توسعه يك هستي شناسي مكاني مبتني بر BIM به منظور پرس وجوي معنايي اطلاعات مالكيت سه بعدي

Developing a BIM-based Spatial Ontology for Semantic Querying of 3D Property Information

در دنياي امروزي كه سازه هاي پيچيده و چند سطحي محيط اطراف را فراگرفته است، سيستم هاي كاداستر فعلي كه اغلب بر اساس نقشه هاي دوبعدي توسعه يافته اند، قادر به ارائه اطلاعات معنايي كافي در راستاي مديريت املاك نيستند. دهه هاي گذشته شاهد افزايش مناطق مسكوني و همچنين پيچيدگي سازه هاي ساختماني و زيرساخت ها بوده است. به منظور حمايت از اين توسعه و تضمين مالكيت و حقوق مرتبط با آن ها مفهوم كاداستر سه بعدي مطرح مي شود. مدل سازي اطلاعات ساختمان يا به اختصار BIM، مدلي جهت تبادل داده سه بعدي يكپارچه در صنعت ساخت وساز ارائه مي كند. بيان كاداستر سه بعدي در محيط BIM موجب ثبت و تعيين مالكيت و وضعيت حقوقي املاك توسعه يافته در شهرهاي مدرن و ايجاد اطلاعات در دسترس و كارآمد مي شود. بااين وجود استفاده از مدل داده باز BIM داراي محدوديت هايي است كه تا حدودي ريشه در بيان معنايي مدل ها دارد. ازاين رو چالش مربوط به توصيف و پرسوجوي معنايي اطلاعات كاداستر هنوز باقي مانده است. باوجود مطالعاتي كه روي به كارگيري وب معنايي جهت توسعه بهتر مفاهيم در BIM انجام شده است، اما با توجه به گستردگي اين حوزه، هنوز نتايج اين تلاش ها تمامي ابعاد مدل و اطلاعات ساختماني را پوشش نمي دهد. به خصوص در حوزه كاداستر تلاشي جهت توسعه مدل معنايي به منظور بازيابي اطلاعات معنايي مالكيت ها انجام نشده است. هدف اين مطالعه استفاده از امكانات دادههاي پيوندي جهت توسعه يك هستيشناسي مكاني براي اطلاعات كاداستر و هم چنين استفاده از زبان پرسوجوي SPARQL به منظور بازيابي اطلاعات از هستي شناسي توسعه داده شده است. در اين مطالعه ابتدا به بررسي لزوم به كارگيري كاداستر سه بعدي و هم چنين اضافه كردن اطلاعات معنايي پرداخته شده است. ادبيات مربوطه بررسي شده و سپس جهت نيل به هدف مقاله، هستندههاي نمايش دهنده اطلاعات مالكيت در مدل داده باز BIM استخراج شده و هستيشناسي مكاني مطابق با ساختار مدل داده باز BIM توسعه داده شده است. جهت بررسي و ارزيابي هستي شناسي ارائه شده، چند مدل نمونه مدل داده باز BIM با پيچيدگي و سطح جزئيات مختلف در نظر گرفته و بررسي شده اند. نمونه هاي موردي به ساختار RDF تبديل شدند و در ادامه پرس وجوهاي مكاني مربوط به اطلاعات كاداستري بر روي مدلهاي معنايي انجام گرفته است. اين پرس وجوها مرزها و مالكيت ها را مشخص مي كنند. پس از پياده سازي مدل معنايي و اجراي پرس وجوهاي مكاني نتايج نمايش داده شده و نيز زمان بازيابي و اطلاعات بازيابي شده ثبت شدند. به كمك پرس وجوي معنايي مدل ها اين امكان فراهم شده است كه ارتباطات مكاني المان هاي ساختماني مورد پرس وجو قرار بگيرند. نتايج به دست آمده نشان مي دهد كه پرسوجوي معنايي در مقايسه با روش هاي فعلي پرسوجو از داده هاي BIM نتايج بهتري ارائه مي كنند. اين نتايج عبارتند از انواع مرز ها و قسمت هاي مختلف مالكيت كه توسط پرس و جوي معنايي در مدت زمان كمي بازيابي شده اند. مفاهيم پياده سازي شده در اين مطالعه را مي توان به منظور بهبود بازيابي اطلاعات كاداستر سه بعدي در محيط سه بعدي BIM به كار گرفت. از اطلاعات مالكيت و نيز اطلاعات معنايي به دست آمده در پرس وجوي مرزها مي توان به منظور مديريت بهتر ساختمان هاي پيچيده بهره برد.

With the growing dominance of complex and multi-level urban structures, current cadastral systems, which are often developed based on 2D representations, are not capable of providing unambiguous spatial information about urban properties. Therefore, the concept of 3D cadastre is proposed to support 3D digital representation of land and properties and facilitate the communication of legal ownership rights associated with them. On the other hand, Building Information Modeling (BIM) provides a common data environment for integrated management of 3D building lifecycle data in the construction industry. Harnessing BIM for 3D cadastre will provide the ability to capture and manage the ownership and legal status of properties in modern cities, providing an efficient approach to access legal information about urban properties. However, querying the meaning of property information inside BIM models has not been addressed. There are studies which investigated the adoption of the semantic web techniques for a better understanding of concepts of the building lifecycle in BIM; however, these investigations do not provide a semantic approach to query and retrieve property information encoded in the BIM environment. Therefore, this study aims to adopt a linked data methodology to develop a BIM-based spatial ontology for managing 3D property information. In addition, SPARQL query language will be used to retrieve 3D property information. The appropriate entities for modelling properties the in the open BIM data model were deciphered and the spatial ontology was developed in accordance with the BIM open data model structure. To assess the feasibility of the developed spatial ontology, BIM models of multi-story buildings with different levels of complexity and detail were implemented. These models were transformed into the RDF (Resource Description Framework) structure, and 3D semantic queries related to 3D property information have been done in semantic BIM models. These queries retrieve boundaries and spatial arrangements of properties. The query results were displayed using a WebGL viewer, and retrieval time of each query was measured. The findings of this study indicate semantic querying of 3D property information is faster than spatial queries relying on the geometry of 3D property objects.