基于本體的隧道盾構(gòu)過(guò)程中地表沉降的風(fēng)險(xiǎn)因素推理與應(yīng)對(duì)

杜　娟　何仁志　戴靈鈞

(1. 上海大學(xué)悉尼工商學(xué)院, 上?！?01800;2.上海大學(xué)上海城建集團(tuán)建筑產(chǎn)業(yè)化研究中心, 上?！?00072)

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基于本體的隧道盾構(gòu)過(guò)程中地表沉降的風(fēng)險(xiǎn)因素推理與應(yīng)對(duì)

杜娟1,2何仁志1戴靈鈞1

(1. 上海大學(xué)悉尼工商學(xué)院, 上海201800;2.上海大學(xué)上海城建集團(tuán)建筑產(chǎn)業(yè)化研究中心, 上海200072)

【摘要】建筑信息模型(BIM)為傳統(tǒng)建筑業(yè)的信息化變革帶來(lái)大量技術(shù)革新，可優(yōu)化建筑過(guò)程并提升建筑效率與效益。在行業(yè)應(yīng)用中，圍繞建筑全生命周期不同階段的異構(gòu)軟件間存在諸多異構(gòu)信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)交互問(wèn)題，本文通過(guò)分析目前建筑行業(yè)信息交互現(xiàn)狀，提出基于本體的異構(gòu)數(shù)據(jù)交互模式，并闡述IFC數(shù)據(jù)模型、異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)和本體模型間的映射方法及基于事件的本體推理模式。本文針對(duì)隧道盾構(gòu)施工中的地表沉降，通過(guò)Protégé軟件構(gòu)建地下隧道施工本體，并利用Jena推理機(jī)分析地表沉降的關(guān)聯(lián)風(fēng)險(xiǎn)因素，并通過(guò)異構(gòu)數(shù)據(jù)互用與交互實(shí)現(xiàn)地表沉降應(yīng)對(duì)方案的提供與更新。

【關(guān)鍵詞】建筑信息模型；工業(yè)基礎(chǔ)類；本體建模；地表沉降

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.02.16

1引言

隨著建筑信息模型(BIM)為代表的信息技術(shù)在建筑工程項(xiàng)目全生命周期中的應(yīng)用，各信息系統(tǒng)和異構(gòu)建筑模型數(shù)據(jù)的交互成為阻礙BIM技術(shù)推廣與應(yīng)用的重要瓶頸：首先，針對(duì)建筑項(xiàng)目不同階段不同參與方的異構(gòu)信息系統(tǒng)之間難以實(shí)現(xiàn)信息共享與交互，海量的建筑數(shù)據(jù)難以充分共享以及傳遞；其次，雖然IFC、IDM等信息交互標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)從一定程度上可以解決部分建筑數(shù)據(jù)的交互，然而建筑信息的集成及管理難以用單一的標(biāo)準(zhǔn)或者規(guī)范來(lái)實(shí)現(xiàn)。楊寒光提出站點(diǎn)自主性的分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)造成了信息孤島，并提出了將數(shù)據(jù)查詢進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化抽象差異屏蔽的處理方法[1]。靳強(qiáng)勇分析了異構(gòu)數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)的幾種技術(shù)包括CORBA、XML等，并建立了異構(gòu)數(shù)據(jù)解決平臺(tái)[2]。通過(guò)本體實(shí)現(xiàn)建筑信息虛擬和柔性整合，為建筑信息的有效交互提供了新的思路?；诒倔w的建筑信息交互機(jī)制具有集成化概念模型的特點(diǎn)，令用戶可以在不了解各建筑領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)的情況下進(jìn)行知識(shí)的共享，有效解決建筑過(guò)程中異構(gòu)數(shù)據(jù)帶來(lái)的施工問(wèn)題，同時(shí)，可以促進(jìn)組織間隱性知識(shí)的積累，有助于多方用戶針對(duì)自身特點(diǎn)進(jìn)行知識(shí)儲(chǔ)備，減少?zèng)Q策失誤并降低延誤工期的風(fēng)險(xiǎn)。趙潔應(yīng)用本體技術(shù)設(shè)計(jì)了基于本體集成的建筑信息共享平臺(tái)框架[3]。Karan結(jié)合地理信息系統(tǒng)與語(yǔ)義網(wǎng)，利用施工的標(biāo)準(zhǔn)化本體整合查詢異構(gòu)數(shù)據(jù)[4]。

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于如何將BIM和本體運(yùn)用于建筑全生命周期的研究仍處于發(fā)展階段。Zhang提出了包括建筑產(chǎn)品模型、建筑過(guò)程模型和建筑安全模型在內(nèi)的建筑安全本體來(lái)解決建筑項(xiàng)目安全管理問(wèn)題[5]。Yildiz基于本體技術(shù)提出了一種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理模式[6]。周娟將UML與本體結(jié)合以研究工程預(yù)算管理系統(tǒng)的建模問(wèn)題[7]。胡云中提出了基于本體的建筑施工質(zhì)量規(guī)范知識(shí)的建模[8]。張建則在BIM環(huán)境下對(duì)項(xiàng)目建設(shè)領(lǐng)域的本體的語(yǔ)意檢索進(jìn)行了研究[9]。然而，上述研究主要集中在理論化知識(shí)體系的構(gòu)建，虛擬建模環(huán)節(jié)或僅是從單方面將BIM或本體應(yīng)用于建筑領(lǐng)域。本文將研究如何將本體論與BIM有機(jī)結(jié)合并運(yùn)用于實(shí)際項(xiàng)目問(wèn)題。

2基于本體的建筑信息交互機(jī)制

2.1建筑信息交互機(jī)制概述

目前諸多建筑項(xiàng)目采用了IFC標(biāo)準(zhǔn)(Industry Foundation Class——工業(yè)基礎(chǔ)類，即一種公共產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型格式)作為BIM標(biāo)準(zhǔn)格式應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)建筑過(guò)程中異構(gòu)數(shù)據(jù)的交互。除此之外，BIM相關(guān)數(shù)據(jù)交互機(jī)制還有直接交換機(jī)制，專用中間文件格式機(jī)制，基于XML的交互格式機(jī)制[9]。

IFC機(jī)制基于三維對(duì)象的數(shù)據(jù)表達(dá)式，可以描述建筑對(duì)象的三維幾何形狀和其屬性。雖然該標(biāo)準(zhǔn)是目前業(yè)內(nèi)認(rèn)可度最高的BIM標(biāo)準(zhǔn)格式，但I(xiàn)FC機(jī)制并不能完全應(yīng)對(duì)建筑業(yè)中的復(fù)雜的信息交換需求[13]，主要原因在于： 1)其獲得的來(lái)自各BIM軟件的支持不盡相同，異構(gòu)系統(tǒng)間的構(gòu)件識(shí)別與交互出現(xiàn)問(wèn)題[13]；2)IFC標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有針對(duì)具體的需求定義數(shù)據(jù)交互[14]，當(dāng)不同的交換功能實(shí)現(xiàn)者對(duì)信息的表達(dá)方式不一致時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)則不再適用。

本體的概念起源于哲學(xué)，應(yīng)用到計(jì)算機(jī)領(lǐng)域后，本體指的是共享概念模型的明確的形式化規(guī)范說(shuō)明，其具有概念化、明確化、形式化和共享化的特征。因此，基于本體的信息交互方式則具備更好的靈活性和適應(yīng)性，主要表現(xiàn)在： 1)在各異構(gòu)數(shù)據(jù)及系統(tǒng)保持原有存儲(chǔ)狀態(tài)的前提下，當(dāng)具體的應(yīng)用環(huán)境產(chǎn)生突變，本體可以憑借其自身較好的可維護(hù)性及時(shí)根據(jù)新需求產(chǎn)生出新數(shù)據(jù)類型，并利用其可共享模型的概念使知識(shí)能被共享及交互；2)本體憑借鮮明的層級(jí)結(jié)構(gòu)[14](應(yīng)用本體層，領(lǐng)域本體和任務(wù)本體層以及頂級(jí)本體層)，可以根據(jù)需要靈活的進(jìn)行本體間的組合；3)該機(jī)制支持知識(shí)的重用并且對(duì)數(shù)據(jù)有很好的兼容性，保持了數(shù)據(jù)的完整。

2.2基于本體的建筑信息交互機(jī)制模型

基于本體概念化、明確化、形式化和共享化的特征[9],本文提出基于本體空間的信息交互機(jī)制，以簡(jiǎn)化用戶的交互過(guò)程，如圖1所示。

基于本體空間的信息交互機(jī)制有效銜接了數(shù)據(jù)源(關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，其中包括非結(jié)構(gòu)化的音、視頻數(shù)據(jù)以及BIM模型庫(kù)中的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如IFC格式數(shù)據(jù))和各應(yīng)用軟件(包括本體編輯器，邏輯推理機(jī)以及BIM可視化軟件)。對(duì)于推理結(jié)果，用戶可選擇用可視化或文本化的方式呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了海量建筑信息的交互。其作用機(jī)理如下：

1)用戶將各類型建筑信息數(shù)據(jù)錄入關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)；

2)將數(shù)據(jù)映射到本體空間中進(jìn)行整合；

3)從本體空間中調(diào)用目標(biāo)本體模型與Jena推理機(jī)交互。Jena根據(jù)OWL本體定義對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行RDF資源標(biāo)注，形成帶有語(yǔ)義信息的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)RDF/XML解析器和RDF API轉(zhuǎn)換成RDF Model，RDF Model結(jié)合推理子系統(tǒng)和Ontology子系統(tǒng)生成具有語(yǔ)義推理能力的OntModel，然后用于下一步的信息檢索；

4)通過(guò)故障樹(shù)(Fault Trees)設(shè)定相關(guān)推理規(guī)則，使用Jena推理機(jī)推理得到對(duì)應(yīng)的推理結(jié)果；

5)將新的推理結(jié)果通過(guò)本體空間錄入知識(shí)庫(kù)，作為新的解決方案?jìng)浞荩?/p>

6)將推理結(jié)果映射到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中；

7)用戶使用BIM應(yīng)用軟件以可視化的方法得到推理結(jié)果和圖示(也可以通過(guò)直接查詢以文字的方式查看推理結(jié)果)。

簡(jiǎn)言之，基于本體空間的信息交互機(jī)制通過(guò)本體建模、推理和查詢以及可視化，將異構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成本體模型，并依據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)，挖掘隱含的項(xiàng)目信息，從而幫助用戶構(gòu)建完善的知識(shí)體系。

本文選取項(xiàng)目為上海虹梅南路-金海路通道越江段，由于一次性掘進(jìn)距離長(zhǎng)、盾構(gòu)直徑大以及隧道埋深大，地層復(fù)雜，該項(xiàng)目為高風(fēng)險(xiǎn)工程。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的建設(shè)問(wèn)題，需要對(duì)采集的大量異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行基于本體的建模，并通過(guò)本體推理進(jìn)行問(wèn)題原因的追溯和相關(guān)事故解決方案的確認(rèn)，為管理決策提供依據(jù)。通過(guò)RFID技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)虹梅南路-金海路越江通道越江段1～1700環(huán)進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集和處理。主要收集的信息類型包括：①管片信息，如工人對(duì)鋼筋原材料的檢查數(shù)據(jù)，管片成型后蒸養(yǎng)環(huán)節(jié)升溫和降溫時(shí)的記錄數(shù)據(jù)，RFID標(biāo)簽信息；②盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過(guò)程中的姿態(tài)、角度、受力等數(shù)據(jù)；③隧道中的空間信息，即幾何信息、環(huán)境地質(zhì)數(shù)據(jù)等；④隧道監(jiān)測(cè)信息，通過(guò)工人質(zhì)量巡檢和系統(tǒng)自動(dòng)采集兩種方式進(jìn)行收集，信息統(tǒng)一進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)巡檢所收集到的問(wèn)題也會(huì)和隧道BIM模型一一綁定。本文將基于本體對(duì)上述異構(gòu)數(shù)據(jù)間的集成交互進(jìn)行分析。

3異構(gòu)數(shù)據(jù)與本體的映射

本節(jié)針對(duì)基于本體的建筑信息集成機(jī)制的作用過(guò)程，分別就圖1步驟1中IFC模型及關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)到本體的映射，以及步驟5、6中本體推理結(jié)果更新知識(shí)庫(kù)和寫入關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的方法進(jìn)行說(shuō)明。

3.1異構(gòu)數(shù)據(jù)到本體的映射

傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)只能表達(dá)二維或低維數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，而在實(shí)際的建筑項(xiàng)目中各數(shù)據(jù)間存在時(shí)間、空間等多維數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，通過(guò)將本體的思想引入到異構(gòu)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析中，可以使維度不同的數(shù)據(jù)虛擬整合，從而在不影響數(shù)據(jù)原有存放狀態(tài)的前提下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互與共享。

(1)IFC模型到本體的映射

分別將IFC的實(shí)體、屬性、類型和關(guān)系從EXPRESS的描述格式，轉(zhuǎn)換為本體中相對(duì)應(yīng)的以O(shè)WL語(yǔ)言所描述的類、屬性和關(guān)系。如表1所示。

以工業(yè)基礎(chǔ)類標(biāo)準(zhǔn)(IFC標(biāo)準(zhǔn))實(shí)體IfcShieldDriving(盾構(gòu)掘進(jìn))為例，進(jìn)一步闡述以上轉(zhuǎn)化機(jī)制：

IFC格式信息及關(guān)系如下：

將上述實(shí)體轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的OWL語(yǔ)言描述的類，并將IFC中記錄的實(shí)體間的關(guān)系轉(zhuǎn)映射為OWL語(yǔ)言描述的基本關(guān)系：

(2)數(shù)據(jù)庫(kù)到本體的映射

與IFC到本體的映射類似，將項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息轉(zhuǎn)換成本體，也需要將數(shù)據(jù)庫(kù)中的表、約束等內(nèi)容轉(zhuǎn)換成本體所對(duì)應(yīng)的類、公理，即映射實(shí)體、實(shí)體的屬性、數(shù)據(jù)庫(kù)完整性約束條件、向本體中加入實(shí)例[15]。

本體論包括5個(gè)基本的建模元語(yǔ)，即本體(Ontology)=<類(Classes)，關(guān)系(Relations)，函數(shù)(Functions)，公理(Axioms)，實(shí)例(Instance)>。因此，將數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)映射到本體要從類(class)，屬性(properties)，層次(hierarchy)，基數(shù)(cardinality)，實(shí)例(instances)進(jìn)行映射。對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

以盾構(gòu)過(guò)程中的表“監(jiān)測(cè)點(diǎn)(Monitoring)”和表“監(jiān)測(cè)點(diǎn)地理位置信息(MonitoringGeo)”為例，進(jìn)行關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)到本體的轉(zhuǎn)換：

數(shù)據(jù)庫(kù)中的表Monitoring除了記錄相應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量值以外，還存有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地理位置(GeoCor，外鍵，用提前劃分的數(shù)字代號(hào)表示)，同時(shí)是表MonitoringGeo的主鍵。關(guān)系如表3所示。

數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)映射為OWL語(yǔ)言描述的基本關(guān)系：

3.3本體推理結(jié)果的導(dǎo)出

對(duì)本體進(jìn)行推理并且得到相應(yīng)推理結(jié)果之后，可以將其導(dǎo)出到知識(shí)庫(kù)或?qū)懭腙P(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中。因此，將本體空間與項(xiàng)目知識(shí)庫(kù)相連通，這樣將有助于整個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)進(jìn)行知識(shí)管理，同時(shí)可以提高推理效率和準(zhǔn)確性。

以存入MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)類型的知識(shí)庫(kù)為例：

4構(gòu)建本體模型

在實(shí)際隧道盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，受多種復(fù)雜因素影響，地表沉降成為重要的安全隱患之一，不僅破壞建筑的美觀性，也易造成墻體破裂，影響其使用。單就上海市而言，其每年由于地下施工不當(dāng)引起的地表沉降占據(jù)總地表沉降的30%，造成約2 100萬(wàn)人民幣的沉降經(jīng)費(fèi)支出。因此合理運(yùn)用BIM技術(shù)和本體思想分析，針對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中的地表沉降，查明沉降原因，并通過(guò)知識(shí)庫(kù)尋找解決方案，同時(shí)根據(jù)時(shí)序數(shù)據(jù)對(duì)可能的沉降隱患進(jìn)行預(yù)警具有重要意義。

根據(jù)隧道盾構(gòu)施工過(guò)程中地表沉降的實(shí)際特征，盾構(gòu)過(guò)程中地表沉降本體需要考慮五方面的內(nèi)容：圍繞隧道事件(TunnelEvent)，盾構(gòu)過(guò)程中的隧道環(huán)境(TunnelEnvironment)，沉降標(biāo)準(zhǔn)(SettlementStandard)，盾構(gòu)掘進(jìn)(ShieldDriving)以及沉降案例(SettelementCase)?；诒倔w的類與類之間的繼承、部分與整體、屬性、實(shí)例四種基本關(guān)系，建立相應(yīng)的本體以及各子本體，如圖2所示。其中隧道事件本體主要針對(duì)盾構(gòu)施工過(guò)程中的監(jiān)控信息預(yù)警、沉降事件而設(shè)置，以此查找事件發(fā)生的原因及確定合理的解決方案；盾構(gòu)掘進(jìn)本體則對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中一些地表沉降的影響因子的定義；隧道環(huán)境本體主要對(duì)隧道周邊及施工環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控記錄；沉降標(biāo)準(zhǔn)本體則用于判斷檢測(cè)數(shù)據(jù)是否異常；沉降案例本體則用于記錄發(fā)生的沉降事件及處理方式，為后續(xù)的處理進(jìn)行知識(shí)儲(chǔ)備。

根據(jù)上述的建模思路，可以利用Protégé 4.3對(duì)盾構(gòu)過(guò)程中地表沉降本體進(jìn)行可視化處理，并生成相應(yīng)的.owl本體文件。

5基于故障樹(shù)的本體推理機(jī)制

5.1地表沉降成因分析

對(duì)于每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，當(dāng)?shù)乇沓两禂?shù)據(jù)超過(guò)預(yù)定值后，即隧道環(huán)境本體中的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)異常時(shí)，將會(huì)觸發(fā)報(bào)警，沉降標(biāo)準(zhǔn)本體中的盾構(gòu)參數(shù)子類將會(huì)依據(jù)隧道環(huán)境本體中的地質(zhì)條件信息，確定在該條件下，盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中的盾構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。而盾構(gòu)掘進(jìn)本體中的盾構(gòu)參數(shù)，如：土壓、掘進(jìn)速度、注漿等，將會(huì)與該盾構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，以此確定地表沉降的原因，同時(shí)，隧道事件本體的沉降子本體也會(huì)記錄該沉降原因，如圖3所示。

5.2基于故障樹(shù)的推理規(guī)則

本文用故障樹(shù)(Fault tree)來(lái)描述本體所遵循的相關(guān)的規(guī)則，如圖4所示，頂層事件為發(fā)生地表沉降，而導(dǎo)致地表沉降的原因可以分為外界因素和人為因素兩方面，外界因素包括管網(wǎng)線漏水、地下水影響、臨近土體干擾、盾構(gòu)自身重力等因素，而人為因素則包括開(kāi)挖面積、土體進(jìn)入后尾空隙、盾構(gòu)后退、注漿固化、襯砌變形等原因。[12]

如圖4所示，由于圖中所示原因可以導(dǎo)致地表沉降，從而引入判斷這些原因的相關(guān)因素，并將這些因素與本體中的參數(shù)相對(duì)應(yīng)。

利用故障樹(shù)，可以清晰地展示導(dǎo)致地表沉降的原因，根據(jù)本體中的參數(shù)對(duì)比相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可以判斷特定情況下是否滿足該故障樹(shù)中的條件[9]，從而引發(fā)地表沉降。而可以與沉降原因聯(lián)系的相關(guān)參數(shù)關(guān)系如表4所示[9]。

5.3地表沉降修正方案處理

在確定沉降原因之后，根據(jù)該事件的特征，需要在沉降案例本體中尋找解決方法；當(dāng)該本體中沒(méi)有相關(guān)案例時(shí)，則需要從專家處獲取參考意見(jiàn)，同時(shí)將確認(rèn)后的處理方案記錄到沉降案例本體和隧道事件本體的沉降子類中，如圖5。

6推理結(jié)果與分析

6.1尋找沉降相關(guān)參數(shù)

沉降成因推理主要基于故障樹(shù)(Fault Tree)得出的推理規(guī)則，生成.rules文件，通過(guò)Jena推理機(jī)可以得到相關(guān)推理結(jié)果。推理規(guī)則如下：

對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)Position_101_911，在該點(diǎn)獲得的監(jiān)測(cè)點(diǎn)值(33.125544)大于標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)值(33)因此確定Position_101_911處發(fā)生了沉降，該事件記為沉降事件Settle IncNo_001189。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)Position_101_911有地理信息Geoinfo_101_911(N31.120418 E121.408235)，該信息與地理?xiàng)l件GeoCondition_101 _911位置信息相符。該條件對(duì)應(yīng)沉降參數(shù)SettlementParameterNo_190923，從而得出該沉降參數(shù)為監(jiān)測(cè)點(diǎn)Position_101_911的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)集合。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)Position_101_911有盾構(gòu)參數(shù)集合ShieldDrivingParameterB，其中包含了刀頭轉(zhuǎn)速，土壓，盾構(gòu)速度等參數(shù)項(xiàng)，將這些參數(shù)與該位置的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)集合內(nèi)的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)改點(diǎn)的即時(shí)刀頭轉(zhuǎn)速超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)到頭轉(zhuǎn)速，從而得出監(jiān)測(cè)點(diǎn)Position_101_911的沉降是由于到頭轉(zhuǎn)速過(guò)快導(dǎo)致，并生成記錄ReasonSE101_911用于修正方案推理。

6.2尋找解決方案

得到與沉降原因相關(guān)的參數(shù)后，通過(guò)對(duì)本體實(shí)體的推理，前往方案庫(kù)中尋找對(duì)應(yīng)的解決方案。

對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)Position_101_911的沉降事故原因ReasonSE101_911的推理，發(fā)現(xiàn)有已存解決方案CaseSolutionNo_98762。

6.3 產(chǎn)生新的修正方案

若該事發(fā)原因是前所未有的，則需要咨詢專家意見(jiàn)，同時(shí)將其在數(shù)據(jù)庫(kù)中更新備份，若未來(lái)在發(fā)生該類事件，則能自動(dòng)使用。

7總結(jié)及展望

BIM越來(lái)越受到行業(yè)的認(rèn)可，但由于不同軟件間的信息交互問(wèn)題嚴(yán)重影響了BIM的運(yùn)行效率，本文引入了本體思想，對(duì)基于本體的建筑異構(gòu)數(shù)據(jù)柔性交互機(jī)制進(jìn)行了分析與應(yīng)用：

(1)判斷了基于本體的建筑信息交互方法的有效性，論證了基于本體的建筑信息交互方法的優(yōu)勢(shì)。

(2)提出了基于本體的建筑信息交互模型，簡(jiǎn)化了信息交互方式，并解釋了該模型的建筑信息交互流程。

(3)闡述了建筑信息從IFC格式和數(shù)據(jù)庫(kù)到的本體的轉(zhuǎn)換過(guò)程以及把生成的本體存入數(shù)據(jù)庫(kù)的方法。

(4)通過(guò)對(duì)盾構(gòu)過(guò)程中地表沉降的實(shí)例研究，利用Protégé4.3構(gòu)建了盾構(gòu)領(lǐng)域本體，并基于Jena推理預(yù)測(cè)地表沉降，從而驗(yàn)證上述研究成果的有效性。

本文對(duì)以本體思想來(lái)解決建筑信息交互與共享問(wèn)題進(jìn)行了探索，并通過(guò)應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

[1]楊寒光, 李艷玲. 分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)源標(biāo)準(zhǔn)化查詢?cè)O(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 土木建筑工程信息技術(shù), 2013 .

[2]勒強(qiáng)勇, 李冠宇. 異構(gòu)數(shù)據(jù)集成技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2002.

[3]趙潔. 建筑供應(yīng)鏈信息共享平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 2010.

[4]Karan E P, Irizarry J. Extending BIM interoperability to preconstruction operations using geospatial analyses and semantic web services[J]. Automation in Constructi-on, 2015.

[5]Zhang S, Boukamp F, Teizer J. Ontology-based semantic modeling of construction safety knowledge: Towards automated safety planning for job hazard analysis (JHA)[J]. Automation in Construction, 2015.

[6]Yildiz A E, Dikmen I, Birgonul M T, et al. A knowledge-based risk mapping tool for cost estimation of international construction projects[J]. Automation in Construction, 2014, 43: 144-155.

[7]周娟. 基于本體的工程預(yù)算管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].成都理工大學(xué)， 2010.

[8]胡云忠. 基于本體的建筑施工質(zhì)量規(guī)范知識(shí)建模與應(yīng)用研究[D].華中科技大學(xué)， 2013.

[9]張健.BIM 環(huán)境下基于建設(shè)領(lǐng)域本體的語(yǔ)義檢索研究[D].大連理工大學(xué)， 2013.

[10]楊遠(yuǎn)豐， 莫穎媚.多種BIM軟件在建筑設(shè)計(jì)中的綜合應(yīng)用[J].南方建筑， 2014(4)： 26-33.

[11]何關(guān)培.BIM 總論[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2011.

[12]劉尚蔚， 推曉偉，魏群.基于 IFC 標(biāo)準(zhǔn)的 BIM 信息互用研究[J].華北水利水電大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版， 2014， 35(6)： 52-56.

[13]Rezgui Y，Boddy S，Wetherill M，et al.Past，present and future of information and knowledge sharing in the construction industry：Towards semantic service-based e-construction?[J].Computer-Aided Design， 2011， 43(5)： 502-515.

[14]IFC Model(2008)Industrial Foundation International Alliance for Interoperability，http：//www.iai-international.org/iai_international.

[15]郭朝敏， 姜麗紅，蔡鴻明.一種關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)到本體的自動(dòng)構(gòu)建方法[J].Computer Engineering and Applications， 2012， 48(7).

[16]D.Wong，A Knowledge-Based Decision Support System in Reliability-Centred Maintenance of HVAC System，PhD thesis Memorial University of Newfoundland，St.John′s，Canada， 2000.

[17]Guarino，Nicola，ed.Formal ontology in information systems：Proceedings of the first international conference(FOIS′98)，June 6-8，Trento，Italy[M].IOS press， 1998.

[18]鄭淑芬. 盾構(gòu)隧道施工地表沉降規(guī)律及控制措施研究[D].中南大學(xué)， 2010.

[19]張雄. 盾構(gòu)法隧道施工引起地表沉降研究[D].河北工程大學(xué)， 2012.

Corporation)，Shanghai201800，China)

Ontology-based Analysis on the Early Warning of the Surface Subsidence in the Process of Tunnel Shield Project

Du Juan1， 2，He Renzhi1，Dai Lingjun1

(1.SILCBusinessSchool，ShanghaiUniversity，Shanghai201800，China；2.ResearchCenterforBuildingIndustrialization，ShanghaiUniversityandShanghaiUrbanConstruction(Group)

Key Words：Building Information Modeling (BIM); Industry Foundation Information (IFC); Ontology Modeling; Surface Subsidence

Abstract:Building information model (BIM) brings the fundamental technological innovation to traditional architecture industry, which can optimize the construction process and improve the efficiency and effectiveness of the building process. Based on the information exchange of heterogeneous information systems and data throughout the different stages of the whole life cycle of the practical building project, the article analyzes the existing situation of building information interoperability, proposes the ontology-based heterogeneous exchange model, explores the method of mapping the IFC data and relationship database with ontology model, and puts forward the ontology-based reasoning model. The article takes the surface subsidence in the tunnel shield construction as an example, creates the ontology model of underground tunnel through the Protégé software, and proposes the early warning analysis of groud subsidence reasons through Jena inference engine.

【基金項(xiàng)目】上海市自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于本體和Petri網(wǎng)的復(fù)雜隧道工程數(shù)據(jù)的精益化管理研究”(編號(hào)：15ZR1415000)

【作者簡(jiǎn)介】杜娟(1981-),女,博士,講師。主要研究方向：建筑信息化。

【中圖分類號(hào)】TP3-05

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1674-7461(2016)02-0100-09