Онтологическое моделирование нормативных знаний в строительной отрасли

Автор: Грибова В.В., Жданов Д.В., Помников Е.Е.

Журнал: Онтология проектирования @ontology-of-designing

Рубрика: Прикладные онтологии проектирования

Статья в выпуске: 2 (60) т.16, 2026 года.

Бесплатный доступ

Исследуется применение онтологического моделирования для создания интеллектуальных систем управления нормативными знаниями в строительной отрасли в условиях цифровой экономики. Новизна исследования – в разработке и обосновании двухуровневой онтологической модели, формализующей структуру и содержательные зависимости строительных правил с учѐтом их логикосемантических связей. Предложен онтологический паттерн нормативных требований в машиночитаемом виде, обеспечивающий их интеграцию в цифровые сервисы. Модель включает формализацию сущностей, отношений, ограничений, а также правила перевода текстовых норм в элементы базы знаний. Практическая ценность работы показана на примере модели свода правил «Нагрузки и воздействия». Онтологическое представление позволяет автоматизировать поиск нормативных положений (например, выбор формул и коэффициентов в зависимости от параметров объекта) и выявлять взаимосвязи между ними. В качестве примера выполнен расчѐт нагрузок для деревянного купольного здания в VII климатическом районе и показано, что предложенный подход обеспечивает подбор релевантных нормативных зависимостей. Поддержка принятия инженерных и управленческих решений выполняется за счѐт автоматизированной проверки проектных решений на соответствие требованиям свода правил и предоставления рекомендаций. Полученные результаты показывают, что онтологический подход может создать основу для формирования «умных» документов и повышения качества управления нормативной информацией.

Еще

Нормативные знания, онтологическое моделирование, проектная документация, свод правил, строительная отрасль

Короткий адрес: https://sciup.org/170213147

IDR: 170213147   |   УДК: 004.89   |   DOI: 10.18287/2223-9537-2026-16-2-226-239

Ontological modeling of regulatory knowledge in the construction industry

This paper explores the application of ontological modeling for the development of intelligent regulatory knowledge management systems in the construction industry in the context of the digital economy. The novelty of this study lies in the development and validation of a two-level ontological model that formalizes the structure and substantive dependencies of construction regulations with consideration of their logical and semantic relationships. An ontological pattern of regulatory requirements in machine-readable form is proposed, enabling their integration into digital services. The model includes formalization of entities, relationships, constraints, as well as rules for transforming textual regulations into knowledge base elements. The practical significance of this work is demonstrated through the example of an ontology model for the code of practice "Loads and Actions". The ontological representation makes it possible to automate the search of regulatory provisions (for example, the selection of formulas and coefficients depending on object parameters) and to identify relationships between them. As an example, load calculations were performed for a wooden domeshaped building located in Climatic Region VII, demonstrating that the proposed approach ensures the selection of relevant regulatory dependencies. Support for engineering and managerial decision-making is achieved through automated verification of design solutions for compliance with code requirements and through the provision of recommendations. The obtained results demonstrate that the ontological approach can provide a foundation for the development of "smart" documents and for improving the quality of regulatory information management.

Еще

Текст научной статьи Онтологическое моделирование нормативных знаний в строительной отрасли

Строительная отрасль претерпевает значительные изменения в условиях цифровой трансформации, что обуславливает необходимость разработки новых подходов к управлению знаниями и обработке нормативной документации (НД). Отмечается рост объёма и сложности НД, обусловленный появлением новых строительных материалов, технологий и методов проектирования [1-3]. В крупных проектах требуется одновременное применение множества взаимосвязанной НД для обеспечения необходимого уровня согласованности требований, а существующая НД слабо структурирована, характеризуется множественностью интерпретаций и скрытыми противоречиями между различными её положениями [4].

Важное место в системе нормативного регулирования занимает свод правил (СП) «Нагрузки и воздействия», который оказывает влияние на формирование архитектурнопланировочных решений, проектирование инженерных сетей, разработку конструктивных элементов, и его выполнение обязательно при подготовке проектной документации (ПД).

Динамика изменений НД создаёт дополнительные риски отклонения проектов на стадии государственной экспертизы. Ситуация осложняется, когда несоответствие даже одного положения СП требует переработки пакета документов. Параллельная разработка различных разделов ПД разными проектными организациями может приводить к возникновению ошибок и противоречий.

Цель настоящей работы заключается в применении онтологического моделирования, обеспечивающего машиночитаемость НД и их интеграцию в системы автоматизированные проектирования для снижения рисков несоответствия ПД установленным требованиям.

1    Подходы к формализации нормативной документации

Основные сложности процесса создания ПД в строительной отрасли связаны с большим объёмом действующих НД (ГОСТ, СП) и необходимостью координации работы участников проектирования.

На рынке присутствуют инструменты, облегчающие доступ к нормативной информации:

  •    Техэксперт1 предоставляет быстрый доступ к базе НД с возможностью интеграции в цифровую среду;

  •    Консультант Плюс2, Гарант3 предоставляют решения для работы с нормативно-правовой базой;

  •    NormaCS позволяет отслеживать изменения и проводить проверку актуальности ссылок в ПД.

Недостаток подобных систем – неспособность преодолеть разобщённости нормативных данных 5 .

Технологии информационного моделирования зданий ( Building Information Model, BIM ) позволяют создать цифровую модель объекта с детализацией по материалам, инженерным системам, стоимости и срокам строительства. Такие модели обеспечивают взаимодействие между участниками проекта (архитекторами, проектировщиками, строителями), но преимущественно используются на стадии проектирования, слабо связаны с этапами эксплуатации и не интегрированы в контуры цифрового документооборота и нормативной проверки [5]. Известны средства для автоматизации процессов управления техническим документооборотом:

  •    1С: Документооборот - система автоматизации документооборота ( https://v8.1c.ru/doc8/ );

  •    ТЕЗИС - платформа корпоративного уровня на базе CUBA6 для ведения документооборота ( https://www.tezis-doc.ru/ );

  •    Такском - оператор электронного документооборота ( https://taxcom.ru/ ).

Эти системы позволяют формализовать процессы хранения, согласования и распределения строительной документации, но координация проектных работ между организациями-участниками остаётся недостаточной.

Разнородность программных решений, используемых разными проектными организациями, приводит к дублированию данных, сложностям в определении первоисточников информации и актуальных версий документов, корректных нормативных ссылок, а также к от- сутствию эффективного взаимодействия между различными программными платформами. Анализ НД показывает значительные трудности, связанные с их обработкой. В [6, 7] отмечается сложность интерпретации НД из-за различий формальных языков и необходимости извлечения смысловых взаимосвязей между различными разделами НД.

В [8] рассматривается онтологическое моделирование для формализации знаний из НД, показана эффективность применения онтологий для автоматизированного анализа требований, отмечается недостаточность учёта контекстуальных связей между документами.

В [9] обоснована эффективность применения графов знаний (ГЗ) для систематизации строительных НД. В [10] представлены принципы построения и применения ГЗ в технических и правовых системах. Построение онтологий и ГЗ в значительной мере опирается на участие экспертов предметной области. Большие языковые модели (БЯМ) рассматриваются для [10, 11]: формирования компетентностных вопросов; разработки онтологии на основе этих вопросов; построения ГЗ с использованием разработанной онтологии; оценки полученного ГЗ с минимальным участием человека.

В [12] предложена методология, основанная на онтологическом подходе в сфере аддитивного строительства и включающая:

  •    формализацию набора модульных онтологий для отдельных доменов;

  •    разработку прототипа инструмента для документирования, который преобразует информацию и BIM в ГЗ;

  •    интеграцию ГЗ с БЯМ для эффективного ответа на вопросы и извлечения знаний.

В [13, 14] рассмотрено применение машинного обучения и семантического анализа для поиска нормативных положений, отмечаются проблемы верификации и валидности автоматически извлекаемых знаний, а в [15] рассмотрены способы интеграции онтологических моделей с БЯМ для повышения точности анализа.

Постоянное обновление и увеличение количества стандартов ведёт к необходимости обработки НД. Стандарты типа [16] содержат сложные взаимосвязи между различными положениями, что делает их трудными для автоматического анализа. Цифровизация и переход на электронные формы НД [17] открывает возможности для их более быстрого и точного анализа с помощью автоматических систем [18].

Создание системы интеллектуального анализа НД отрасли с использованием онтологического паттерна и БЯМ и представление информации в форме ГЗ позволит повысить эффективность работы с НД [19]. Разработка стандартов является неотъемлемой частью Индустрии 4.0 [20, 21].

Приведённый обзор показывает, что существующий инструментарий ориентирован либо на информационный доступ, либо на частичную семантическую обработку данных, но не обеспечивает целостную формализацию логико-семантической структуры конкретного СП. Системы поиска нормативной информации ограничиваются навигацией и выдачей фрагментов текста, но не предназначены для выполнения расчётов на основе найденных требований.

2    Процесс разработки строительной документации

Процесс разработки строительной документации для объекта представляет собой последовательность взаимосвязанных этапов, каждый из которых имеет собственные задачи, регламентированные СП и стандартами. Эти этапы могут выполняться параллельно для сокращения общего срока создания объекта, что повышает риск возникновения несоответствий между разделами документации. Источником сложности является значительная длительность цикла разработки, в течение которого строительные нормы могут изменяться несколько раз [22, 23]. Разработка документации включают следующие этапы:

  • 1)    проведение инженерных изысканий (определяются исходные данные о геологии, гидрологии, климате и других условиях участка строительства; результаты этапа влияют на расчёт нагрузок и выбор конструктивных решений);

  • 2)    подготовка генерального плана (формируется размещение объекта и инфраструктуры на участке с учётом норм зонирования, санитарных и экологических требований; этап связан с архитектурными, инженерными и эксплуатационными параметрами проекта);

  • 3)    подготовка объёмно-планировочных решений (определяются форма, размеры и функциональное зонирование здания, закладывается основа для конструктивных и инженерных решений);

  • 4)    подготовка конструктивных решений объекта (разрабатывается несущая система здания с учётом нагрузок и воздействий: ветровых, снеговых, сейсмических и др.; этап критически зависит от актуальной редакции СП «Нагрузки и воздействия»);

  • 5)    подготовка документации по инженерным сетям (проектируются системы водоснабжения, канализации, электроснабжения и др.; требуется согласование с архитектурными решениями и расчётами нагрузок в сетях);

  • 6)    корректировки после государственной экспертизы (вносятся изменения в проект по результатам обязательной проверки на соответствие нормам; этап может включать перерасчёт нагрузок при выявлении несоответствий);

  • 7)    корректировки в ходе строительства возникают из-за изменений условий на площадке, материалов или требований заказчика.

На рисунке 1 представлена последовательность этапов разработки строительной документации для объекта. Выделены этапы актуализации документации в данном процессе.

Поступил заказ (ТЗ) на разработку проектной документатции

Назначить инженерные изыскания

Подготовить генеральный план

I

Подготовить объемно-планир овочные решения

Подготовить конструктивные решения объекта

Подготовить документацию по инженерным сетям

Направить проектную документацию на гос.экспертизу

т.к. строительство может занимать несколько лет, то могут быть пересмотрены формативные документ

Сообщить заказчику, что стрательство ожно начинать

Направить проектную документацию на гос. экспертизу

Проектная документация готова

Рисунок 1 - Этапы разработки и актуализации строительной документации проектной организацией

ПД должна оставаться актуальной в течение всего периода подготовки и строительства, который может составлять несколько лет.

При разработке строительной документации применяются различные СП.

  • 1)    СП «Инженерные изыскания для строительства» определяет требования к проведению геологических, гидрологических и др. исследований. Данный СП:

  •    связан с СП «Нагрузки и воздействия» (данные изысканий используются для расчёта несущих конструкций с учётом возможных природных и техногенных нагрузок);

  •    взаимодействует с СП «Инженерные сети» (инженерные изыскания необходимы для правильного проектирования коммуникаций и инженерных сетей).

  • 2)    СП «Нагрузки и воздействия» устанавливает нормы расчётных нагрузок на строительные конструкции. Данный СП:

  •    тесно связан с СП «Архитектурно-планировочные решения» (требования к прочности зданий должны учитываться при выборе архитектурных решений);

  •    влияет на СП «Инженерные сети» (нагрузки на сети и коммуникации зависят от конструкции здания).

  • 3)    СП «Архитектурно-планировочные решения» регламентирует требования к проектированию зданий, их функциональности, эргономике и безопасности. Данный СП:

  •    связан с СП «Инженерные сети» (размещение инженерных систем должно учитывать планировку здания);

  •    влияет на СП «Инженерные изыскания» (тип здания определяет необходимость дополнительных изысканий, например, сейсмических).

  • 4)    СП «Инженерные сети» устанавливает нормы проектирования систем водоснабжения, водоотведения, электроснабжения и других инженерных коммуникаций. Данный СП:

  •    взаимодействует с СП «Нагрузки и воздействия» (инженерные сети должны выдерживать соответствующие нагрузки);

  •    связан с СП «Архитектурно-планировочные решения» (системы должны быть встроены в общую планировочную концепцию здания).

Кроме указанных используются и другие СП и ГОСТы, например:

  •    СП «Пожарная безопасность зданий и сооружений» регулирует требования к огнестойкости конструкций и путям эвакуации, связан с СП «Архитектурно-планировочные решения»;

  •    ГОСТ 21.101-2020 «Основные требования к проектной и рабочей документации» определяет стандарты оформления ПД, связан со всеми основными СП;

  •    ГОСТ 27751-2014 «Надёжность строительных конструкций и оснований» используется при расчёте прочности конструкций, связан с СП «Нагрузки и воздействия».

Пример взаимосвязей между документами показан на рисунке 2.

СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений

СП 31.107.2004

Архитекту рно пл а ни рово чные решения

СП 526.1311500.2023 Пожарная безопасность зданий и сооружений

СП 20.13330.2016

Нагрузки и воздействия

СП 296.1325800.2017 Здания и сооружения. Особые воздействия

СП 50.13330.2024 Тепловая защита зданий

СП 47.13330.2016 Инженерные изыскания для строительства

СП 131.13330.2018

Строительная климатология

СП 129.13330.2019 Наружные сети и сооружения водоснабжения и

ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований

Л СП 385.1325800.201вЛ Защита зданий и

■ сооружений от прогрессирующего

. обрушения. Правила ,

Рисунок 2 - Пример связей строительных правил и других документов

3 Требования к онтологии сводов правил

В исследовании использован СП «Нагрузки и воздействия» [24], который регламентирует виды нагрузок и воздействий, их расчётные значения, а также методы их определения с учётом различных факторов (климатические условия, высота и конструктивные особенности зданий и сооружений и др.). СП включает классификацию нагрузок (постоянные, временные, особые), формулы и коэффициенты для расчёта, а также ограничения, обеспечивающие надёжность и безопасность строительных объектов. СП предоставляет методики расчёта, которые необходимы для точного представления знаний и построения семантической модели. Информация из СП использована для формирования сущностей, их атрибутов и логических связей в разрабатываемой онтологии.

Каждый СП имеет определённую структуру, которая включает:

  •    общие положения - вводные разделы, описывающие область применения и основные принципы;

  •    технические требования - конкретные нормы, параметры и ограничения, обязательные для выполнения;

  •    методики расчёта - формулы, таблицы и алгоритмы, используемые для определения нагрузок, материалов или других характеристик;

  •    приложения - дополнительные данные, примеры расчётов, региональные особенности.

Эти элементы влияют на сущности и отношения, которые включаются в онтологию. Например, для рассматриваемого СП ключевыми сущностями являются типы нагрузок, их характеристики и зависимости от внешних условий.

СП содержат ссылки на другие НД, что требует учёта:

  •    взаимосвязей между документами, включая ссылки на ГОСТы и другие СП;

  •    иерархии нормативных требований, где одни правила являются общими, а другие уточняющими;

  •    версий документов, так как СП периодически обновляются, что может изменять состав требований.

В онтологии должны учитываться разные типы данных:

  •    качественные данные - описания, термины, определения;

  •    количественные данные - числовые параметры, пределы, формулы;

  •    логические зависимости - условия и ограничения, например, «нагрузка применяется только к зданиям высотой до 50 м».

СП ориентированы на практическое использование, что влияет на состав онтологии:

  •    цели использования - проектирование, проверка соответствия, расчёты, обучение;

  •    интерпретация правил - онтология должна учитывать вариативность формулировок.

При формировании онтологии учитываются:

  •    принципы семантической ясности - сущности и их отношения должны быть понятными и не допускать двусмысленности;

  •    гранулярность - уровень детализации сущностей и их связей (например, нагрузка может быть описана как «ветровая» или конкретизирована с указанием расчётных параметров);

  •    поддержка автоматизации - онтология должна быть пригодной для работы в системах автоматизированных расчётов и анализа.

Каждый СП имеет особенности, которые должны быть учтены в онтологии:

  •    область применения - жилые здания, промышленные объекты, инженерные сооружения;

  •    региональные особенности - климатические зоны, сейсмические параметры, материалы;

  •    комплексность норм - наличие сложных взаимосвязей между требованиями, таких как зависимость нагрузок от нескольких факторов (ветровой район, высота здания и др.).

СП периодически обновляются, поэтому онтология должна быть:

  •    адаптивной, т.е. поддерживать обновления с минимальными затратами;

  •    версионной, т.е. сохранять возможность работы с различными версиями документов, если они используются в конкретных проектах.

Для создания онтологии должны быть определены входные параметры, которые влияют на состав НД и его содержание (формулы или значения величин, необходимые для расчёта нагрузок).

4 Онтология свода правил

Разработана двухуровневая онтологическая модель, которая состоит из:

  •    базового уровня, включающего универсальные сущности (типы нагрузок, характеристики материалов, зависимости от климатических и региональных факторов и др.);

  •    предметного уровня, на котором детализируются требования СП, описываются конкретные сущности, методы расчёта и ограничения, указанные в документе.

На рисунке 3 приведён фрагмент онтологии СП. Здесь символ ^ отражает структурную связность между орграфами моделей онтологий; символ | - терминологическую связность между вершинами орграфов моделей онтологий, а также между вершинами орграфов целевой информации. Символ ^ , стоящий рядом с меткой вершины, означает, что эта метка заимствуется некоторым множеством вершин. Символ ^ означает, что в вершину рядом с меткой, которой он отображается, входит более одной дуги. Вершина такой дуги может принадлежать как этому, так и другому орграфу.

  • ►    Область применения * ► Термины и определения (♦ ► математические символы ► Нормативные ссылки ’

Нагрузки {СПИСОК}

Классификация нагрузок {СПИСОК}

  • ▼    Временные (СПИСОК)

  • ▼    Длительные •< {СПИСОК)

Список значений длительных нагрузок (сорт; строковое)

Символьное обозначение (тип: строковое)

  • —    Нагрузки длительные • - 'сор/) (ref) ^ 0 __________________________

  • ▼    Кратковременные •< (СПИСОК)

Список значений кратковременных нагрузок (сорт: строковое)

Символьное обозначение (тип: строковое)

  • —    Нагрузки кратковременные * ( - ’сор/) (тер ^ 0 _____________________

  • ▼    Особые •< (СПИСОК)                  ’ 0 _______________________

Список значений особых нагрузок (сорт строковое)

Символьное обозначение (тип: строковое)

Н Особые нагрузки " ’copy4) (ref) <

  • ▼ Постоянные -с (СПИСОК)

Список значений постоянных нагрузок (сорт: строковое)

Символьное обозначение (тип: строковое)

Сочетания нагрузок {СПИСОК}

▼ Основные сочетания нагрузок • {СПИСОК}

6 I Pacve/n «гс/прултд/и и оснований по предельным состояниям 1-й и 2-й групп следует выполнять с уметом неблагоприятных ссметаний нагрузок или соответствующих им усилий

  • ►    Длительные -с 'copy') i

  • ►    Кратковременные •<

  • ►    Постоянные •<

  • ▼    Расчет (СПИСОК)

г Коэффициент сочетаний нагрузок; (СПИСОК)

Формула расчета (тип: строковое)

Значение коэффициента надежности по нагрузке (сорт вещественное)

г Особые сочетания нагрузок {СПИСОК}

  • ►    Постоянные •< = ’copy*) (ref-new) ^ 0

  • ►    Длительные •< = ’copy*) (ref-new) ^

  • ►    Кратковременные •<

  • ▼    И одна из {СПИСОК}

  • ►    Особые •<

Вес конструкций и грунтов {СПИСОК}

  • ▼    Нормативное значение веса конструкций {СПИСОК}

к* Рабочие чертежи   ’сору') (гео £ О

  • —    паспортные данных завод с s-и зготовителей     : v'Hrcp ^ О _________________

  • ▼    Коэффициенты надежности по нагрузке {СПИСОК}

Конструкции сооружений и вид грунтов (сорт: строковое)

Значение коэффициента надежности по нагрузке (сорт: вещественное)

Рисунок 3 - Онтология свода правил (фрагмент)

{СПИСОК} обозначает, что соответствующий узел метауровня порождает в целевом орграфе совокупность однотипных информационных единиц. Семантически это конструкция множественной вложенности: элемент может повторяться произвольное число раз и формирует агрегированную структуру (контейнер) для подчинённых экземпляров.

(= 'copy') создаёт правило копирования структуры метаузла в целевой орграф без изменения типа связи. При генерации информационной базы соответствующий фрагмент метаописания транслируется в результирующий граф с сохранением структурных характеристик. Используется для тиражирования типовой структуры.

(+ 'set') определяет множественное включение элементов без фиксированного порядка. В отличие от простой копии, данная разметка подчёркивает семантику множества: допускается добавление нескольких экземпляров сущностей одного типа, каждый экземпляр является самостоятельным элементом целевого графа.

(ref-new) указывает на создание нового экземпляра информационной единицы с одновременным формированием ссылки на него. В целевом орграфе генерируется новый узел, который получает собственную идентичность, и устанавливается ссылка из исходного контекста (контролируемое порождение новых сущностей).

(ref) задаёт правило ссылочного включения без создания нового экземпляра. В результирующем графе формируется ссылка на существующую информационную единицу. Данная разметка обеспечивает повторное использование сущностей и поддержание связности графа без дублирования данных.

(! 'one') фиксирует ограничение «ровно один». При формировании целевого орграфа допускается единственный экземпляр соответствующей информационной единицы в заданном контексте. Это средство задания обязательных и уникальных атрибутов или связей в структуре модели.

(all) задаёт правило полного распространения связи или свойства на все допустимые элементы соответствующего класса в пределах заданного контекста. В терминах двухуровневой модели это означает, что при генерации целевого орграфа связь формируется не с одним и не с подмножеством элементов, а со всеми экземплярами сущностей, удовлетворяющими условиям метаописания.

(* 'list') задаёт правило формирования множественной структуры с сохранением порядка следования элементов. Это означает, что соответствующий метаузел порождает в целевом орграфе последовательность экземпляров информационных единиц, для которых существенна позиционная организация.

Прочие присутствующие в орграфах моделей онтологий разметки ([=] 'copymm'), ([!] 'onemm'), ([=] 'setmm'), (-'proxy'), (new), (clone) и т.д. задают правила формирования орграфов целевых информационных баз и справочников. Семантика данной разметки описана в [25, 26].

Для создания онтологии, основанной на СП, учтены основные компоненты и их характеристики, которые являются важными для применения НД в проектировании.

СП классифицирует нагрузки, которые должны быть представлены в онтологии:

  •    постоянные нагрузки : вес несущих конструкций, отделочных и облицовочных материалов, постоянные технологические нагрузки;

  •    временные нагрузки : кратковременные (например, снеговые и ветровые нагрузки), длительные (например, нагрузка от оборудования);

  •    особые нагрузки : сейсмические, взрывные, аварийные.

Климатические параметры влияют на расчёты нагрузок и должны быть учтены в онтологии. Это: снеговой район, ветровой район, температурные параметры (сезонные и суточные колебания температуры), климатические зоны для расчёта обледенения и осадков.

Конструктивные элементы должны быть учтены с соответствующими параметрами:

  •    материалы (бетон, сталь, дерево и их физико-механические характеристики);

  • ■    размеры элементов (толщина, длина, ширина);

  • ■    геометрическая форма конструкций;

  • ■    способ опирания и закрепления.

Онтология должна содержать параметры, которые учитываются при расчётах.

  • 1)  коэффициенты надёжности по нагрузке.

  • 2)  коэффициенты сочетания нагрузок.

  • 3)    поправки на нестандартные условия эксплуатации.

  • 4)    логические зависимости между нагрузками:

  •    сочетание нагрузок: сочетания постоянных, временных и особых нагрузок;

  •    зависимости между нагрузками и характеристиками конструкции (например, влияние температуры на прочность материалов).

  • 5)    сценарии применения:

  •    условия нормальной эксплуатации;

  •    особые условия эксплуатации (например, при реконструкции или капитальном ремонте).

  • 6)    географическая привязка:

  •    карты ветровых и снеговых районов, привязка к регионам;

  •    зоны сейсмической активности.

  • 7)    формулы и методики расчётов:

  •    расчётные формулы для каждого типа нагрузок;

  • ■    примерные значения нагрузок для типовых случаев;

  •    уравнения зависимости нагрузки от климатических или конструктивных факторов.

  • 8)    нормативные ограничения и пределы:

  •    максимальные и минимальные значения нагрузок для разных конструкций;

  • ■    ограничения на допустимые деформации.

  • 9)    атрибуты временных нагрузок:

  • ■    продолжительность действия нагрузки;

  • ■    частота появления (например, для аварийных нагрузок).

  • 10)    ссылки на нормативы и таблицы:

  •    указания на таблицы и приложения СП, которые содержат уточнения и дополнительные параметры;

  •    ссылки на другие документы (например, СП, не утратившие актуальность НД).

Связи между перечисленными сущностями в онтологии заданы явно и отражают нормативные зависимости, присутствующие в СП. В частности, расчётные формулы связаны с типами нагрузок и условиями их применения, а также с климатическими и конструктивными параметрами. Такое представление позволяет перейти от текстового описания нормативных требований к их формализованной обработке. Использование модели делает возможным автоматизированное определение применимых нормативных положений на основе заданных условий проектирования (тип конструкции, регион строительства, вид нагрузки и т.д.).

Формализация таких зависимостей снижает неоднозначность интерпретации требований и обеспечивает их согласованное применение с учётом контекстных связей между параметрами и расчётными схемами.

5 База знаний на основе свода правил

В качестве примера выполнены расчёты устойчивости и напряжённо-деформированного состояния купольного здания. Материал конструкции - дерево, здание находится в VII климатическом районе. С использованием технологии извлечения структур из текста построена база знаний (БЗ) с расчётами нагрузок (см. рисунок 4). БЗ представляет собой формальную модель СП «Нагрузки и воздействия» в виде ГЗ, включающую:

  •    таксономию сущностей (типы нагрузок, конструктивные элементы, материалы, расчётные ситуации и др.);

  •    систему отношений между ними;

  •    набор формул и вычислительных правил, связывающих параметры из текстов НД с математическими выражениями;

  •    аксиомы и ограничения, обеспечивающие непротиворечивость знаний.

Особенностью разработанной БЗ является её структура, построенная по принципу «метамодель - предметное наполнение». Верхний уровень (мета-онтология) содержит универсальный онтологический паттерн, который определяет типы сущностей, отношений и правил вывода. Нижний уровень содержит фактическое наполнение, то есть экземпляры сущностей, конкретные значения параметров и формульные зависимости. Благодаря такому разделению логический вывод и механизмы семантической обработки используются на уровне метамодели и не зависят от конкретного содержания документа. Это означает, что при изменении нормативной базы (обновлении СП) достаточно модифицировать предметное наполнение БЗ, не затрагивая программный код, реализующий алгоритмы анализа, проверки и расчёта.

Заключение

В работе использована концепция, основанная на применении онтологического моделирования и машинно-понимаемых документов. Разработанный подход позволяет осуществить формализацию нормативных знаний, структурировать взаимосвязи между требованиями различных документов и создать основу для семантического поиска и анализа данных.

Разработка и интеграция онтологических моделей в системы автоматизированного проектирования представляется важным направлением цифровой трансформации строительной отрасли. Реализация данного подхода позволит ускорить подготовку документации, уменьшить риски несоответствия ПД нормативным требованиям, перейти к новому уровню управления нормативными знаниями и повысить качество проектных работ.

Рисунок 4 – Сформированная база знаний (фрагмент)