基于语义网的电网工程BIM模型完备性审查方法

doi:10.11996/JG.j.2095-302X.2023051021

图学学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (5): 1021-1033.DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2023051021

基于语义网的电网工程BIM模型完备性审查方法

潘泽宇(), 史健勇(), 姜柳

上海交通大学土木工程系，上海 200240

收稿日期:2023-03-02 接受日期:2023-06-05 出版日期:2023-10-31 发布日期:2023-10-31
通讯作者: 史健勇(1975-)，男，副教授，博士。主要研究方向为智慧城市数字孪生与土木工程领域知识化信息化。E-mail：shijy@sjtu.edu.cn
作者简介:潘泽宇(1996-)，男，博士研究生。主要研究方向为城市基础设施数字孪生关键技术研究。E-mail：panzeyu@sjtu.edu.cn
基金资助:
国家电网公司总部科技项目(5200-202156486A-0-5-ZN)

Semantic web-based BIM model integrity checking approach for power grid projects

PAN Ze-yu(), SHI Jian-yong(), JIANG Liu

Department of Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China

Received:2023-03-02 Accepted:2023-06-05 Online:2023-10-31 Published:2023-10-31
Contact: SHI Jian-yong (1975-), associate professor, Ph.D. His main research interests cover smart city digital twin and information and knowledge management of civil engineering. E-mail：shijy@sjtu.edu.cn
About author:PAN Ze-yu (1996-), PhD candidate. His main research interest covers key technologies for infrastructure digital twin. E-mail：panzeyu@sjtu.edu.cn
Supported by:
Science and Technology Project of State Grid (China)(5200-202156486A-0-5-ZN)

摘要/Abstract

摘要：

工程各个阶段项目参与各方之间的信息供给和信息需求平衡，是建筑信息模型(BIM)技术在项目全生命周期管理最大程度发挥作用的重要保证。在交付需求标准化方面，尽管我国从国家到地方再到企业相继出台了诸多标准，但尚缺少高效的完备性审查手段以保证交付双方及时有效进行项目信息交付。此外，当前针对各阶段交付模型信息审查的常规手段是人工校验和机器硬编码审核，二者分别存在人工成本高且容易漏判和灵活性不足，且更新困难的问题。考虑到语义网概念及相关技术在知识组织和管理方面的技术优势和应用情况，结合电网工程现有数字化交付标准成果，提出一种基于语义网的电网工程BIM模型完备性审查方法：利用SKOS建立完备性审查本体、审查对象模型本体；对交付标准中审查知识和实际模型信息进行图谱化；二者通过特定关系进行关联，并在此基础上通过SPARQL检索语言实现自动化完备审查。最后通过案例证明此方法的有效性，并对其他领域工程项目交付完备性审查能够产生借鉴价值。

关键词: 建筑信息模型, 模型完备性审查, 语义网, 工业基础类, 建筑信息模型交付标准

Abstract:

Ensuring a balance between information supply and information demand among all stakeholders at each project stage is crucial for harnessing the full potential of building information modeling technology in project life cycle management. While many standards have been established at national, local, and corporate levels to standardize delivery requirements, there remains a lack of efficient model integrity checking approach to facilitate participants to deliver project information in a timely and effective manner. Currently, the conventional means of checking model information for each stage of delivery was manual and machine hard-coded. However, they suffered from high labor costs, missed judgments, and limited flexibility for updates. Considering the technical advantages and applications of the semantic web concept and related technologies in knowledge organization and management, and combining the results of existing digital delivery standards for power grid engineering, a semantic web-based BIM model integrity checking approach was proposed. It was composed of three parts: 1) establishing integrity checking ontology and model to-be-checked ontology using SKOS; 2) instantiating knowledge in the delivery standard and actual model information to the knowledge graph; 3) correlating the two through specific relationships and automating integrity checking on this basis through SPARQL. Finally, the validity of this method was demonstrated through case studies, showcasing its applicability in engineering project delivery integrity checking in other fields.

Key words: building information model, model integrity checking, semantic web, industry foundation classes, building information model delivery standard

中图分类号:

TP399

潘泽宇, 史健勇, 姜柳. 基于语义网的电网工程BIM模型完备性审查方法[J]. 图学学报, 2023, 44(5): 1021-1033.

PAN Ze-yu, SHI Jian-yong, JIANG Liu. Semantic web-based BIM model integrity checking approach for power grid projects[J]. Journal of Graphics, 2023, 44(5): 1021-1033.

图/表 21

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编码	类型关键字	类别中文	系统分级	类别英文
10-10	TSE	变电站工程	1	Transformer substation engineering
10-10.10	EEG	电气工程	2	Electrical engineering
10-10.10.10	PEL	电气一次	3	Primary electrical engineering
10-10.10.10.10	PEE	一次设备	4	Primary electrical equipment
10-10.10.10.10.01	MTF	变压器	5	Transformer
10-10.10.10.10.01.10	MT	主变压器	6	Main transformer
10-10.10.10.10.01.20	ST	站用变压器	6	Station transformer

编码	类型关键字	类别中文	系统分级	类别英文
10-10	TSE	变电站工程	1	Transformer substation engineering
10-10.10	EEG	电气工程	2	Electrical engineering
10-10.10.10	PEL	电气一次	3	Primary electrical engineering
10-10.10.10.10	PEE	一次设备	4	Primary electrical equipment
10-10.10.10.10.01	MTF	变压器	5	Transformer
10-10.10.10.10.01.10	MT	主变压器	6	Main transformer
10-10.10.10.10.01.20	ST	站用变压器	6	Station transformer

属性需求分组	属性需求	度量类型	度量单位	允许枚举值	必填与否	应录入阶段
设备参数	型号	文本型	-	-	是	施竣
设备参数	相数	列表型	-	单相三相	是	初施竣
设备参数	高压侧额定电压	文本型	kV	-	是	初施竣
设备参数	交流/直流	列表型	-	AC DC	是	初施竣
设备参数	类型	列表型	-	MT ST	是	初施竣
设备参数	声压级	文本型	dB	-	是	初施竣
设备参数	重量	实数型	吨	-	是	施竣

属性需求分组	属性需求	度量类型	度量单位	允许枚举值	必填与否	应录入阶段
设备参数	型号	文本型	-	-	是	施竣
设备参数	相数	列表型	-	单相三相	是	初施竣
设备参数	高压侧额定电压	文本型	kV	-	是	初施竣
设备参数	交流/直流	列表型	-	AC DC	是	初施竣
设备参数	类型	列表型	-	MT ST	是	初施竣
设备参数	声压级	文本型	dB	-	是	初施竣
设备参数	重量	实数型	吨	-	是	施竣

顺序	接地电阻
顺序	命名组分标签	含义
1	类别关键字	GRT
2	电压等级(kV)	电压等级代码
3	设备型号	采用生产厂家型号，型号中所有“_”“/”均采用“-”替代
4	生产厂家	采用设备供应商名称的英文字母大写缩写(不大于4位字母)
示例
接地电阻_35 kV_设备型号_上海思源
GRT_V30_(设备型号英文字母)_SHSY

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Semantic web-based BIM model integrity checking approach for power grid projects

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目的	SPARQL语句
Q1从完备性审查知识图谱中抽取交付需求	?s a simo:ElementInstance ; simo:isInstanceOf/skos:broader/pgo:hasPropertySetTemplate ?psTemplate ; # 属性需求 simo:isInstanceOf/skos:broader/pgo:hasNamingRule/pgo:hasNamingElements ?nes. # 命名规则 ?psTemplate pgo:hasPropertyTemplate ?propTemplate. ?propTemplate pgo:EntryPhase ?ep ; # 应录入阶段 pgo:isOptional ?optional ; # 必填与否 skos:prefLabel ?ptName ; # 属性名 pgo:PrimaryMeasureType ?pmt. # 度量类型 Optional{?propTemplate pgo:PrimaryUnit ?pu}. # 度量单位 ?nes a rdf:Seq ; ?p ?ne. # 命名组成部分 ?ne skos:definition ?def ; # 命名组成部分定义 skos:prefLabel ?label. # 命名组成部分标签 ORDER BY ?p # 在外部将命名组分顺序化
Q2从审查对象模型图谱中抽取交付内容	?s a simo:ElementInstance ; skos:prefLabel ?sname ; # 构件命名 simo:hasPropertySet/simo:hasProperty ?prop. # 属性 ?prop skos:prefLabel ?propName ; # 属性名 simo:PropertyValue ?value. #属性值
Q3比对某一项目阶段下审查对象缺失哪些交付属性	FILTER (str(?ep) =＂初步设计＂&& str(?ptName) in (＂电力行业标识码＂＂相数＂＂设计名称＂＂短路电流＂＂设计ID＂＂物资编码＂)) # 通过分别对属性需求和当前属性定义求差集确定缺失的属性对应的属性名，再进行过滤
Q4比对某一项目阶段下审查对象错误的属性值	FILTER (regex(str(?ep), ＂初步设计＂) && str(?propName) = str(?ptName) && (str(?value) = ＂＂ && ?optional = false)) # 这里仅列出属性值必填但为空的情况，其他属性值错误类型包括数据类型错误、值不在定义域内可类似过滤
Q5比对某一项目阶段下审查对象可选但未填的属性	FILTER (regex(str(?ep), ＂初步设计＂) && str(?propName) = str(?ptName) && ((str(?value) = ＂＂ && ?optional = true))) # 属性可选填但未填(不属于错误但可以提示)
Q6校验审查对象的命名是否满足交付需求	# 获取到对象命名和组分需求后，通过文本处理确定是否满足条件，涉及类别关键字、电压等级(kV)、生产厂家可进一步利用SPARQL从图谱中检索和过滤相关信息

统计内容	数值
三元组总数	95465
系统分组个数(System)	50
V级要素个数(Element)	165
VI级要素个数(Element)	473
属性集模板个数	948
属性模板个数	6903

项目阶段	属性匹配数	属性缺失数	属性值错误数
初步设计	24	6	5
施工图设计	32	13	7
竣工图设计	36	13	7
施工过程管控	7	1	0
运行	8	0	0

缺失的属性名	应录入阶段	是否必填	应录入的数据类型	应录入单位
相数	初步设计	是	EnumeratedValue	-
短路电流	初步设计	是	String	kA
物资编码	初步设计	否	Identifier	-
电力行业标识码	初步设计	否	Identifier	-
设计ID	初步设计	否	Identifier	-
设计名称	初步设计	否	String	-

审查内容	平均耗时
属性匹配
初步设计阶段属性匹配情况	61
施工图设计阶段属性匹配情况	65
竣工图设计阶段属性匹配情况	61
施工过程管控阶段属性匹配情况	55
运行阶段属性匹配情况	58
属性缺失
初步设计阶段属性缺失情况	32
施工图设计阶段属性缺失情况	29
竣工图设计阶段属性缺失情况	28
施工过程管控阶段属性缺失情况	21
运行阶段属性缺失情况	16
属性值错误
初步设计阶段属性值错误情况	66
施工图设计阶段属性值错误情况	65
竣工图设计阶段属性值错误情况	68
施工过程管控阶段属性值错误情况	62
运行阶段属性值错误情况	54
命名审查
命名审查情况	8

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