本文是一篇建筑学论文，本论文针对目前建筑消防审图存在的问题，在分析建筑消防规范和模型数据的基础上，提出了一种基于 BIM 的建筑消防自动审图方法，并基于 WebGL 三维图形引擎技术在 Web 端进行建筑消防审图系统的功能实现，并用实际建筑模型对提出的方法进行实验。论文的主要研究工作和相关成果如下：（1）本论文通过研究建筑消防规范的特点，针对规范中包含的表格等半结构化数据和文本等非结构化数据，通过本体构建、信息抽取等技术手段确定了其中包含的知识类型，并完成了建筑消防知识图谱的模式层和数据层的构建，将建筑消防规范中的知识进行标准化和语义化表达，实现了建筑消防规范数据化，并将其应用于建筑消防自动审图研究中。
第 1 章 绪论
1.1 研究背景及研究目的和意义
1.1.1 研究背景
随着我国城市化建设步伐不断加快，大型建筑综合体，高层和超高层建筑纷纷涌现，在提高国民生活质量和便捷度的同时，也带来了一定安全隐患，建筑安全设计特别是建筑消防设计工作的重要性愈发凸显。现代化建筑普遍具有形体高、楼层多、规模大、功能全等特点，一旦发生火灾，消防人员很难做到在短时间内进行安全快速地消防救援和人群疏散 [1]。因此，做好建筑消防审图工作，从源头上消除建筑中可能存在的火灾隐患，保证建筑消防审图的准确性尤为重要。建筑消防审图是指依据消防相关行业标准规范等对工程的消防设计图纸以及消防相关资料进行严格审查，避免建筑本体在设计过程中存在火灾隐患。建筑消防审图是强化建设工程消防监督管理的重要途径，是提高建筑工程消防设计质量的有效手段，也是保证消防设计规范性和安全性的关键性工作。
以往的建筑消防审图由公安机关消防机构独立完成，审查包括施工图设计文件技术审查和申请消防行政许可的行政审批，这种审查方式存在消防部门审查工作量巨大、行政许可审批时间较长等问题。为此，2018 年 5 月 14 日，国务院颁布了《关于开展工程建设项目审批制度改革试点的通知》，包括北京等 16 个省市作为试点城市开展建设项目审批制度改革，消防部门只进行消防行政许可的行政审批，建筑消防审图并入施工图设计审查，由现有的社会施工图审查机构完成，实现了消防审图和消防行政审批的分离[2]。
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1.2 国内外研究现状
本节将从建筑消防审图、BIM 在规范审查中的应用以及知识图谱这三方面内容对国内外建筑消防自动化审图方法研究现状及成果进行详细分析和总结。
1.2.1 建筑消防审图研究现状
建筑消防审图是建筑消防审核中的一部分，对消防设计图纸进行审查，要按照建筑消防规范、标准中的规则条文，同时要根据消防部门颁发的各类规范性通知的要求[8]。王静萱等[9]针对医疗建筑的消防审图提出了审图重点，用于降低医疗建筑中发生火灾的可能性。张奇志[10]通过分析探讨国内外地下民用建筑发生火灾的起因及其火灾特性，提出了该类型建筑消防审图需包含的主要项目。沈奕辉等[11]针对超高层建筑火灾发生的特点，总结了超高层建筑消防审图涉及的有关规范,并形成了一套完整的火灾风险指标体系，为超高层建筑消防审图提供指导意见。果永红等[12]对茶艺场所火灾危险性进行了深入分析，阐述了该类场所审核和验收的要点。王海燕[13]探讨了对工业园区的消防审核对策。高青[14]介绍了消防审核中出现的问题及解决措施,并探讨了总图消防设计中共性问题的解决方案。姚浩伟等[15]在理解建筑消防规范的基础上对建筑消防工程图进一步理解,提出了一种消防符号信息提取的方法，为通过计算机进行建筑消防审图打下了良好的方法基础。余君等[16]以 Solibri Model Checker 软件平台，建立了半自动化的消防设计审查流程架构，细化了消防审查的具体流程步骤。
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第 2 章 相关理论研究
2.1 BIM 技术研究
2.1.1 BIM 技术的概念
BIM 这一概念最早是由美国的 Chuck Eastman 博士于 1975 年提出的[43]。自 2010 年起，美国 Autodesk、Bentley 等建筑行业软件公司推出并推广 BIM 软件，BIM 才逐渐被人了解和应用[44]。美国国家标准将 BIM 定义为兼备物理和功能特性的建筑数字化模型工具[45]。美国国家建筑科学研究所（The National Institute of Building Science, NBIS）将其定义为对建筑物理特性和功能特征进行数字化描述，同时在建筑全生命周期内协助分析和决策支持的共享数据信息。根据这些定义可知，从建筑设计阶段到拆除阶段，BIM技术都将起到极大作用。BIM 技术的核心是数据，建筑数据会随着建筑状态更新而不断新增、流失或改变，BIM 的优势在与可以对这些数据进行高效管理和有效利用，从而使建筑项目在其全生命周期内始终维持最佳性能状态。BIM 将建筑行业包括业主、设计师、施工人员、采购人员等多个参与方联系起来，各参与方都将向 BIM 提供数据并从 BIM获取数据。也就是说，BIM 技术使各参与方提供的数据在建筑全生命周期内高效流转和复用。图 2-1 表示了 BIM 的信息传递作用，即构建一个共享信息模型，使信息的交互不再错综复杂，减少信息流失。
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2.2 知识图谱研究
2.2.1 知识图谱的定义
知识图谱是一种结构化的语义网络，其应用价值在于它可以改变当下的信息搜索方法：知识图谱一方面能够通过知识推理完成对各种概念的搜索，另一方面能够以图形化的方式向使用者展示分类梳理好的结构化知识数据[54]。知识图谱分为模式层和数据层两部分，它利用实体(Entity)、关系、属性等作为基本单位，以符号的形式描述了物理世界中不同概念(Concept)和概念之间的相互关系，其关系示意图如图 2-6 所示。知识图谱具有清晰的概念上下级区分，其节点代表实体或概念，边代表实体/概念之间的各类关系[55]。
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第 3 章 建筑消防知识图谱的构建 ......................... 18
3.1 建筑消防知识图谱本体构建 ............................. 18
3.1.1 建筑消防规范分析 ........................ 18
3.1.2 建筑消防知识图谱本体构建流程 ...................... 20
第 4 章 基于 BIM 的建筑消防自动审图研究 ........................ 28
4.1 建筑消防审图数据的提取与整合 ................................... 28
4.1.1 基于 IFC 的模型数据格式 ............................. 28
4.1.2 基于 IFC 的建筑消防审图数据提取与整合 ..................... 29
第 5 章 方法实现与实验分析 .............................. 41
5.1 系统设计 ............................... 41
5.1.1 系统架构设计 ................................. 41
5.1.2 系统功能设计 ............................. 41
第 5 章 方法实现与实验分析
5.1 系统设计
本论文基于对建筑消防自动审图方法的研究，设计开发了基于 BIM 的建筑消防自动审图系统。该系统可以根据研究构建的建筑消防知识图谱对 IFC 格式的建筑模型进行建筑消防自动审图。该系统通过知识图谱手段构建建筑消防知识图谱，并充分利用了BIM 技术涵盖建筑全生命周期数据信息的优势，以 IFC 文件为数据源，提取建筑消防审图所需的模型数据信息并对其进行匹配审查，完成了建筑消防审图的自动化进行。在此基础上，该系统还利用 IFC 文件解析工具和基于 WebGL 的三维图形引擎技术实现了建筑消防审图结果的三维可视化展示。
5.1.1 系统架构设计
基于 BIM 的建筑消防自动审图系统采用基于 B/S（Browser/Server，浏览器/服务区模式）的网络应用框架，客户端与服务器之间的通信采用 HTTP 协议。多层的 B/S 架构能够为用户提供轻便的终端服务，所有计算和数据处理都在服务端完成，用户只需安装支持 Web GL 功能的浏览器即可实现直接查看。而且，基于该框架开发的系统安全性高且维护简单便捷，方面进行其他功能扩展。
该系统的总体框架如图 5-1 所示，系统总体分为四层，建筑模型数据和建筑消防知识图谱中的知识存储在数据层；功能层主要包括多源异构 BIM 数据的解析与转化、消防审图相关数据的提取、整合与管理以及审图规则条文与数据的匹配等功能，功能层是系统的核心组成部分，负责连接数据层和应用层；应用层的功能主要为提供三维可视化场景，包括被审模型的交互操作以及审图结果展示等用户界面，采用 JavaScript 等前端语言编写；终端层为电脑、平板等设备上的网页浏览器。该系统模型解析、数据存储以及消防审图相应的模型数据管理模块、建筑消防审图模块等功能均由服务器处理完
