劉 欣， 李忠富， 姜韶華

基于本體的建筑信息上下文建模

劉 欣， 李忠富， 姜韶華

（大連理工大學(xué) 建設(shè)管理系，遼寧 大連 116024）

針對當前建筑領(lǐng)域信息利用效率低下，信息共享與重用難等問題，文章將上下文信息引入到本體模型中，構(gòu)建了基于本體的建筑信息上下文模型，可以快速有效地對建筑信息進行管理。該模型包括用戶上下文和工程上下文，并以小型加油站建設(shè)為例進行具體說明，首先利用Protégé建立了上下文本體模型，然后利用OWL公理和SWRL規(guī)則建立知識模型，最后利用推理機對模型進行推理，并通過案例說明基于本體上下文建模的優(yōu)勢。實驗結(jié)果表明：文章提出的基于本體的上下文建模方法可有效地管理建筑工程信息，可快速有效地對建筑信息進行推理，為施工過程中的計劃管理和進度管理提供了較好的支持。

本體； 上下文建模； 用戶上下文； 工程上下文； 規(guī)則

隨著工程項目的數(shù)量和信息存儲規(guī)模的加大，建筑信息分析越來越復(fù)雜，逐漸發(fā)展為從簡單的依靠人力到應(yīng)用軟件分析的階段。但由于以往技術(shù)及工作模式的限制，使得現(xiàn)有信息分析在數(shù)據(jù)兼容性、靈活性以及直觀性方面都存在一定的問題，因此為了實現(xiàn)對所需信息的查找，特別是正確信息的查詢進行研究是必要的。

本體［1］作為概念體系明確的規(guī)范化說明，是語義Web能否成功的重要因素之一，它不僅能提供知識進行共享和重用，也能通過不同的代理來實現(xiàn)信息之間的通信。本體中包含對某一領(lǐng)域及其相關(guān)概念的描述，也就是所謂的類（概念），它們共同限制著術(shù)語在特定領(lǐng)域中的解釋和引用。同時本體作為一種結(jié)構(gòu)化的知識表示方法，可以對概念層次進行清晰和準確的描述，其本身也支持知識推理，可以提供一種全新的知識獲取手段，能夠提高知識系統(tǒng)的重用和可靠性。由于本體在語義表達、形式化、推理等方面的優(yōu)勢，可較好地解決上述問題，并且本體是從建筑信息分析的角度對相應(yīng)知識和規(guī)則進行擴展和修改，從而增強了針對不同工程活動的可擴展性。

但是，由于建筑信息來源廣泛，其數(shù)量龐大，用戶在復(fù)雜的工程信息環(huán)境中，不能較好地實現(xiàn)對當前環(huán)境的認知，在本體查詢過程中不能及時獲取信息，因此，考慮用戶和工程的實際情況將會提高工程人員在施工過程中的決策效率。同時在提供信息的基礎(chǔ)上，也要理解工程實施的具體環(huán)境，以及工程變更過程中所處的實際環(huán)境，需要將上下文引入到本體構(gòu)建中。所謂上下文就是用來描述與用戶及其應(yīng)用相關(guān)的環(huán)境實體的信息，可以體現(xiàn)以人為服務(wù)中心的理念。在引入上下文的情況下，工程人員才可以完全了解信息的具體含義及所處的情境，對于提高施工效率是十分有必要的。

當前，工程項目中已經(jīng)存儲了各種各樣形式的信息和數(shù)據(jù)，利用這些信息可以較好地描述工程及相關(guān)人員的情況，本文結(jié)合上下文，提出了一種面向建筑工程信息的上下文本體。該模型是在建筑領(lǐng)域通用概念的基礎(chǔ)上構(gòu)建完善的，并利用protégé［2］進行用戶及工程的上下文模型構(gòu)建，建立相應(yīng)的推理規(guī)則，實現(xiàn)推理。

1 上下文及建模方法研究

1.1 上下文定義

由于應(yīng)用環(huán)境和目的的差異性，使得上下文的定義沒有形成統(tǒng)一的概念。上下文已經(jīng)廣泛用于各個領(lǐng)域，例如心理學(xué)，特別是在情境認知理論出現(xiàn)后，這些理論都在自然情境下考慮認知問題。然而現(xiàn)在很難找到一個令人滿意的定義來描述上下文內(nèi)涵。國內(nèi)外許多研究者已經(jīng)對上下文給出了各種類型的定義。Schilit［3］將上下文分為三類：計算上下文，用戶上下文，物理上下文。

Dey［4］提出了普遍可接受的上下文定義：“任何可以用來刻畫一個實體的信息。實體包括一個人、地點、用戶與應(yīng)用程序交互過程中涉及的任何對象，甚至包含用戶和應(yīng)用程序本身。”

1.2 上下文建模方法

眾所周知，上下文信息是通過多種形式所獲得的，為了使上下文信息能以計算機可讀的方式進行存儲和操作，因此需要采取有效可行的方法對上下文信息進行建模。在現(xiàn)有的上下文建模方法中，最大的問題是如何利用上下文建模方法對上下文數(shù)據(jù)源進行查找和訪問，這是由于每一個系統(tǒng)或者模型框架使用過程中都有自己特有的格式對上下文信息進行描述，并利用獨有的訪問機制進行信息訪問。因此，設(shè)計一種可用的、可擴展的、標準的格式對異構(gòu)上下文信息進行表示，可以有效地將上下文感知系統(tǒng)研究的重點從上下文資源和用戶之間交流的研究，轉(zhuǎn)移到有價值的情境服務(wù)研究上。上下文建模是上下文感知的基礎(chǔ)，因此應(yīng)當在滿足上下文的功能需求的基礎(chǔ)上進行建模，其需求主要表現(xiàn)在應(yīng)用性、信息分析性、推理性、可存儲性、動態(tài)性以及正確性等方面。

目前，已經(jīng)有許多文獻對現(xiàn)有的上下建模方法進行了總結(jié)，其中常見的建模方法［5，6］主要有以下幾種：

（1）鍵-值模型（Key-Value Model）；

（2）標記Schema模型（Markup Schema Model）；

（3）面向?qū)ο竽Ｐ停∣bject Oriented Model）；

（4）圖模型（Graphical Model）；

（5）基于邏輯模型（Logic-Basic Model）；

（6）空間模型（Spatialmodels of contextinformation）；

（7）基于本體的模型（Ontology-Based Model）。

基于本體的模型是將本體理論引入到上下文概念與關(guān)系的描述中，并可以為多種用途的邏輯推理提供有效的模型表示方法［7］。本體具有超強的概念和關(guān)系表達能力，其形式化程度較高，可以利用本體推理機和構(gòu)建的推理規(guī)則進行推理得到低級的動態(tài)上下文，同時本體的重用性也較高；本體模型的構(gòu)建與面向?qū)ο竽Ｐ偷膶ο蠓庋b方法較類似，因此基于本體的建模具有面向?qū)ο蠼７椒ǖ膬?yōu)點；本體作為語義網(wǎng)的核心理論，除了在形式化能力、語言表達能力和推理能力方面的優(yōu)勢，對于上下文的概念和概念之間的關(guān)系也可以有效的進行描述。綜上，基于本體的模型已經(jīng)成為上下文建模的核心方法，本研究主要集中在建筑信息上下文建模和推理規(guī)則定義兩方面。根據(jù)所建立的本體組織結(jié)構(gòu)方法來說，本文選取基于領(lǐng)域建模方法。

2 基于本體的建筑信息上下文建模

2.1 方法概述

現(xiàn)有的建筑信息通過引入上下文感知服務(wù)，可以更好地解決建筑本體語義模糊，系統(tǒng)檢索效率和用戶滿意度差等問題［8］。因此，將上下文信息融入到建筑信息模型中是最為重要的方面之一，利用上下文信息進行本體建?？梢愿鼫蚀_地描述信息，便于建筑信息的管理。

利用上下文信息進行建模，需要滿足上述提出的功能需求，同時由于上下文信息的動態(tài)性，因此在建模過程中，應(yīng)當充分考慮建筑施工過程中工程變更等問題。為了能夠更好地構(gòu)建上下文本體，需要結(jié)合工程項目各個階段搜集到的信息，也就是說，所構(gòu)建的上下文本體可用于建筑領(lǐng)域的各個方面。該本體的構(gòu)建為信息交換提高了重用性，同時減少了模型表達和解析的計算次數(shù)。因此本文提出的基于本體的信息上下文模型，是利用通用概念以及上下文基本概念進行構(gòu)建，并支持上下文信息的交換，該本體為上層本體（基礎(chǔ)本體）。

由于所構(gòu)建的基礎(chǔ)本體信息量較大，且工程變更較快，因此所構(gòu)建的基礎(chǔ)本體很難直接解析或者使用，是一個通用模型。針對一個特定的案例時，則需要利用更加具體的信息進行說明。因此，在所構(gòu)建上層本體的基礎(chǔ)上，構(gòu)建針對特定情況的任務(wù)本體進行具體說明，該任務(wù)本體是在基礎(chǔ)本體的基礎(chǔ)上拓展而來，是對具體領(lǐng)域更細節(jié)的描述［9］。

該模型所創(chuàng)建的本體分為三個層次，上下文模型（Context Model）、狀態(tài)上下文模型（State Context Model）、情況上下文模型（Situation Context Model）組成，也就是從通用環(huán)境到具體環(huán)境的過程，如圖1所示，其主要構(gòu)建步驟總結(jié)如下：

圖1 建筑信息上下文建模步驟

首先考慮上下文本體所需的信息，這些高層上下文，也可稱作上層本體（Upper Ontology），作為基本的系統(tǒng)信息，其來源于物理層（Physical Sensors）［4］，該信息一般是在建筑領(lǐng)域本體中都適用的對象，因此需要收集上述信息進行上下文本體模型構(gòu)建，該模型應(yīng)當能夠體現(xiàn)建筑上下文信息及一般的上下文信息特點。通過對上述模型的進一步解析，可以在不同施工過程中實現(xiàn)上下文信息交互。

其次由于信息來源廣泛，且其信息更新較快，動態(tài)性較強，因此上下文模型表達能力有限，利用OWL-DL［10］進行本體推理也存在一定的性能問題，很難對其進行解析或直接使用，需要在高層上下文的基礎(chǔ)上增加狀態(tài)上下文模型，將離散信息進行整合，并利用規(guī)則定義進行推理。

第三，情況［11］可以作為當前環(huán)境的實際狀態(tài)。通過情況的定義可以為上下文模型及狀態(tài)上下文模型提供更加穩(wěn)定、簡單的定義，以快速有效地實現(xiàn)模型推理功能。

2.2 建筑信息上下文本體表示模型

正如上文所述，規(guī)范和具體的上下文信息模型構(gòu)建是一項幾乎不可能完成的任務(wù)，但是針對特定領(lǐng)域的一般概念建模是可行的。因此本文提出利用上層本體進行建筑信息通用概念建模，同時對所構(gòu)建的上層本體特定領(lǐng)域進行拓展。

建筑信息的上層本體是對一般概念進行描述，例如：施工活動、施工對象、位置信息等，并通過通用模型中的概念及概念屬性關(guān)系表示。不同的工程項目和施工人員提出的上下文本體是針對本領(lǐng)域或者本項目的，是上層本體在具體工程項目領(lǐng)域構(gòu)建的任務(wù)本體，因此需要對上層本體進行拓展，構(gòu)建的上層本體由三部分組成：用戶上下文、工程上下文，信息項。

其中，用戶上下文是訪問建筑信息用戶的集合，這些信息可以包括簡單的用戶名稱、用戶偏好、用戶位置等信息；工程上下文包括現(xiàn)在工程的狀態(tài)，以及全過程施工情況，包括在過去、進行、未來的所有的相關(guān)活動，以及相關(guān)事件、工程活動的起始時間等；信息項作為上下文本體中所涉及的基本信息的提供者，是建筑施工過程中所有信息的集合，包含建筑領(lǐng)域一般的信息，可以是文檔，可以是指令，可以是實例信息等，因此該模型的定義可以很好地解決各個模型之間的數(shù)據(jù)離散問題，是系統(tǒng)中各應(yīng)用模型所能提供信息的集合。

2.3 建筑信息上層本體構(gòu)建

在建筑信息上下文本體構(gòu)建之初，需要保證所構(gòu)建本體的可應(yīng)用性，因此上層本體的構(gòu)建是利用建筑領(lǐng)域的基本概念進行類及類屬性關(guān)系的定義，這些類及關(guān)系的定義可以較好地應(yīng)用于建筑領(lǐng)域各個分支［12］。

上層本體構(gòu)建所需的類及其子類概念是利用建筑領(lǐng)域可收集到的建筑標準，施工文檔，以及CSI標準分類等，且其內(nèi)部的部分關(guān)系借鑒作者另一研究建筑估算本體［13］框架基礎(chǔ)上進行定義的。

2.3.1 用戶上下文

用戶上下文本體是指在施工過程中需要考慮的涉及各相關(guān)用戶情況實體和概念的上下文表示，是對用戶在建筑信息系統(tǒng)中具體情況和相互關(guān)系的具體描述。其信息來源于需要訪問系統(tǒng)的終端用戶，包括用戶位置，用戶偏好，用戶權(quán)限等相關(guān)信息，用戶上下文由以下基本部分組成：

（1）User Actor，即用戶，訪問系統(tǒng)的個體，可以是工程人員，工程師，工人，供應(yīng)商等；

（2）User Role，即用戶角色，用戶在工程中所承擔(dān)的角色，是具有決定信息傳遞作用，通過類用戶權(quán)限及其定義的屬性關(guān)系進行定義；

（3）User Permission，即用戶權(quán)限，即在施工過程中，用戶可訪問建筑系統(tǒng)信息的權(quán)利；

（5）User Responsibility，即用戶責(zé)任，指建設(shè)項目在投資、設(shè)計、施工、運營維護等階段，用戶所負責(zé)的工程活動或者資源的能力；

（6）Access Device，即訪問設(shè)備，是用戶訪問系統(tǒng)所使用的設(shè)備，包括PC機，手機，終端，Pad等；

（7）Location，即位置，包括絕對位置（Absolute Location）和相對位置（Relative Location），其中絕對位置指的是工程或者用戶的空間位置，例如GPS和GIS所獲得的地理信息數(shù)據(jù)；相對位置則是指物體的相對距離信息；

（8）User Status，即用戶狀態(tài)，該類用來表示用戶工作的狀態(tài)。

2.3.2 工程上下文

工程上下文本體表示的是在建設(shè)項目從立項到運營維護過程中，用來描述所有工程信息的集合。主要包括三部分：首先是建設(shè)項目過去、現(xiàn)在以及未來的施工活動，包含項目實施全周期的施工活動；其次是包括建設(shè)項目中所涉及與消耗的資源；第三是在項目實施過程中可能出現(xiàn)的各種事件，包括可預(yù)期和不可預(yù)期的突發(fā)事件等。上述內(nèi)容構(gòu)成了所要構(gòu)建的工程上下文的主要內(nèi)容，該內(nèi)容既考慮了工程施工工序的特點，也考慮到了在工程變更過程中可能遇到的各種突發(fā)事件的情況。因此，工程上下文是通過工程項目中各階段不同的施工活動中所收集的信息構(gòu)建的。為了能夠更好地進行表示和推理，提高模型的準確性和效率，需要將上述的工程上下文本體進行拓展，下面是所提出的工程上下文本體主要內(nèi)容：

（1）Construction Activity，即工程活動，是指過去、現(xiàn)在以及將來的工程活動，該類是工程上下文的核心類；

（2）Construction Status，即工程狀態(tài)，是指建設(shè)項目各個工程活動所處的狀態(tài)，包括正在進行、停工、取消等；

（3）Construction Result，即工程成果，在工程實施過程中，各種工程活動所帶來的結(jié)果；

（4）Construction Resource，即工程資源，是在建設(shè)項目全壽命期中，各工程活動所需的各種資源的綜合，包括財力、人力，技術(shù)、材料、機器等；

（5）Construction Event，即工程事件，該事件與工程活動不同，是面向用戶的事件。

2.4 狀態(tài)上下文

上文所描述的上下文是基于用戶上下文和工程上下文來說的，兩者都屬于上層本體，該模型數(shù)據(jù)更新需要通過用戶手動進行。由于上層本體的構(gòu)建不能較好地解決本體模型構(gòu)建的動態(tài)性需求，因此需要加入動態(tài)信息，才能更好地為上下文建模查詢服務(wù)。在建筑工程實施過程中，需要獲取當前工程狀態(tài)信息以及其相應(yīng)的用戶狀態(tài)信息，進而進行查詢，如果想要保證準確的狀態(tài)信息支持，需要有相應(yīng)的類及屬性來定義相應(yīng)的動態(tài)信息。在建筑信息上下文本體的具體實施過程中，如果以簡單概念來描述多樣復(fù)雜的類及屬性的情況下，此時一個概念可能包含數(shù)十個乃至更多的個體，使得上層本體計算量大，推理復(fù)雜，增加了工作量，同時正確信息的獲得也變得困難。

因此，在上層本體構(gòu)建的基礎(chǔ)上，構(gòu)建狀態(tài)上下文模型，進一步對上層本體進行解釋，將上層本體的概念劃分為用戶狀態(tài)上下文、工程狀態(tài)上下文。這兩個概念的引入可以更好地將基礎(chǔ)概念進行細化分類，為狀態(tài)信息提供了更為詳細的預(yù)定義。在定義過程中，需要綜合領(lǐng)域相關(guān)專家意見預(yù)先定義類及其屬性關(guān)系，以便利用規(guī)則將任務(wù)本體與上層本體進行關(guān)聯(lián)并推理。當類、屬性關(guān)系定義完善后，在工程進行中，利用規(guī)則激活狀態(tài)上下文后，特定的用戶或者工程需要利用信息項將命令傳遞給下一個子類，完成信息的傳遞。

2.5 情況上下文

本研究的目的是利用工程信息上下文建模為相關(guān)用戶提供合適而準確的信息。然而給定的上下文定義是普遍有所爭議的，一些科學(xué)家認為上下文環(huán)境信息是一個敏感的話題，Greenberg［14］認為很難甚至不可能將所有的上下文信息列舉出來，另外無法準確指出哪些信息能夠確定實際的狀態(tài)。由于缺乏精確的信息，系統(tǒng)不能根據(jù)狀態(tài)采取適當?shù)幕顒?，因此很多人認為上下文感知很難實現(xiàn)。目前，上下文信息建模已經(jīng)在許多方面成功實施，這些方法大多是在具體領(lǐng)域的具體應(yīng)用，因此屬于封閉世界假設(shè)，通過上下文模型可以利用必要的上下文狀態(tài)向用戶提供服務(wù)。依賴于這些具體領(lǐng)域的應(yīng)用方法，雖然解決了部分問題，但在封閉世界假設(shè)中，其上下文狀態(tài)信息的數(shù)量是有限的，因此需要利用本體對具體信息進行分析。為了使用戶能夠理解系統(tǒng)提供的信息，對系統(tǒng)信息進行情況定義，可以有效地幫助用戶了解在建筑工程施工過程中哪些信息對自己是重要的。然而，現(xiàn)有用戶在信息系統(tǒng)使用過程中，由于不能理解相關(guān)的上下文信息具體情況，所以不能找到相應(yīng)的信息。

本文引入情況（Situation）［15］對上下文狀態(tài)進行具體的解析，將信息放到上下文中以用來對用戶解釋具體的情況。情況作為環(huán)境中外部第一層上下文解析，可以作為狀態(tài)上下文的表示。作為一個完整的語義單位，情況在系統(tǒng)行為的確定方面是至關(guān)重要的，有利于系統(tǒng)行為的定義，使得上下文信息動態(tài)透明，因此，一個有效的上下文感知系統(tǒng)往往是趨向于情況感知（Situation-Aware）的。本文的建筑信息上下文模型架構(gòu)如圖2所示。

圖2 建筑信息上下文模型架構(gòu)

3 案例研究

上文所述的上層本體模型已經(jīng)對建筑領(lǐng)域的通用信息進行了描述，但是針對特定工程項目時，需要將上層本體模型進行擴展，通過對新的類、屬性及其相關(guān)規(guī)則進行定義［16］，本節(jié)根據(jù)特定案例對建筑信息上下文模型擴展進行說明。在工量估算過程中需要根據(jù)工程圖，或者說明書繪制詳細工程圖，在建設(shè)過程中這些詳細而大量的信息對工程人員進行工程活動是十分有價值的。因此需要將一個工作所包含的全部內(nèi)容，進行羅列，做到清晰易讀的形式，以便于進行檢查，確保計算的準確性。

本文以小型加油站建設(shè)為例［17］說明項目全過程，圖3說明了該項目（一個典型的小型房屋建造項目）可分解的工序。首先需要考察整個項目的全過程，第一步是現(xiàn)場動員；然后是現(xiàn)場準備和開挖；第三是基礎(chǔ)混凝土澆筑，當基礎(chǔ)達到一定強度后，房屋結(jié)構(gòu)開始施工；結(jié)構(gòu)封頂之前是不能澆筑地面混凝土的，結(jié)構(gòu)封頂之后室內(nèi)的各項任務(wù)就可以不受氣候影響，各房屋的地面混凝土就可以澆筑了；同時，外裝修（如外墻貼磚）也可以進行；當內(nèi)部地面完工時，內(nèi)裝修（如內(nèi)墻、電器及機械設(shè)備等）也可以進行。各項任務(wù)可以進一步細分成更小的單項工作，便于做詳細的計劃。本文利用免費的開源平臺Protégé構(gòu)建了基于本體的領(lǐng)域模型。

圖3 小型加油站建設(shè)工程活動流程

3.1 上層本體拓展

為了能夠?qū)μ岢龅陌咐M行系統(tǒng)分析，本文在小型加油站實例的基礎(chǔ)上，需要考慮在工程實施過程中各個因素對活動的影響，有時還要考慮到其他工程實施對其的影響，因此在小型加油站建設(shè)過程中，需要考慮整個大環(huán)境因素的影響。在上文構(gòu)建的上層本體基礎(chǔ)上，對其上下文環(huán)境進行建模，同時，在考慮工程自身環(huán)境的情況前提下，還要考慮其與其他工程環(huán)境的信息交換行為，這些導(dǎo)致本體模型的構(gòu)建較為復(fù)雜，使得建模較為困難。因此該案例中，在對建筑信息上下文進行擴展的前提下，只考慮建筑因素本身的問題，暫不考慮其他非工程因素的影響，通過對施工過程的各個流程分析與專家采訪等形式，對上層本體進行擴展。本體擴展流程主要為三步：首先是建立工程上下文本體的類描述，該描述需要在上層本體已建的前提下，通過對案例分析，將工程上下文和用戶上下文分別根據(jù)實際情況進行建模，使其符合案例的特點；其次是在各個類及其子類構(gòu)建完善的基礎(chǔ)上，定義其類之間的屬性關(guān)系，部分對象屬性如表1所示；第三，建立關(guān)系和公理。在上述類和關(guān)系構(gòu)建完善的基礎(chǔ)上，構(gòu)建領(lǐng)域規(guī)則，規(guī)則示例如圖5所示，構(gòu)建小型加油站建設(shè)工程本體類及關(guān)系如圖4所示。

圖4 小型加油站建設(shè)工程本體關(guān)系

表1 基于本體的建筑信息上下文屬性關(guān)系

圖5 Protégé屬性斷言及其推理結(jié)果

3.2 案例驗證

在上述案例本體構(gòu)建完善后，當工程實施過程中，如果基礎(chǔ)施工活動（FoundationConstruction Activity）的工程狀態(tài)（ConstructionStatus）按照工程規(guī)劃進行，即按照實際進行（OngoingAsActual）施工，利用SWRL［18］推理規(guī)則推理后，結(jié)果顯示如圖5所示，圖中Rules為推理規(guī)則，高亮顯示為工作狀態(tài)為OngoingAsActual的推理結(jié)果。此時，工程實施過程中，通過下面的規(guī)則可以觸發(fā)相應(yīng)的工程狀態(tài)（Construction Status）。

hasConstructionStatus （FoundationConstruction1，OngoingAsActual），describedBy（FoundationConstruction1，F(xiàn)oundationConstructionItem1）-＞ isRelatedTo （FoundationConstructionItem1，F(xiàn)oundationConstructionOngoingAsActual）

如果工程活動（ConstructionActivity）的實例基礎(chǔ)施工（FoundationConstruction1）的現(xiàn)在狀態(tài)（hasConstructionStatus）為按實際進行（OngoingAs-Actual）時，并且可以通過基礎(chǔ)施工項（Foundation-ConstructionItem1）對其進行描述，那么相應(yīng)的ConstructionState將會被激活，此時，F(xiàn)oundation-Construction1可以通過 FoundationConstruction-Item1進行描述，其結(jié)果表明FoundationConstructionItem1與信息項實例FoundationConstructionOngoingAsActual是isRelatedTo，同時由于對象屬性describedBy和 isRelatedTo為互逆關(guān)系（Inverse Of），因此經(jīng)過所定義的規(guī)則推理后，其結(jié)果顯示按實際進行的基礎(chǔ)施工（FoundationConstruction-OngoingAsActual）與基礎(chǔ)施工項（FoundationConstructionItem1）通過對象屬性describedBy描述，其推理結(jié)果如圖6、圖7所示。

圖6 基礎(chǔ)施工狀態(tài)發(fā)生改變時信息項的推理結(jié)果

圖7 基礎(chǔ)施工狀態(tài)發(fā)生改變時建筑工程狀態(tài)推理結(jié)果

當該基礎(chǔ)施工工程狀態(tài)發(fā)生變化，如停工、工期延長等，將對其相應(yīng)的下游工序活動，如結(jié)構(gòu)施工、屋頂施工及室內(nèi)地面施工等產(chǎn)生影響。工程發(fā)生變更時，相應(yīng)的工程狀態(tài)被激活，也就需要正在工作的用戶有責(zé)任對新產(chǎn)生的施工活動進行指導(dǎo)，以及對活動所涉及的資源進行控制。當前工程用戶的工作需要在現(xiàn)有約定工作時間的基礎(chǔ)上進行超時工作（Overtime Work），引起用戶情況的變化如圖8所示。從圖中可以看出，當用戶（BuildingMaterialSupplier1）超時工作時，會對后續(xù)（isSubordinateOf）工作人員（ResourceSupplier）的工作時間有所影響。因此，在發(fā)生變化后，需要根據(jù)相應(yīng)的推理結(jié)果，對工序、工程資源、人員等進行調(diào)整，使工程更加高效地實施。

圖8 基礎(chǔ)施工狀態(tài)改變后用戶情況影響

3.3 小結(jié)

傳統(tǒng)的建筑施工過程是一種典型的事后控制模式，這種工作模式常常會帶來成本浪費、手工處理建筑數(shù)據(jù)、信息反饋滯后等問題。本文構(gòu)建的基于本體的建筑信息上下文模型可以有效地縮短時間和避免施工過程中工程發(fā)生變更時的響應(yīng)滯后問題，同時可根據(jù)推理出的結(jié)果對工程實施做出具體有效的調(diào)整。

（1）工程與用戶信息建模

本文在分析現(xiàn)有工程與用戶實際的基礎(chǔ)上，構(gòu)建的本體模型是依據(jù)現(xiàn)有用戶標準、工程需求制定，并設(shè)置了相關(guān)的評價規(guī)則。在具體工程的背景條件下，對狀態(tài)上下文與情況上下文進行擴展，并制定針對案例的具體規(guī)則。由于在工程進行過程中，對模型進行了擴充，為工程管理與決策部門提供了工程動態(tài)信息，同時也實現(xiàn)了工程與用戶關(guān)聯(lián)，可實現(xiàn)工程的總體控制與實時反饋控制，便于對工程的改進和過程控制。3.1節(jié)針對小型加油站建設(shè)為例，構(gòu)建了具體的基于本體的小型加油站上下文模型，并根據(jù)工程實際對模型進行了擴展。一旦工程/用戶狀態(tài)發(fā)生變化，通過本文所提出的模型和規(guī)則定義，進行推理，得出在狀態(tài)發(fā)生變化時，其對工程的影響，可以在一定程度上實現(xiàn)工程的動態(tài)控制與資源配置，解決一定的工程問題。

（2）計劃與進度管理控制

文中3.2部分已經(jīng)對工程/用戶狀態(tài)發(fā)生變化時，對工序或者用戶工作的影響進行了簡要的分析。例如，當施工過程中某一階段工作由于時間或者機械設(shè)備等原因而落后于工程計劃，此時會對該階段的后續(xù)工程以及相關(guān)的用戶等產(chǎn)生影響，造成成本流失，或者工期滯后。在此情況下，利用本文所構(gòu)建的模型可以隨時對工程進行監(jiān)控，掌握工程動態(tài)信息，可以幫助工程管理者更好地對資源、設(shè)備等計劃進行調(diào)整。

4 結(jié) 語

本文提出的基于本體的上下文模型解決了建筑信息各個活動查詢過程中信息的準確性及復(fù)雜信息環(huán)境中的情境等問題。該方法的提出是利用具體的建筑領(lǐng)域上下文及用戶上下文為基礎(chǔ)進行構(gòu)建，主要包含兩部分：首先利用建筑領(lǐng)域涉及的建筑信息、用戶信息，構(gòu)建基于本體的上下文模型，該模型為通用概念以及上下文概念構(gòu)建的上層本體，通過信息項的建立實現(xiàn)上下文信息的交換；其次通過上下文模型的具體擴展，在具體的工程狀態(tài)或用戶狀態(tài)的條件下，利用SWRL構(gòu)建任務(wù)本體，可較好地解決上下文本體的語義模糊問題，同時具體領(lǐng)域的上下文信息應(yīng)用，可以有效地提高用戶信息查詢效率，以及有效地對工程信息進行動態(tài)管理。

在本文研究的基礎(chǔ)上，還存在一些需要以后解決的問題：由于經(jīng)驗所限本文所構(gòu)建的本體框架結(jié)構(gòu)較為簡單，實例和關(guān)系的定義不夠全面；其次如何將本文構(gòu)建的上下文模型與具體的工程本體結(jié)合，例如成本估算本體，也是研究的重點；第三是在本體構(gòu)建及推理過程中，缺乏定量數(shù)據(jù)支持。以上這些問題都需要我們在今后的研究中進行補充。

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Ontology-based Approach to Context M odeling for Construction Information

LIU Xin，LIZhong-fu，JIANG Shao-hua
（Department of Construction Management，Dalian University of Technology，Dalian 116024，China）

To solve the problems of inefficientutilization，difficult information sharing and reuse about construction information， this paper introduces context to ontology model， and builds an ontology-based contextmodel for construction information.The proposedmodel can quickly effectively manage construction information.The contextmodel includes two separate processes：contextmodel definition and verification process，and an engineering of the small gas station construction is provided to illuminate.First，the context ontology model is built by Protégé.Then the knowledge model is listed by OWL axiom and SWRL rules.Finally，the paper discusses the challenges for context modeling and reasoning，and presents a case study to demonstrate the advantage of the proposed ontology-based context model.The verified result shows that the proposed approach contributes to manage construction information，infer construction information quickly and effectively，increase the effectiveness of schedulemanagement and provide better support for schedulemanagement.

ontology；contextmodeling；user context；construction context；rule

r P

，即用戶偏好，是用戶根據(jù)其在工程中所承擔(dān)的角色進行系統(tǒng)訪問的偏好設(shè)置；

TU17

A

2095-0985（2016）04-0094-08

2015-11-30

2016-01-14

劉 欣（1984-），女，黑龍江鶴崗人，博士研究生，研究方向為建筑信息管理與3S技術(shù)（Email：siyanxiaoxin@126.com）

國家自然科學(xué)基金（51178084）