融合知识推理与性能仿真的性能化消防设计自动审查方法

Performance-based fire protection design is essential for quantify fire risk and improve fire safety of buildings. As an important method for design checking and optimization, the current automatic compliance checking lacks efficient knowledge updating methods and effective integration mechanism of reasoning and performance simulation. To address these problems, this research proposes a new method by integrating rule reasoning and performance simulation for performance-based design of public buildings with large spaces: 1) establish a unified domain knowledge model that captures the context information, checking rules, design data and simulation data; 2) propose an ontology-enhanced information retrieval method to extract rules for text-based building codes and dynamically update the domain knowledge model; 3) establish the coordination mechanism between rule reasoning and performance simulation based on mapping mechanism between design BIM model, domain knowledge, and simulation model, and invoking methods of the reasoning engine and simulation software. The proposed integration method could automate the checking process of performance-based fire protection design, improve checking accuracy and efficiency, enable better design optimization to build a more resilient city.

基于仿真的性能化设计是量化火灾风险、提升消防安全的重要手段。作为确保设计合规、提升设计水平的关键环节，既有自动设计审查方法存在审查知识更新困难、知识推理与性能仿真相互割裂的问题。因此，本研究结合大空间公共建筑的消防性能化设计，基于BIM与人工智能等信息技术，研究知识推理与性能仿真相融合的设计自动审查方法。重点研究：1) 面向性能化消防设计审查的领域知识建模方法，建立工程常识、审查规则、设计信息与性能仿真知识的统一描述框架与模型；2) 领域知识增强的消防审查规则自动解译方法，解决文本规范的知识抽取与领域知识模型的更新问题；3) 基于BIM和本体的知识推理与性能仿真的协同机制，建立BIM、知识模型与仿真模型的映射转换关系与推理引擎、仿真软件的动态调用方法。通过本研究，可实现消防设计性能仿真与规则检查推理的集成和自动化，对提升设计效率、改善建筑火灾防御具有重要的科学意义和工程价值。

针对既有自动设计审查方法存在的审查知识更新困难、知识推理与性能仿真相互割裂的问题，本研究结合大空间公共建筑的性能化消防设计，以BIM、本体论和人工智能等信息技术为支撑，研究知识推理与性能仿真相融合的设计自动审查方法。首先，课题通过文献调研与案例调查，总结了智能审图研究现状。随后，构建一个集工程常识、审查规则、设计信息与性能仿真知识于一体的领域知识模型，明确性能化消防设计审查领域知识的构成、结构与相互关系，实现性能化消防设计审查知识的统一描述与管理；在此基础上，本课题提出了领域知识增强的消防审查条文分类、拆解与规则自动解译方法，实现了自动将规范从文本解译为计算机可执行代码；最后，本课题研究了知识推理与性能仿真的协同机制，建立设计BIM模型、知识模型与仿真模型的映射转换关系，提出推理引擎、仿真软件的动态调用方法。并通过构建面向性能化消防设计的合规性自动审查与评估系统原型，验证了所提出方法的有效性。在执行期间，课题共发表学术论文34篇，其中SCI收录16篇、EI收录5篇，Automation in Construction等领域顶级期刊论文9篇；申请发明专利4项、授权发明专利3项，获2项软件著作权登记，参编地方、行业及团体标准5项并获上海市土木工程学会科技进步二等奖（排序2/9）；有关成果可实现消防设计过程性能仿真、规则检查推理自动化，对提升设计效率、改善建筑火灾防御具有重要科学意义和工程价值。