建筑標準知識庫系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

芮繼東 楊道仁 楊 碩

(中國建筑標準設(shè)計研究院，北京 100048)

1 引言

隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展和政府新農(nóng)村建設(shè)的優(yōu)惠政策的實施，我國村鎮(zhèn)住宅建設(shè)量巨大，投資總量逐年遞增。然而，村鎮(zhèn)住宅的設(shè)計在村鎮(zhèn)住宅建設(shè)過程中一直是比較薄弱的環(huán)節(jié)。很多村鎮(zhèn)住宅根本就沒有系統(tǒng)的設(shè)計，直接由農(nóng)民施工隊自搭自建。他們或是模仿、照搬其它建好的住宅、或是憑以往建設(shè)經(jīng)驗進行施工。

由于缺乏系統(tǒng)的住宅設(shè)計，使得村鎮(zhèn)住宅建設(shè)過程中存在諸多問題，如缺乏統(tǒng)一規(guī)劃、布局不合理、使用不夠方便、美感欠缺，甚至存在很多安全隱患。因此，培訓村鎮(zhèn)住宅設(shè)計隊伍，提高村鎮(zhèn)住宅設(shè)計水平，是提高村鎮(zhèn)住宅建設(shè)質(zhì)量，提高廣大村鎮(zhèn)人口生活、居住質(zhì)量的有效途徑。

國家“十一五”科技支撐計劃研究課題《村鎮(zhèn)住宅建筑設(shè)計模塊化技術(shù)與軟件開發(fā)》旨在研究開發(fā)適合村鎮(zhèn)住宅設(shè)計的智能化建筑設(shè)計軟件，指導村鎮(zhèn)住宅設(shè)計。建筑標準知識庫系統(tǒng)是該課題的研究內(nèi)容之一，知識庫的建立，將作為村鎮(zhèn)住宅模塊化計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)“三維建筑設(shè)計軟件支撐系統(tǒng)平臺”的決策支持系統(tǒng)，為村鎮(zhèn)住宅設(shè)計人員提供簡便、易于操作、功能強大的技術(shù)支持。解決村鎮(zhèn)住宅設(shè)計隊伍專業(yè)知識匱乏、設(shè)計參考資料不足的實際問題。

2 建筑標準知識庫系統(tǒng)設(shè)計理念

規(guī)范、規(guī)程、技術(shù)措施，是建筑設(shè)計師在從事工程設(shè)計項目時的重要技術(shù)依據(jù)，作為一名有著較高職業(yè)素養(yǎng)的建筑設(shè)計師，首先需要經(jīng)受過一定時間的專業(yè)技術(shù)學習，同時了解、掌握各種相關(guān)規(guī)范、標準、標準圖及技術(shù)措施的相關(guān)技術(shù)要求，并時刻關(guān)注著相關(guān)條文的修改變化。在長期的設(shè)計實踐中，建筑師已將相關(guān)的規(guī)范條文熟記于心，他們在設(shè)計某建筑對象時，大腦里會涌現(xiàn)出各種相關(guān)的標準、技術(shù)要求，即使有些條款一時有些模糊，他們也能夠迅速在相關(guān)資料上查到確切內(nèi)容。

然而基層的村鎮(zhèn)住宅設(shè)計隊伍卻是另外一種景象，他們往往未接受過嚴格的正規(guī)職業(yè)培訓，他們?nèi)藛T分散，缺乏交流機會，他們手上資料不多，信息不暢，也缺乏獲取資料的有效途徑。那么如何讓這些水平參差不齊的設(shè)計人員在進行村鎮(zhèn)住宅設(shè)計時，也能像正規(guī)的建筑設(shè)計師那樣將與設(shè)計對象相關(guān)的規(guī)范、規(guī)程、標準、措施上的條文歸納、匯總到一起，供設(shè)計參考呢?建筑標準知識庫系統(tǒng)的設(shè)計正是基于這個理念，通過建筑標準知識庫系統(tǒng)的建立，讓建筑設(shè)計專家腦海中的知識、智慧實實在在展示出來，讓基層的村莊住宅設(shè)計人員能夠通過這套系統(tǒng)去分享專家的成果。

首先，建筑設(shè)計專家從浩如煙海的各種規(guī)范、標準、規(guī)程、措施、標準圖中收集、篩選與村鎮(zhèn)住宅設(shè)計相關(guān)的條文及標準設(shè)計圖集，然后對這些條文、圖集資料進行整理、歸納、編碼，再通過后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)上傳到數(shù)據(jù)庫中。作為本系統(tǒng)的最終用戶，只需登錄系統(tǒng)，即可分享設(shè)計專家的經(jīng)驗。

3 建筑標準知識庫設(shè)計

建筑標準知識庫中知識單元包括條文單元及標準圖單元。每個單元除單元本身的內(nèi)容外，都需要包含屬性包括來源、分類、專業(yè)、功能作用、建筑部位等。數(shù)據(jù)庫主要數(shù)據(jù)表包括專業(yè)分類表，描述規(guī)范條文所屬專業(yè);標準分類表，描述條文所屬類型，既規(guī)范、規(guī)程、標準圖、措施等;條文來源表記錄條文所屬規(guī)范的名稱、代號、主參編部門、批準部門、實施日期、簡介及封面圖片等信息;功能定義表描述條文設(shè)計的功能如抗震、防水、保溫、防潮、防火等;建筑部位定義表描述條文設(shè)計的建筑部位如地基、墻體、門窗、廚房、衛(wèi)生間等;條文記錄表記錄了條文的內(nèi)容、類型、來源、功能、部位、圖片索引等信息。如圖1所示。

作為《村鎮(zhèn)住宅建筑設(shè)計模塊化技術(shù)與軟件開發(fā)》課題中“三維建筑設(shè)計軟件支撐系統(tǒng)平臺”的基礎(chǔ)知識庫系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對住宅建筑設(shè)計的特點，為住宅建筑智能CAD進行了知識庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，定義了系統(tǒng)模型和推理機制，并對設(shè)計結(jié)果的優(yōu)選從理論上和算法上進行了研究;對知識庫系統(tǒng)中的推理機制從推理算法上進行了數(shù)學描述，并對各類建筑相關(guān)知識進行了描述[1]。

建筑標準設(shè)計知識庫系統(tǒng)遵循信息和知識有序化的原則設(shè)計知識庫系統(tǒng)的功能，對現(xiàn)有的建筑標準設(shè)計相關(guān)條文、標準設(shè)計圖等信息和知識進行大規(guī)模的收集和整理，按照一定的方法進行分類保存，并提供相應的檢索手段。經(jīng)過這樣一番處理，大量隱含知識被編碼化和數(shù)字化，信息和知識便從原來的混亂狀態(tài)變得有序化。這樣就方便了信息和知識的檢索，并為有效使用打下了基礎(chǔ)。

4 建筑標準設(shè)計知識庫系統(tǒng)實現(xiàn)

村鎮(zhèn)住宅建筑標準設(shè)計知識庫系統(tǒng)平臺采用B/S軟件架構(gòu)，所有標準設(shè)計單元數(shù)據(jù)庫、標準條文數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一部署在系統(tǒng)提供的服務器群組上。整個平臺分為系統(tǒng)后臺功能部署與管理系統(tǒng)和用戶應用客戶端。系統(tǒng)研發(fā)人員、建筑設(shè)計專家通過平臺后臺管理系統(tǒng)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、應用導航界面進行部署、更新、維護。用戶通過IE瀏覽器進入平臺首頁，經(jīng)過系統(tǒng)認證后即可應用系統(tǒng)提供的村鎮(zhèn)住宅工程設(shè)計指南服務。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

4.1 建筑標準知識庫后臺管理軟件

建筑標準設(shè)計知識庫系統(tǒng)設(shè)計了強大的后臺管理軟件，系統(tǒng)研發(fā)人員、建筑設(shè)計專家可以通過后臺管理軟件部署、更新、維護整個知識庫后臺數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，建立系統(tǒng)用戶的導航目錄。

數(shù)據(jù)類型定義功能，包括專業(yè)類型定義、標準分類定義、功能定義、建筑部位定義。通過這項功能管理人員可以方便地添加、修改各種數(shù)據(jù)類型。

設(shè)計圖庫管理功能，圖庫管理是對系統(tǒng)中其它需要使用的圖片進行統(tǒng)一的管理，以方便維護和更新圖片，可以任意定義圖片類型，建立索引圖。

圖3 導航目錄管理界面

規(guī)范、條文管理功能，建筑師通過規(guī)范、條文管理功能上傳摘錄的規(guī)范條文，并且對條文的各項屬性進行定義，包括條文適用地區(qū)、適用條件、功能范圍、涉及的建筑部位等。

導航目錄管理，通過導航目錄管理功能，系統(tǒng)管理人員可以靈活定制用戶使用界面的導航目錄結(jié)構(gòu)，定義目錄名稱，對條文進行任意分組管理，靈活定義某目錄項的篩選條件。當用戶點取該目錄項時，所有符合定義好的篩選條件的規(guī)范條文、標準圖等從后臺數(shù)據(jù)庫中篩選出來，在IE右側(cè)窗口排列。如圖3所示。

離線創(chuàng)建，為了方便用戶在不能上網(wǎng)的情況下使用該系統(tǒng)，后臺管理軟件提供了離線創(chuàng)建功能。利用該項功能可以隨時將當時的建筑標準知識庫所有內(nèi)容導出，生成離線瀏覽壓縮包。用戶只要將該壓縮包安裝到自己的電腦上，展開壓縮包就可以在IE瀏覽器中使用該系統(tǒng)，無需連接到互聯(lián)網(wǎng)上。

4.2 建筑標準設(shè)計知識庫應用

我國幅員遼闊，農(nóng)村人口相對分散，很多地區(qū)交通不便。如何將最新的實用的技術(shù)迅速普及到農(nóng)村基層的各個角落是本系統(tǒng)需要解決的問題。建筑標準設(shè)計知識庫系統(tǒng)(圖5)采用云計算，云架構(gòu)的概念[2]，很好地解決了這一問題。我們將村鎮(zhèn)住宅建筑標準設(shè)計知識庫平臺——云端，搭建在中國建筑標準設(shè)計研究院提供的服務器上，用戶只要能上網(wǎng)，就可以通過瀏覽器登錄到村鎮(zhèn)住宅模塊化集成應用平臺上(圖4)，即時分享建筑設(shè)計專家精心提煉、匯總的知識經(jīng)驗，并可以通過系統(tǒng)提供的標準設(shè)計庫選用功能輔助進行環(huán)境景觀設(shè)計。

友好的應用界面，拉近了村鎮(zhèn)設(shè)計人員與專業(yè)的建筑師直接的距離。系統(tǒng)開發(fā)人員只需維護、更新設(shè)計平臺服務器上的軟件，所有應用該平臺的設(shè)計人員既可獲得最新的軟件版本。

5 結(jié)論

本文研究內(nèi)容旨在改變目前村鎮(zhèn)住宅建筑設(shè)計標準和環(huán)境景觀設(shè)計資料缺乏，通過建筑標準設(shè)計知識庫系統(tǒng)的開發(fā)，提高村鎮(zhèn)住宅建筑設(shè)計的效率和質(zhì)量，提高村鎮(zhèn)設(shè)計隊伍的綜合素質(zhì)，為村鎮(zhèn)居民提供更好的居住空間，為社會主義新農(nóng)村的建設(shè)做出貢獻，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用，以及各種方式的技術(shù)培訓，為村鎮(zhèn)住宅設(shè)計質(zhì)量的提高儲備了大量人才，社會效益顯著。

同時，村鎮(zhèn)住宅建筑標準設(shè)計知識庫系統(tǒng)作為“三維建筑設(shè)計軟件支撐系統(tǒng)平臺”的基礎(chǔ)知識庫系統(tǒng)，使三維建筑設(shè)計軟件在智能化方面的功能得到了提升。

[1]肖力田，李孟源.住宅建筑的智能CAD中知識庫系統(tǒng)構(gòu)造方法[J].計算機輔助設(shè)計與圖形學學報.2006，18(6):775-780.

[2]周相兵，佘堃，馬洪江，等.一種基于云計算SAAS組裝方法研究[J].小型微型計算機系統(tǒng).2010，31(10):1943-1953.