張荷花 顧 明

(1.清華大學(xué) 軟件學(xué)院，北京 100084； 2.北京信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家研究中心，北京 100084)

引言

建筑信息模型(BIM)技術(shù)通過實(shí)現(xiàn)建筑全部信息的數(shù)字化表達(dá)，促進(jìn)建筑全生命周期的信息融合與共享，在國(guó)內(nèi)外工程領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注和應(yīng)用。在政府的大力支持和引導(dǎo)下，我國(guó)BIM技術(shù)的應(yīng)用逐漸深入并在大量工程項(xiàng)目中產(chǎn)生實(shí)效。隨著BIM技術(shù)的普及，能否實(shí)現(xiàn)基于BIM技術(shù)進(jìn)行工程項(xiàng)目審查審批逐漸成為了大家關(guān)注的熱點(diǎn)。湖南省住建廳2017年起在國(guó)內(nèi)率先啟動(dòng)了基于BIM技術(shù)的施工圖數(shù)字化審查研究工作，致力于推動(dòng)傳統(tǒng)二維審查模式向三維審查模式發(fā)展。2019年，國(guó)家住建部將北京城市副中心、南京、廣州、廈門、雄安新區(qū)等列為運(yùn)用建筑信息模型(BIM)進(jìn)行工程項(xiàng)目審查審批和城市信息模型(CIM)平臺(tái)建設(shè)試點(diǎn)城市。2019年10月，深圳發(fā)布了關(guān)于取消施工圖審查，建立基于BIM的工程建設(shè)項(xiàng)目智慧審批平臺(tái)的文件。

從管理角度，基于BIM技術(shù)進(jìn)行工程項(xiàng)目審查審批將使得BIM模型成為一種官方認(rèn)可的產(chǎn)品形態(tài)，應(yīng)用BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)及施工單位無需再人工或自動(dòng)生成二維圖紙進(jìn)行提交和審查，這將有利于推動(dòng)BIM技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。從技術(shù)角度，BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了建筑全部信息的結(jié)構(gòu)化表示和面向?qū)ο蟮谋硎痉绞?，相?duì)于面向“人”來審查的圖紙而言，BIM模型具有更強(qiáng)的機(jī)器可理解性，在BIM模型上進(jìn)行自動(dòng)的精確審查成為可能[1]。此外，BIM模型上的三維幾何與信息展現(xiàn)方式與二維圖表示有較大不同，這也使得審查人員熟悉的二維圖審查方法無法直接作用于BIM模型。因此，與二維圖審查審批平臺(tái)相比，BIM審查審批平臺(tái)能否有效支持各類建筑規(guī)范在BIM模型上的自動(dòng)或智能審查，將成為檢驗(yàn)其能否基于BIM技術(shù)優(yōu)勢(shì)促進(jìn)審查審批行業(yè)變革，從而促進(jìn)工程建設(shè)行業(yè)提質(zhì)增效的一個(gè)重要內(nèi)容。

清華大學(xué)軟件學(xué)院BIM課題組自主研發(fā)了BIM模型智能檢查工具BIMChecker，該研究成果以建筑規(guī)范描述語言SNL(Structural Natural Language)、基于知識(shí)的模型檢查工具、語義和幾何特征融合的高效檢查算法等技術(shù)為核心，有效支持面向多業(yè)務(wù)規(guī)范、多BIM模型表示的統(tǒng)一自動(dòng)檢查，具有靈活性、易理解性、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，已在國(guó)內(nèi)多個(gè)典型工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)施工中應(yīng)用，對(duì)BIM模型質(zhì)量保障起到了促進(jìn)作用[2，3]?；贐IMChecker的研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，清華大學(xué)2018年?duì)款^完成了國(guó)內(nèi)首個(gè)面向共享信息模型的系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《面向工程領(lǐng)域的共享信息模型》，于2019年1月1日正式實(shí)施[4-6]。標(biāo)準(zhǔn)第三部分《面向工程領(lǐng)域的共享信息模型：測(cè)試方法》(GB/T36456.3-2018)對(duì)建筑規(guī)范形式化描述語言和基于規(guī)則的信息模型測(cè)試方法進(jìn)行了規(guī)定。

圖1 BIMChecker工具的功能架構(gòu)圖

湖南省住建廳于2018年12月在國(guó)內(nèi)率先啟動(dòng)了省級(jí)BIM審查系統(tǒng)的建設(shè)，中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司(以下簡(jiǎn)稱建研院)承擔(dān)了該BIM模型審查平臺(tái)的整體研發(fā)工作，包括BIM模型的提交管理、模型可視化、審查規(guī)范的管理、模型審查、審查結(jié)果展現(xiàn)和標(biāo)注等內(nèi)容。在該審查系統(tǒng)的建設(shè)中，清華大學(xué)與建研院合作，實(shí)現(xiàn)了BIMChecker工具與BIM審查平臺(tái)上的集成，通過建筑規(guī)范描述語言SNL和檢查工具的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了消防領(lǐng)域各類復(fù)雜規(guī)范的智能審查，為基于BIM的審查審批提供了靈活可擴(kuò)展的自動(dòng)審查支持?？紤]到國(guó)內(nèi)各省市對(duì)基于BIM的審查審批方案的關(guān)注和需求，本文將系統(tǒng)性地介紹BIM模型智能檢查工具在審查平臺(tái)及消防審查上的應(yīng)用方法和實(shí)踐，以供讀者參考借鑒。

1 BIMChecker智能檢查工具介紹

1.1 BIMChecker智能檢查工具的功能架構(gòu)

BIMChecker工具是一款基于認(rèn)知計(jì)算的建筑規(guī)范智能審查工具，其核心思想是實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)的智能檢查。與一般自然語言文本相比，建筑規(guī)范的條款描述及審查過程呈現(xiàn)了豐富的領(lǐng)域概念、潛在知識(shí)和關(guān)聯(lián)知識(shí)。為有效實(shí)現(xiàn)建筑規(guī)范的智能檢查，須基于對(duì)規(guī)范條款及審查方法的深層次理解。該任務(wù)不是自然語言處理、知識(shí)圖譜等某一項(xiàng)技術(shù)可以解決的。BIMChecker工具充分考慮了工程領(lǐng)域的問題特點(diǎn)，結(jié)合領(lǐng)域選取適合的智能技術(shù)進(jìn)行綜合應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)，其功能架構(gòu)如圖1所示。工具主要由規(guī)則庫構(gòu)建子工具、語義模型轉(zhuǎn)換模塊、BIM模型檢查引擎和輸出展示模塊等構(gòu)成。

1)對(duì)于自然語言描述的各類建筑規(guī)范，基于規(guī)則庫構(gòu)建子工具，使用建筑規(guī)范描述語言SNL，可以統(tǒng)一表示為人和計(jì)算機(jī)均可理解的一組規(guī)則，形成領(lǐng)域規(guī)則庫； 該部分體現(xiàn)了智能審查工具對(duì)各種建筑規(guī)范通用的特點(diǎn)；

2)針對(duì)遵從不同格式和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的BIM模型(如.ifc，.rvt，.dwg等)，通過語義模型轉(zhuǎn)換模塊，將其抽取轉(zhuǎn)換為適用于模型檢查的語義模型(圖結(jié)構(gòu)，以JSON形式表示)； 該部分體現(xiàn)了智能審查工具關(guān)注于“語義內(nèi)容”而非“數(shù)據(jù)格式”的特點(diǎn)；

3)BIM模型檢查引擎，基于SNL規(guī)則與語義模型的概念映射、應(yīng)用語義檢索和幾何計(jì)算融合的計(jì)算框架和高效模型檢查算法，給出BIM模型與規(guī)范符合與否的結(jié)論； 該部分體現(xiàn)了智能審查工具充分考慮BIM模型區(qū)別于一般信息模型的特點(diǎn)，即需要有效處理幾何和信息兩類要素；

4)輸出展示模塊，將條款的檢查結(jié)果數(shù)據(jù)，按照易于用戶理解的分類統(tǒng)計(jì)和展示方式，輸出給用戶進(jìn)行檢查結(jié)果后續(xù)應(yīng)用。

1.2 BIMChecker智能檢查工具的適用范圍

BIMChecker工具采用了基于規(guī)則庫的智能檢查框架，使得該工具并不限定于對(duì)某一特定專業(yè)或者特定規(guī)范的審查。例如，通過編制《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》對(duì)應(yīng)的SNL規(guī)則庫，工具實(shí)現(xiàn)的是消防專業(yè)的合規(guī)性審查功能； 通過編制《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)應(yīng)的SNL規(guī)則庫，工具實(shí)現(xiàn)的是住宅建筑的合規(guī)性審查功能。目前BIMChecker工具的內(nèi)置規(guī)則庫已經(jīng)覆蓋了建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、暖通等多個(gè)專業(yè)的規(guī)范條款，具有通用性。

然而，根據(jù)BIMChecker智能審查工具的技術(shù)特點(diǎn)和SNL定義，我們可以發(fā)現(xiàn)，該工具擅長(zhǎng)的是對(duì)復(fù)雜邏輯關(guān)系的表達(dá)，以及在復(fù)雜邏輯關(guān)系下，對(duì)語義信息和幾何信息內(nèi)容的直接檢測(cè)。因此，對(duì)于需要復(fù)雜數(shù)學(xué)公式計(jì)算、動(dòng)態(tài)過程模擬等才能確定結(jié)果的合規(guī)性內(nèi)容，并不能直接通過BIMChecker工具完成，而需要與專業(yè)計(jì)算軟件配合使用，如結(jié)構(gòu)、抗震、綠建等專業(yè)計(jì)算軟件。通過應(yīng)用專業(yè)計(jì)算軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，并將最終結(jié)果寫入語義模型，可納入BIMChecker工具的檢查框架，進(jìn)行統(tǒng)一結(jié)果輸出和報(bào)告生成。

此外，對(duì)于各類工程規(guī)范而言，BIMChecker工具能夠描述和自動(dòng)審查的是具有精確含義和量化要求的條文內(nèi)容，這也是目前機(jī)器能理解的全部?jī)?nèi)容。對(duì)于綱領(lǐng)性的條文，或含義模糊的條文，BIMChecker工具尚無法處理，需要留給專家評(píng)判。因此，就目前規(guī)范條文審查而言，采取的是BIMChecker智能審查工具和專家審查分工合作的方式：對(duì)于明確量化條款，基于機(jī)器智能審查，發(fā)揮其審查快速、全面、精細(xì)的優(yōu)勢(shì)； 對(duì)于復(fù)雜特殊情形，提交給專家進(jìn)行確認(rèn)審核，發(fā)揮人類在全局決策方面的智慧和經(jīng)驗(yàn)； 通過人機(jī)協(xié)作，全面促進(jìn)審查效率和審查質(zhì)量的雙重提升。

2 智能審查工具在消防審查中的應(yīng)用方法及實(shí)踐

本節(jié)介紹在湖南省BIM審查系統(tǒng)中，通過BIM模型智能審查工具與審查平臺(tái)的集成，提供自動(dòng)消防審查服務(wù)的一些關(guān)鍵點(diǎn)。具體內(nèi)容包括實(shí)現(xiàn)基于SNL語言的防火規(guī)范庫精確編制，基于語義推理功能實(shí)現(xiàn)對(duì)防火規(guī)范概念的支持，以及基于語義和幾何計(jì)算融合的檢查框架對(duì)各類復(fù)雜建筑規(guī)范條款實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)檢查。

在“雙創(chuàng)”時(shí)代背景下，高職院校教師必須與時(shí)俱進(jìn)，不斷提高自身的核心素養(yǎng)和能力，為學(xué)生做出良好的榜樣，為培養(yǎng)出滿足“雙創(chuàng)”型人才奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。高職教師核心素養(yǎng)和能力［2］主要包括高職教師的教育理念與師德素養(yǎng)、教學(xué)和教改能力、專業(yè)實(shí)踐和指導(dǎo)能力、信息化應(yīng)用及科研能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力等。高職院校應(yīng)該充分地利用“政校行企”四方聯(lián)動(dòng)的模式，構(gòu)建雙創(chuàng)型的教師隊(duì)伍，促進(jìn)教師核心素養(yǎng)和能力的全面提升。

2.1 基于SNL語言的防火規(guī)范庫編制

現(xiàn)有建筑規(guī)范的編制都是面向人來查看和處理的，規(guī)范條款因自然語言本身的模糊性、二義性，以及條款包含的隱藏知識(shí)等問題，并不能被計(jì)算機(jī)直接進(jìn)行有效識(shí)別和處理。建筑規(guī)范描述語言SNL，致力于搭建人的理解與機(jī)器理解之間的橋梁、統(tǒng)一條款的解釋、將隱形知識(shí)顯式化，從而解決規(guī)范條款自動(dòng)審查的“條款理解”這一核心問題。一個(gè)典型的SNL規(guī)則如圖2所示。基于SNL語言，自然語言條款被結(jié)構(gòu)化為一組SNL規(guī)則，每個(gè)SNL規(guī)則描述為一個(gè)簡(jiǎn)單句、復(fù)合句或條件句(IF-THEN結(jié)構(gòu))。SNL語言支持實(shí)體之間的二元關(guān)系、實(shí)體的數(shù)值關(guān)系和四則計(jì)算以及基于邏輯AND和邏輯OR的嵌套組合。

圖2 基于SNL的防火規(guī)范條款規(guī)則描述示例

建筑消防審查參考的一個(gè)主要規(guī)范是現(xiàn)行的《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016-2014，2018年版，以下簡(jiǎn)稱防火規(guī)范)。該規(guī)范全面定義了對(duì)不同類型功能建筑、同一建筑的不同功能空間以及不同消防設(shè)施配備下的防火設(shè)計(jì)要求。防火規(guī)范條款通常不是由一個(gè)句子，而是由前后相互關(guān)聯(lián)的多個(gè)句子甚至多個(gè)段落構(gòu)成，語言描述比較復(fù)雜。因此，如何對(duì)防火規(guī)范條款進(jìn)行準(zhǔn)確和有效的拆解，是實(shí)現(xiàn)防火規(guī)范自動(dòng)審查的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。圖3展示了建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范條款5.5.17的內(nèi)容，該條款又分為了四個(gè)小點(diǎn)。在第一小點(diǎn)，防火規(guī)范通過表5.5.17對(duì)不同類型的功能建筑在不同條件下，房間疏散門至最近安全出口的直線距離提出了明確的量化要求。然而，注1、注2、注3又分別針對(duì)房間是否開向敞開式外廊、樓梯間是否是敞開樓梯間、以及建筑內(nèi)是否全部設(shè)置了自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)提出了補(bǔ)充規(guī)定，需要綜合考慮表1及注1、注2、注3的內(nèi)容并進(jìn)行正確的組合才能準(zhǔn)確表達(dá)出最終的規(guī)范要求。

圖3 防火規(guī)范條款5.5.17的條款內(nèi)容展示

基于建筑規(guī)范描述語言SNL，條款5.5.17共拆解為429條SNL規(guī)則，其中5.5.17-1拆解了384條，5.5.17-2拆解了2條，5.5.17-3拆解了40條，5.5.17-4拆解了3條。圖4展示了針對(duì)一個(gè)表項(xiàng)的SNL規(guī)則描述，即對(duì)于一個(gè)單多層醫(yī)療建筑，當(dāng)其耐火等級(jí)為一級(jí)或二級(jí)、疏散門處于兩個(gè)安全出口之間、疏散門不開向敞開式外廊，并且樓梯間采用的不是敞開樓梯間，建筑全局設(shè)置了自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，那么要求該疏散門到最近安全出口的距離不大于35*1.25，即43.75m。

圖4 防火規(guī)范條款5.5.17對(duì)應(yīng)的一條SNL規(guī)則

由圖4所示的SNL規(guī)則可以看出，SNL規(guī)則不僅是可被機(jī)器識(shí)別和理解的，它也同樣可被人所讀取和理解。正因?yàn)镾NL的這一設(shè)計(jì)特性，使得在防火規(guī)范規(guī)則庫編制過程中，領(lǐng)域?qū)＜铱梢匀探槿?，基于SNL規(guī)則的顯式表達(dá)對(duì)規(guī)則進(jìn)行檢查和確認(rèn)。這一過程在建筑規(guī)范的規(guī)則化編制過程中也是重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。細(xì)心的讀者可能注意到，SNL語言的條件句設(shè)計(jì)為IF-THEN結(jié)構(gòu)，不包含ELSE部分，也不支持各類嵌套。該設(shè)計(jì)是為了將所有約束以盡可能直觀和顯式的方式表達(dá)，而不是通過否命題或者逆否命題等各類邏輯特性考驗(yàn)人們的理解力。事實(shí)上，語言的表達(dá)能力和易理解性始終是一個(gè)矛盾，SNL語言的設(shè)計(jì)在二者之間取了一個(gè)有效的折衷。另一方面，該設(shè)計(jì)也使得后端檢查工具要處理的邏輯相對(duì)直觀，確保能夠?qū)NL語言表達(dá)出的全部?jī)?nèi)容提供自動(dòng)檢查支持。

2.2 檢查工具的語義表示和推理

BIM模型檢查引擎的輸入語義模型是一個(gè)三元組(Elements，Rels，GeometryModel)。Elements為模型中的元素(構(gòu)件和空間)集合，包括元素的ID、名稱和屬性集等內(nèi)容； Rels為二元關(guān)系集合，包括空間與構(gòu)件的包含關(guān)系、空間與構(gòu)件的邊界關(guān)系、樓層與空間的包含關(guān)系、構(gòu)件之間的連接關(guān)系以及構(gòu)件之間的嵌入關(guān)系等； GeometryModel則記錄了構(gòu)件的幾何信息，分為包圍盒和線狀構(gòu)件兩類。包圍盒又分為正交包圍盒、斜包圍盒、多邊形包圍盒以及包圍盒集合等四種類型。不同的幾何類型記錄和存儲(chǔ)不同的數(shù)據(jù)內(nèi)容，以便在檢查階段提供給檢查工具實(shí)現(xiàn)精確幾何計(jì)算。

值得注意的是，從BIM源模型中直接提取和轉(zhuǎn)換后的模型數(shù)據(jù)，通常并不能包含足夠的規(guī)范檢查所需的語義信息。例如，消防審查中會(huì)對(duì)“封閉樓梯間”、“走道的布房情況”等進(jìn)行相關(guān)約束，而BIM模型中通常并不顯式包含如“封閉樓梯間”這樣的概念。在人工審查時(shí)可根據(jù)樓梯間是否為一個(gè)封閉的空間以及樓梯間是否有門來判斷，機(jī)器則不能直接理解這一領(lǐng)域知識(shí)。為了解決這一問題，檢查工具實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入語義模型進(jìn)行語義推理的功能，根據(jù)推理結(jié)果將新增的構(gòu)件屬性、關(guān)系等信息進(jìn)行補(bǔ)充，形成“增強(qiáng)語義模型”。

在消防審查的應(yīng)用實(shí)踐中，檢查工具的知識(shí)推理功能起到了重要作用。檢查工具根據(jù)標(biāo)高的常用命名規(guī)則，推理并補(bǔ)充了樓層、房間、構(gòu)件的“計(jì)算標(biāo)高”屬性，取值為數(shù)值類型，支持規(guī)范檢查中的數(shù)值運(yùn)算。檢查工具實(shí)現(xiàn)了對(duì)“封閉樓梯間”的推理并將該語義標(biāo)簽加入房間的名稱屬性； 通過計(jì)算添加了走道的布房屬性，根據(jù)其為單面布房或雙面布房填入相應(yīng)數(shù)據(jù)； 計(jì)算并添加了房間相對(duì)于走道的位置信息，根據(jù)其處于走道盡端、安全出口之間還是袋形走道兩側(cè)寫入對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)； 計(jì)算了房間內(nèi)任一點(diǎn)至最近疏散門的直線距離，并將其填入房間的“至疏散門計(jì)算長(zhǎng)度”屬性等等?？紤]BIM模型的建模習(xí)慣，檢查工具也會(huì)考察語義模型中給出的如墻與房間的邊界關(guān)系，并結(jié)合引擎內(nèi)進(jìn)行幾何計(jì)算得到的墻與房間的邊界關(guān)系，將二者綜合后的結(jié)果增強(qiáng)到語義模型中。檢查工具的推理功能，將人工審查過程中使用的潛在領(lǐng)域知識(shí)傳授給機(jī)器，提高了檢查的智能性，從而降低了對(duì)前端BIM模型輸入的要求、有利于面向各類具有不同BIM建模習(xí)慣的用戶推廣應(yīng)用。

2.3 檢查工具對(duì)復(fù)雜建筑條款的支持

檢查工具的目標(biāo)在于對(duì)用戶編制的各種復(fù)雜的SNL規(guī)則，能夠自動(dòng)適配和完全支持。例如，圖2所示的SNL規(guī)則不包含幾何計(jì)算，而圖4所示的SNL規(guī)則在檢查過程中則需要計(jì)算構(gòu)件之間的距離，并與條件中的構(gòu)件過濾要求相結(jié)合。事實(shí)上，建筑規(guī)范中的大量條款，都是語義與幾何約束的結(jié)合體。為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜建筑條款的全自動(dòng)檢查，檢查工具實(shí)現(xiàn)了一個(gè)語義和幾何計(jì)算融合的檢查框架，并提供了一個(gè)可擴(kuò)展的幾何計(jì)算庫，與SNL規(guī)則緊密結(jié)合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢查支持。

在語義和幾何計(jì)算融合的檢查框架中，將一條SNL規(guī)則歸納為范式Rif∧Rif_comp?Rthen∧Rthen_comp的形式。Rif和Rthen分別表示SNL規(guī)則中條件和結(jié)論部分的語義約束(即不含如距離、穿越等特定幾何計(jì)算的描述)，使用Rif_comp和Rthen_comp分別表示條件和結(jié)論部分的幾何計(jì)算約束。Rif、Rthen、Rif_comp和Rthen_comp可為空。圖5展示了防火規(guī)范條款7.3.6對(duì)應(yīng)的一條SNL規(guī)則，該規(guī)則的幾何計(jì)算約束出現(xiàn)在SNL規(guī)則的條件部分，對(duì)應(yīng)范式中，Rif_comp為空的情況。圖6展示了防火規(guī)范條款8.1.6對(duì)應(yīng)的一條SNL規(guī)則，該規(guī)則不包含幾何計(jì)算約束，對(duì)應(yīng)范式中，Rif_comp和Rthen_comp均為空的情況。

圖5 防火規(guī)范條款7.3.6對(duì)應(yīng)的一條包含房間隔墻判定的SNL規(guī)則

圖6 防火規(guī)范條款8.1.6對(duì)應(yīng)的一條包含存在性判定的SNL規(guī)則

Rif和Rthen基于檢查工具中對(duì)語義模型的檢索查詢實(shí)現(xiàn)。檢查工具可支持各類復(fù)雜的SNL規(guī)則描述。如圖6所示的SNL規(guī)則展示了對(duì)“存在一個(gè)符合要求的構(gòu)件即可”之類的描述。檢查工具根據(jù)SNL規(guī)則的表示，自動(dòng)判定是檢查全部構(gòu)件還是檢查是否存在一個(gè)構(gòu)件符合要求，并分別轉(zhuǎn)換為不同的語義查詢，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢查。此外，基于SNL的靈活性特點(diǎn)，在應(yīng)用中可按需求分別編寫SNL規(guī)則使其作用于整個(gè)建筑(如圖4)、某個(gè)樓層(如圖6)或某個(gè)特定功能空間(如圖5)。當(dāng)作用于整個(gè)建筑時(shí)，檢查工具會(huì)將建筑的全局屬性與建筑內(nèi)的各類構(gòu)件及信息進(jìn)行有效融合。例如，在處理圖4所示的規(guī)則時(shí)，檢查工具會(huì)基于SNL的條件對(duì)非醫(yī)療建筑自動(dòng)跳過，無需人工對(duì)哪些類型的建筑應(yīng)檢查哪些條款進(jìn)行選擇或標(biāo)注，檢查工具可對(duì)其一致性處理。這一點(diǎn)對(duì)于需要覆蓋各種不同類別建筑的防火規(guī)范檢查尤為重要。

Rif_comp和Rthen_comp基于檢查工具內(nèi)置的幾何計(jì)算庫實(shí)現(xiàn)。目前檢查工具中已實(shí)現(xiàn)的幾何計(jì)算包括門的開向、房間之間的隔墻、構(gòu)件之間的碰撞、構(gòu)件之間的距離(水平距離、豎直距離、路徑距離、最大距離、最小距離等)、構(gòu)件之間的位置關(guān)系(如上下關(guān)系、平行并排、異面交叉)等。檢查工具的幾何計(jì)算庫可隨著未來應(yīng)用實(shí)踐的要求逐漸擴(kuò)充。新的幾何計(jì)算功能會(huì)自動(dòng)嵌入到語義和幾何計(jì)算融合的檢查框架中，從而支持各類復(fù)雜約束條件下的自動(dòng)檢查。

2.4 檢查工具應(yīng)用于BIM審查平臺(tái)的消防審查實(shí)踐

在湖南省審查系統(tǒng)的消防審查應(yīng)用中，建研院與清華大學(xué)合作，實(shí)現(xiàn)了BIM審查平臺(tái)與檢查工具的集成。面向防火規(guī)范民用建筑涉及的強(qiáng)條，建立了規(guī)則庫，提供了BIM審查平臺(tái)的消防審查服務(wù)。防火規(guī)范規(guī)則庫目前共拆解為95個(gè)條款，包含860條SNL規(guī)則。規(guī)則庫覆蓋了人工審查時(shí)面臨的各類重難點(diǎn)條款，如5.3.1、5.5.15、5.5.17、5.5.18等，并經(jīng)過了領(lǐng)域?qū)＜业臋z查和確認(rèn)，確保規(guī)則描述正確性。基于統(tǒng)一的檢查工具，湖南省審查系統(tǒng)在消防審查部分，實(shí)現(xiàn)了對(duì)防火分區(qū)、消防電梯、封閉樓梯間和防煙樓梯間設(shè)置、疏散門和疏散距離要求、特殊功能空間的防火等級(jí)和層數(shù)要求等各類條款要求的系統(tǒng)性全自動(dòng)檢查。

圖7展示了未通過防火規(guī)范自動(dòng)審查的一些樣例。圖7a展示了違反條款7.3.6的情況，該圖也展示了檢查工具能夠適配多種墻體建模習(xí)慣如用三段墻組合成隔墻這一情況，精確識(shí)別房間隔墻； 圖7b展示了檢查工具根據(jù)5.5.15要求，檢測(cè)出房間1不滿足設(shè)置不少于2個(gè)疏散門以及房間2未設(shè)置疏散門的情況。圖7c展示了高層醫(yī)療建筑某病房不滿足房間疏散門到最近安全出口的直線距離要求的情況。

圖7 防火規(guī)范條款的自動(dòng)審查不通過的樣例展示

在應(yīng)用實(shí)踐中，檢查效率也是工具面臨的一個(gè)重要問題。在消防審查應(yīng)用的性能測(cè)試實(shí)踐中，基于CPU配置為Intel CORE i7-7700K 4.20GHZ、內(nèi)存為32GB的臺(tái)式機(jī)，在典型BIM整體建筑模型(大小為203M)上執(zhí)行防火規(guī)范庫的全部95個(gè)條款，檢查工具的執(zhí)行總時(shí)間約為102s，其中語義模型讀取和推理時(shí)間為30s，檢查執(zhí)行總時(shí)間為72s，每條SNL規(guī)則的平均執(zhí)行時(shí)間為8ms，基本滿足應(yīng)用要求。為了提升運(yùn)行效率，檢查工具內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了多種基于查詢策略的優(yōu)化。此外，對(duì)于哪些內(nèi)容通過語義模型增強(qiáng)方式實(shí)現(xiàn)，哪些內(nèi)容通過語義和幾何融合框架實(shí)現(xiàn)也進(jìn)行了精心選擇。面向現(xiàn)實(shí)大規(guī)模復(fù)雜BIM模型，幾何計(jì)算相關(guān)檢查通常需要耗費(fèi)較多的時(shí)空資源。若全部采用預(yù)計(jì)算和語義模型增強(qiáng)的方法，將會(huì)導(dǎo)致大量不必要的計(jì)算浪費(fèi)。如條款7.3.6之類的檢查，僅涉及少量特定功能空間，并不需要對(duì)建筑中所有房間計(jì)算隔墻。因此，檢查工具將房間隔墻實(shí)現(xiàn)為幾何計(jì)算庫中的一項(xiàng)內(nèi)容，從而基于檢查框架的“使用時(shí)調(diào)用”機(jī)制，僅對(duì)過濾出來的少量功能空間進(jìn)行幾何計(jì)算，大大降低了條款檢查的計(jì)算量，提升了模型檢查效率。

3 總結(jié)與展望

隨著BIM技術(shù)應(yīng)用的普及，基于BIM技術(shù)進(jìn)行工程項(xiàng)目審查審批逐漸成為了業(yè)內(nèi)關(guān)注的熱點(diǎn)。本文結(jié)合清華大學(xué)與建研院在湖南省BIM審查系統(tǒng)上的創(chuàng)新性合作，闡述了BIM模型智能檢查工具在審查平臺(tái)及消防自動(dòng)審查方面的應(yīng)用。通過構(gòu)建防火規(guī)范的SNL規(guī)則庫、應(yīng)用檢查工具的語義推理能力及語義和幾何計(jì)算融合的檢查能力，BIM模型智能審查工具實(shí)現(xiàn)了靈活可配置的精確審查，與審查平臺(tái)在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、流程管理、可視化等方面的特色功能，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

BIM模型智能審查工具在BIM審查平臺(tái)上的應(yīng)用，是基于BIM技術(shù)開展工程項(xiàng)目審查審批的一個(gè)有益嘗試。在消防規(guī)范審查上的應(yīng)用實(shí)踐說明了該工具的有效性。BIMChecker工具因采用了基于規(guī)則庫的智能檢查框架，使得該工具并不限定于特定領(lǐng)域如防火規(guī)范的審查。通過編制不同的規(guī)則庫，檢查工具可自動(dòng)適配并給出相應(yīng)審查結(jié)果，以一致性的輸入輸出形式展現(xiàn)。目前我們正在進(jìn)一步深入擴(kuò)展BIM智能檢查工具的各類應(yīng)用，包括擴(kuò)展到結(jié)構(gòu)、機(jī)電、暖通等更多專業(yè)，擴(kuò)充到更多不同類型的設(shè)計(jì)規(guī)范，以及與更多合作伙伴如深圳市建筑工務(wù)署、萬達(dá)集團(tuán)等開展深入應(yīng)用，促進(jìn)行業(yè)提質(zhì)增效。