支持智能化BIM技术的建筑业知识本体方法研究

Building Information Modeling (BIM) technology has largely boosted the level of automation in many business processes, such as efficient and accurate design or real-time cost analysis and tracking. Recently, the level of interoperability between different systems (or professions) has been improved due to the large amount of research on data exchange standard such as IFC. However, the current BIM technology can only process data and information to support process automation, and it lacks the ability to process domain knowledge to support intelligent or smart processes. This research aims at the investigation of integrating ontologies and BIM technology to promote smart business processes in the construction industry. This research will first propose the theory and methodology for smart BIM, and estabilish the stretagy and roadmap for Chinese consturction industry towards integligent business processes. It then will expand and adapt IFC database and study the relations and constraints between major concepts to create a domain ontology framework to cover the whole Chinese construction industry, and develop an open platform to host this ontology framework to support all possible research activities or application development towards smart business processes. Based on this ontology framework, the research team will focus on the method of realizing smart business processes by incorporating ontologies, rule-based systems, and BIM technology.

建筑信息模型（BIM）技术在众多方面极大地推动了行业自动化程度，比如高效、准确的设计，精确、实时的造价分析等。近年来通过对BIM数据的标准化研究，又大大提高了不同系统之间的协同性和互操作性。但是，现有的BIM技术仅仅停留在对数据和信息的处理层面，仅能支持流程的自动化，而不能处理行业知识，所以无法支持流程的智能化。本研究旨在探索通过融合知识本体（ontology）和BIM技术以促进建筑业相关流程的智能化程度的方法。本项目首先探索BIM智能化的理论和方法，并针对中国建筑业确立具体的发展战略和路线图。基于上述理论研究，本项目的主要工作是通过扩展和改造IFC数据结构，探索数据间的内在关系和约束，构建适合中国建筑业全行业范围的知识本体框架，并建立开放性共享数据平台，为中国建筑业及相关行业的智能化应用提供理论支持和数据基础。在此基础上，重点研究结合知识本体、规则、和BIM技术促进流程智能化的实现方法。

本研究项目严格按照申报书中所列计划执行。2013年是项目启动的第一年，工作主要集中在第一项研究任务。该研究任务旨在综合调研人工智能方法在建筑信息模型BIM技术中的应用可能性。2014年和2015年是项目的重要执行阶段，主要工作在研究任务二，也就是构建基于建筑信息模型技术的中国建筑业知识本体框架。2016年的主要工作是完成研究任务三，基于规则的智能BIM技术应用。在总结基于规则的BIM智能应用方法的基础上，重点对两个垂直领域的行业知识进行本体构建。..本项目按照申报书，共完成五项研究成果。（1）研究报告《中国建筑业BIM技术智能化发展战略和基于规则的BIM智能化合理实现方法》是对应用行业知识本体模型驱动建筑信息模型技术进行智能化行业应用的综合分析和论述，对后人采用类似研究方法或者在此方法上改进，都有重要借鉴意义。（2）“中国建筑业行业级知识本体”是针对中国建筑业的行业知识进行的正式的结构化封装和定义，以top-down的形式，全面定义了行业知识框架，共包含1207概念类，309个属性，159个关系，145个公理。（3）基于语义互联网的知识本体开放平台的建设也已经完成，部署在申请人所在的“天津大学-天宝联合BIM实验室”官方网站www.ttjl.org下，允许行业内的研究人员从这个平台上免费获得前面所说的行业知识本体，了解知识本体的框架结构，并且以社交媒体的形式支持大家提交对本体知识框架的修改意见、扩充内容等。（4）本研究开发了“智能化绿色建筑设计辅助”和“智能消防审查系统”两个系统软件原型，该系统基于规则、由知识本体驱动，全面验证了本研究的技术路线，实现了预期的成果。其中“智能化绿色建筑设计辅助系统”获得了软件著作权的认定。（5）论文发表方面，共计发表论文十二篇，其中SCI索引1篇，EI索引4篇，中文核心期刊7篇。另有3篇论文在投稿审议过程中，均为行业内重要的SCI期刊。..本项目申报书中所列全部参与人员都参加了本项目的研究工作，在项目的后期有加入了7名研究生参与。本项目执行过程中共培养硕士研究生11名，项目负责人在2013年入选天津市“三年引进千名海外高层次人才”计划。