(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221078202 2.2 (22)申请日 2022.07.04 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 刘吉明　赵金城　段立平　林思伟　 缪季　 (74)专利代理 机构 上海伯瑞杰知识产权代理有 限公司 312 27 专利代理师 孟旭彤 (51)Int.Cl. G06T 17/10(2006.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 16/21(2019.01)G06F 16/28(2019.01) G06N 5/02(2006.01) (54)发明名称 一种基于语义Web技术的建筑数字孪生框架 及建模方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于语义Web技术的建筑 数字孪生框架及建模 方法， 所述 建筑数字孪生框 架包括物理空间实体、 虚拟空间模 型和关联数据 库， 其中物理空间实体为数字孪生框架提供建筑 实体源数据， 虚拟空间模型用于对建筑资源作虚 拟化抽象， 所述关联数据库依托模 型语义化功能 为框架运行提供数据驱动， 所述 关联数据库包括 监测时序和结构分析两个关系数据库以及面向 监测、 建筑信息和结构分析的三个RDF模型， 通过 对同一领域RDF模型与相应关系数据库的数据联 合查询、 对不同领域RDF模型于本体层面建立映 射关系， 促使数字孪生框架信息流的匹配更新与 实时交互， 通过实测响应与仿真结果的联合查询 与一致性检查从而在数据层面验证模型的虚实 映射功能。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 115115796 A 2022.09.27 CN 115115796 A 1.一种基于语义Web技术的建筑数字孪生框架， 其特征在于， 所述建筑数字孪生框架包 括物理空间实体、 虚拟空间模型和关联数据库， 其中物理空间实体为数字孪生框架提供建 筑实体源数据， 虚拟空间模型用于对建筑资源作虚拟化抽象， 所述关联数据库依托模型语 义化功能为框架 运行提供数据驱动， 所述关联数据库包括监测时序和结构分析两个关系数 据库以及面向监测、 建筑信息和结构分析的三个RDF模型， 通过对同一领域RDF模型与相应 关系数据库的数据联合查询、 对不同领域 RDF模型于本体层面建立映射关系， 从而促使整个 数字孪生框架信息流的匹配更新与实时交互， 通过实测响应与仿真结果的联合查询与一致 性检查从而在数据层面验证模型的虚实映射功能。 2.根据权利要求1所述的基于语义Web技术的建筑数字孪生框架， 其特征在于， 所述物 理空间实体信息通过机载3D激光雷达扫描技术和结构监测系统进 行收集， 并通过无线传输 方式将现场建筑实体的几何构型、 建筑环境、 结构状态相关数据发送到网络空间以供数字 孪生虚体建模。 3.根据权利要求1所述的基于语义Web技术的建筑数字孪生框架， 其特征在于， 所述虚 拟空间模型由点云模型、 建筑信息模型、 工程结构分析模型以及各 领域本体模型构成。 4.一种基于语义Web技术的建筑数字孪生框架建模方法， 其特征在于， 所述方法包括以 下步骤： 根据建筑设计方案创建初始三维建筑信息模型； 利用点云模型修 正初始建筑信息模型， 并作模型转 化生成结构分析模型； 获取监测系统信息并存储于数据库， 利用语义Web知识存储功能将项目多源异构数据 存储到知识库； 利用语义Web知识提取功能实现对时序数据库的联合查询， 获取结构实际荷载信息修 正有限元模型； 将结构分析计算结果存储于数据库， 同时更新结构分析领域RDF模型实现仿真结果动 态匹配； 关联查询结构响应的实测与仿真结果， 利用一致性检查算法验证数字孪生框架虚实映 射。 5.根据权利要求4所述的基于语义Web技术的建筑数字孪生框架建模方法， 其特征在 于， 所述根据建筑设计方案创建初始三维建筑信息模型的步骤具体包括： 利用Revit或 ArchiCAD针对项目设计方案给定的几何构型、 建筑材 料、 场地环境信息进行三维模型创建。 6.根据权利要求4所述的基于语义Web技术的建筑数字孪生框架建模方法， 其特征在 于， 所述利用点云模型修正初始建筑信息模型， 并作模型转化生成结构分析模型 的步骤具 体包括： 将激光扫描获得 的数据转化为点云模型， 将点云模型与初始建筑信息模型进行对 比并修正建筑信息模型， 并将修正后的模 型转化为IFC模 型导入结构分析工程应用软件， 得 到初始有限元模型。 7.根据权利要求4所述的基于语义Web技术的建筑数字孪生框架建模方法， 其特征在 于， 所述获取监测系统信息并存储于数据库， 利用语义Web知识存储功能将项目多源异构数 据存储到知识库的步骤具体包括以下步骤： 根据监测系统的监测指标体系建立相应数据库， 利用MySQL关系数据库采用多表格分 别存储的形式对监测指标作数据记录；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115115796 A 2根据SSN本体框架结合传感网络布置情况建立自定义SSN本体模型， 根据建筑结构形 式、 结构分析参 考以及结构监测方案开发适用于结构分析 领域的本体模型； 利用自定义SSN本体、 结构分析本体以及IfcOWL本体生成相应RDF模型， 并将其以三元 组形式存 储于知识库中。 8.根据权利要求4所述的基于语义Web技术的建筑数字孪生框架建模方法， 其特征在 于， 所述利用语义Web知识 提取功能实现对时序数据库的联合查询， 获取结构实际荷载信息 修正有限元模型的步骤具体包括： 通过SQL和SPARQL联合查询确 定结构实际所受作用与荷 载， 然后以测定参数值替换FEA模型基于 设计资料的假定数值， 从而将物理空间结构受力状 态映射到虚拟模型， 实现对初始有限元模型的修 正。 9.根据权利要求4所述的基于语义Web技术的建筑数字孪生框架建模方法， 其特征在 于， 所述将结构分析计算结果存储于数据库， 同时更新结构分析领域 RDF模型实现仿 真结果 动态匹配的步骤具体包括： 根据建筑结构形式确定关键计算指标， 并基于此建立相应关系 数据库做多表关联存储， 再通过结构分析RDF模 型与计算结果的数据关联， 借由预设数据查 询和模型参数修改算法自动完成RDF模型 更新。 10.根据权利要求4所述的基于语义Web技术的建筑数字孪生框架建模方法， 其特征在 于， 所述关联查询结构响应的实测与仿真结果， 利用一致性检查算法验证数字孪生框架虚 实映射的步骤 具体包括： 应用关联数据技术对传感网络RDF模型和结构分析RDF模型作跨数 据源访问、 集成与 互操作， 通过知识与数据的联合查询确定相互匹配的监测数据与仿真结 果， 并对二 者进行一 致性检查以验证数字 孪生框架的虚实映射功能。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115115796 A 3