基于BIM和本體的建筑不規(guī)則類型審查

那扎爾·木拉提別克，史健勇，姜 柳，潘澤宇，楊海濤，王佳亮

基于BIM和本體的建筑不規(guī)則類型審查

那扎爾·木拉提別克1,2，史健勇1,2，姜 柳1,2，潘澤宇1,2，楊海濤3，王佳亮3

(1. 上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海 200240；2. 上海市公共建筑和基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化運維重點實驗室，上海 200240；3. 上海市城市建設(shè)設(shè)計研究總院(集團)有限公司，上海 200125)

建筑不規(guī)則類型審查是建筑抗震審查的重要組成部分，對建筑抗震安全有重要意義。為提高審查效率和準確性，提出一套基于建筑信息模型(BIM)和本體的建筑不規(guī)則類型審查方法。首先解析梳理建筑不規(guī)則類型審查規(guī)范條文，然后將規(guī)范條文轉(zhuǎn)譯成計算機可識別的語義審查規(guī)則，并根據(jù)審查邏輯構(gòu)建建筑不規(guī)則類型審查本體；其次從待審查建筑的BIM文件中抽取審查信息，如樓層開洞面積，基于模板匹配算法從結(jié)構(gòu)計算書自動抽取審查所需計算結(jié)果參數(shù)，如扭轉(zhuǎn)位移比；接著基于建筑不規(guī)則類型審查本體組織審查信息，利用審查規(guī)則推理獲得審查結(jié)果，進而生成審查報告。最后以某建筑為例驗證了該方法的可行性和較強地擴展能力，為進一步實現(xiàn)建筑抗震審查的自動化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

合規(guī)審查；建筑不規(guī)則；建筑信息模型；工業(yè)基礎(chǔ)類；本體

隨著我國城市化進程的加快，建筑形體越來越復(fù)雜，工程的抗震設(shè)計變得愈加重要。建筑抗震設(shè)計旨在通過提高建筑抗震性能來降低建筑遭遇地震時的損害，進而減少人員傷亡。其中不規(guī)則建筑的抗震性能會顯著下降，更需要重視[1-2]。《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010 (簡稱《抗規(guī)》)[3]規(guī)定，建筑不規(guī)則類型有平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則2種，針對2種建筑不規(guī)則類型分別需要進行相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施以加強其抗震性能。目前建筑不規(guī)則類型的審查主要依靠專業(yè)知識和工程經(jīng)驗豐富的人員在施工圖上獲得建筑模型尺寸和構(gòu)件空間位置關(guān)系，并結(jié)合有限元計算結(jié)果后通過翻閱規(guī)范、經(jīng)驗判斷和計算進行，這種方式不僅效率低下，而且對審查人員的要求較高[4]。

隨著建筑信息模型(building information modeling，BIM)技術(shù)的逐漸發(fā)展和應(yīng)用[5]，基于BIM模型的自動合規(guī)審查方法以其高效、簡便的優(yōu)勢成為研究重點。BIM模型以面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)建模方式存儲建筑領(lǐng)域中豐富的信息[6]，相比二維施工圖來說更加豐富、直觀且高效。同時，由buildingSMART組織制定了一個建筑工程數(shù)據(jù)交換標準，即工業(yè)基礎(chǔ)類(industry foundation classes，IFC)[7-8]，為BIM提供了規(guī)范的數(shù)據(jù)表示和存儲方式。

基于BIM模型的自動合規(guī)審查方法可分為規(guī)范轉(zhuǎn)譯、模型準備、模型審查和生成報告4個階段[9]。其中，規(guī)范轉(zhuǎn)譯旨在將自然語言描述的規(guī)范條文轉(zhuǎn)譯為計算機可讀的信息，模型準備旨在使BIM模型可用于提取相應(yīng)的設(shè)計信息，二者的結(jié)合是準確執(zhí)行模型審查過程和生成審查報告的基礎(chǔ)。如，孫澄宇和柯勛[10]將規(guī)范條文轉(zhuǎn)譯成硬編碼規(guī)則，基于Revit開發(fā)了建筑專業(yè)設(shè)計合規(guī)審查平臺；張吉松等[11]從IFC文件中提取設(shè)計信息，同樣采用硬編碼的方式實現(xiàn)結(jié)構(gòu)審查。但建筑抗震領(lǐng)域合規(guī)審查不僅需要建筑設(shè)計信息，還需要有限元計算結(jié)果，現(xiàn)有研究缺少二者的統(tǒng)一描述和組織；同時，硬編碼的方式擴展性差、維護難。為了使審查規(guī)則更易被評估專家等人員理解、編寫和擴展，而不僅局限于具備編程能力的程序員等，有學(xué)者提出并開發(fā)了領(lǐng)域規(guī)則語言，如基于BIM開發(fā)的BERA語言[12](building environment rule and analysis，BERA)。然而，領(lǐng)域規(guī)則語言開發(fā)成本較高，且目前應(yīng)用并不成熟。

基于本體和語義網(wǎng)的方法是目前自動合規(guī)審查方向的研究趨勢。本體是對客觀事物的系統(tǒng)描述，在計算機領(lǐng)域，本體能夠在語義層次上描述知識[13-15]，同時能陳述邏輯理論和合理組織知識[16-17]。審查規(guī)范可以轉(zhuǎn)譯為語義網(wǎng)規(guī)則語言，如Jena[18-20]，SWRL[4,14,21-22](semantic web rule language)和N3Logic[23]等。Jena，SWRL和N3 (基于N3Logic的規(guī)則語言)均采用三元組和If-then形式結(jié)合的結(jié)構(gòu)，在可讀性方面較相似，簡單易懂的特性使初學(xué)者能很快應(yīng)用于實際項目中。其中，Jena與N3，SWRL相比，Jena規(guī)則不僅支持用戶自定義擴展內(nèi)置函數(shù)，而且其引擎支持正向和反向推理[24]。因此，本文選用Jena規(guī)則作為本體規(guī)則語言。

綜上，利用本體和語義網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)ㄖ弦?guī)審查中所需要的各種信息進行建模，通過語義推理實現(xiàn)審查過程[20,25]，且擴展性更好、維護成本更低。本文提出一套基于BIM和本體的建筑不規(guī)則類型審查方法，并以某一建筑為例，驗證該方法的可行性。

1 基于BIM和本體的建筑不規(guī)則類型審查方法

本文提出的基于BIM和本體的建筑不規(guī)則類型審查方法框架如圖1所示，包括規(guī)范處理、信息抽取、本體構(gòu)建和推理查詢4個模塊。規(guī)范處理模塊將建筑不規(guī)則類型審查規(guī)范條文轉(zhuǎn)譯成語義審查規(guī)則，從而為審查本體的構(gòu)建提供邏輯基礎(chǔ)。信息提取模塊從BIM中提取信息，包括實體、幾何信息和補充信息，從結(jié)構(gòu)計算書中抽取有限元計算結(jié)果。本體構(gòu)建模塊結(jié)合規(guī)范處理模塊提供的審查邏輯構(gòu)建建筑不規(guī)則類型審查本體，并將信息抽取模塊抽取的審查信息在審查本體中實例化。推理查詢模塊結(jié)合審查規(guī)則對審查本體推理并獲得審查結(jié)果，同時利用語義查詢生成審查報告。

1.1 規(guī)范處理模塊

1.1.1 規(guī)范條文分析

首先，通過規(guī)范條文分析，確定審查信息及類型，并根據(jù)審查信息類型將規(guī)范條文分為兩類：①直接獲取類條文，其審查信息為實體、補充信息、有限元計算結(jié)果和部分幾何信息；②間接獲取類條文，其審查信息包含需計算處理獲取的幾何信息。以《抗規(guī)》的表3.4.3-1和表3.4.3-2中的規(guī)范條文分析為例，表1中羅列了建筑不規(guī)則類型判斷條文中的審查信息，并且分析確定了審查信息的類型。

圖1 基于BIM和本體的建筑不規(guī)則類型審查方法框架

表1 《抗規(guī)》規(guī)范條文分析

1.1.2 規(guī)范條文轉(zhuǎn)譯

規(guī)范條文轉(zhuǎn)譯的目的是使計算機可以識別和理解規(guī)范條文所蘊含的審查邏輯，進而通過語義推理實現(xiàn)自動審查過程。本文將規(guī)范條文轉(zhuǎn)譯為Jena規(guī)則，并采用Jena語義網(wǎng)框架進行語義推理。Jena規(guī)則由主體和推理結(jié)果組成，兩者之間通過推理符號“→”連接。主體和推理兩部分均由多個三元組單元“(?x ?y ?z)”及函數(shù)單元組成，其中三元組單元用于匹配本體中三元組，函數(shù)單元可對匹配得到的變量進行函數(shù)運算。

同時，規(guī)范轉(zhuǎn)譯后的審查規(guī)則可為構(gòu)建審查本體提供邏輯表示的參考。以《抗規(guī)》表3.4.3-2的條文為例，其轉(zhuǎn)譯后的Jena審查規(guī)則如圖2所示。圖2中審查規(guī)則的邏輯是：為了判斷樓層承載力突變，首先需要找到相鄰的下樓層?x1和上樓層?x2，在本體中已添加表示樓層間相鄰上層關(guān)系的對象屬性的前提下，通過檢索(?x1 design: hasUpperAdjacent ?x2)可自動匹配到相鄰的下樓層?x1和上樓層?x2；然后需要找到樓層?x1和樓層?x2的向樓層受剪承載力?y1和?y2，在本體中已添加表示樓層與向樓層受剪承載力之間關(guān)系的數(shù)據(jù)屬性的前提下，通過檢索(?x1 design:向樓層受剪承載力 ?y1)(?x2 design:向樓層受剪承載力 ?y2)可自動匹配到樓層?x1和?x2的向樓層受剪承載力?y1和?y2；最后，利用Jena的內(nèi)置函數(shù)進行數(shù)值計算并比較，其中product(?y2,0.8,?a)表示將?y2乘以0.8得到?a，ge(?a,?y1)表示通過比較?a和?y1得到一個布爾值，當?a大于等于?y1則返回“真”，同時觸發(fā)推理部分，判定當前樓層?x1存在“向樓層受剪承載力突變”。

圖2 規(guī)范條文轉(zhuǎn)譯示例

1.2 本體構(gòu)建模塊

根據(jù)審查規(guī)則和規(guī)范分析結(jié)果，結(jié)合審查邏輯，構(gòu)建建筑不規(guī)則類型審查本體(簡稱審查本體)。審查本體包括5個類和4個關(guān)系，如圖3所示。建筑、樓層、梁、板和柱5個類表示審查對象，建筑和樓層之間的關(guān)系通過hasStorey定義，hasElement表示建筑或樓層與所包含的結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的關(guān)系，樓層之間通過hasLowerAdjacent和hasUpperAdjacent分別表明相鄰下層和相鄰上層關(guān)系。此外，審查對象的要點是通過數(shù)據(jù)屬性來定義，見表2。以利用rdflib[27]庫將樓層總面積定義為數(shù)據(jù)屬性和實例化相應(yīng)數(shù)值為例說明本體中定義數(shù)據(jù)屬性過程，如圖4所示。最后審查本體的實例基于信息抽取模塊得到的審查信息生成。

圖3 建筑不規(guī)則類型審查本體中類及關(guān)系定義

表2 建筑不規(guī)則類型審查本體中定義的數(shù)據(jù)屬性

圖4 定義樓層總面積和實例化樓層總面積數(shù)值

1.3 信息抽取模塊

1.3.1 直接獲取類信息抽取

直接獲取類信息指從BIM模型和有限元計算結(jié)果中無需計算可直接獲取的信息。通常，BIM模型的信息通過IFC文件進行標準化存儲。IFC文件信息以EXPRESS語言存儲和描述[7-8]。IFC文件中各實體及屬性是通過描述語句開頭的序號進行關(guān)聯(lián)的，如開頭為#57486的IfcRelContainedInSpatialStructure屬性即開頭為#12066的IfcBeam實體和開頭為#162的IfcBuildingStorey實體關(guān)聯(lián)，如圖5(a)所示。

圖5 抽取梁高所需IFC關(guān)系((a)描述樓層標高、梁和梁高關(guān)聯(lián)關(guān)系的IFC文件片段；(b) IFC文件中樓層標高、梁和梁高的關(guān)聯(lián)關(guān)系)

以抽取梁高為例，在IFC標準中樓層、梁、梁高之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖5(b)所示。樓層標高實體IfcBuildingStorey通過反屬性IfcRelContained- InSpatialStructure關(guān)聯(lián)梁實體IfcBeam；IfcBeam通過屬性IfcProductDefinitionShape關(guān)聯(lián)形狀表達屬性IfcShapeRepresentation；IfcShape-Representation通過屬性IfcExtrudedAreaSolid關(guān)聯(lián)矩形剖面相關(guān)屬性IfcRectangleProfileDef；IfcRectangleProfileDef中含梁高值，便可得出某樓層所有梁高值，最后將梁高值在本體中實例化，如“某梁的梁高為某數(shù)值”，在本體中表達為“design:某梁 design:梁高某數(shù)值 ;”，實例化具體語句為g.add((design[“某梁”], design[“梁高”], Literal (某數(shù)值)))。

有限元計算結(jié)果的信息采用模板匹配的方式從結(jié)構(gòu)計算書中進行抽取。從結(jié)構(gòu)計算書以模板匹配獲取數(shù)據(jù)方式的優(yōu)勢是，能廣泛用于各類軟件生成的結(jié)構(gòu)計算書，抽取不同結(jié)構(gòu)計算書差別僅在于模板不同，程序無需做過多改動。另一種獲取數(shù)據(jù)方式為針對相應(yīng)軟件二次開發(fā)，優(yōu)勢是能抽取結(jié)構(gòu)計算書不包含的數(shù)據(jù)，缺點是針對每種軟件開發(fā)相應(yīng)的二次開發(fā)程序難度較大，同時某些結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件并不提供二次開發(fā)接口。綜合考慮，本文從普適性的角度出發(fā)，選擇了采用模板匹配的方式從結(jié)構(gòu)計算書抽取有限元計算結(jié)果。以盈建科(YJK)結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)計算書為例，因為結(jié)構(gòu)計算書以表格形式記錄數(shù)據(jù)，所以采用模板形式抽取效率較高且能準確抽取。抽取有限元計算結(jié)果過程如圖6所示，首先采用pyparsing[28]庫編寫需要抽取數(shù)據(jù)所在表格的模板，用模板描述表格的排布形式，便可抽取整個表格數(shù)據(jù)，然后將表格數(shù)據(jù)用pandas[29]庫的存取功能便捷地以DataFrame形式存儲，最后利用rdflib庫編程實現(xiàn)根據(jù)表頭中實體名稱和表格中的審查信息在本體中自動實例化，如“某樓層實體的扭轉(zhuǎn)位移比是某數(shù)值”在本體中表達為“design:某樓層 design:扭轉(zhuǎn)位移比某數(shù)值;”，自動實例化語句為g.add((design[“某樓層”], design[“扭轉(zhuǎn)位移比”], Literal(某數(shù)值)))。

圖6 抽取有限元計算結(jié)果((a) YJK計算書中樓層抗剪承載力存儲表格形式；(b)模板抽取程序邏輯)

1.3.2 間接獲取類信息抽取

間接獲取類信息指幾何處理計算間接獲取的信息。在建筑不規(guī)則類型審查中，需要間接獲取的信息主要為構(gòu)件的幾何信息和構(gòu)件的位置關(guān)系。構(gòu)件的幾何信息包括樓層開洞面積、有效樓板寬度、樓層錯層高度、樓層局部縮進尺寸等。獲取樓層開洞面積和樓層總面積主要借助了IfcOpenShell和PythonOCC，分別負責(zé)構(gòu)件實體的抽取和幾何的運算。相應(yīng)的算法如圖7所示，總體分為3步：①首先利用IfcOpenShell解析IFC文件，通過IFC關(guān)系實體IfcRelContained- InSpatialStructure找到某樓層標高實體IfcBuildingStorey與其關(guān)聯(lián)的所有構(gòu)件實體，如樓板實體IfcSlab、梁實體IfcBeam、柱實體IfcColumn等，并利用PythonOCC幾何處理分別得到這些構(gòu)件實體的質(zhì)心平面與其自身相交得到的截面；②將得到的這些構(gòu)件實體的相交截面在軸方向平移至同一平面，調(diào)用BRepAlgoAPI_Fuse()函數(shù)對TopoDS_Shape類型的所有相交截面進行兩兩融合，其中平面重合部分將疊加融合形成新平面，起到自動去除重合部分面積的作用，故最后形成的并集平面，即為該樓層平面圖，其面積為該樓層的非開洞面積；③最后通過關(guān)系實體IfcRelVoidsElement 得到所有樓板實體的洞口，求得所有開洞面積，并與樓層的非開洞面積相加得到樓層總面積。

圖7 獲取樓層的開洞面積、非開洞面積和總面積((a)獲取某樓層元素質(zhì)心處水平截面；(b)平移所有質(zhì)心處水平截面到某平面再取并集面積；(c)將樓層的開洞面積與非開洞面積相加獲得樓層總面積)

有效樓板寬度指樓板扣除洞口等尺寸后的實際尺寸，樓板典型寬度指樓板外形基本寬度，兩者是判斷樓板局部是否連續(xù)的關(guān)鍵審查信息。如圖8所示，2種樓板寬度的提取算法分為4步：①根據(jù)算法的前2步，計算樓層開洞面積和樓層總面積獲取樓層平面圖；②利用最小矩形包圍盒確定樓層平面圖和方向，再比較和方向樓板投影尺寸L和L，樓板典型寬度典取較小者；③由樓板典型寬度方向決定遍歷像素行方向，如樓板典型寬度取方向樓板投影尺寸，并沿方向遍歷像素行；④提取有效樓板寬度通過遍歷某方向所有黑色像素行長度來實現(xiàn)，其中最短黑色像素行長度即有效樓板寬度有。

圖8 獲取有效樓板寬度和樓板典型寬度((a)獲取樓層平面圖；(b)獲取樓板典型寬度；(c)確定像素行遍歷方向；(d)獲取有效樓板寬度)

構(gòu)件之間的位置關(guān)系包括梁與柱的空間位置關(guān)系，該關(guān)系是判斷柱是否為連續(xù)構(gòu)件的主要依據(jù)。如圖9所示，梁、柱空間關(guān)系的提取算法分為3步：①參考陳培智等[30]提出的方法，首先得到梁或柱的8個頂點，根據(jù)8個頂點間距離進行頂點排序，得到矩形截面梁或柱兩端截面中心，即13中點1和57中點2；②根據(jù)梁和柱的連接位置，判斷梁、柱之間的連接關(guān)系：若柱與梁兩端相接，則比較梁、柱截面中心距離|12|與閾值1的大小，以判斷柱是否與梁相接，其中1計算如式(1)；若柱與梁中側(cè)面相接，則比較柱一端截面中心至梁軸線線段的垂直距離與閾值2的大小，以判斷柱是否與梁相接，其中2計算如式(2)，垂足為4；③通過比較與某層某梁相接的相鄰上層柱軸線與同層柱軸線空間垂直距離與閾值3大小，來判斷柱是否連續(xù)，其中3為柱的寬度。

判斷與梁相接的所有相鄰上層柱是否連續(xù)后，在本體中對梁實體添加數(shù)據(jù)屬性：梁上層柱是否連續(xù)，其屬性格式為布爾值，梁上層柱均連續(xù)時為“真”。

圖9 判斷柱是否連續(xù)((a)確定梁或柱兩端截面中心；(b)確定與梁相接的柱；(c)通過梁上下層柱與梁相接關(guān)系，判斷柱是否連續(xù))

1.4 推理查詢模塊

推理查詢模塊根據(jù)審查規(guī)則，并利用Jena推理引擎對審查本體進行推理得到審查結(jié)果。審查結(jié)果作為實例的數(shù)據(jù)屬性存儲在審查本體中，并可通過圖10所示的SPARQL[31]查詢語句進行檢索，在本體中作為實例的數(shù)據(jù)屬性存儲的審查結(jié)果，生成審查報告。

圖10 審查結(jié)果SPARQL查詢語句

2 案例應(yīng)用

為驗證審查方法的可行性和實用性，以某宿舍樓建筑為案例進行應(yīng)用分析。該宿舍樓建筑為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，占地面積約216 m2，地上共七層，頂層層高為3 m，其余層層高均為3.8 m。抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度為0.2 g，設(shè)計地震分組為第二組，場地特征周期為0.3 s，場地為Ⅳ類。該宿舍樓建筑結(jié)構(gòu)模型如圖11所示，為更好地體現(xiàn)本文方法的實用性，對宿舍樓設(shè)計方案進行了修改，使其存在不符合建筑不規(guī)則類型審查條文的設(shè)計。本文使用BIM軟件Autodesk Revit建立建筑模型，用有限元分析軟件YJK進行結(jié)構(gòu)分析。

圖11 某宿舍樓建筑模型

首先從IFC文件抽取BIM信息：樓層的平面凹進尺寸、樓層的相應(yīng)投影方向總尺寸、樓層開洞面積、樓層總面積、樓層錯層高度、樓層局部收進尺寸、收進方向下層尺寸、有效樓板寬度、樓板典型寬度、梁高和梁上層柱是否連續(xù)；然后從YJK結(jié)構(gòu)計算書抽取有限元計算結(jié)果：扭轉(zhuǎn)位移比、樓層受剪承載力、樓層側(cè)向剛度。

抽取審查信息完成后，利用rdflib將審查信息在建筑不規(guī)則類型審查本體中實例化，審查信息實例化后的情況如圖12所示。

根據(jù)定義好的審查規(guī)則，在Jena推理引擎中對審查本體推理后獲得審查結(jié)果，通過SPARQL語句查詢審查結(jié)果并生成審查報告，如圖13所示。經(jīng)查看發(fā)現(xiàn)，該建筑結(jié)構(gòu)模型中不符合建筑不規(guī)則類型審查條文處，均能審查到，同時得出該宿舍樓屬于既平面不規(guī)則又豎向不規(guī)則的建筑。

圖12 實例化后的部分審查信息

圖13 SPARQL語句查詢的部分審查結(jié)果

3 結(jié)論與展望

本文提出的基于BIM和本體的建筑不規(guī)則類型審查框架的核心包括2個方面，建筑不規(guī)則類型審查本體和審查規(guī)則的構(gòu)建，以及建筑信息的處理和提取。與硬編碼的自動審查方法相比，審查本體可以有效地組織審查所需要的知識、信息和邏輯。此外，語義規(guī)則具有簡單易懂、描述清晰等特點，易被專家理解，大大降低了審查過程的開發(fā)、維護和驗收成本。另外，本文提出了從BIM模型和有限元計算結(jié)果中自動化抽取信息的方法，提高了建筑信息獲取和處理的效率。最后，通過實際案例證明了該審查框架的可行性，為進一步實現(xiàn)建筑抗震審查的自動化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

目前，采用計算機自動轉(zhuǎn)譯規(guī)范條文為語義審查規(guī)則工作，其轉(zhuǎn)譯精度不高，而人工智能識別得到補充信息技術(shù)也存在著缺乏數(shù)據(jù)集導(dǎo)致訓(xùn)練模型不夠完善的問題，使得轉(zhuǎn)譯規(guī)范和高精度信息的補充工作仍需人工完成，并未實現(xiàn)完全自動化。同時，規(guī)范條文大致可以分為指導(dǎo)性規(guī)范條文和定量約束類規(guī)范條文，指導(dǎo)性規(guī)范條文描述的要求一般較廣泛，需要具體情況具體分析，如總則規(guī)定或基本規(guī)定，而本文著重研究的是定量約束類條文的審查。因此，后續(xù)研究工作可以從3方面展開：①研究計算機自動轉(zhuǎn)譯工作，提高轉(zhuǎn)譯精度，實現(xiàn)自動化轉(zhuǎn)譯；②繼續(xù)深入研究人工智能識別獲取補充信息技術(shù)，完善訓(xùn)練模型，實現(xiàn)自動化獲取高精度信息；③研究探索指導(dǎo)性規(guī)范條文的審查。

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Research of BIM and ontology-based irregular building type checking

NAZHAER Mulatibieke1,2, SHI Jian-yong1,2, JIANG Liu1,2, PAN Ze-yu1,2, YANG Hai-tao3, WANG Jia-liang3

(1. School of Naval Architecture, Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China;2. Shanghai Key Laboratory for Digital Maintenance of Buildings and Infrastructure, Shanghai 200240, China;3. Shanghai Urban Construction Design & Research Institute (Group) Co., Ltd., Shanghai 200125, China)

Irregular building type checking is a significant part of building checking for seismic compliance, which is of immense significance to buildings’ seismic safety. An approach based on building information modeling (BIM) and ontology was proposed for identifying irregular building types, thus boosting efficiency and accuracy. Firstly, the rules for checking irregular building types were analyzed and then translated into semantic compliance checking rules that could be recognized by the computer. Meanwhile, the irregular building type checking ontology was created to represent the checking logic. Secondly, the building information model’s information to be checked was extracted using automatic parsing, such as floor opening area, and such information was extracted from the building finite element analysis result parameters by the pattern matching algorithm, such as torsional displacement ratio. The extracted information was organized on the basis of the proposed irregular building type checking ontology. Next, the sematic reasoning was utilized to obtain the checking results and generate the checking reports. Finally, a designed building was taken as an example to verify the feasibility and strong expansion ability of the proposed method, which could lay a technical foundation for further realizing the automatic building checking for seismic compliance.

compliance checking; building irregularity; building information model; industry foundation class; ontology

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2022050918

A

2095-302X(2022)05-0918-09

2022-03-22；

2022-06-02

22 March，2022；

2 June，2022

重慶市自然科學(xué)基金項目(CSTC2021JCYJ-MSXMX0986)；基于BIM+AI的智慧化建筑抗震管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究項目(滬住建管科2020-009-005)；電網(wǎng)工程BIM關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化研究與應(yīng)用項目(5200-202156486A-0-5-ZN)

Natural Science Foundation of Chongqing (CSTC2021JCYJ-MSXMX0986); BIM+AI Based Intelligent Building Seismic Management System Key Technologies Research (Urban & Rural Construction Management Department of Shanghai Residential Construction Bureau 2020-009-005); Research and Application of Localization of BIM Key Technology in Power Grid Engineering (5200-202156486A-0-5-ZN)

那扎爾·木拉提別克(1996-)，男，碩士研究生。主要研究方向為土木工程信息化。E-mail：nze220@sjtu.edu.cn

NAZHAER Mulatibieke (1996-), master student. His main research interest covers building information modeling. E-mail：nze220@sjtu.edu.cn

史健勇(1975-)，男，副教授，博士。主要研究方向為建筑信息化、城市數(shù)字孿生等。E-mail：shijy@sjtu.edu.cn

SHI Jian-yong (1975-), associate professor, Ph.D. His main research interests cover building information modeling, digital twin city, etc. E-mail：shijy@sjtu.edu.cn