基于本體的建筑施工能耗控制研究

譚雪瑤

摘要：傳統的建筑施工能耗控制對知識、經驗的共享與重用不足，對已有低能耗案例利用率低。將本體方法運用在建筑施工能耗控制領域，對知識進行規范表示，對案例進行統一表達，建立本體案例庫。改進傳統的對象屬性相似度計算方法，通過案例檢索獲取能耗控制方法，并進行實例驗證。結果表明，該模型能夠快速、準確地獲取能耗控制方法，有利于建筑施工能耗控制領域知識、經驗的共享與重用，具有較強的理論與實用價值。

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.

關鍵詞：本體；建筑施工能耗；案例檢索；相似度

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

中圖分類號：TU7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）11-0198-03

0 引言

建筑施工能耗是指建筑施工企業在整個施工過程中為完成單位合格產品所消耗的能源數量，主要包含建材或構件加工能耗、施工運輸能耗和施工過程能耗[1]。傳統的建筑施工能耗控制依賴現場施工和管理人員的經驗，難以實現經驗的共享和重用[2]。本體能夠對領域的知識進行規范化描述[3，4]，并在此基礎上進行實例的存儲、共享和重用[5]。因此提出用本體方法對建筑施工能耗控制領域知識進行規范化表示，建立已完工程施工能耗控制本體案例庫，在本體案例庫中檢索與擬建項目相似度最高的案例，借鑒相似案例的能耗控制經驗，制定擬建項目的能耗控制措施，實現擬建工程施工能耗的合理控制。

1 建筑施工能耗控制本體模型的構建

1.1 建筑施工能耗的影響因素分析

建筑施工過程中影響施工能耗水平的因素眾多，如自然環境的好壞、施工機械的種類與新度、水文地質條件、施工管理水平及工人技術水平的高低[6，7]等。以土方工程為例，挖掘一類土時施工能耗比較低；挖掘四類土時施工能耗比較高[8]。

1.2 建筑施工能耗控制本體的構成

建筑施工能耗控制本體模型采用五元結構CECO={C，R，F，I，A}，在上述施工能耗影響因素分析基礎上，結合建筑施工特點，對施工能耗本體建模元描述如下：

①C：概念集合。1）項目信息術語，包括工程類別、參建單位、建設地點等；2）自然環境術語，包括土壤類別、氣溫、海拔等；3）施工管理術語，包括施工管理水平、組織結構形式；4）施工技術術語，包括施工方案、工人技術水平等；5）述施工機械術語，包括機械種類、機械新度等；6）施工能耗術語，包括施工材料加工能耗、施工運輸能耗、施工過程能耗。7）能耗控制措施術語，包括施工前控制、施工控制等。

②R：概念間的分類關系集合，對象屬性（Object Properties）關系和數據屬性（Data Properties）關系。對象屬性表示概念或實例之間的關系，如父類關系（Super Class Of）、實例關系（Instance Of）等；數據屬性表示概念或實例與基本的數據類型（int、short等）之間的關系，包括海拔高度、施工過程能耗量等。

③F：函數，概念之間的非分類關系集合，如施工總能耗量=∑分部分項工程量×單位工程量的施工能耗量。

④I：建筑施工能耗工程實例集合，概念的具體表現，如黃土為一類土的一個實例。

⑤A：公理集合，約束概念、屬性、實例之間關系的公認正確命題，如“土壤堅硬程度與施工能耗量成正比關系”。

1.3 建筑施工能耗控制本體模型的構建實例

將“建筑施工能耗本體”設為最頂級概念，作為本體結構的根節點，并向下逐層建立子類及實例，應用Protégé4.2構建部分本體模型如圖1所示（以土方工程為例）。

2 基于本體模型的案例檢索

2.1 案例檢索原理

本體模型構建完成后，使用本體模型對低能耗案例進行統一表達，形成本體案例庫。擬建項目（即問題案例）出現時，將其與案例庫中各案例相似度比對，尋找相似度最高的案例作為最優解案例，輸出其節能措施，即可為問題案例的能耗控制提供參考。同時，問題案例作為新案例存儲入案例庫。

2.2 案例檢索方法

案例的屬性根據其可否計量分為兩類：對象屬性和數據屬性。對兩類屬性運用不同規則，確定其相似度、權重，即可得到案例之間的相似度，實現案例檢索。

①數據屬性相似度。

2.3 實例應用

某基坑開挖工程，基坑挖深5.5m，開挖面積約為151.5m2。根據地質勘探報告，基坑開挖的土壤為黃土，地下水在地面下1.5m，擬采用輕型井點降水法降低地下水位，并用土釘墻對基坑進行支護。土方開挖采用機械挖裝，自卸汽車外運，輔以人工挖土與修土。施工場地距離最近的堆土場5.3公里。現需根據已有本體案例庫制定相應節能措施。

假設本體案例庫中已存入5個案例，問題案例及案例庫中5案例的屬性如表1所示。

①屬性間相似度的計算。

因此選擇案例三作為案例匹配結果，調取其施工能耗控制措施作為參考：提高現場管理水平及施工人員素質；對施工機械操作人員定期進行培訓、指導；制定施工機械操作規程，出現異常及時排除；保持施工機械清潔，加強保養，及時調整、緊固松動的零部件，降低磨損和破壞。

3 結論

①建筑施工能耗控制領域涉及概念和影響因素眾多，本體方法能對其進行清晰和科學的表達，提供規范和統一的描述。

②本體模型和本體案例庫的構建，使能耗控制不再簡單依賴現場施工和管理人員的經驗，為建筑施工能耗控制領域知識、經驗的共享與重用提供基礎。

③在本體案例庫中進行案例檢索，提高了對已有的建筑施工低能耗案例的利用率，對象屬性相似度計算方法的改進使案例檢索過程更趨合理。

參考文獻：

[1]許偉，徐偉，李幗昌.建筑建造能耗分析[J].施工技術，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，龍榮，等.基于本體案例推理與規則推理的土地利用空間布局研究[J].資源科，2013，35（2）：363-361.

[4]馮博，王雪青.中國各省建筑業碳排放脫鉤及影響因素研究[J].中國人口·資源與環境，2015（4）：28-34.

[5]郭靖.西安市建筑施工能耗標準研究[D].西安：西安建筑科技大學，2012.