張吉松,于澤涵,趙麗華

（大連交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 大連 116028）

在土木工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的計(jì)算機(jī)表達(dá)是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)合規(guī)性審查的技術(shù)基礎(chǔ)與前提條件。對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合規(guī)性審查，中國實(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[1]，整個(gè)審查過程是采取人工審查的方法（圖紙+計(jì)算書），但人工審查存在自動(dòng)化程度低、工作量繁重、審查過程規(guī)范化不足等問題。而且，檢驗(yàn)結(jié)果很大程度上依賴于檢驗(yàn)人員對(duì)規(guī)范的理解和經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致檢驗(yàn)結(jié)果的主觀性較強(qiáng)。BIM 技術(shù)的出現(xiàn)使得基于BIM 模型的審查成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。國家住建部頒布的《2016—2020 年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，提出在未來探索基于BIM 模型的合規(guī)性審查，提高設(shè)計(jì)審查效率與設(shè)計(jì)質(zhì)量。

目前，對(duì)合規(guī)性審查的研究大致可分為兩個(gè)方面：基于施工圖的審查[2-4]和基于BIM 模型的審查[5-8]。Eastman 等[9]將基于BIM 的合規(guī)性審查的過程分為4個(gè)部分：規(guī)范轉(zhuǎn)譯、BIM 模型準(zhǔn)備、規(guī)則執(zhí)行和推理、生成審查報(bào)告。其中，規(guī)范轉(zhuǎn)譯是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)合規(guī)性審查的前提條件和首要步驟。目前關(guān)于規(guī)范轉(zhuǎn)譯的方法大致可以分為：基于本體方法、基于規(guī)則引擎方法、基于語言開發(fā)方法和基于邏輯方法[10]，每種方法都具有一定的優(yōu)點(diǎn)以及局限性。其中，基于本體、規(guī)則引擎、語言開發(fā)的3 種方法在對(duì)復(fù)雜規(guī)范進(jìn)行轉(zhuǎn)譯時(shí)，常常出現(xiàn)以下問題：規(guī)范條款中信息的缺失、較低的靈活性和可維護(hù)性、建筑信息模型與規(guī)范條款的映射連接性較弱、無法解決模糊語言的轉(zhuǎn)譯問題、無法處理各規(guī)范條款之間的矛盾。而基于邏輯的規(guī)范轉(zhuǎn)譯方法經(jīng)過較長周期的發(fā)展顯現(xiàn)出了強(qiáng)于其他方法的優(yōu)勢(shì)，相較于其他方法，一階謂詞邏輯轉(zhuǎn)譯的規(guī)范條款可以將建筑元素與規(guī)則相連接，并且由于一階謂詞邏輯與自然語言的相通性，對(duì)于較為復(fù)雜的條款此方法可以依據(jù)規(guī)范上下文實(shí)現(xiàn)嵌套的規(guī)則表達(dá)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)規(guī)則的自動(dòng)化審查。另外，基于一階謂詞邏輯轉(zhuǎn)移的規(guī)范可以很好地轉(zhuǎn)換為SWRL 語言的形式，在后續(xù)實(shí)現(xiàn)規(guī)范審查自動(dòng)化的研究中能夠與基于本體以及規(guī)則引擎的方法相結(jié)合，最大程度發(fā)揮各類方法的優(yōu)勢(shì)。

合規(guī)性審查的自動(dòng)化推理基于兩方面信息：源于BIM 模型的設(shè)計(jì)信息和源于設(shè)計(jì)規(guī)范的設(shè)計(jì)條款信息。設(shè)計(jì)信息可以表示為“邏輯事實(shí)”，規(guī)范條款信息可以表示為“邏輯規(guī)則”。采用基于邏輯的信息表示，可以作為推理技術(shù)的基礎(chǔ)。基于一階謂詞邏輯的推理非常適合于自動(dòng)化合規(guī)性審查，原因?yàn)椋哼壿嫷亩裕M足或不滿足）符合合規(guī)性審查的二元性（符合或不符合）；形式化定義的邏輯可以充分表示合規(guī)性審查（建筑規(guī)范信息和BIM 模型信息）中的“概念”（或?qū)嶓w）和“關(guān)系”；與程序編程語言（例如C 語言需要描述解決方案步驟）不同，邏輯編程是描述性的，只需要描述領(lǐng)域內(nèi)的規(guī)則和事實(shí)即可，如果設(shè)計(jì)信息和設(shè)計(jì)條款信息能夠以邏輯形式正確表示，推理就可以以完全自動(dòng)化的方式進(jìn)行；各種自動(dòng)推理技術(shù)，例如檢索和合一（unification）問題，可以在已經(jīng)較為成熟的邏輯推理機(jī)中（logic reasoners）使用[11]。

中國土木工程領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范具有4 個(gè)特點(diǎn)：數(shù)量繁多且相互平行嵌套；規(guī)范條款中含有模糊語言；時(shí)效性；半結(jié)構(gòu)化文檔。由于這些特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的計(jì)算機(jī)表達(dá)轉(zhuǎn)譯工作充滿了諸多困難，尤其是當(dāng)規(guī)范條款中涉及模糊語言時(shí)，由于中文的特殊性，這些條款很難準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)譯為計(jì)算機(jī)語言，所以選擇合適的方法是決定規(guī)范轉(zhuǎn)譯工作難易的關(guān)鍵所在。筆者基于一階謂詞邏輯，提出一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范表達(dá)方法，并選取《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中部分條款進(jìn)行轉(zhuǎn)譯以證明其可行性。首先，通過分析一階謂詞邏輯的特點(diǎn)，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范分為語言類明確條款、語言類模糊條款、表格類和公式類。其次，提出了通過“謂詞定義”和“函數(shù)定義”兩種方法，轉(zhuǎn)譯設(shè)計(jì)規(guī)范中語言類、表格類和計(jì)算公式類設(shè)計(jì)條款，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范條款進(jìn)行精確表示以便支持后續(xù)推理和合規(guī)性審查。最后，總結(jié)一階謂詞邏輯在規(guī)范轉(zhuǎn)譯方面的局限性（對(duì)于模糊語言處理上）以及未來研究建議。

1 研究現(xiàn)狀

關(guān)于規(guī)范轉(zhuǎn)譯的方法大致可以分為4 類，分別是基于本體方法、基于規(guī)則引擎方法、基于語言開發(fā)方法和基于邏輯方法。在基于本體的方法中，Zarli等[12]和Wang 等[13]分別利用基于語義網(wǎng)的本體技術(shù)構(gòu)建了施工、風(fēng)險(xiǎn)和解決措施等概念類和關(guān)系，并基于其建立了一致性檢查的安全規(guī)則[14]?；谝?guī)則引擎方法的研究工作開展也較為廣泛，如SWRL(Semantic Web Rule Language)規(guī)則，Ding 等[15]和Lu等[16]分別構(gòu)建了地下風(fēng)險(xiǎn)本體、施工風(fēng)險(xiǎn)本體，利用本體的概念和屬性，在本體中使用插件SWRL 規(guī)則編輯器直接構(gòu)建檢查規(guī)則；目前，商業(yè)合規(guī)性檢查軟件有Solibri Model Checker（SMC）和CORENETe-PlanCheck 等使用基于規(guī)則的方法，中國有廣聯(lián)達(dá)BIM 審圖軟件與廣州市施工圖設(shè)計(jì)文件審查管理系統(tǒng)。這些審查系統(tǒng)大部分都只針對(duì)建筑設(shè)計(jì)的合規(guī)性檢查，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合規(guī)性檢查則涉及較少。有代表性的合規(guī)性審查系統(tǒng)如表1 所示。

表1 結(jié)構(gòu)審圖系統(tǒng)Table 1 Code compliance checking system

較為典型的是基于語言開發(fā)的方法，Eastman等[9]為了在不同服務(wù)器上編輯規(guī)則，提出開發(fā)一種不受平臺(tái)環(huán)境限制的規(guī)則翻譯語言，如JAVA、SQL等；而后，Lee 等[22]開發(fā)了建筑環(huán)境和分析語言(Building Environment Rule and Analysis，BERA)，用于對(duì)建筑流通和空間規(guī)劃進(jìn)行更復(fù)雜的代碼編碼和代碼檢查，并提出了基于建筑環(huán)境規(guī)則擴(kuò)展語言的自動(dòng)符合性檢查，以確?？臻g規(guī)劃要求和可視性得到滿足。

基于邏輯的規(guī)范轉(zhuǎn)譯方法研究工作時(shí)間跨度較大，其起源可以追溯到古希臘哲學(xué)家亞里士多德的三段論。現(xiàn)代最早可追溯到1969 年，由Fenves 等[23]開創(chuàng)性地發(fā)明了決策表，將復(fù)雜的規(guī)范條款用精確簡(jiǎn)練的決策表形式來表示；而后Fenves 等[24]于1987 年發(fā)明了用于表示和處理設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)分析、綜合和表達(dá)(SASE)模型，后續(xù)很多學(xué)者針對(duì)此模型自動(dòng)化開展大量其他相關(guān)研究和開發(fā)工作（Nyman 等[25]、Harris 等[26]、Garret 等[27]、Wang[28]、Dym 等[29]、Cronembold 等[30]、Lopez等[31]）。使用SASE 模型進(jìn)行設(shè)計(jì)包括3個(gè)步驟：確定合適的分類器；根據(jù)分類詞確定適用條款；使用規(guī)則處理規(guī)定。其中，第1 步和第2 步定義了規(guī)范組織子模型的處理，第3 步定義了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的處理，規(guī)范自動(dòng)分類在過去沒有得到有效的處理，直到1990 年左右才開始成為一個(gè)研究問題[32]。同時(shí)，步驟2 和步驟3 的自動(dòng)化已經(jīng)被許多研究人員用于結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)。Salama 等[33]從規(guī)范性文件和文件規(guī)定的角度出發(fā)，運(yùn)用邏輯和本體技術(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)則的自動(dòng)分類和轉(zhuǎn)譯。而后，為了提高規(guī)范編輯的可讀性，Solihin 等[34]提出了一種基于概念圖的規(guī)則編輯方法，概念圖識(shí)別規(guī)則的概念，分析獨(dú)立的子規(guī)則，總結(jié)其約束和屬性，最后實(shí)現(xiàn)它們的鏈接，而后基于建筑、工程、施工全領(lǐng)域中的多類規(guī)范，引入一個(gè)跨應(yīng)用程序域的通用規(guī)則分類，使用其適用于計(jì)算機(jī)合規(guī)審查的所有方面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[35-36]。

一階謂詞邏輯的基礎(chǔ)是數(shù)理邏輯，數(shù)理邏輯是研究推理邏輯規(guī)律的一個(gè)數(shù)學(xué)分支，也被稱為符號(hào)邏輯。數(shù)理邏輯是以符號(hào)化為特點(diǎn)的形式化理論，注重形式推理而不重視數(shù)值計(jì)算，采用特殊的數(shù)學(xué)符號(hào)語言，并給出推理規(guī)則來建立推理體系。數(shù)理邏輯包含命題演算與謂詞演算，而一階謂詞邏輯正是在命題邏輯基礎(chǔ)上提出的，比如“凡是A都是B，C是A，所以C是B?！边@個(gè)推理在命題邏輯中是不能被準(zhǔn)確描述的，假設(shè)這3個(gè)命題分別為p、q、r，則正確的推理形式應(yīng)為(p∧q)→r，但是將p、q、r賦予其他值時(shí)這個(gè)推理則不成立，也就是說、這個(gè)推理形式并非重言式，正是由于命題邏輯的這種局限性，想要進(jìn)一步剖析簡(jiǎn)單命題，則必須要引入謂詞、變量以及量詞的概念，進(jìn)而研究其邏輯關(guān)系，于是構(gòu)成了謂詞邏輯。

一階謂詞邏輯表示一條知識(shí)是通過將個(gè)詞體、謂詞、量詞根據(jù)所要表達(dá)知識(shí)的語義以邏輯聯(lián)結(jié)詞相連接，形成謂詞公式。謂詞邏輯就是研究它們的形式結(jié)構(gòu)、邏輯性質(zhì)、謂詞關(guān)系及從中導(dǎo)出的規(guī)律。謂詞邏輯在數(shù)據(jù)庫（如用謂詞邏輯將關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)子語言表示出來并優(yōu)化）、教育（如智能答疑系統(tǒng)）、人工智能科學(xué)等方面都有很廣泛的應(yīng)用。謂詞公式主要由5 個(gè)部分組成，分別是個(gè)體詞、謂詞、量詞、邏輯連接詞以及語法符號(hào)，如圖1 所示。

圖1 一階謂詞公式組成Fig.1 First order predicate formula composition

2 研究方法

2.1 規(guī)范條款分類與選擇

目前中國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及的設(shè)計(jì)規(guī)范主要包括：《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（04JGJ 3—2010）、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[37]（GB 50010—2010，以下簡(jiǎn)稱《混規(guī)》）、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）等。在以上規(guī)范中所包含的條款種類大體具有4 個(gè)特點(diǎn)：1）數(shù)量繁多且相互平行嵌套，中國現(xiàn)在正在施行大約40 本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，包括混凝土、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、荷載、可靠性、防火等多個(gè)方面，且各規(guī)范之間關(guān)系復(fù)雜，既有相互平行關(guān)系，同時(shí)也存在規(guī)范之間的引用與嵌套；2）規(guī)范條款中含有模糊語言，在中國很多規(guī)范中會(huì)出現(xiàn)“適量”“不宜”等概念性詞語，此類條款對(duì)結(jié)構(gòu)審查的規(guī)范性影響較大；3）時(shí)效性，大部分的建筑規(guī)范都會(huì)隨時(shí)間更新或修訂，這就使規(guī)范衍生出大量的修訂版本與解釋性手冊(cè)，增大了人工規(guī)范審查的工作量；4）半結(jié)構(gòu)化文檔，不同本規(guī)范對(duì)同一建筑部位有不同規(guī)定，可能會(huì)出現(xiàn)條款沖突的情況。

按照一階謂詞邏輯轉(zhuǎn)譯的難易程度分為4 類：1）語言類明確條款，條款由語言敘述，且規(guī)定明確，無模糊語言，可直接轉(zhuǎn)譯為一階謂詞邏輯公式，例如《混規(guī)》第11.3.5 條規(guī)定，框架梁截面尺寸應(yīng)符合下列要求∶截面寬度不宜小于200 mm、截面高度與寬度的比值不宜大于4、凈跨與截面高度的比值不宜小于4；2）語言類模糊條款，條款由語言敘述，但規(guī)定不明確，含有“適當(dāng)”“不宜”等模糊語言，由于此類條款多作為注釋出現(xiàn)，所以可利用一階謂詞邏輯的全部量詞和存在量詞進(jìn)行轉(zhuǎn)譯；3）表格類條款，此類條款需要先轉(zhuǎn)述為語言類條款，再進(jìn)行轉(zhuǎn)譯，例如《混規(guī)》第11.3.6 條中表11.3.6-1，可將第一格中條款轉(zhuǎn)述為：“一級(jí)抗震等級(jí)框架梁支座處縱向受拉鋼筋配筋率大于0.4 與80ft/fy中的較大值”，再轉(zhuǎn)譯為一階謂詞邏輯公式；4）計(jì)算公式類條款，此類條款由于包含復(fù)雜的計(jì)算公式，使得其轉(zhuǎn)譯難度大大增加，而在轉(zhuǎn)譯的過程中對(duì)于公式可以有多種處理方式。

根據(jù)上述分類情況，可以把利用一階謂詞公式表示規(guī)則條款總結(jié)為3 個(gè)步驟：首先，定義條款中的個(gè)體詞與謂詞，確定每個(gè)謂詞及個(gè)體的確切含義，在定義個(gè)體詞與謂詞時(shí)參考現(xiàn)行IFC 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)體進(jìn)行分類，提高轉(zhuǎn)譯結(jié)果的兼容性，以便后續(xù)在BIM模型合規(guī)性審查中，條款與模型中實(shí)體逐一對(duì)應(yīng)；其次，根據(jù)所要表達(dá)規(guī)則條款，將個(gè)體詞帶入每個(gè)謂詞中的變量；最后，根據(jù)規(guī)則條款的具體語義，用適當(dāng)?shù)倪B接符號(hào)將各個(gè)謂詞連接起來，形成謂詞公式。由此看出，不同謂詞定義方式可以展現(xiàn)出不同的規(guī)范轉(zhuǎn)譯方法，所以在基于一階謂詞邏輯轉(zhuǎn)譯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)，要靈活選擇謂詞的定義方式。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，總則、總體規(guī)定等原則性條款多是闡述規(guī)范適用范圍、該規(guī)范的相關(guān)解釋以及制定標(biāo)準(zhǔn)，不在本文的轉(zhuǎn)譯范圍內(nèi)。選取《混規(guī)》第11.3 節(jié)、第11.4 節(jié)共計(jì)27 條規(guī)范條款進(jìn)行轉(zhuǎn)譯，其中包含結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中大部分條款類型，較具有代表性，用以驗(yàn)證基于一階謂詞邏輯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范表達(dá)方法可行性。

2.2 語言類規(guī)范條款轉(zhuǎn)譯

無論規(guī)范條款語言描述明確與否，在針對(duì)語言類條款的轉(zhuǎn)譯時(shí)，都是由自然語言中直接確定條款的主體，即該條款所規(guī)定作用對(duì)象，并進(jìn)行謂詞的定義，而后進(jìn)行限定條件謂詞定義，最后以合適的邏輯連接詞相連接，進(jìn)而轉(zhuǎn)譯為一階謂詞邏輯公式。由此看出，語言類條款轉(zhuǎn)譯較為直接，但不同的謂詞定義方式可以展現(xiàn)出不同的轉(zhuǎn)譯結(jié)果，以《混規(guī)》第11.3.5 條、第11.3.7 條為例，提出兩種謂詞定義方式，第1 種以第11.3.5 條為例，將限定條件定義為一個(gè)整體謂詞，這樣的定義方式適用于所規(guī)定部位較為明確簡(jiǎn)潔的條款，其優(yōu)點(diǎn)在于可以減少定義謂詞數(shù)量，缺點(diǎn)是不便于后續(xù)的數(shù)據(jù)調(diào)用；第2 種方式以第11.3.7 條為例，將限定條件細(xì)化分別定義為多個(gè)謂詞，這樣的定義方式適用于定義規(guī)定較為復(fù)雜的構(gòu)件，雖然會(huì)增加所定義謂詞的數(shù)量，但是利于后續(xù)調(diào)用且規(guī)定較為明確具體。轉(zhuǎn)譯結(jié)果如表2 所示。

表2 《混規(guī)》11.3.5 和11.3.7 條轉(zhuǎn)譯結(jié)果Table 2 Translation of provision 11.3.5 and 11.3.7 of Concrete Code

2.3 表格類規(guī)范條款轉(zhuǎn)譯

由于一階謂詞邏輯與人類思維活動(dòng)規(guī)律及自然語言的貼合性，在轉(zhuǎn)譯表格類規(guī)范條款時(shí)，首先需要針對(duì)表格內(nèi)容將其轉(zhuǎn)述為更易轉(zhuǎn)譯的語言類條款，再按照轉(zhuǎn)譯語言類條款的方式轉(zhuǎn)譯，以《混規(guī)》第11.4.16 條為例（一、二、三、四級(jí)抗震等級(jí)的各類結(jié)構(gòu)的框架柱、框支柱，其軸壓比不宜大于表11.4.16 規(guī)定的限值），表中第1 條數(shù)據(jù)可以表述為“在框架結(jié)構(gòu)體系中，一級(jí)抗震等級(jí)的框架柱軸壓比不宜大于0.65”，其余數(shù)據(jù)以相同的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)述，轉(zhuǎn)譯結(jié)果選取語言類規(guī)范條款的第2 種謂詞定義方法進(jìn)行展示。轉(zhuǎn)譯結(jié)果如表3 所示。

表3 《混規(guī)》11.4.16 條（軸壓比）轉(zhuǎn)譯結(jié)果Table3 Translation of provision 11.4.16（compression ratio）of Concrete Code

2.4 計(jì)算公式類規(guī)范條款轉(zhuǎn)譯

計(jì)算公式類條款中的語言敘述部分仍然與轉(zhuǎn)譯語言類條款相同，不同的是計(jì)算公式類條款包含復(fù)雜的結(jié)構(gòu)計(jì)算公式，而能否更準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)譯計(jì)算式是決定此類條款轉(zhuǎn)譯成功與否的關(guān)鍵，基于一階謂詞表達(dá)計(jì)算公式可以有多種方法，根據(jù)前文一階謂詞公式組成成分——多元謂詞及個(gè)體函數(shù)，提出兩種不同的轉(zhuǎn)譯計(jì)算公式的方法：1）利用謂詞定義計(jì)算式，通過定義多元謂詞的方式，逐個(gè)定義計(jì)算公式，將公式中各項(xiàng)變量與常量定義為個(gè)體詞；2）利用函數(shù)定義計(jì)算式，在一階謂詞邏輯中，函數(shù)表示一個(gè)個(gè)體到另一個(gè)個(gè)體的映射，函數(shù)沒有真值可言，例如《混規(guī)》第11.4.5 條中規(guī)定“一級(jí)抗震等級(jí)框架角柱彎矩設(shè)計(jì)值為11.4.1 條中規(guī)定的一級(jí)抗震等級(jí)框架柱彎矩設(shè)計(jì)值乘以增大系數(shù)1.1”，首先可以定義關(guān)系謂詞EQUAL(x,y)表示x的值為y，再定義函數(shù)f(x)=1.1x，則這個(gè)命題以一階謂詞邏輯可以表達(dá)為“EQUAL(x,father(y))”，x與y分別定義為一級(jí)抗震等級(jí)框架角柱矩設(shè)計(jì)值與框架柱彎矩設(shè)計(jì)值。由于規(guī)范中大部分計(jì)算公式都是由一個(gè)多項(xiàng)式對(duì)構(gòu)件某些屬性進(jìn)行規(guī)定，所以可以把多項(xiàng)式定義為函數(shù)供謂詞公式調(diào)用，這種方法相比于第一種可以大量減少謂詞的定義。以《混規(guī)》第11.4.6 條為例列舉兩種轉(zhuǎn)譯方法，轉(zhuǎn)譯結(jié)果選取語言類規(guī)范條款的第一種謂詞定義方法進(jìn)行展示，轉(zhuǎn)譯結(jié)果如表4 所示。

表4 《混規(guī)》11.4.6 條（計(jì)算公式）轉(zhuǎn)譯結(jié)果Table 4 Translation of provision 11.4.6（formula）of Concrete Code

3 分析與討論

基于一階謂詞邏輯提出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范表示方法核心在于提取出規(guī)范條款的規(guī)定主體與限定條件，進(jìn)而轉(zhuǎn)譯為一階謂詞公式，這種轉(zhuǎn)譯方式與建筑信息模型（BIM）有較高的契合度與可操作性，所提取出的規(guī)定主體可以對(duì)應(yīng)為模型中的實(shí)體，限定條件即為對(duì)實(shí)體屬性的限制。

從算法的角度，基于BIM 模型的合規(guī)性審查，其關(guān)鍵步驟可以分為3 步：1）規(guī)范轉(zhuǎn)譯，即將規(guī)范的條款自動(dòng)提取并轉(zhuǎn)譯成相應(yīng)的“邏輯規(guī)則”；2）模型信息提取，即從BIM 模型中提取相關(guān)信息并轉(zhuǎn)換成“邏輯事實(shí)”；3）將以上的“邏輯規(guī)則”與“邏輯事實(shí)”進(jìn)行合規(guī)性比較，即采用自動(dòng)推理機(jī)推理“邏輯事實(shí)”是否符合“邏輯規(guī)則”，得出最終的結(jié)論。

一階謂詞邏輯主要應(yīng)用在上面提到的第1 步，即將規(guī)范中的設(shè)計(jì)條款轉(zhuǎn)譯成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的規(guī)則。如果與人工智能中的自然語言處理技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建專業(yè)領(lǐng)域語料庫和知識(shí)庫是前提條件。目前，盡管規(guī)范轉(zhuǎn)譯的方法有很多，包括基于決策表、基于硬編碼（程序編程語言）、基于軟編碼（語義規(guī)則等）、基于對(duì)象等，但其大部分都需要手動(dòng)（或半自動(dòng)）進(jìn)行規(guī)則提取和編碼，至今還沒有一種被廣泛接受的有效方法。規(guī)范轉(zhuǎn)譯未來可以與人工智能中的自然語言處理技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)以及深度學(xué)習(xí)等算法相結(jié)合，逐步實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)譯過程的自動(dòng)化。目前一階謂詞邏輯轉(zhuǎn)譯規(guī)范的方法需要較高的專業(yè)性，其轉(zhuǎn)譯過程目前還需人工干預(yù)，由專業(yè)人員將規(guī)范條款轉(zhuǎn)譯為合適的謂詞公式形式。但一階謂詞邏輯與其他方法比較的優(yōu)勢(shì)在于，如果設(shè)計(jì)規(guī)范條款信息和BIM 模型信息能夠以邏輯形式正確表示，推理就可以以完全自動(dòng)化的方式進(jìn)行，無需人工手動(dòng)干預(yù)。例如將轉(zhuǎn)譯后的謂詞公式與SWRL 語言相結(jié)合可編譯為SWRL FOL 的形式，借助本體構(gòu)建工具protege 可將建筑信息模型與轉(zhuǎn)譯后的規(guī)則構(gòu)建為本體的形式。在規(guī)范轉(zhuǎn)譯的過程中參考IFC 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行謂詞的定義，不僅可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)譯工作的標(biāo)準(zhǔn)化，而且可以更好地與建筑信息模型結(jié)合，再利用基于SWRL 語言的推理機(jī)進(jìn)行規(guī)則的推理與審查，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)建筑信息模型的自動(dòng)化合規(guī)審查。

基于一階謂詞邏輯表示結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范可以極大發(fā)揮一階謂詞邏輯的優(yōu)點(diǎn)，轉(zhuǎn)譯的規(guī)范條款較準(zhǔn)確，可應(yīng)用性較高，但是在轉(zhuǎn)譯過程中也遇到一些問題，總結(jié)為3 點(diǎn)：

1）基于一階謂詞邏輯轉(zhuǎn)譯規(guī)范條款時(shí)，雖然很好地解決了一部分相對(duì)模糊的語言，但都是基于后續(xù)注解較為明確的前提，還有部分模糊語言無法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)譯，只能通過精確量化的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)譯，這樣在轉(zhuǎn)譯過程中難免出現(xiàn)誤差。在人工審查圖紙過程中，對(duì)于規(guī)范條款中的模糊語言處理方式大多是根據(jù)審查人員的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行主觀判斷，如果通過精確量化的方式進(jìn)行模糊條款轉(zhuǎn)譯則其結(jié)果與主觀判斷差別不大，無法實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的規(guī)范審查。所以，對(duì)于規(guī)范條款中模糊語言的處理方法以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化問題還有待進(jìn)一步的研究。

2）雖然對(duì)于包含計(jì)算公式類的規(guī)范條款提出了兩種基于一階謂詞邏輯的轉(zhuǎn)譯方式，但兩種方式工作量較繁重且其實(shí)現(xiàn)還需研究與考證。一階謂詞邏輯在知識(shí)表示中的應(yīng)用較廣泛，對(duì)于計(jì)算公式的表示方法層出不窮，其中不乏很多方法可以為規(guī)范條款轉(zhuǎn)譯提供借鑒與參考，對(duì)于公式類條款的轉(zhuǎn)譯方式還有很大研究空間。

3）對(duì)于規(guī)范條款主體提取的方式只是其中兩種，并且這兩種方式轉(zhuǎn)譯都需提供數(shù)據(jù)龐大的定義對(duì)照表，對(duì)于主體的提取還可以選取更加細(xì)化的方式，使得轉(zhuǎn)譯結(jié)果更加簡(jiǎn)潔。不同的主體提取方式或者基于一階謂詞邏輯的不同轉(zhuǎn)譯思路，對(duì)規(guī)范轉(zhuǎn)譯的復(fù)雜程度影響很大，如需確定基于一階謂詞邏輯表達(dá)規(guī)范的最方便、快捷的方法，需要做的調(diào)查與研究工作還有很多。

從上述轉(zhuǎn)譯過程中遇到的問題可以看出，一階謂詞邏輯同樣有一定局限性，這種局限性更多地體現(xiàn)在對(duì)于模糊語言以及計(jì)算公式的處理上，從更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕嵌葋碚f，規(guī)范規(guī)定“適當(dāng)放寬”和“適當(dāng)減小”，“適當(dāng)”的范圍是多少，并沒有明確規(guī)定。同時(shí)，對(duì)于在轉(zhuǎn)譯過程中的“一詞多義”和“一句多義”等問題，一階謂詞的語法和語義無法直接轉(zhuǎn)譯，需要先將該條款所包含的多種含義都羅列出來，將每種可能的含義轉(zhuǎn)譯為可量化的條款，進(jìn)而才能轉(zhuǎn)譯成一階謂詞的表達(dá)。一些由于一階謂詞邏輯局限性而無法轉(zhuǎn)譯或轉(zhuǎn)譯困難的條款類型如表5 所示。

表5 暫時(shí)無法轉(zhuǎn)譯的條款類型Table 5 Types of code that cannot be definition

消除這種局限性的辦法有很多。第一，可以將設(shè)計(jì)規(guī)范先進(jìn)行“轉(zhuǎn)述”，再進(jìn)行相關(guān)的轉(zhuǎn)譯；第二，可以加強(qiáng)中國規(guī)范的結(jié)構(gòu)性，減少類似“適量”“不宜”等模糊語言的出現(xiàn)；第三，一階謂詞邏輯在規(guī)范表達(dá)領(lǐng)域的研究還可以更加深入，繼續(xù)研究更多簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的表達(dá)方式與謂詞定義方法，也可以與面向?qū)ο蠹夹g(shù)相結(jié)合，或利用更高階的謂詞邏輯解決此類問題。針對(duì)“一詞多義”和“一句多義”等問題，未來可以借助自然語言處理和機(jī)器學(xué)習(xí)等相關(guān)統(tǒng)計(jì)算法統(tǒng)計(jì)出所有可能性并進(jìn)行轉(zhuǎn)譯。

4 結(jié)論

分析中國結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的主要特點(diǎn)與規(guī)范轉(zhuǎn)譯的方法，進(jìn)而可以更好地進(jìn)行轉(zhuǎn)譯，選取一階謂詞邏輯表示結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范條款。利用一階謂詞邏輯在表達(dá)自然語言方面的特點(diǎn)，使其對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的轉(zhuǎn)譯工作提供幫助。為證明一階謂詞邏輯轉(zhuǎn)移規(guī)范的可行性，選取《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中部分條款進(jìn)行轉(zhuǎn)譯，并對(duì)選取條款按照轉(zhuǎn)譯的難易程度進(jìn)行分類，不同類型條款有不同的轉(zhuǎn)譯步驟，相同的條款也可以根據(jù)不同的謂詞定義方式展現(xiàn)出不同的轉(zhuǎn)譯結(jié)果。討論了一階謂詞邏輯邏輯在規(guī)范轉(zhuǎn)譯領(lǐng)域的可行性與局限性。提出的轉(zhuǎn)譯方法并不局限于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的轉(zhuǎn)譯，也可以引申至其他專業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范的轉(zhuǎn)譯工作。

采用謂詞邏輯轉(zhuǎn)譯規(guī)范看似簡(jiǎn)單，實(shí)則涉及哲學(xué)、數(shù)學(xué)、數(shù)理邏輯、計(jì)算機(jī)科學(xué)、自然語言處理、語義學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，是一個(gè)多學(xué)科交叉融合且比較復(fù)雜的問題。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范條文的計(jì)算機(jī)表達(dá)對(duì)于檢驗(yàn)建筑結(jié)構(gòu)合規(guī)性的重要程度不言而喻，而隨著科技的飛速發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合規(guī)性審查被各國愈發(fā)重視，想要更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的自動(dòng)審查，其關(guān)鍵是準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)譯規(guī)范條款。提出一種基于一階謂詞邏輯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范表示方法，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范轉(zhuǎn)譯為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的語言，為推動(dòng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自動(dòng)化和審查自動(dòng)化進(jìn)程提供一種參考方法。