基于本体的建筑施工能耗控制研究

谭雪瑶

摘要：传统的建筑施工能耗控制对知识、经验的共享与重用不足，对已有低能耗案例利用率低。将本体方法运用在建筑施工能耗控制领域，对知识进行规范表示，对案例进行统一表达，建立本体案例库。改进传统的对象属性相似度计算方法，通过案例检索获取能耗控制方法，并进行实例验证。结果表明，该模型能够快速、准确地获取能耗控制方法，有利于建筑施工能耗控制领域知识、经验的共享与重用，具有较强的理论与实用价值。

Abstract： The traditional way of controlling construction energy consumption is lack of sharing and reuse of knowledge and experience. The utilization rate of low-energy construction cases is low. In this paper， the method of ontology is used in the field of construction energy consumption controlling to express knowledge and cases， and an ontology-case library is established. Traditional way to calculate the object properties' similarity is optimized. The way to control construction energy consumption is given by case searching. An example is used in this model， improving that the model can get the way of controlling construction energy consumption quickly and accurately. This model is advantageous to the sharing and reuse of knowledge and experience， and has strong theoretical and practical value.

關键词：本体；建筑施工能耗；案例检索；相似度

Key words： ontology；construction energy consumption；case searching；similarity

中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）11-0198-03

0 引言

建筑施工能耗是指建筑施工企业在整个施工过程中为完成单位合格产品所消耗的能源数量，主要包含建材或构件加工能耗、施工运输能耗和施工过程能耗[1]。传统的建筑施工能耗控制依赖现场施工和管理人员的经验，难以实现经验的共享和重用[2]。本体能够对领域的知识进行规范化描述[3，4]，并在此基础上进行实例的存储、共享和重用[5]。因此提出用本体方法对建筑施工能耗控制领域知识进行规范化表示，建立已完工程施工能耗控制本体案例库，在本体案例库中检索与拟建项目相似度最高的案例，借鉴相似案例的能耗控制经验，制定拟建项目的能耗控制措施，实现拟建工程施工能耗的合理控制。

1 建筑施工能耗控制本体模型的构建

1.1 建筑施工能耗的影响因素分析

建筑施工过程中影响施工能耗水平的因素众多，如自然环境的好坏、施工机械的种类与新度、水文地质条件、施工管理水平及工人技术水平的高低[6，7]等。以土方工程为例，挖掘一类土时施工能耗比较低；挖掘四类土时施工能耗比较高[8]。

1.2 建筑施工能耗控制本体的构成

建筑施工能耗控制本体模型采用五元结构CECO={C，R，F，I，A}，在上述施工能耗影响因素分析基础上，结合建筑施工特点，对施工能耗本体建模元描述如下：

①C：概念集合。1）项目信息术语，包括工程类别、参建单位、建设地点等；2）自然环境术语，包括土壤类别、气温、海拔等；3）施工管理术语，包括施工管理水平、组织结构形式；4）施工技术术语，包括施工方案、工人技术水平等；5）述施工机械术语，包括机械种类、机械新度等；6）施工能耗术语，包括施工材料加工能耗、施工运输能耗、施工过程能耗。7）能耗控制措施术语，包括施工前控制、施工控制等。

②R：概念间的分类关系集合，对象属性（Object Properties）关系和数据属性（Data Properties）关系。对象属性表示概念或实例之间的关系，如父类关系（Super Class Of）、实例关系（Instance Of）等；数据属性表示概念或实例与基本的数据类型（int、short等）之间的关系，包括海拔高度、施工过程能耗量等。

③F：函数，概念之间的非分类关系集合，如施工总能耗量=∑分部分项工程量×单位工程量的施工能耗量。

④I：建筑施工能耗工程实例集合，概念的具体表现，如黄土为一类土的一个实例。

⑤A：公理集合，约束概念、属性、实例之间关系的公认正确命题，如“土壤坚硬程度与施工能耗量成正比关系”。

1.3 建筑施工能耗控制本体模型的构建实例

将“建筑施工能耗本体”设为最顶级概念，作为本体结构的根节点，并向下逐层建立子类及实例，应用Protégé4.2构建部分本体模型如图1所示（以土方工程为例）。

2 基于本体模型的案例检索

2.1 案例检索原理

本体模型构建完成后，使用本体模型对低能耗案例进行统一表达，形成本体案例库。拟建项目（即问题案例）出现时，将其与案例库中各案例相似度比对，寻找相似度最高的案例作为最优解案例，输出其节能措施，即可为问题案例的能耗控制提供参考。同时，问题案例作为新案例存储入案例库。

2.2 案例检索方法

案例的属性根据其可否计量分为两类：对象属性和数据属性。对两类属性运用不同规则，确定其相似度、权重，即可得到案例之间的相似度，实现案例检索。

①数据属性相似度。

2.3 实例应用

某基坑开挖工程，基坑挖深5.5m，开挖面积约为151.5m2。根据地质勘探报告，基坑开挖的土壤为黄土，地下水在地面下1.5m，拟采用轻型井点降水法降低地下水位，并用土钉墙对基坑进行支护。土方开挖采用机械挖装，自卸汽车外运，辅以人工挖土与修土。施工场地距离最近的堆土场5.3公里。现需根据已有本体案例库制定相应节能措施。

假设本体案例库中已存入5个案例，问题案例及案例库中5案例的属性如表1所示。

①属性间相似度的计算。

因此选择案例三作为案例匹配结果，调取其施工能耗控制措施作为参考：提高现场管理水平及施工人员素质；对施工机械操作人员定期进行培训、指导；制定施工机械操作规程，出现异常及时排除；保持施工机械清洁，加强保养，及时调整、紧固松动的零部件，降低磨损和破坏。

3 结论

①建筑施工能耗控制领域涉及概念和影响因素众多，本体方法能对其进行清晰和科学的表达，提供规范和统一的描述。

②本体模型和本体案例库的构建，使能耗控制不再简单依赖现场施工和管理人员的经验，为建筑施工能耗控制領域知识、经验的共享与重用提供基础。

③在本体案例库中进行案例检索，提高了对已有的建筑施工低能耗案例的利用率，对象属性相似度计算方法的改进使案例检索过程更趋合理。

参考文献：

[1]许伟，徐伟，李帼昌.建筑建造能耗分析[J].施工技术，2014，43（16）：74-77.

[2]Hendro Wicaksono， Fabian Jost， Sven Rogalski， Jivka Ovtcharova. Energy efficiency evaluation in manufacturing through an ontology represented knowledge base[J]. Intell， 2014， 21 （1）：59-69.

[3]王重洋，邱炳文，龙荣，等.基于本体案例推理与规则推理的土地利用空间布局研究[J].资源科，2013，35（2）：363-361.

[4]冯博，王雪青.中国各省建筑业碳排放脱钩及影响因素研究[J].中国人口·资源与环境，2015（4）：28-34.

[5]郭靖.西安市建筑施工能耗标准研究[D].西安：西安建筑科技大学，2012.