如何让计算机识别BIM模型

张琳

【摘要】如何解决计算机识别BIM模型的难题，是本文研究的核心。提出了三条原则1以规范标准中审查对象为基本单元。2以审查对象生成空间体，以空间体和空间体属性来获取数据信息。3对审查对象的识别途径和建模方式进行特征分类。基于这些原则，设计出识别模式的架构图，并在项目中去应用，理论结合实践，理论和实践相互影响，有了突破。期望本文能在建筑行业转型计算机识别BIM模型的领域中发挥作用。

【关键词】BIM技术、审查对象、计算机视觉、地铁消防审查、空间体、特征分类

【中图分类号】TU17 【文献标识码】 A

1背景介绍

计算机视觉是人工智能领域的一个重要分支，它解决的问题：让计算机看懂图像或者视频里的内容。随着数字经济如火如荼的发展，计算机行业和勘察设计行业开始融合，形成软件智能化的趋势。本文重点解决如何让计算机识别BIM模型的难题。该技术理论在AI审BIM模型、AI建BIM模型等BIM智能化应用中发挥作用，而AI审BIM模型近年发展迅猛。

2计算机识别BIM模型架构

图 1  计算机识别BIM模型架构图

针对如何让计算机识别BIM模型的难题，提出3条原则：

1以规范标准中审查对象为基本单元。

2以审查对象生成空间体，以空间体和空间体属性来获取数据信息。

3对审查对象的识别途径和建模方式进行特征分类。

识别BIM模型架构图的核心部分由三部分组成：审查对象、识别途径和其类型与建模要求和其类型。采用自然语言处理技术（NLP），从规范条文中提取出审查对象。识别端，对审查对象进行识别途径分类，再依据算法知识、结合建筑设计和BIM技术经验，完成识别途径的结构化编写，识别端提供审查对象识别途径。建模端，对审查对象进行建模方式类型划分，再依据BIM技术经验和建筑设计，完成建模要求的结构化编写，建模端提供审查对象的建模要求。

审查对象，包括对象名称、定义解释和异名同义、同名异义等，自动生成数据字典。根据识别途径类型和识别途径自动生成识别途径算法库。根据建模方式类型和建模要求生成建模标准等。

整个架构遵循扁平化、相互反馈和自动化的原则。

2.1审查对象的提取

构成规范标准最基本的单元是规范条文，而每一条规范条文由三部分组成：规范条文号、规范原文和规范条文说明。审查对象是一条规范条文中的最小实体。

审查对象的提取采用计算机自动提取结合人工核实的方式。通过开发小程序，从语义上自动提取了最小的实体，再有设计人员进行人工校正，这些理论在基于BIM的地铁车站消防智能审查平台项目中得以实践。

举个例子《地铁设计防火标准》GB 51298-2018的3.1.1条中自动提取“车道”在语义上是名词，是最小的实体，已经不可划分了，而建筑设计师从专业角度分析“环形消防车道”才有专业上的意义，调整为最小实体；

表1审查对象的自动提取和人工校正

对一些专业性强、容易产生误解的审查对象进行了定义解释，例如5.2.6中的安全出口，在地铁车站模型中，安全出口有三种情况，1防火分区的之间的供人员安全疏散的出口2供人员安全疏散，并能直接通向室外安全区域的车站出口3供人员安全疏散，直通地面的楼梯间出口。该规范条文中仅指第2和第3种情况。

审查对象会在规范条文中多次出现，例如站厅、站台、楼梯等。为提高工作效率，进行重复性检查十分必要。重复性检查分两种情况：重复且同义和重复且异义。重复且异义这种情况虽然不多，但容易被人忽视，例如审查对象地面，在规范中就有两种意义，指室外地面或者指室内的楼层装修面。

审查对象的自动提取和人工校正、审查对象的定义解释和审查对象的重复性检查，随着人工校正对自动提取程序的修正和自动提取程序的积累学习，程序是可以全部实现自动完成。

2.2两种识别途径的选择：贴标签or做空间体？

一种识别途径是给BIM模型的构件贴标签，是普遍的。这种途径简单粗暴，易懂易操作。缺点是构件贴标签的工作量巨大，增加了设计人员的工作量。同时，一个审查对象可能会对应几千个构件标签，由于大家对审查对象的存在认知偏差，选择区域（例如站厅）的时候容易多选、漏选和错选。另外一种识别途径是采用空间体的方式，这也是本方案创新的地方，有以下优势：

1避免了大量审查前BIM模型的处理。设计人员不花时间或者说花少量时间处理建好的模型，而且后期可以让计算自动完成计算机的建模。让设计人员感受到数字化带来的科技的力量和便利。

2减少了计算机识别的运算量。采用空间体，避免了一个审查对象对应几百个几千个构件标签的情况。对空间体的名称和模型类型进行搜索就能准确识别。

3实现计算机工程视觉成为可能。在后期计算机识别上，我们提取空间体的个性特征（让站厅成为站厅的特征）以及边界特征，这样计算机就能像工程人员一样轻松识别模型。

2.3计算机识别BIM模型架构图的应用

在基于BIM的地铁车站消防智能审查平台项目中，按照

架构图完成每个审查对象的识别编写。拿3.1.3中高风亭来举例，识别途径列为：通过搜索名称为高风亭的产品组识别，其类型划分基于名称。通过名称为“高风亭”和建模类型为产品组这两个条件就能唯一的识别出模型中审查对象高风亭。同时，建模要求为建产品组并命名高风亭。而模型类型为产品组。

整个识别途径要实现程序的自动编写是比较困难的，比较有可能的是从识别途径类型，找到类型的特征点，当一个审查对象出现时，让程序去分析其特征，然后和已有的类型特征去匹配，以实现类型的划分，再根据类型去编写识别途径和建模/制表要求，然而特征的分析是建立在一定数量的审查对象的识别途径基础上。基础的数据治理靠人工去逐条完成。

表2  部分审查对象的识别

2.4识别途径的类型

识别途径类型分为6种:1基于代码2基于名称3基于字典4基于项目级信息5基于产品、产品组、房间和区域信息6基于算法。这6种类型涵盖了95%以上的审查对象。

基于代码的识别和模型类型产品对应。产品代码表会对应BIM模型的产品库，当审查对象为产品时，会对应一个产品代码，而通过这个产品代码找到BIM模型里面的对应的产品模型。整个识别过程简洁快速准确。而有些审查对象会通过产品属性对产品进行筛选。例如审查对象为砖墙时，先通过墙的代码找到所有的墙的产品模型，然后通过墙的属性材质是砖来筛选出砖墙模型。表3为部分产品代码表。

基于名称的识别，和模型类型产品组、房间（房间标记）和区域（面积标记）对应。这三种类型的审查对象都有名称，再结合模型类型，可以识别出对应的模型对象。例如站台，其模型类型为房间（房间标记），建房间标记并命名站台，通过搜索名称为站台的房间标记识别。识别途径的类别除了单一的类别，还可以是类型的组合。例如站厅，其识别途径的分两步完成1通过搜索名称为站厅付费区、站厅非付费区的房间标记识别。2站厅=站厅付费区+站厅非付费区。对应第一步，基于名称可以识别房间（房间标记），对应第二步，基于算法可以完成，数学运算是计算机算法中的一种。对于识别相对复杂的审查对象，是需要识别途径的组合来完成，具体如表4所示。

基于字典的识别，数据字典是个辅助的工具，当审查对象存在同义异名的时候，即可以借助数据字典，完

成审查对象的映射，别名存在一对一和一对多的情况。需要指出的是，基于字典识别也是一种算法识别，算法通过字典这个工具去识别审查对象。基于字典识别和其他的识别途径配合一起识别，常和基于代码、基于名称一起使用。

表3 部分产品代码表

基于项目级信息识别，科研中有不少的审查对象是关于单个消防审查BIM模型属性的，譬如模型类别、耐火等级和列车编组数等，这些属性没法从模型内部的产品、房间（房间标记）等获得。项目级信息是针对整个科研项目的，往往只有设计人员清楚，因此将其单独列出来设置在相应的上传界面里，在设计人员上传模型时完成填写。

基于产品、产品组、区域（面积标记）信息的识别，这个识别类型类似于基于项目级信息，信息所属的对象是BIM模型的一部分了。常见的审查对象有耐火极限、燃烧性能、疏散通道两侧、疏散通道转角处和乘客的安全疏散设施等。其中根据信息识别有两种情况，一种是找一些的对象的属性，像耐火极限一般是指相应机电产品的一个属性，还有一种情况是根据属性从所有的类型对象中筛选出所需要的审查对象，例如乘客的安全疏散设施是指乘客的安全疏散设施包括乘客的疏散楼梯和疏散扶梯，即车站公共区的疏散楼梯和疏散扶梯。通过设置产品属性：是否疏散来从所有楼扶梯中筛选出来疏散楼梯和疏散扶梯。

建筑构件的耐火极限不同于机电产品耐火极限的判定。建筑构件像柱子、梁和墙体很多都是现浇的，不同于机电的产品本身自带产品的耐火极限。在和科研组内的人讨论和翻阅规范之后，建筑构件的耐火极限与建筑构件的材料、构造做法，建筑构件厚度和截面尺寸紧密相关，依据建筑设计防火规范（2018年版）GB 50016-2014中的附录各类建筑构件的燃烧性能和耐火极限可直接获得对应构件的耐火极限。

基于算法识别，是指在审查材料为BIM模型去掉上述五种识别剩下的算法识别。上述五种识别为特定而常见的算法识别。其他的算法识别有包含算法、相连算法和地上地下算法等。包含算法类似于加法运算，例如审查对象风井，是排风井、活塞风井和进风井的集合。

表4 部分基于名称识别的审查对象

表5 部分基于算法识别的审查对象

相连算法是一种空间位置运算，例如审查对象消防专用通道出入口，他的识别途径分两步完成1通过搜索名称为xx号安全出口的产品组来识别安全出口。2相连算法，该安全出入口与设备区相连则为消防专用通道出入口。在第二步中就使用了相连算法对安全出口进行筛选。地上地下算法也是种空间位置运算，通过周边构建筑物模型，判定审查对象是否为地上或地下。表5 部分基于算法识别的审查对象。

2.5建模和制装修材料表要求及其类型

对建模要求进行分了8类：1产品2产品组3房间（房间标记）4区域（面积标记）5项目级信息6产品、产品组、房间和区域信息7其他8无。产品、房间（房间标记）和区域(面积标记)是主要类型，占了300个审查对象75%以上，这几种类型在进行模型合规性检查的时候都会生成空间体。产品组是在产品的基础上，利用产品组合的方式，以组的形式建模；房间（房间标记）是利用原有的二维表达方式，每个房间要表达名称和面积，而在BIM建模中须有房间形式表达房间的边界，房间标记表达房间的名称和面积；区域(面积标记)主要是为了方便在模型中表达防火分区图和防烟分区图。

项目级信息是该项目级的属性，这个会有一个专门的项目级信息的填写窗口，在设计人员上传审查材料时候完成填写。产品、产品组、房间和区域信息是空间体的属性，这个对应到模型内部，产品、产品组、房间和区域信息都有自己的几何信息和非几何信息。

其他类是针对与防火分区示意图和防烟示意图中表达的审查对象，像安全出口、疏散通道口和自动扶梯口等。无则表示模型直接通过算法就能识别，像站厅层、站台层、站台设备管理区和换乘梯等，站厅层是算法识别含站厅的revit楼层平面视图或者reivt视图里含有“站台层”的视图，得到一个站厅层的平面范围，再根据剖面读取层高，生成站厅层的空间体。

3、总结

如何让计算机识别BIM模型，是个理论结合项目的过程，理论指导实践，实践检验理论。在这个过程中计算机识别BIM模型架构图、空间体的思路和特征分类抽象思维集中的体现，也是精华所在。空间体的思路简化了模型的处理和计算机的运算识别，提高了效率。特征识别让审查对象的分类有规律可循。

参考文献

[1]张荷花，顾明．BIM 模型智能检查工具在审查平台及消防审查中的应用［J］．土木建筑工程信息技术，2021年2月，13(1)

[2]高乐财．BIM模型智能审查技术研究与城市轨道交通工程应用［J］．工程前沿，2020年第20期：P33-36

[3]刘为群．BIM技术应用于数字铁路建设的实践与思考［J］．铁道学报，2019年3月，41（3）：P97-101