基于KBimCode的韩国建筑代码语句可视化语言表示方法

计算设计与工程学报6（2019）143可在ScienceDirect上获得目录列表计算设计与工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/jcde用于自动规则检查的基于KBimCode的韩国建筑代码语句的可视化语言表示方法Hayan Kima，Jin-Kook Leea， Jin Shinb，Jungsik Choica大韩民国首尔延世大学室内建筑和建筑环境系b大韩民国京畿道，韩国土木工程和建筑技术研究所c韩国京畿道汉阳大学ERICA智能融合工程系建筑IT融合工程专业阿提奇莱因福奥文章历史记录：2018年4月3日收到收到修订版，2018年7月30日接受，2018年在线发售2018年8月20日保留字：视觉语言BIM（Building Information Modeling）韩国建筑法建筑许可证设计评估A B S T R A C T建筑信息模型（BIM）及其应用程序能够基于3D建筑模型及其相关信息实现自动建筑许可过程。建筑许可过程的一个关键部分是将基于自然语言的建筑法规解释和转换为计算机可读和可执行的格式。由于其他国家和他们的项目已经开发了某种类型的规则翻译方法，KBimCode是KBim应用程序系列的一部分，由韩国政府开发和支持，以在当前的电子提交系统Seumter之上启动一个自动的基于BIM的建筑许可证系统规则翻译过程通常采用计算机硬编码方法，因为它易于实现，并且在使用参数输入表和脚本语言使计算机理解基于自然语言的建筑法规方面已经取得了进展。该项目包括一个步骤，用于开发一种基于逻辑规则的方法，用于将自然语言转换为计算机可执行代码。然而，这项研究的主要贡献是介绍了一种方法来表示这种基于文本的法规使用视觉语言的新手程序员，建筑师和规则审查。本文描述了一种KBimCode视觉语言，它易于编写和直观，因为它使用视觉符号而不是文本编码。©2018计算设计与工程学会Elsevier的出版服务这是一个开放在CC BY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）下访问文章1. 介绍建筑信息建模（BIM）不仅在建筑相关行业得到了研究和应用，而且在工程、施工和设施管理等其他扩展领域也得到了研究和应用。这个强大的基于3D的信息建模和管理平台被用于各个领域，从设计的早期阶段到施工和管理阶段。 BIM应用程序正在积极开发，以进行建筑许可证的规则检查（Eastman，Lee，Jeong，&Lee，2009; Lee，Lee，Park，&Kim，2016; Choi，Choi，&Kim等人， 2014年）。传统的建筑许可证发放流程主要依赖于建筑师和规则专家检查2D图纸和文件。BIM使用计算机辅助设计（CAD），可以惊人地减少花费在现有建筑许可证系统上的时间和成本（Lee，Shim，Ahn，2012）。通过自动化检查，由计算设计与工程学会负责进行同行评审。*通讯作者。电子邮件地址：leejinkook@yonsei.ac.kr（J.-K. Lee），jaeyoungshin@kict.re.kr（J. Shin），jungsikchoi@hanyang.ac.kr（J.Choi）。通过对3D建筑模型及其包含的信息进行处理，计算机立即理解有关建筑物设计的信息&&许多国家执行了一些项目，将与建筑有关的条例如果没有这个规则解释，计算机可能有建筑信息，但它不能判断一个设计是否适合建筑。由于建筑法规因国家而异，因此有数百条法规定义了建筑规则韩国政府还进行了研究，将《韩国建筑法》翻译成计算机可读代码，以建立一个启用BIM的自动联机建筑许可证系统。作为该项目的一部分，包括一个规则解释步骤，将韩语自然语言翻译成计算机可读的建筑代码，称为KBimCode。因此，一个逻辑规则为基础的方法来分析句子，并将其结构成一个计算机可读的格式。翻译后的结果是一种脚本语言，如JAVA或Python，以便计算机可以理解其他国家也在使用BIM执行自己的先进建筑许可证系统等国https://doi.org/10.1016/j.jcde.2018.08.0022288-4300/©2018计算设计与工程学会Elsevier的出版服务这是一个在CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。144H. Kim等人/计算设计与工程学报6（2019）143因为新加坡、美国和澳大利亚已经开始了一个新的时代，利用BIM进行自动化的、完美的行政建筑许可过程。然而，大多数研究都集中在基于脚本这种类型的结果对于用户具有高阈值，用户需要构建规则检查过程，但对基于计算机的过程和编程语言几乎不了解这就导致规则检查过程需要专业人力资源。因此，上述用户总是需要与计算机相关的专家进行规则检查。本文介绍了KBim视觉语言（KBVL），一种基于视觉语言的方法，利用视觉符号来生成计算机可读的建筑代码。如图1所示，KBVL的优点可以概括为它对没有编程知识的用户的高度可接近性，因为它使用了视觉符号，并且由于其用户定义的可视化级别而具有直观性本文介绍并论证了KBVL是如何通过分析句子来识别建筑法规的特征，根据句子的功能和语法特点将句子的组成部分可视化，定义视觉符号之间的关系，并在实际建筑法规上演示KBVL来实现上述优点的。2. 建筑法规2.1. 建筑规范句的构成特点存在各种类型的建筑法规，例如征求建议书（RFP），全球设计指南或建筑法案。这些不同类型的法规需要大量的时间和金钱来确保建筑物满足每一项要求。但是，对于目标对象、检查方法和结果等要素以及它们之间的逻辑关系，规定是恒定的。所有与建筑物相关的法规通常都包括这些内容，以评估建筑物本文通过对韩国建筑法条文的分析，构造了形象化的建筑法规组成部分。韩国建筑法是韩国政府制定的最重要和最基本的法规。所有建筑物都必须符合这些法规才能建造（Yu September，2011）。该法案基本上包括了与建筑物相关的大量问题--设计、结构、材料、消防安全、设施管理等。这些信息不仅直接描述，而且还参考和委托给其他法规。因此，本分析是在了解调节关系的基础上完成的2.2. 建立法规基于文本的信息表示通常使用主过程和连续过程。这种表示方法使得很难弄清楚组件和信息流之间的整体关系。描述这种语言还需要编程语言的特定词汇和语法知识。为了克服这一弱点，基于脚本语言的方法已经成为一种替代方案，因为它使用易于查找和理解的特定领域单词和词汇（Lee，2011）。为了有效地表达信息，出现了一种视觉语言（Whitley，1997）。视觉语言通过视觉符号代表信息流（SprinkleKarsai，2004; Bardohl，2002; Moody，2009）。同时，这种方法支持信息管理和交互式编程（Costagliola，Delucia，Orefice，Polese，2002年）。可视化语言最重要的优势是在面向对象方法中定义组件之间的复杂关系时的直观性（Jung，Jung，Cho，Lho，2014）。通过定义的功能和形状，用户可以直观地了解符号和方法之间的差异，并将它们组合起来。自20世纪90年代以来，人们一直在研究视觉语言，以证明其在各个领域的有效性，例如教育、计算机编程和商业建模。一项研究证明，视觉语言比其他基于脚本语言的方法具有更高的成就和理解水平。在建筑相关领域，视觉语言首先被用来表示-不 满 设 计 师 对 建 筑 模 型 参 数 化 作 为 一 个 例 子 ， 在 图 。 2 、Grasshopper（一）是Rhinoceros 3D建模程序的插件，是建筑图形参数化建模的代表性工具。另一个例子是Dynamo，它是AutodeskRevit（BIM模型创作和管理平台）的插件。Dynamo不仅处理这两个插件都可以帮助用户自由地生成节点和连接，以定义自己的参数化3D模型。自从可视化语言出现在建筑建模领域以来，可视化表示已经不仅仅局限于图形建模，还可以表示与建筑相关的规则。Visual Bim QueryLanguage （ VBQL ） （ Wülfing ，Windisch ， Scherer ， 2014 ） 和Visual Query Language for BIM （vQL 4 BIM ）（Daum，2015;Daum，Borrmann，Kolbe，2017）帮助用户通过组合节点查询特定的建筑对象或所需的信息。VBQL利用停靠方法将节点和vQL 4BIM结合在一起Fig. 1. 基于视觉语言的教学方法的句法和语义特征。H. Kim等人/计算设计与工程学报6（2019）143145图二. （a）Rhinoceros的Grasshopper示例，以及（b）Autodesk Revit的Dynamo示例。利用链接方法连接节点。这些方法中的节点根据其功能和语义特征具有不同的形状。因此，用户可以直观地验证和区分元件的类型。HSSDR图表示相对于具有节点的空间之间的联系和不同类型的节点交叉连接（Grabska，Escherichwa ， S'lusarczyk ， 2012 ） 。可 视 化 一 致 性 检 查 语 言（VCCL）（Preidel&Borrmann，2015年; Preidel Borrmann，2016年）提供了用于监管的低级别详细规则内容和用于监管的高级别整体数据流所有视觉语言都专注于自己国家此外，规则检查的内容仅限于特定的规则和功能，这些规则和功能本身仅限于查询对象和信息。本文提出的可视化语言利用KBim元数据库，这是建立在韩国建筑法的分析因此，所有组件均使用国家标准进行管理。3. KBim可视化语言的组件3.1. KBVL规范3.1.1. KBVL的背景KBVL 的 最 终 目 的 是 自 动 生 成 计 算 机 可 读 的 KBimCode 。KBimCode基于KBimLogic，KBimLogic是一种基于逻辑规则的机制，用于将基于自然语言的建筑法规翻译成计算机可读代码（Lee等人，2016; Lee，Park，Kim，&Lee，2015）。通过这种逻辑，句子被分解为最低层次的意义单位，并重新组合的逻辑结构，以消除歧义和自然语言的复杂性KBim-Logic的最终结果是KBimCode，一种关于建筑法规的计算机可读脚本语言。KBVL是一种基于可视化语言的方法，用于轻松直观地生成KBimCode 通过KBVL，广泛的用户可以使用KBim-Code进行建筑规则检查（图1）。 3）。为了构建KBVL的组成部分，对韩国建筑法的句子进行了分析，以确定包括建筑规则生成。通过对15,000多个句子的分析，将构件分为三类：（1）构建对象，（2）检查方法，（3）根据句子关系的参考和所有分类组件都累积在KBim元数据库中，稳定管理，并使用最新数据进行更新。在这种语义结构下，KBVL的视觉组件被精确地结构化，如下所述。结构化的视觉符号可以有效地使用户能够根据需要为其所需的建筑规范选择功能和调节动作该方法高度支持建筑物相关项目的构件池，避免了使用与建筑物规则检查无关的错误方法可能产生的不必要的错误。图 4给出了KBVL应用的总体过程。3.1.2. KBVL规范构建KBVL的视觉符号需要对现有的规则结构及其目标对象的特征进行分析。因此，有必要对韩国现行《建筑法》进行理解和分析，以构建KBVL的具体特征。 以下阶段已用于生成KBVL中的符号组件。首先，分析了韩国最新建筑法的规定句，确定了规定句的构成单位。其次，根据句法和语义特征对构成单位进行分类.第三，验证了组合单元之间的关系，以便进行分组和符号分类。第四，利用韩国现行建筑法的视觉语言，验证了构成单元（视觉符号）的完整性类别和关系。对句子进行分析，可以更有效地识别构成单位的特征超过15，000个句子已被分析和过滤，消除了无意义的句子，如需要人力资源部门进行最后审查的句子也从这项研究中删除最后选取了约2000个句子作为本研究的语料库视觉符号的语义数据池直接连接到元数据库，元数据库由这些句子的分析组件组成。结构化的视觉符号可以产生各种类型的图三. KBVL申请的整体过程和流程。146H. Kim等人/计算设计与工程学报6（2019）143见图4。视觉组件;（A）节点，（B）连接，和（C）KBVL的嵌套。根据生成器规则检查的目的，对建筑规范进行了修改。然后，将选定的句子分解为更小的组成层，并根据其句法和语义特征进行分类这些句子首先被分解到短语的水平，以了解目标对象和检查功能。因此，通过消除不必要的成分，每个句子被分解成由名词和动词组成的短语最后，提取的组件分为两种类型：构建对象和检查方法。其他必要的组件 定义相位关系，如IF 、THEN和ELSE。 不同类型的建筑物对象被分类为参考全球标准建筑物对象分类和行业基础类别（IFC）文档。将常用的检查方法分为对象类型、结果类型和检查方法。在第三步中，这两种类型的组件被存储到一个名为KBim元数据库的数据库中，并稳步扩展可视化语言的范围通过分析，将建筑法规的构成要素归纳为三种类型：客体、方法和语句关系。第四步在第4节中试中描述3.2. 节点组件3.2.1. 规则节点规则节点必须至少包括一个对象节点和一个方法节点。定义规则的所有可视组件都包含在规则节点的嵌套 与图 4，规则节点具有简单的外观，并在黑色矩形节点中显示规则名称。规则节点可以在单个节点中表示，但也可以使用所有包含的组件扩展其嵌套这支持用户控制具有相同包含内容的视觉语言的详细程度。规则节点的输入值是一个布尔值，可以检查为真和假结果。输出值也是布尔值，这意味着规则节点可以再次连接到规则节点，并且可以包括连接到另一类型节点的任何类型的节点以生成规则并产生布尔值。规则节点前面的感叹号表示整个规则节点的否定。3.2.2. 对象节点对象节点专门查询具有特定特性的建筑对象，这些特性通过对象节点中包含的嵌套进行描述。如果对象节点中没有指定嵌套该节点查询建筑模型中的所有对象。对象节点可以有很多属性。例如，如果“Window”对象节点中没有属性，则此节点将查询建筑模型中的所有“Window”对象。但是，如果存在属性，例如窗类型为摇摆窗，窗框材质为木，则此节点将查询建筑模型中的摇摆木窗。3.2.3. 方法节点方法节点在输入的对象节点上执行特定的指定功能。每个方法的功能都在KBim元数据库中精心定义。所有的方法节点具有不同的函数类型 ， 因 此 ， 输 入 端 口 的 数 量 在 节 点 与 节 点 之 间 不 同 。 例 如 ，“getMaterial”方法需要一个由其材质标识的对象。但是，“accessible”方法需要两个对象来确定它们是否相互兼容。方法节点的输入端口要求对象节点和节点的输出端口具有Boo- lean值。因此，该节点可以与规则节点连接，以定义为规则节点的名称3.2.4. 条件节点条件节点定义布尔值之间的关系。因此，该节点可以连接到规则节点、方法节点和其自身的输出端口。此节点指定布尔值之间的IF、THEN和ELSE关系，以定义条件语句和键语句，并提供布尔值作为输出端口。如果与IF输入端口连接的规则节点为真，则必须检查与THEN输入端口连接的规则并使其通过，以使所有规则被认为通过。3.3. 连接组件如图4所示，连接链接节点的输出端口和输入端口。所有节点都必须使用此连接进行链接，以传输其包含的信息。特别是对于布尔结果传递连接，可以生成“与”和"或“关系作为逻辑运算符。 由于数据流的方向是从右到左，这定义了布尔结果之间的逻辑关系。3.4. 嵌套元件嵌套的组件角色在视觉语言的直观性中起着重要的作用。如果所有包含的节点H. Kim等人/计算设计与工程学报6（2019）143147必须在项目中扩展和描述，这与上下文和流程重要性的文本表示相同监管。因此，这种嵌套具有特定的节点-规则节点和对象节点-以包括所有详细信息，并帮助用户通过扩展和折叠嵌套来控制表示的级别。太多的详细信息可以通过折叠嵌套来隐藏，也可以通过扩展嵌套来验证。4. 中试4.1. 学科规范试点测试的主体法规是建筑法35-1（EDBA 35-1）的执行令。条例原文如下：（消防梯之设置）依本法第四十九条第一项规定设置于五层以上或地下二层以下之直达梯，应依国土交通省法令规定之标准，设置为消防梯或特别逃生梯。但主要结构件为防火结构或不燃材料，且有下列各款之一者，不在此限。EDBA法规是韩国最重要的建筑法规之一，必须强制检查建筑许可证。该调节包括所有类型的节点，特别是不同类型的参考调节。这条规则可分为三个部分：【条件1】主要结构部件由防火结构或不燃材料制成的情况不适用。[条件2]属于以下任何一项。[RuleA]依本法第四十九条第一项规定设置于第五层以上或地下二层以下之直达楼梯，应依国土交通省条例规定之标准，设置为消防逃生楼梯或专用逃生条件1和2必须与条件节点的“and”关系以及IF部分连接。如果条件1和2通过，则参考规则A，并且必须通过规则A以满足EDBA 35-1法规。4.2. KBVL表达EDBA_35_1调节的KBVL表达如下在图1B中。第五章：KBVL根据组件的关系自动生成KBimCode，如下所示（参见表1）：4.3. 结果如第4.1节所述，监管主体具有复杂的客观条件以及与其他监管组件的关系。图5中的KBVL表示示出了相同法规EDBA_35_1的两个版本。基于视觉语言的方法（A）和（B）对于EDBA_35_1具有相同的视觉符号，但是可以通过扩展嵌套来实现不同级别的可视化细节。(A)表示条件1和2的紧凑详细信息，这两个条件由IF条件节点连接，规则A将THEN连接到条件节点。这立即表明条件1和2是附于条件2。同样明显的表1KBVL的KBimCode（EDBA_35_1）。KBVL的KBimCode（EDBA_35_1）检查（EDBA_35_1）{如果（条件1 AND！2）Then（规则A）条件1（StructuralPart MainStrPart（.. . （省略））getMaterialType（MainSTRPart）=）条件2（getResult（EDBA_35_1_1）= TRUE或getResult（EDBA_35_1_2）=真）规则A（Stair myStair（.. . （省略））getUsage（myStair）=OR getUsage（myStair）=）}的情况图五、 KBVL表示EDBA_35_1法规。●●●●148H. Kim等人/计算设计与工程学报6（2019）143规则A是该规则的结果关键语句，并且必须检查“IF”语句是否如果用户需要这三个规则中任何一个的详细信息，他们可以扩展嵌套。规则中包含的节点由用户根据其内容显示和验证，如图5（B），或者通过扩展“EDBA_35_1_1”规则节点或另一个父类别的嵌套5. 结论构建规则检查流程已通过各种BIM应用程序开发传统的规则检查过程现在已经部分自动化了CAD，而BIM则即将实现本文介绍和论证了一种基于可视化语言的方法-KBVL-作为一种先进的计算机可读建筑规范生成方法。这种方法提供了几个视觉符号，必须连接和嵌套自动生成一个计算机可读的建筑代码。需要使用BIM进行建筑规则检查但不熟悉计算机编程的用户现在可以使用这种可视化语言轻松地进行规则检查如果KBim元数据库扩展其包含的内容，不仅适用于韩国建筑法规，还适用于其他设计指南或RFP，这种可视化语言可以减少各种法规的复杂性致谢这项工作得到了韩国政府资助的韩国国家研究基金会资助（NRF-2015 R1 C1 A1 A01053497）的支持。引用巴 多 尔 河 （ 2002 年 ） 的 报 告 。 视 觉 语 言 的 视 觉 环 境 。 Science ofComputerProgramming，44（2），181-203.崔，J.，崔，J.，&金岛，智-地（2014年）。基于BIM的高层复杂建筑人员疏散规则校核系统的开发。 建筑自动化，1（46），38-49。Costagliola，G.，Delucia，A.，Orefice，S.，Polese，G.（2002年）的报告。支持视觉语言设计的分类框架。Journal of Visual Languages&Computing，13（6），573-600.Daum，S.，Borrmann，A.，&Kolbe，T. 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