基于本體的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計案例表示與檢索研究

1、<p>　　基于本體的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計案例表示與檢索研究</p><p>　　摘要：本體技術(shù)隨著語義網(wǎng)的發(fā)展在信息檢索以及知識重用等各方面的作用愈加突出，應(yīng)用本體組織與表示案例知識是優(yōu)化采用基于案例推理管理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效途徑。本文以O(shè)WL DL語言作為本體描述語言，并采用特征向量表示方法進(jìn)行設(shè)計案例的形式化定義表示，并從案例過濾與篩選以及相似度計算兩方面，對案例檢索展開探討。 </p>

2、<p>　　關(guān)鍵詞：本體；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；檢索方法 </p><p>　　中圖分類號： TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A </p><p>　　在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐中，需要借助設(shè)計檔案庫中歷史設(shè)計中的知識經(jīng)驗開展設(shè)計，然而傳統(tǒng)的檢索方法與意義匹配能力相對較差，檢索的信息的準(zhǔn)確性大打折扣，限制了設(shè)計人員對歷史知識經(jīng)驗的重新利用與新設(shè)計思路的啟發(fā)，從而產(chǎn)生大量的重復(fù)設(shè)計，或在設(shè)計中出現(xiàn)與歷史設(shè)計

3、中同樣的錯誤等，降低了設(shè)計產(chǎn)品的可靠性，導(dǎo)致建筑設(shè)計企業(yè)喪失競爭優(yōu)勢。因此，如何充分發(fā)揮本體的語義組織與表示作用，提高歷史設(shè)計案例的快速檢索能力，實現(xiàn)歷史案例知識經(jīng)驗的高效利用，是建筑設(shè)計企業(yè)在提高生產(chǎn)率中亟待解決的問題。 </p><p>　　一、基于本體的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計案例表示 </p><p>　　本文以某“設(shè)計案例”實例為例進(jìn)行探討，該設(shè)計案例包含了多個項目特征，在這些特征類中，又包

4、含了實例（如結(jié)構(gòu)體系實例、質(zhì)量等級實例、基礎(chǔ)形式實例等）與數(shù)值（如建筑面積、工程造價、地下層數(shù)、建筑高度等）兩部分。基于此，在案例的特征向量定義中，主要對案例類與屬性、概念類進(jìn)行定義。如在案例屬性定義中，可分別對數(shù)據(jù)屬性（AMi）與對象屬性（BMi）兩類屬性進(jìn)行定義，Case為其定義域，且L1、L2、與Bi分別為對象屬性與數(shù)值屬性個數(shù)以及對象屬性的值域，且L1與L2可表示為： </p><p>　　For i=1

5、 to L1(L2) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　ObjectProperty (ex: BMi domain (ex: Case) range (ex: Bi))； </p><p><b>　　} </b></p><p>　　且案例類則定義為：Class (

6、ex: Case partial owl: Thing)。 </p><p>　　設(shè)計案例中特征向量則可表示成：（結(jié)構(gòu)體系、質(zhì)量等級、基礎(chǔ)形式……建筑面積、工程造價、地下層數(shù)……），據(jù)此，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計案例表示如下： </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　Class (ex:設(shè)計案例 partial owl: Thin

7、g)； </p><p>　　Class (ex:結(jié)構(gòu)體系 partial owl: Thing)； </p><p><b>　　…… </b></p><p>　　ObjectProperty (ex: has_結(jié)構(gòu)體系 domain (ex；設(shè)計案例)range (ex:結(jié)構(gòu)體系))； </p><p><b

8、>　　…… </b></p><p>　　DatatypeProperty (ex: has_建筑面積 domain (ex:設(shè)計案例))； </p><p><b>　　…… </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　二、基于本體的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計案例檢

9、索 </p><p>　　由于本體中具有的相關(guān)領(lǐng)域知識的數(shù)量非常大，在檢索時，可按照相應(yīng)的查詢語句過濾與篩選本體中的領(lǐng)域知識，計算其相似度，縮小案例檢索的范圍。同時，定義重要領(lǐng)域概念，將其作為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，從而促進(jìn)檢索效率與準(zhǔn)確率的提升。 </p><p>　?。ㄒ唬┻^濾與篩選案例 </p><p>　　在案例庫進(jìn)行案例過濾與篩選中，可借助于SPARQL規(guī)范集進(jìn)行

10、。SPARQL可查詢OWL知識庫，且提供操作協(xié)議與查詢語言。由于在案例檢索中，要檢索具有參考價值的建筑結(jié)構(gòu)體系，就要確保其結(jié)構(gòu)體系相同。因此，在檢索查詢中，定值設(shè)置為建筑的結(jié)構(gòu)體系，輔助查詢條件可為其他屬性，并根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的實際情況進(jìn)行有選擇性的篩選與過濾。例如，檢索一個層數(shù)在20層以上的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計案例，那么在檢索中，選用的查詢語句： </p><p>　　SELECT ?設(shè)計案例?質(zhì)量等級？……

11、建筑總高度 </p><p><b>　　WHERRE{ </b></p><p>　??？設(shè)計案例ex: has_結(jié)構(gòu)體系框架-剪力墻結(jié)構(gòu). </p><p>　??？設(shè)計案例ex: has_層數(shù) ?層數(shù).FILTER (?層數(shù)>=20) </p><p><b>　　…… </b></p

12、><p>　　?案例ex: has_建筑物總高度 ?建筑物總高度. </p><p><b>　　} </b></p><p>　　根據(jù)這一檢索查詢方法進(jìn)行查詢，并將檢索查詢的結(jié)果作為案例相似計算的依據(jù)，經(jīng)過相似度計算，最終確定所需的具有參考意義的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計案例。 </p><p>　?。ǘ┯嬎惆咐嗨贫?</p&

13、gt;<p>　　本文在計算查詢結(jié)果的相似度過程中，以最近鄰法為選用的案例檢索算法，即以加權(quán)平均的方法為手段，先對建筑結(jié)構(gòu)屬性的局部相似度進(jìn)行計算，之后對建筑結(jié)構(gòu)全部的屬性相似度進(jìn)行加權(quán)求和，并將其結(jié)果與總權(quán)重相除，最終得出建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計案例之間的總體相似度。例如，某建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計案例Ai是通過m個屬性進(jìn)行表示的，也即是Ai=（xi1,xi2,xi3…,xim），其中xin則為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計案例Ai中的第n個屬性值。若給出的建筑

14、結(jié)構(gòu)的查詢案例B=（y1，y2，y3…,ym），且yn為給定設(shè)計案例B中的第n個屬性值，那么建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計案例庫中存儲的設(shè)計案例Ai與給定查詢設(shè)計案例B之間的總相似度可表示如下： </p><p>　　OSNN（Ai，B）=，其中是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計案例庫中的設(shè)計案例Ai與查詢設(shè)計案例B在第n個屬性f上的局部相似度，而wn則表示在計算相似度的過程中，第n個屬性的分配權(quán)重。就相似度計算的公式而言，確定屬性的權(quán)重與計算建筑結(jié)

15、構(gòu)局部的相似度成為了求總體相似度的關(guān)鍵所在。 </p><p>　　在計算局部相似度的過程中，由于定義的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計案例的特征屬性主要分為實例型屬性與數(shù)值型屬性兩大類，因此在局部相似度計算中，要分別針對兩種不用類型的特征屬性進(jìn)行計算。需要注意的是，在計算數(shù)值型特征屬性的局部相似度時，由于給定的查詢設(shè)計案例B中，隨著用戶需求的不同，其屬性值也可能不同，既可能是一個模糊數(shù)或區(qū)間，也可能是一個確定的值。此時就需根據(jù)不同

16、的需求確定屬性值，進(jìn)行計算。例如，查詢設(shè)計案例B中，yn為一個區(qū)間內(nèi)的取值時，那么則可根據(jù)公式：=與公式=進(jìn)行計算。其中，區(qū)間yn的端點值分別用與表示。而模糊數(shù)的相似度則可采用三角函數(shù)、高斯函數(shù)等方法進(jìn)行計算。此外，在確定特征屬性的權(quán)重時，可運用層次分析方法，首先進(jìn)行判斷矩陣的構(gòu)造，以兩兩比較的方式，對各特征屬性的重要程度進(jìn)行比較與確定，之后再求特征向量與特征根最大值，根據(jù)所求結(jié)果檢驗判斷矩陣的一致性，以保障權(quán)重向量的準(zhǔn)確性，并運用排序

17、向量綜合法得出平均綜合權(quán)重。最后將所得的屬性權(quán)重與局部屬性相似度帶入求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計案例的總體相似度的公式之中，即可實現(xiàn)靈活高效地檢索。 </p><p>　　在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，重用歷史設(shè)計案例中的知識經(jīng)驗，有助于防止重復(fù)設(shè)計的問題出現(xiàn)，對于增強(qiáng)建筑設(shè)計企業(yè)的競爭優(yōu)勢具有重要意義。因此，建筑設(shè)計企業(yè)要充分重視本體技術(shù)所具有的強(qiáng)大的以及理解與知識表達(dá)能力，將其引入設(shè)計案例的表示與檢索實踐中，以實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計知識的優(yōu)

18、化管理與高效利用。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]陳曦.高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[J].科技致富向?qū)?2013,(08):361. </p><p>　　[2] 鄧立華.基于本體的產(chǎn)品設(shè)計知識表示與檢索技術(shù)研究[D].桂林理工大學(xué),2011. </p><p>　　[3]陳