70、建筑与文化遗产领域中工业 4.0 的影响：人工智能与语义网技术助力互操作性和数据使用

建筑与文化遗产领域中工业 4.0 的影响：人工智能与语义网技术助力互操作性和数据使用

1. 引言

工业 4.0 这一概念起源于制造业，正逐渐渗入建筑行业，带来了深刻变革。像产品生命周期管理（PLM）、物联网、云计算、大数据、3D 打印等技术和理念，都对建筑行业产生了重大影响。工业 4.0 意味着工业领域的数字化和自动化不断提升，以及创建数字价值链以促进产品、环境和商业伙伴之间的沟通。

建筑信息模型（BIM）被视为建筑行业数字化进程的核心手段，它在技术和组织层面都发挥着重要作用。信息模型能够增强沟通能力，符合工业 4.0 的发展方向。然而，建筑产品的复杂性和独特性，使得在定义标准语义结构时面临困难，进而限制了沟通流程。此外，建筑供应链缺乏地理和组织上的紧密联系，也加剧了这一问题。因此，互操作性成为了关键因素。

虽然国际建筑信息互用联盟（BuildingSmart）开发的工业基础类（IFC）标准，是建筑领域共享信息模型的参考标准，但它存在一定局限性，无法涵盖房地产开发和维护过程中的所有元素和信息。一些研究尝试将专家系统和机器学习技术应用于 IFC 模型，但这些研究仍受限于 IFC 的语义结构，只能部分解决问题。

在既有建筑，尤其是历史建筑的语义表示方面，问题更为突出。近年来，BIM 在历史建筑维护中的应用受到了广泛关注，但相关实验也暴露出了诸多问题。例如，米兰大教堂尖顶的表示需要整合 3D 模型、外部数据库和摄影目录等多个信息源，但几何模型缺乏对象分类和规则关系，且所有信息都通过外部手段管理，缺乏共享的本体结构。此外，商业 BIM 软件在处理既有建筑，特别是历史建筑时，也存在诸多不足。

为了解决这些问题，从 21 世纪初开始，研究人员开始探索使用语义网