AI 在消防圖紙審查中的應(yīng)用研究

王 朔， 李 沁[.上海市消防救援總隊(duì)， 上海 0005；.同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司， 上海0009]

全國(guó)各地為開(kāi)展優(yōu)化營(yíng)商環(huán)境和建設(shè)工程行政審批制度改革等工作出臺(tái)了一系列政策，其中規(guī)模較大的項(xiàng)目，經(jīng)方案審批后，取消總體審批流程，直接進(jìn)入施工圖聯(lián)審平臺(tái)，審查周期縮短，審查精度受限。規(guī)模較小的建設(shè)工程項(xiàng)目，無(wú)須審圖機(jī)構(gòu)審查，采取建設(shè)單位承諾備案制，建設(shè)單位只需在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)備案工程信息和設(shè)計(jì)圖紙后即可施工。如建設(shè)單位備案圖紙?jiān)O(shè)計(jì)有誤，因無(wú)須審圖機(jī)構(gòu)審查或?qū)彶闄C(jī)構(gòu)出現(xiàn)疏漏未及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，施工單位按照有誤的備案圖紙施工，為日后該場(chǎng)所的使用埋下先天性火災(zāi)隱患。若建設(shè)工程備案系統(tǒng)及聯(lián)審平臺(tái)具備智能審查功能，源頭把關(guān)消防設(shè)計(jì)圖紙，將有效減少和預(yù)防先天性火災(zāi)隱患。

人工智能（Artificial Intelligence,AI）已在自動(dòng)駕駛、工業(yè)制造、智慧城市管理等領(lǐng)域嶄露頭角，如交警部門(mén)使用的“海燕車管”、阿里巴巴的“魯班”等 AI 系統(tǒng)已經(jīng)投入使用多年，并已有成熟經(jīng)驗(yàn)，但 AI 在消防領(lǐng)域的應(yīng)用相對(duì)較少。本文基于 AI 對(duì)消防圖紙智能審查進(jìn)行探索研究，構(gòu)建了特征點(diǎn)“提取、識(shí)別、比對(duì)、反饋”的處理策略，使其可以適應(yīng)各類型項(xiàng)目，從而實(shí)現(xiàn)高效率、高準(zhǔn)確率的智能審查。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)想

1.1 AI 審查優(yōu)勢(shì)

AI 審查是不知疲倦的機(jī)器，替代人工自動(dòng)處理完成繁瑣、重復(fù)的消防水力、風(fēng)量等計(jì)算任務(wù)，使設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)、審圖機(jī)構(gòu)專業(yè)人員可騰出時(shí)間，專注于其他更能體現(xiàn)創(chuàng)造性勞動(dòng)價(jià)值的工作，這從時(shí)間和消費(fèi)比的角度來(lái)說(shuō)很有意義。

AI 審查采用客觀統(tǒng)一的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，將各設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)及各審圖機(jī)構(gòu)不同執(zhí)行人員對(duì)于規(guī)范的差異化理解統(tǒng)一在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)下，提高了建筑設(shè)計(jì)規(guī)范在執(zhí)行層面的客觀公正性。

AI 審查可實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析功能。例如，審查系統(tǒng)定期智能分析審查過(guò)的建設(shè)項(xiàng)目并形成分析報(bào)告，分析報(bào)告內(nèi)可包含各設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)備案圖紙通過(guò)率、設(shè)計(jì)人員圖紙?jiān)O(shè)計(jì)違規(guī)率、重復(fù)出現(xiàn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題等內(nèi)容，通過(guò)技術(shù)手段做出提示，進(jìn)一步提升行業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1.2 AI 審查架構(gòu)設(shè)計(jì)

AI 審查具備提取、識(shí)別、比對(duì)、反饋圖紙中特征點(diǎn)的技術(shù)，將消防設(shè)計(jì)圖紙中的特征點(diǎn)提取、識(shí)別后，與大數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、案例等進(jìn)行比對(duì)，生成審查報(bào)告，反饋提示風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。AI 審查工作流程如圖1 所示。

AI 審查將實(shí)際需求和設(shè)計(jì)流程連接在一起，內(nèi)嵌數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，分為原始數(shù)據(jù)庫(kù)和學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)。原始數(shù)據(jù)庫(kù)主要為GB、JGJ、DB、CECS 等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和案例，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)為在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中智能判定收集的原始數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)不含有的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和案例，數(shù)據(jù)庫(kù)為 AI 審查比對(duì)和研判提供支撐。建設(shè)項(xiàng)目按性質(zhì)分為民用項(xiàng)目（住宅、商業(yè)、辦公建筑等）和工業(yè)項(xiàng)目（廠房、倉(cāng)庫(kù)建筑等）2 類，將建筑防火、消防給水、消防電氣、防排煙設(shè)計(jì) 4 個(gè)專業(yè)分門(mén)別類歸納到項(xiàng)目性質(zhì)屬性內(nèi)，審查系統(tǒng)根據(jù)《建設(shè)工程申報(bào)表》內(nèi)的建設(shè)信息和設(shè)計(jì)說(shuō)明確定項(xiàng)目性質(zhì)，對(duì) 4 個(gè)專業(yè)進(jìn)行審查，生成審查報(bào)告。審查架構(gòu)如圖2 所示。

1.3 數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)

AI 審查的高效、精準(zhǔn)必須建立在廣泛數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，做好審查系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)維護(hù)工作至關(guān)重要，審查系統(tǒng)內(nèi)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和案例多而全是審查系統(tǒng)高效、精準(zhǔn)工作的保障。審查系統(tǒng)具備自主學(xué)習(xí)能力，在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)新的表達(dá)形式，系統(tǒng)自動(dòng)寫(xiě)入學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)，始終不斷完善數(shù)據(jù)庫(kù)。如設(shè)計(jì)單位編制設(shè)計(jì)文件易口語(yǔ)化，設(shè)計(jì)文件內(nèi)建筑面積的計(jì)量單位往往出現(xiàn)“平方米”“平米”“m2”“m2”等多種格式，這就要求數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)將“平方米”“平米”“㎡”“m2”等單位統(tǒng)一歸類為面積單位。又如規(guī)范條文使用“不低于”的表達(dá)方式，《民法總則》對(duì)“不低于”的解釋是包含本數(shù)和高于數(shù)，如“耐火等級(jí)不低于二級(jí)”該句，數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)將“二級(jí)”和高于數(shù)“一級(jí)”均認(rèn)定為符合要求。

2 測(cè)試分析

從 AI 審查架構(gòu)中可發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn) AI 審查的關(guān)鍵是特征點(diǎn)提取、識(shí)別策略及數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)、反饋策略，此處主要模擬測(cè)試 AI 審查設(shè)計(jì)說(shuō)明和標(biāo)準(zhǔn)層平面圖這兩項(xiàng)。

2.1 規(guī)則設(shè)定

2.1.1 設(shè)定圖例

設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)內(nèi)從業(yè)人員設(shè)計(jì)習(xí)慣不同，圖紙表達(dá)方式也不相同，為便于理解圖面信息，要求圖紙應(yīng)帶圖例。測(cè)試用圖的圖例設(shè)置了“實(shí)體外墻、透明幕墻、剪力墻、隔墻、電梯層門(mén)、門(mén)（單開(kāi)門(mén)、雙開(kāi)門(mén)、子母門(mén)）、疏散距離線段”等7 個(gè)圖例。

2.1.2 設(shè)定風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)

設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)內(nèi)部校核和審查機(jī)構(gòu)審圖，設(shè)計(jì)項(xiàng)目的數(shù)萬(wàn)字設(shè)計(jì)說(shuō)明和數(shù)百?gòu)堅(jiān)O(shè)計(jì)圖紙，難免存在人員粗心、筆誤等原因造成不規(guī)范和出現(xiàn)疏漏等現(xiàn)象，作者在測(cè)試時(shí)設(shè)計(jì)了一頁(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明和一張辦公建筑標(biāo)準(zhǔn)層建筑專業(yè)平面圖進(jìn)行試驗(yàn)研究，預(yù)設(shè)了 3 個(gè)錯(cuò)誤點(diǎn)：①“地下建筑為二級(jí)耐火等級(jí)”一句；②標(biāo)準(zhǔn)層平面圖中辦公房間內(nèi)右上角最不利點(diǎn)至房間直通疏散走道的疏散門(mén)的直線距離為“25.3 m”；③標(biāo)準(zhǔn)層平面圖中辦公房間內(nèi)相鄰兩個(gè)疏散門(mén)最近邊緣之間的水平距離為“1.6 m”。

2.1.3 設(shè)定數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)導(dǎo)入 GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》內(nèi)的以下三條規(guī)范條文：①5.1.3 條要求地下建筑和一類高層建筑的耐火等級(jí)不應(yīng)低于一級(jí)；②5.5.2 條要求每個(gè)房間相鄰兩個(gè)疏散門(mén)最近邊緣之間的水平距離不應(yīng)小于 5 m；③5.5.17 條要求高層辦公建筑內(nèi)全部設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)時(shí)，房間內(nèi)任一點(diǎn)至房間直通疏散走道的疏散門(mén)的直線不應(yīng)大于 25 m。

2.2 設(shè)計(jì)說(shuō)明AI審查測(cè)試

AI 審查提取設(shè)計(jì)說(shuō)明文字內(nèi)容與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，“地下建筑為二級(jí)耐火等級(jí)”句比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)GB 50016—2014 5.1.3 條后審查為風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，系統(tǒng)將風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)文字給予陰影覆蓋做顯著提示。

2.3 設(shè)計(jì)圖紙 AI 審查測(cè)試

AI 審查時(shí)可將圖紙中附帶的圖例和圖紙上的設(shè)計(jì)特征點(diǎn)分別提取、識(shí)別、比對(duì)，最后生成審查報(bào)告。

AI 審查系統(tǒng)首先提取標(biāo)準(zhǔn)層平面圖中附帶的圖例，將實(shí)體外墻、透明幕墻、剪力墻、隔墻、電梯層門(mén)、門(mén)等圖例自由組合后總計(jì)形成圍合空間，通過(guò)提取圍合空間內(nèi)的文字，并進(jìn)行識(shí)別，將其中圍合空間定性為前室、樓梯、男廁、女廁、電梯區(qū)。鑒于以上空間無(wú)人長(zhǎng)時(shí)間逗留和面積較小，不存在疏散距離和安全出口設(shè)置數(shù)量問(wèn)題，在此不做研究討論。

重點(diǎn)研究測(cè)試以下圍合空間：由剪力墻、電梯層門(mén)、隔墻、門(mén)圍合形成的空間，識(shí)別圍合空間內(nèi)文字，將其定性為走道空間；對(duì)實(shí)體外墻、透明幕墻、剪力墻、隔墻、門(mén)圍合形成的空間，識(shí)別圍合空間內(nèi)文字，將其定性為辦公空間。提取“使用性質(zhì)、面積、距離”3 個(gè)特征點(diǎn)，使用特征為辦公、面積為 366 m2，5 個(gè)最不利點(diǎn)的疏散距離為 12.3 m、12.3 m、12.5 m、12.6 m、25.3 m。將以上特征點(diǎn)與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，系統(tǒng)將合規(guī)特征點(diǎn)使用紅框標(biāo)注，“25.3m”該特征點(diǎn)比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi) GB 50016—2014 5.1.3 條后審查為風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，系統(tǒng)將風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)文字給予陰影覆蓋做顯著提示。

AI 審查系統(tǒng)提取圖紙內(nèi)附帶的圖例“門(mén)”，在已成功識(shí)別的辦公空間內(nèi)分別比對(duì)各自辦公空間內(nèi)“門(mén)”該特征點(diǎn)之間的間距，辦公房間內(nèi)兩個(gè)門(mén)的間距“1.6 m”該特征點(diǎn)比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi) GB 50016—2014 5.5.2 條后審查為風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，系統(tǒng)將風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)文字給予陰影覆蓋做顯著提示。

2.4 報(bào)告反饋

AI 審查系統(tǒng)對(duì)圖紙中發(fā)現(xiàn)的高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)形成書(shū)面報(bào)告，可通過(guò)“一網(wǎng)通辦”平臺(tái)、Email、微信等方式發(fā)送給建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、審圖機(jī)構(gòu)，提醒有關(guān)單位及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化消防設(shè)計(jì)，圖紙修改后重新上傳網(wǎng)上備案系統(tǒng)。

2.5 后期完善及拓展設(shè)想

（1）進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)庫(kù)和系統(tǒng)運(yùn)行邏輯，以適應(yīng)各專業(yè)的審查工作，待系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成熟時(shí)可引入 GA 1290《建設(shè)工程消防設(shè)計(jì)審查規(guī)則》作為判定合格或者不合格的依據(jù)。

（2）對(duì)于規(guī)范中“必須”“應(yīng)”“宜”等不同尺度的條文，給予不同層級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)提示，由設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)根據(jù)所示層級(jí)判斷是否進(jìn)行強(qiáng)制修改。

（3）與 AI 設(shè)計(jì)軟件相結(jié)合，通過(guò) AI 系統(tǒng)提出風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)提示后，聯(lián)結(jié) AI 設(shè)計(jì)軟件的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，提出修改建議，供設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)參考。

（4）隨著建筑信息模型技術(shù)的不斷進(jìn)步，以二維圖紙為基礎(chǔ)的 AI 審查可進(jìn)一步拓展至三維模型空間領(lǐng)域。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)運(yùn)用 AI 模式，分析了在 AI 審查系統(tǒng)架構(gòu)下如何提取、識(shí)別、比對(duì)、反饋設(shè)計(jì)要素，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)說(shuō)明和圖紙的模擬測(cè)試，從模擬測(cè)試效果來(lái)看，AI 審查系統(tǒng)具有較高的智能度和準(zhǔn)確度，達(dá)到了預(yù)期要求。AI 技術(shù)結(jié)合大數(shù)據(jù)庫(kù)已具備消防設(shè)計(jì)圖紙審查的條件，該路徑是具有可行性的，但其中還有很多不完善的地方，有待繼續(xù)改進(jìn)，研究成果可運(yùn)用于設(shè)計(jì)單位內(nèi)審、審圖機(jī)構(gòu)初審等方面，AI審查對(duì)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)提升內(nèi)審質(zhì)量和審圖機(jī)構(gòu)的初步預(yù)審提供了可靠的技術(shù)平臺(tái)。