[论文解读] IfcWoD, Semantically Adapting IFC Model Relations into OWL Properties

Tarcisio Mendes de Farias, Ana Roxin+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 12, 2015

Semantic Web and Ontologies参考文献 12被引用 28

一句话总结

本文提出 IfcWoD，一种将 IFC（工业基础类）模型语义化映射至 OWL（Web本体语言）的方法，保留了 IFC 标准中实体、关系、属性和特性的原始语义。通过利用 IFC 的面向对象模式约束，该方法相比以往仅基于语法的映射（如 IfcOWL），在建筑与设施管理系统中实现了更高效的查询执行和更优的信息互操作性。

ABSTRACT

In the context of Building Information Modelling, ontologies have been identified as interesting in achieving information interoperability. Regarding the construction and facility management domains, several IFC (Industry Foundation Classes) based ontologies have been developed, such as IfcOWL. In the context of ontology modelling, the constraint of optimizing the size of IFC STEP-based files can be leveraged. In this paper, we propose an adaptation of the IFC model into OWL which leverages from all modelling constraints required by the object-oriented structure of IFC schema. Therefore, we do not only present a syntactic but also a semantic adaptation of the IFC model. Our model takes into consideration the meaning of entities, relationships, properties and attributes defined by the IFC standard. Our approach presents several advantages compared to other initiatives such as the optimization of query execution time. Every advantage is defended by means of practical examples and benchmarks.

研究动机与目标

• 通过在转换过程中引入语义意识，解决 IFC 与 OWL 之间仅基于语法的映射（如 IfcOWL）所存在的局限性。
• 通过保留 IFC 实体、关系、属性和特性的语义含义，提升建筑与设施管理中的信息互操作性。
• 通过在 OWL 模型生成过程中利用 IFC 模式中固有的结构约束，优化查询执行时间。
• 提供一种更具语义准确性和效率的本体映射，以支持 BIM 环境中高级推理与数据集成。

提出的方法

• 通过分析 IFC 标准的面向对象结构与语义约束，将 IFC 模式转换为 OWL 本体。
• 将 IFC 实体与关系映射为 OWL 类与属性，通过保留每个元素的预期语义，确保语义保真度。
• 通过强制实施继承、基数约束以及源自 IFC 模式的领域特定语义，提升推理与查询效率。
• 采用形式化映射策略，区分 IFC 中的结构元素、属性元素与关系元素，并将其转换为相应的 OWL 构造。
• 转换流程包含语义验证，以确保生成的 OWL 模型的一致性与正确性。
• 通过基准测试与实际示例，评估查询执行性能与语义准确性的提升。

实验结果

研究问题

• RQ1 在转换为 OWL 的过程中，如何保留 IFC 模型关系的语义含义？
• RQ2 相较于纯粹基于语法的方法（如 IfcOWL），语义感知的 IFC 到 OWL 映射具有哪些优势？
• RQ3 利用 IFC 模式约束在多大程度上提升了生成的 OWL 本体中的查询性能？
• RQ4 该方法是否能通过增强的语义建模，在 BIM 与设施管理系统中实现更好的互操作性？

主要发现

• IfcWoD 方法通过在 OWL 模型生成过程中利用 IFC 模式约束，显著提升了查询执行时间。
• 对 IFC 关系与属性的语义保留，相比仅基于语法的映射，产生了更准确且更具语义意义的本体表示。
• 由于生成的 OWL 本体具有形式化的语义结构，该方法在 BIM 应用中支持更高效的推理与数据集成。
• 实际基准测试表明，所提出的模型在效率与语义保真度方面均优于现有方法（如 IfcOWL）。