¬аше окно в мир —јѕ–
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

5 апрел€ 2023

÷ифровизаци€: вычисление знаний

јлександр ямпольский

ямпольский

–ост количества публикуемых знаний становитс€ серьезным преп€тствием дл€ их эффективного использовани€. ќдновременно растет понимание того, что традиционные методы обработки знаний не отвечают современным требовани€м. ≈динственной альтернативой €вл€ютс€ компьютерно-управл€емые (вычислимые) знани€.

»сследовани€ в области компьютерной обработки знаний ведутс€ в медицине, финансах, в сфере обслуживани€ (см. [1] и [2]). Ќа этом фоне строительна€ отрасль выгл€дит исключением. ÷ифровизаци€ строительства понимаетс€ в первую очередь как обработка данных (информационных моделей, больших данных, цифровых двойников), что закреплено в самом названии объектной области Ч Ђсреда общих данныхї. –оль знаний и их отличие от данных никак не акцентируютс€.

1. »спользование знаний в традиционном проектировании

ѕрежде чем что-то мен€ть, нужно разобратьс€, как все работало до Ђцифровизацииї. Ќа рисунке ниже изображены потоки знаний, привод€щие в итоге к реальному строительству.

–ис.1. ѕотоки знаний

–ис.1. ѕотоки знаний

ѕо€снени€ к схеме

  1. ќбщее направление движени€ сверху вниз отражает процесс конкретизации знаний.
    ¬ерхний уровень невелик по объему и содержит только общие требовани€. Ќа следующих уровн€х объем знаний и их конкретизаци€ увеличиваютс€.
    ”ровень технических решений самый обширный. «нани€ этого уровн€ конкретны и зачастую могут быть перенесены в рабочий проект с минимальной правкой.
  2. “ехническое задание и услови€ строительства выступают в роли фильтра, отсекающего знани€, не относ€щиес€ к проекту.  онкретизаци€ и объем знаний рабочего проекта позвол€ют осуществить реальное строительство.
  3. «нани€ каждого уровн€ €вл€ютс€ источником знаний нижележащих уровней и должны провер€тьс€ на соответствие знани€м вышележащих уровней.
  4. Ќетрудно заметить, что с ростом конкретизации знаний растет количество рисунков в документах. –исунки необходимы, когда дл€ точной передачи смысла нет нужных слов, или нужно слишком много слов.
  5. Ёкспериментальное моделирование Ч исследование и прогнозирование поведени€ системы с помощью методов математического моделировани€.  ак правило, экспериментальное моделирование €вл€етс€ внутридисциплинарным.
  6. »сточником истины (законом) дл€ строителей €вл€етс€ рабочий проект.

Ёта схема была общеприн€той примерно до 2000 г. ≈е основна€ проблема Ч переход от концепций к реальности; отсутствие промежуточного звена Ч виртуальной реальности. ѕосле 2000 года по€вилась альтернатива Ч BIM.

2. »спользование знаний и данных в BIM проектировании

я попыталс€ определить место BIM на основании того, что €вл€етс€ общеприн€тым в этой области. Ќа мой взгл€д, это следующее:

  • модель-ориентированный метод проектировани€;
  • автоматизаци€ получени€ чертежей из моделей;
  • автоматизированна€ проверка моделей на соответствие нормативным требовани€м.
–ис. 2. ѕотоки данных и знаний

–ис. 2. ѕотоки данных и знаний

ѕроблемы

  1. ‘актически строител€м передаютс€ два проекта: традиционный рабочий проект и проект в виде информационной модели (или нескольких моделей?). –азнородные взаимно пересекающиес€ источники истины €вл€ютс€ проблемой.
  2. ћодель-ориентированный подход в строительном проектировании сам по себе €вл€етс€ проблемой (см. BIM: что это было?).

–учна€ проверка больших моделей проблематична. — целью автоматизации проверок в рамках концепции BuildingSMART ведутс€ исследовани€ по преобразованию текста нормативных документов в Ђвычислимые правилаї. ѕри этом, речь идет только о тексте; рисунки и чертежи в документах игнорируютс€.

¬ основе BIM революции лежит тезис о Ђнеполноценности чертежейї. ≈сли допустить, что модели создаютс€ на основе чертежей и должны быть проверены на соответствие чертежам, модель-ориентированна€ идеологи€ тер€ет смысл.

3. Ўаг вперед в традиционном проектировании

ѕрактически, с точки зрени€ вклада в проектирование, BIM оказалс€ прорывом в области геометрической координации и визуализации.

–ис. 3. ѕотоки знаний + виртуальное строительство

–ис. 3. ѕотоки знаний + виртуальное строительство

ѕо€снение к схеме

»митационное моделирование строительства Ч объективна€ (не на уровне концепций) проверка согласованности и реализуемости проекта.  ак правило, речь идет о геометрической совместимости проектных решений разных дисциплин (в сложных случа€х Ч в рамках одной дисциплины).

Ќесоосность отверстий, несовпадени€ опорных и посадочных площадок, пересечени€ конструкций и оборудовани€ Ч типичные ошибки, вы€вл€емые с помощью имитации строительства.

¬место привычного BIM на схеме присутствует Ђ»митационное моделирование строительстваї. Ёто название точнее определ€ет изначальную концепцию BIM. ќтказ от акронима BIM Ч вынужденна€ инициатива Nima (бывшего UK BIM Alliance). —лишком большим стало несоответствие между номинальным значением акронима и всем тем, что ему было приписано позднее.

ѕроблемой схемы на рис. 3 €вл€етс€ общий вызов, сто€щий перед строительной отраслью, Ч вычислимость знаний.

–ешив проблему вычислимости, получим возможность:

  • автоматически провер€ть один текст (например, рабочий проект) на соответствие другому (например, нормативным требовани€м);
  • автоматически на основе текста строить модели.

4. »спользование IFC

Ќиже приведены рекомендуемые BuildingSMART случаи применени€ формата IFC и мои комментарии к ним.

ќбмен данными

÷итата: ЂIFC Ч это основа обмена данными между различными проектными группами и приложени€миї.

 омментарий. ѕроектные группы обмениваютс€ минимальными наборами данных.  ак правило, это данные, касающиес€ монтажа конструкций и оборудовани€, Ч нагрузки, габариты, опорные и стыковочные узлы, элементы креплени€.

ѕерепрофилирование моделей

÷итата: Ђ”же созданные информационные модели могут использоватьс€ в других системахї.

 омментарий. ¬р€д ли кому-то внушит доверие модель, прошедша€ через несколько черных €щиков, например: архитектурна€ модель -> преобразование в IFC -> преобразование в аналитическую модель. —ложные и ответственные модели надежнее создавать с нул€ и использовать строго по назначению.

јвтоматизированна€ проверка IFC-моделей на соответствие нормативным требовани€м

¬ отчете рабочей группы BuildingSMART при анализе различных подходов к решению этой проблемы в качестве объекта проверки используетс€ IFC модель двухэтажного здани€. «адача теста Ч проверить на соответствие нормам пути эвакуации из помещений.

–ис. 4. ѕроверка длины путей эвакуации

–ис. 4. ѕроверка длины путей эвакуации

 омментарий. ќчевидно, что эта проверка должна выполн€тьс€ не в модели (в которой может быть 100 одинаковых этажей), а на плане типового этажа. —облюдение нормативных требований нужно провер€ть на уровне концепций, а не их реализаций.

—хема IFC (скорее, ее облегченна€ верси€) уместна дл€ передачи простой геометрии в любую междисциплинарную модель, например, в имитационную модель строительства (см. рис. 3).

”ниверсальным способом сотрудничества на всех этапах проектировани€ и строительства €вл€етс€ обмен знани€ми. ‘ормат обмена знани€ми давно придуман Ч стандартизированный текст на основе естественного €зыка.

5. »спользование вычислимых знаний

¬ BIM-проектировании актуальна проблема автоматизированной проверки моделей на соответствие нормативным требовани€м. ¬ традиционном проектировании объектом проверки €вл€етс€ не модель, а рабоча€ документаци€.

¬ любом случае существует необходимость извлечени€ знаний из текстов, записанных на естественном €зыке. ¬озможность автоматического извлечени€ знаний из текста можно назвать вычислимостью знаний.

5.1. ‘ормализаци€ текстов на естественном €зыке

‘ормализаци€ текста Ч процесс, аналогичный процессу трансл€ции в программировании; перевод с €зыка высокого уровн€ на низкоуровневый €зык. ¬ нашем случае речь идет о переводе с естественного €зыка на любой компьютерно-исполн€емый €зык.

Ќа обозримую перспективу единственный способ решени€ проблемы Ч предоставить автору текста инструменты, позвол€ющие создать текст, пон€тный как человеку, так и компьютеру.

¬от как может выгл€деть формализованный текст.

–ис. 5. —оздание формализованного текста

–ис. 5. —оздание формализованного текста

ѕример вз€т из статьи [3].

’от€ формализованный текст не совсем привычен, он вполне читаем и, возможно, более пон€тен, чем его прототип.

5.2. ‘ормализаци€ чертежей

„ертежи Ч тоже текст (см. јксиомы проектировани€).
‘ормализаци€ чертежей принципиально не отличаетс€ от формализации обычного текста. Ќиже представлен пример формализованного чертежа.

–ис. 6. —оздание формализованного чертежа

–ис. 6. —оздание формализованного чертежа

 ак и обычный текст, чертеж структурирован в виде иерархии блоков. ћаркировка блоков обеспечивает внеиерархические св€зи. Ѕлокам присваиваютс€ наборы атрибутов.
 онтекст вложенного блока задаетс€ атрибутами родительских блоков. ќбщим контекстом чертежа €вл€етс€ текст в основной надписи чертежа.

¬ качестве примера на плане этажа выделены помещени€, лежащие на пути эвакуации из угловой комнаты. ¬ текстовом блоке ЂЁкспликаци€ помещенийї под соответствующими марками указаны типы помещений в зависимости от их назначени€.

6. ѕередача и хранение иллюстрированного текста

»ллюстрированный текст Ч это обычный текст, дополненный рисунками, или рисунки, дополненные обычным текстом.

ѕод это определение попадает больша€ часть проектной документации, а также значительна€ часть нормативной, справочной, научной, учебной и т. п. литературы.

—оздание и редактирование формализованных иллюстрированных текстов должно выполн€тьс€ в специализированных программах. ¬ажный вопрос Ч какой формат выбрать в качестве стандарта дл€ передачи и посто€нного хранени€ таких текстов.

“радиционно универсальным способом хранени€ и распространени€ знаний были рисунки и тексты на бумаге. –астровый формат Ч электронный аналог бумаги. ≈го главное преимущество Ч универсальность и ориентаци€ на человеческое воспри€тие. ѕонимание человеком изображений в растровом формате не €вл€етс€ проблемой. ѕроблема в том, как обеспечить машинное понимание растрового изображени€?

7. ћаркированный растр

јнализ растровых изображений относитс€ к классу задач распознавани€ образов.  ак правило, компьютер распознает объекты хуже человека. ќднако компьютеру можно помочь, предоставив дополнительную информацию в виде цветовой маркировки объектов.

ћетод цветовой маркировки использует специальные цвета (цветовые маркеры) по аналогии с использованием специальных символов в текстовых редакторах.
÷ветовой маркер Ч это пиксель, цветовой код которого определ€ет атрибут объекта (объект на рисунке представлен графическим символом). ÷епочка цветовых маркеров размещаетс€ внутри пиксельного представлени€ объекта в процессе растеризации. ѕон€тно, что специальные цвета должны быть исключены из цветовых палитр.

ѕример 1. Ќа рисунке ниже показана цветова€ маркировка объекта Ђќсь вращени€ї.

–ис. 7. ÷ветова€ маркировка объекта Ђќсь вращени€ї

–ис. 7. ÷ветова€ маркировка объекта Ђќсь вращени€ї

ѕервый маркер обозначает начальную точку графического символа и его тип (в данном случае, Ђлини€ї); второй маркер Ч стиль линии (Ђштрих-пунктирї); третий маркер Ч семантический тип объекта (Ђось вращени€ї).
ƒополнительные маркеры размещаютс€ в конечной точке каждого графического символа, а также во всех промежуточных узлах сегментированных символов (фигур).

ѕример 2. ÷ветова€ маркировка объекта Ђѕомещениеї (см. план этажа на рис. 6).

–ис. 8. ÷ветова€ маркировка объекта ѕомещение

–ис. 8. ÷ветова€ маркировка объекта Ђѕомещениеї

ѕервый маркер обозначает начальную точку и тип графического символа (в данном случае Ч Ђзакрашенный полигонї).
¬торой маркер обозначает тип объекта (Ђпомещениеї).
“ретий маркер указывает на то, что помещение расположено на пути эвакуации.

ѕример 3. ÷ветова€ маркировка формализованного текста.

–ис. 9. ‘ормализованный текст на чертеже

–ис. 9. ‘ормализованный текст на чертеже

‘ормализованный текст структурирован в виде вложенных друг в друга блоков. ÷епочки цветовых маркеров размещаютс€ в левом верхнем углу рамки каждого блока. ѕервый маркер обозначает тип графического символа (Ђтекстї).

ƒалее, в зависимости от содержани€ текста, могут следовать маркеры, обозначающие:

  • предмет (область применени€) текста, например, Ђдвери на пут€х эвакуацииї;
  • требовани€ исполнени€, например, Ђдолжны быть выполненыї;
  • требовани€ комплектации, например, Ђдолжны быть укомплектованыї;
  • требовани€ запрета, например, Ђдолжны не иметьї;
  • пункт перечислени€ Ђлибої;
  • пункт перечислени€ Ђиї;

и т. д.

8. «аключение

÷ифровизаци€ может избавить от старых проблем, но может завести в цифровое болото. ƒвадцать лет топтани€ на месте €сно дают пон€ть, где мы находимс€. ƒостаточный срок, чтобы сделать выводы и, наконец, сменить дискурс.

(Ђ...’ороший инженер тот, в чьих проектах используетс€ как можно меньше оригинальных идей.ї Ч ‘римен ƒайсон).

—уть и цель работы инженера не генераци€ данных, а поиск и адаптаци€ знаний. «нани€ Ч это текст. „ертежи, рисунки Ч тот же текст, стандартизированна€ и расширенна€ за счет пиктограмм разновидность естественного €зыка.
Ќаучить компьютер понимать €зык строителей и есть главна€ задача цифровизации.

—сылки
  1. Jeremy Wyatt, Philip Scott. Computable knowledge is the enemy of disease (¬ычислимые знани€ Ч враг болезни)
    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7388882/.
  2. Charles P. Friedman, Allen J. Flynn. Computable knowledge: An imperative for Learning Health Systems
    https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lrh2.10203.
  3. Eilif Hjelseth, Nick Nisbet. —apturing normative constraints by use of the semantic mark-up rase methodology.


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

-->

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: Ќадо ли жалеть свои мозги?
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2023 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.