑設(shè)計(jì)屬性類目，包括：涉及的審查對(duì)象、具體審查點(diǎn)、審查屬性、合規(guī)要求值等。結(jié)構(gòu)化前期首先分析建筑設(shè)計(jì)規(guī)范知識(shí)的基本表達(dá)形式。同時(shí)應(yīng)通過分析上述建筑設(shè)計(jì)屬性在BIM中獲取的難易程度，對(duì)規(guī)范條文的信息組織形式進(jìn)行整理，最后結(jié)構(gòu)化為面向后期規(guī)范檢索的建筑規(guī)范領(lǐng)域本體庫(kù)。

3.2 面向建筑專業(yè)施工圖自動(dòng)審查的BIM設(shè)計(jì)深度標(biāo)準(zhǔn)

在建筑產(chǎn)品全生命周期內(nèi)，BIM可以作為建筑施工圖從二維到三維(N維)轉(zhuǎn)化的媒介，也可以是不同階段、不同參與方之間信息傳遞的載體，需要依據(jù)信息傳遞目的明確BIM的交付標(biāo)準(zhǔn)。在基于BIM的建筑專業(yè)施工圖自動(dòng)審查系統(tǒng)中，需要在前期按照本系統(tǒng)的應(yīng)用目的進(jìn)行建模，確定BIM(包括BIM模型及電子設(shè)計(jì)總說明)從建設(shè)方到審圖機(jī)構(gòu)傳遞的交付需求。由于當(dāng)前由住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布的《建筑工程設(shè)計(jì)信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)》(征求意見稿)中沒有涉及到該領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，因此要對(duì)面向建筑專業(yè)施工圖合規(guī)性自動(dòng)審查的BIM設(shè)計(jì)深度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究。

在該系統(tǒng)中，對(duì)于BIM設(shè)計(jì)深度的要求主要有以下兩點(diǎn)：(1)保證待審查建筑屬性信息表達(dá)的全面性，以滿足后期對(duì)所需審查信息提取的需要；(2)保證屬性信息存儲(chǔ)的規(guī)范性、簡(jiǎn)潔性，避免信息冗余，達(dá)到后期信息提取的便捷與高效的目的。為滿足以上要求，可利用模型精細(xì)度LOD(Levels of Detail)作為BIM交付需求的描述標(biāo)準(zhǔn)，確定BIM的設(shè)計(jì)深度。

前期規(guī)范條文語義分析的過程，也是建模深度標(biāo)準(zhǔn)建立的依據(jù)。某條文的審查屬性要求，也是模型所需提供信息的要求。之后需要對(duì)這些審查屬性按照某種合適的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，如可按照屬性在模型中存在的方式劃分為以下幾類：直接屬性(模型構(gòu)件上關(guān)聯(lián)的直接字段屬性)、間接屬性(由直接字段屬性通過簡(jiǎn)單算法得到屬性)、空間算法屬性(需建立單獨(dú)的空間模型視圖進(jìn)行空間計(jì)算得到的屬性)、模擬屬性(基于建筑的性能表現(xiàn)進(jìn)行模擬分析得到的屬性)等。后期將以上述分類標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，同時(shí)考慮后期相關(guān)屬性獲取效率的問題，確定模型的建模深度，主要方法為：對(duì)屬性進(jìn)行逐個(gè)分析，確定其適宜按照以上哪類屬性進(jìn)行設(shè)計(jì)，即需要作為直接模型字段信息在建模時(shí)直接輸入模型或電子設(shè)計(jì)總說明，還是需要結(jié)合對(duì)應(yīng)算法設(shè)計(jì)作為導(dǎo)出屬性。其中，直接屬性作為預(yù)定義的對(duì)象屬性，它所涉及的建模范圍及存儲(chǔ)要求形成了該面向建筑專業(yè)強(qiáng)制性條文合規(guī)性審查的BIM設(shè)計(jì)深度標(biāo)準(zhǔn)(包括電子設(shè)計(jì)總說明的深度)，并以LOD的表達(dá)方式加以描述。另外，Han等[21]提出了獨(dú)立模型視圖的概念，利用獨(dú)立的BIM視圖有利于從中提取規(guī)范審查所需的信息，整合為后期審查所需的建筑設(shè)計(jì)參數(shù)子集，有利于提高整個(gè)規(guī)范審查系統(tǒng)的運(yùn)行效率。因此可基于特定的審查領(lǐng)域，對(duì)BIM的建模范圍進(jìn)行規(guī)定。

在規(guī)范正式審查前需要對(duì)模型視圖的信息完備性進(jìn)行預(yù)審，即要確定該建筑模型是否已包含有規(guī)范審查BIM設(shè)計(jì)深度標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的全部屬性值，并滿足面向?qū)ο蟮奶匦浴ｎA(yù)審的目的是保證在正式推理審查時(shí)能從建筑模型中獲取到有效的設(shè)計(jì)信息。

3.3 基于BIM的建筑信息定義及提取

根據(jù)審查屬性要求及建模深度標(biāo)準(zhǔn)，在正式規(guī)則推理審查前，需對(duì)照審查項(xiàng)目列表，以BIM內(nèi)的直接屬性為基礎(chǔ)提取出所需屬性值，并以相應(yīng)屬性集的形式存儲(chǔ)于IFC文件。該提取過程應(yīng)依據(jù)屬性分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類提取，主要提取方法如表1所示。

表1 基于BIM的建筑信息提取方法分類

3.4 基于規(guī)則推理的審查算法

在完成規(guī)范數(shù)據(jù)庫(kù)和工程信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建立后，在規(guī)則推理審查階段需要結(jié)合專家系統(tǒng)，基于SPARQL審查規(guī)則對(duì)工程信息IFC文件進(jìn)行匹配分析。專家系統(tǒng)信息匹配的前提是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行規(guī)范合理的編碼，以達(dá)到計(jì)算機(jī)正確、高效地理解與調(diào)用。

審查順序及具體審查方式會(huì)直接影響到審查的效率和全面性，本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的審查方式為：以面向?qū)ο蟮姆绞?，通過前期整理的對(duì)象完備屬性集對(duì)某一類構(gòu)件所涉及的全部規(guī)范進(jìn)行審查，在該過程中，需要對(duì)構(gòu)件審查流程的合理性和屬性集的完備性進(jìn)行有效管理。該專家系統(tǒng)除對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的匹配分析外，對(duì)于與節(jié)能、綠色建筑等相關(guān)的規(guī)范的審查，因不是簡(jiǎn)單的數(shù)值型匹配型判斷，此處還需要該領(lǐng)域特定專家知識(shí)的介入，設(shè)計(jì)出針對(duì)性的專家知識(shí)庫(kù)。

4 案例分析

圖4 原型系統(tǒng)審查流程界面

為驗(yàn)證上述審查流程及關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)的可行性和有效性，本研究設(shè)計(jì)了如圖4所示的原型系統(tǒng)進(jìn)行基于BIM的建筑專業(yè)設(shè)計(jì)合規(guī)性自動(dòng)審查驗(yàn)證。本文選取了一個(gè)常規(guī)建筑工程作為案例進(jìn)行驗(yàn)證。該工程對(duì)象為一棟地上12層，框剪結(jié)構(gòu)形式的住宅建筑，功能比較單一，具有完整的建筑設(shè)計(jì)圖紙。本研究主要面向的是對(duì)建筑專業(yè)規(guī)范條文的審查(不涉及水暖電等專業(yè))，因此選取了該住宅的建筑施工圖紙作為后期BIM構(gòu)建的基礎(chǔ)。本次案例驗(yàn)證以面向?qū)ο蟮姆绞竭x取了六類審查對(duì)象，并從其涉及的建筑專業(yè)強(qiáng)制性條文中選取了部分有代表性的條文進(jìn)行了審查，其中包括：節(jié)能類(3條)、無障礙設(shè)計(jì)類(7條)、電梯類(7條)、樓梯間類(23條)、防水類(22條)、衛(wèi)生間類(10條)。本文將以廚房設(shè)計(jì)審查為例進(jìn)行審查流程說明。為直觀檢驗(yàn)原型系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的審查能力，首先對(duì)該住宅的建筑施工圖做了兩處不合規(guī)的更改(改變了兩間廚房的面積)。

4.1 規(guī)范條文的結(jié)構(gòu)化處理

本案例依據(jù)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范本體和建筑設(shè)計(jì)規(guī)范知識(shí)基本表達(dá)形式，構(gòu)建SPARQL審查規(guī)則(表2)。

表2 SPARQL審查規(guī)則(以廚房設(shè)計(jì)為例)

4.2 面向自動(dòng)審查深度的BIM交付模型構(gòu)建與預(yù)處理

本案例采用AutoDesk Revit 2017軟件，依據(jù)建筑施工圖紙進(jìn)行了該住宅建筑BIM模型的構(gòu)建(圖4a)，并根據(jù)建模深度標(biāo)準(zhǔn)對(duì)相應(yīng)BIM模型對(duì)象和電子設(shè)計(jì)總說明的屬性字段進(jìn)行錄入和完善，使BIM構(gòu)件包含審查交付需求所需的幾何、非幾何信息，形成面向自動(dòng)審查深度的BIM交付模型。通過系統(tǒng)操作引導(dǎo)界面輸入項(xiàng)目基本工程信息，并通過點(diǎn)選“建筑專業(yè)”形成審查范圍。

將已建的BIM交付模型導(dǎo)入原型系統(tǒng)，即首先進(jìn)入“模型預(yù)處理”環(huán)節(jié)(圖4b)。通過模型預(yù)處理對(duì)模型和設(shè)計(jì)總說明內(nèi)的信息完備性進(jìn)行檢查，驗(yàn)證交付信息的正確性與協(xié)調(diào)性。由于基于BIM的建筑專業(yè)設(shè)計(jì)合規(guī)性自動(dòng)審查功能的實(shí)現(xiàn)，主要體現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)部預(yù)設(shè)的建筑構(gòu)件屬性與BIM交付模型內(nèi)部構(gòu)件屬性的匹配，因此在模型預(yù)處理時(shí)，若檢測(cè)到交付模型內(nèi)部構(gòu)件必備屬性的值為空或輸入格式不正確，會(huì)自動(dòng)生成模型的預(yù)處理意見書，并及時(shí)反饋至建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位。當(dāng)由設(shè)計(jì)單位依據(jù)反饋信息對(duì)模型進(jìn)行相應(yīng)信息修改和補(bǔ)充后，該模型將再次返回進(jìn)行審查，因而保證了上傳至審圖系統(tǒng)的BIM模型可滿足自動(dòng)審查的信息交付需求。

4.3 基于原型系統(tǒng)的審查及結(jié)果生成

預(yù)處理通過后，通過點(diǎn)選自動(dòng)圖審按鈕進(jìn)入自動(dòng)圖審步驟，由內(nèi)置的專家系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)的規(guī)范匹配審查(圖4c)。導(dǎo)出的住宅建筑施工圖IFC文件轉(zhuǎn)換為ifcOWL本體形式的建筑施工圖審查信息。原型系統(tǒng)應(yīng)用SPARQL審查規(guī)則對(duì)建筑信息進(jìn)行逐一審查，并輸出審查結(jié)果(圖5)，審查結(jié)果符合預(yù)先人為設(shè)定的兩處不合規(guī)設(shè)計(jì)。依據(jù)用戶需求最后將輸出“建筑施工圖合規(guī)性自動(dòng)審查意見告知書”(圖4d)。

圖5 建筑設(shè)計(jì)規(guī)范本體實(shí)例的查詢結(jié)果

5 結(jié) 語

施工圖設(shè)計(jì)審查是世界許多國(guó)家政府為監(jiān)管工程勘察設(shè)計(jì)質(zhì)量所制定的一項(xiàng)重要制度，以期通過嚴(yán)格的施工圖審查工作來保證施工圖的質(zhì)量?！盎贐IM的建筑專業(yè)施工圖合規(guī)性自動(dòng)審查系統(tǒng)”是面向建筑專業(yè)的強(qiáng)制性條文、針對(duì)專家審圖工作所提出的一種輔助審查軟件，此軟件所帶動(dòng)的新型審圖方式的出現(xiàn)，能夠有效輔助專家對(duì)建筑專業(yè)施工圖的合規(guī)性進(jìn)行審查。對(duì)該系統(tǒng)的研究可填補(bǔ)當(dāng)前我國(guó)在該領(lǐng)域的技術(shù)空白，具有創(chuàng)新性強(qiáng)、技術(shù)水平高的特點(diǎn)。本文闡述了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架及運(yùn)行流程，并對(duì)其技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了分析，其中包含的關(guān)鍵技術(shù)問題主要可分為以下四點(diǎn)：(1)基于知識(shí)表達(dá)的規(guī)范條文結(jié)構(gòu)化方法；(2)面向合規(guī)性自動(dòng)審查的BIM設(shè)計(jì)深度標(biāo)準(zhǔn)；(3)基于BIM的建筑信息定義及提??；(4)基于規(guī)則推理的審查算法設(shè)計(jì)。關(guān)于該新型審圖方式的研究對(duì)我國(guó)施工圖設(shè)計(jì)圖審工作及BIM技術(shù)的應(yīng)用有重要的理論意義和后續(xù)應(yīng)用價(jià)值，且符合當(dāng)前建筑行業(yè)信息化技術(shù)應(yīng)用的潮流，可促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。