基于BIM和大模型的铁路工程咨询系统及咨询方法

1.一种基于BIM和大模型的铁路工程咨询方法，其特征在于包括以下步骤：S1，建立三维可视化环境：建立GIS基础三维地理场景；将局部区域的GIS无人机数据转换为工程坐标，将BIM模型进行轻量化及构件分解，并集成到GIS基础三维地理场景中；S2，建立关系数据库：通过数据集成模块对采集到的数据进行分析，设计关系数据库并选择合适的数据引擎，创建关系数据库、表格及表格关系，将采集到的数据导入关系数据库中；S3，基于大模型的语义理解能力，提取勘察设计数据的语义信息，生成本体和关联，通过数据集成模块建立铁路工程咨询的管理单元知识图谱，包括以下分步骤：S31，基于大模型，提取S2建立的关系数据库中每张表格的名称列，将关系数据库中的表名、列名及其注释导出为表格，作为大模型的输入，采用prompt的方式获取名称列，其中，所述名称列为模型表的模型名称列、桥梁表的桥名列、隧道表的隧道名列；S32，输入S31获取的名称列，采用prompt的方式进行语义相似性分析，对齐同义词，将每个名称列作为独立的本体类；S33，输入对齐后的名称列，采用prompt的方式进行语义包含关联分析，获得本体类之间的层级关联；S34，逐表解析每个名称列下的记录值，剔除无语义的记录，采用与步骤S32、S33相同的方式进行语义相似性及语义包含关联分析，经剔除、去重和语义对齐之后，提取该记录，形成本体，并为该本体赋予本体类；其中，步骤S31中所述大模型采用百川大模型；S35，在铁路工程咨询的管理单元知识图谱上，继续采用链路预测算法深入挖掘数据的潜在关联，利用历史链路数据和特征训练机器学习模型；S4，通过数据集成模块拓展所述铁路工程咨询的管理单元知识图谱：在铁路工程咨询的管理单元知识图谱中增加BIM构件类本体，并建立BIM构件类本体与铁路工程咨询的管理单元知识图谱中各类本体之间的关联，开发基于铁路工程咨询的管理单元知识图谱与BIM构件本体的查询功能，实现基于BIM模型的铁路工程信息查询，包括以下分步骤：S41，提取BIM构件语义结构树：首先，遍历所有BIM构件，提取构件的属性代码并汇总形成代码表；然后，去除代码表中的重复代码；依次遍历去重后的代码表中的每个属性代码，查看《铁路工程信息模型数据存储标准》，建立该代码的语义结构树；最后，采用深度优先的原则，以深度值最大的语义结构树为基准，依次遍历每棵语义结构树，对该语义结构树进行信息增益，形成项目的BIM构件语义结构树；在生成桥梁相关BIM构件语义结构树时，首先按照编码的层级，以层级最大的桩基为基准，构造{桥梁-下部结构-桥墩-桩基}；然后依次遍历每棵语义结构树，当遍历至简支梁，构造{桥梁-上部结构-梁}时，则以简支梁的语义结构树对桩基的语义结构树进行信息增益，形成：桥梁-上部结构-梁；-下部结构-桥墩-桩基；S42，根据S41得到的BIM构件语义结构树，向铁路工程咨询的管理单元知识图谱添加BIM构件的本体类及本体类关联，形成BIM构件语义知识结构树；S43，逐一遍历每个BIM构件，以构件的ID作为唯一标识，将每个构件添加到对应的BIM构件本体类中；S44，建立BIM构件的本体类与S3建立的铁路工程咨询的管理单元知识图谱中对应本体类的映射，该映射为多对多映射，在铁路工程咨询的管理单元知识图谱添加映射类本体及本体关联；S45，基于铁路工程咨询的管理单元知识图谱查询BIM构件的附属信息；S5，通过系统管理模块进行用户登录、验证及界面定制：为各参建单位分配用户和权限，各参建单位的用户采用用户名和密码登录系统，首先进行权限验证，然后为每个用户智能生成定制化的系统界面；S6，通过技术咨询模块进行设计-技术咨询协同办公：铁路勘察设计团队用户和技术咨询团队用户在三维可视化环境中，基于BIM模型进行信息的查询和检索，建立专家库，设定咨询流程，实现设计方案和技术咨询的可视化协同，系统同步采集该过程中自定义调整的管理行为和产生的过程文档；S7，通过数据集成模块建立文档数据库：接收铁路勘察设计团队与技术咨询团队可视化协同办公过程中产生的文档，对文档进行分类、存储，并基于大模型的语义理解与铁路工程的管理单元知识图谱对每个文档进行多标签管理；S8，通过过程管理模块进行协同办公过程文档智能分析：基于深度学习算法，根据管理行为的自定义调整进行模型训练，优化协同办公过程文档查询的体系结构，提供文档检索功能；其中，步骤S45包括以下分步骤：1）用户在三维可视化环境中点选BIM构建，系统获取该构件的构件ID和属性代码，以{构件ID，属性代码}组成二元组；2）在铁路工程咨询的管理单元知识图谱中，查询BIM构件语义知识结构树，获取该BIM构件的语义知识结构树为{桥梁，特大桥，下部结构，桥墩，桩基}，根据构件分解关系，逆向提取属性，得到{桥梁，XX特大桥，下部结构，Y号桥墩，Z号桩基}；3）查询映射类本体及本体关联，完成BIM构件本体类向铁路工程咨询的管理单元知识图谱本体类的映射，得到{构件ID，属性代码，{本体类：O 1 ,O 2 ,...,O n }}的三元组，其中{本体类：O 1 ,O 2 ,...,O n }为集合，O代表本体类；4）对步骤3）中的三元组进行拆解，并与步骤2）中的构件语义知识结构树链接，形成{{{桥梁，XX特大桥，下部结构，Y号桥墩，Z号桩基}，O 1 },{{{桥梁，XX特大桥，下部结构，Y号桥墩，Z号桩基}，O 2 },...,{{{桥梁，XX特大桥，下部结构，Y号桥墩，Z号桩基}，O n }}；在铁路工程咨询的管理单元知识图谱中，依次对每个本体类进行{桥梁，XX特大桥，下部结构，Y号桥墩，Z号桩基}属性筛选，将查询结果转换为DataTable；5）在三维可视化环境中动态添加Table页，将步骤4）中得到的多个DataTable嵌入到每个Table页中进行动态显示；步骤S8包括以下分步骤：（1）提供关键词、分类目录、上传资料标识的检索及自定义修改：用户登录系统，经用户和权限认证后，进入过程管理模块，能够根据关键词、分类目录、上传资料标识进行文档资料的检索，同时，选中某个文档后，能够修改该文档的关键词、分类目录、上传资料标识信息；(2)基于深度学习算法，根据技术质量管理行为的自定义调整，进行模型训练，优化技术质量资料管理的体系结构，具体步骤为：1）收集和处理用户管理行为的历史行为数据：将所述历史行为数据以时间序列的形式存储，每一行代表一个用户在特定时间点的行为记录，对每行数据进行清洗和规范化，去除数据冗余，剔除无效行为记录；2）从原始数据中提取有用的特征所述特征包括：滑动窗口内的平均行为次数、活跃时间段分布、用户身份和权限、历史搜索记录和历史操作记录，采用词嵌入方法嵌入当前登陆用户的自定义调整记录，形成高维增强特征集；将高维增强特征将作为长短时记忆网模型的输入训练集数据；3）构建LSTM模型:在Keras中，使用Sequential构建模型，添加LSTM层与输出层；4）训练模型：使用训练集数据训练LSTM模型，采用compile方法来编译模型，并使用fit方法进行训练；5）评估与调整：在独立的测试集上，采用均方误差评估指标评估模型的性能；6）模型部署与应用：将训练好的LSTM模型转换为ONNX格式并输出，部署到生产环境，以便模型能够在线上服务中运行；用户登录过程管理模块后对协同办公过程文档进行智能查询。 2.根据权利要求1所述的基于BIM和大模型的铁路工程咨询方法，其特征在于，步骤S1包括以下分步骤：S11，设计单位通过数据采集模块上传GIS基础地理数据，所述GIS基础地理数据包括基础地形与影像数据，将基础地形与影像数据通过金字塔及细节层次建模，形成GIS基础三维地理场景；S12，施工单位通过数据采集模块上传局部区域的GIS无人机数据，所述GIS无人机数据经坐标转换后与S11中形成的GIS基础三维地理场景的工程坐标系保持一致，采用图层叠加的方式，在所述GIS基础三维地理场景内集成；S13，设计单位通过数据采集模块上传BIM模型，对BIM模型进行轻量化处理及构件分解，将分解后的BIM构件模型重置原点并进行坐标转换；根据铁路工程的线性坐标系计算每个BIM构件模型的姿态参数，包括三维偏移参数、旋转参数、缩放参数，采用图层叠加的方式在所述基础三维地理场景内集成；S14，设计单位通过数据采集模块上传勘察设计数据。 3.根据权利要求1所述的基于BIM和大模型的铁路工程咨询方法，其特征在于，步骤S2包括以下分步骤：S21，分析技术咨询数据与所述勘察设计数据中的结构化数据、非结构化数据、各参建方用户及其权限申请，分析技术咨询过程中用户自定义流程及历史行为数据的数据来源、数据格式、数据结构及数据关系；S22，进行关系数据库的概念设计，将数据抽象为实体，识别不同数据源中的同类实体；S23，进行关系数据库的逻辑设计，采用EF框架，将概念模型转换为关系模型，确定数据表的结构、字段类型、主键、外键；S24，进行关系数据库的物理设计，根据数据量及数据访问需求，确定数据的存储方式、索引策略和分区策略；S25，根据业务需求和检索性能要求选择合适的数据引擎；S26，基于EF框架，采用模型优先的策略，在编程软件中自动创建关系数据库、表格及表格关系；S27，将数据采集模块采集的数据导入所述关系数据库中，并进行查询性能、实务处理测试，建成所述关系数据库。 4.根据权利要求1所述的基于BIM和大模型的铁路工程咨询方法，其特征在于，步骤S5包括以下分步骤：S51，拥有系统最高权限的超级管理员使用账号、密码、验证码登录系统，进入用户管理子模块，根据各参建单位项目联系人提供的人员角色表，使用“添加人员”，向系统输入登录名、姓名、角色、单位、职称、职位、电话信息，操作完成之后，通知各参建单位的项目联系人；S52，已添加成功的用户将在系统内列出，超级管理员通过“角色”为所有同类角色的用户统一分配权限，或者选中某个用户，单独为该用户分配权限，所述权限分为菜单查看、流程定制、流程审批、数据录入、数据修改、数据删除；系统的每个功能均包含多个权限；S53，已添加成功的用户通过登录名、初始密码、验证码登录系统，验证通过之后，能够在个人信息子模块修改密码，并在消息中心查看系统消息，包括登录信息、审批信息、代办信息和办公预警；S54，记录每个登录用户的操作，包括登录日期、登录时间、登出时间、页面浏览及浏览时长、页面操作、页面跳转，将操作记录发送给数据采集模块，并在数据集成模块中集成；S55，若当前登录用户的历史记录不为空，则在验证成功后，根据历史记录将该用户的常用模块、最近操作数据和最近提交流程信息按照该用户的操作习惯部署在用户定制界面。 5.根据权利要求1所述的基于BIM和大模型的铁路工程咨询方法，其特征在于，步骤S6包括以下分步骤：S61，铁路勘察设计团队与技术咨询团队管理员用户通过步骤S5登录系统，验证通过后，进入技术咨询模块；S62，铁路勘察设计团队的管理员用户建立勘察设计团队人员库，技术咨询团队的管理员用户建立勘察设计团队人员库和技术咨询团队专家库；S63，创建设计-技术咨询协同办公流程，包括以下分步骤：1）技术咨询团队专家登录系统，进入技术咨询模块；2）由技术咨询团队专家新建任务单，填写页面信息、任务单信息，添加接收人并下发任务单，其中，所述任务单的信息通过在三维可视化环境中点选BIM构件并选取信息而进行自动填充；3）勘察设计团队接收人登录系统，进入技术咨询模块，显示当前任务列表，查看任务详情，通过在三维可视化环境中点选BIM构件来修改或提交阶段性成果；4）技术咨询团队专家登录系统，进入技术咨询模块，显示当前审批任务列表，对步骤3）提交的阶段性成果进行审核通过、退回和/或添加审核意见操作，并产生审核记录；若技术咨询团队专家对提交成果有异议，且该任务的接收人在线，则通过邀请接收人的方式启动1对1会议，在三维可视化环境中共同基于BIM模型进行信息查询及业务对接；5）技术咨询团队与勘察设计团队的登录信息、浏览信息、审批信息、提交的文档均通过数据采集模块进行采集，并在数据集成模块中集成，以便后续分析。 6.根据权利要求1所述的基于BIM和大模型的铁路工程咨询方法，其特征在于，步骤S7包括以下分步骤：（1）数据采集模块接收铁路勘察设计团队与技术咨询团队可视化协同办公过程中产生的文档，并提交给数据集成模块；（2）数据集成模块接收文档后，首先，选择一个适合的文档数据库系统，然后，设计文档数据库的结构，包括确定需要存储的文档类型、每类文档的属性以及各类文档之间的关系；再然后，定义每类文档的结构，包括字段名、字段类型以及可能的默认值；最后，使用数据库系统提供的API，对接收文档进行归类，插入到相应的集合中，并基于大模型的语义理解与铁路工程的管理单元知识图谱，对每个文档进行多标签管理，具体为：1）基于本地部署的百川大模型，对接收文档进行语义理解，提取关键词；2）将百川大模型提取的关键词与铁路工程的管理单元知识图谱中的本体进行相似度匹配，采用Word2vec，将文本转换为向量，以向量的余弦相似性（Cosine Similarity）计算两者的相似度，返回高于阈值的搜索结果，并按照相似度大小排序，余弦相似性计算公式如下： ，其中，A、B分别为关键词采用Word2vec算法转换为的向量，向量维度 n =100；3）将大于阈值的关键词作为接收文档的检索词，建立接收文档与铁路工程的管理单元知识图谱中的本体之间的关联。 7.一种用于执行权利要求1-6中任一项所述的基于BIM和大模型的铁路工程咨询方法的系统，其特征在于：包括数据采集模块、数据集成模块、技术咨询模块、过程管理模块和系统管理模块，其中：所述数据采集模块用于采集铁路工程咨询管理中所需的数据、采集所述技术咨询模块产生的管理行为和过程文档并发送给所述数据集成模块；所述数据集成模块用于将接收到的铁路工程咨询管理中所需的数据、技术咨询模块产生的管理行为和过程文档按照数据类型进行分类和存储、构建关系数据库和文档数据库，建立BIM与GIS融合的三维可视化环境与铁路工程咨询的管理单元知识图谱，实现数据的集成和可视化展示，为所述技术咨询模块和过程管理模块提供数据服务；所述技术咨询模块用于为铁路勘察设计团队和技术咨询团队用户提供设计-技术咨询协同办公功能，该过程产生大量用户自定义调整的管理行为与过程文档；所述过程管理模块用于对所述数据集成模块中的过程文档进行智能解析，并基于深度学习算法，根据所述管理行为的自定义调整进行模型训练，优化文档的智能查询功能；所述系统管理模块用于进行用户管理和权限管理，产生用户名、密码和权限并传递给所述数据采集模块，进而集成到数据集成模块中；同时，通过权限验证，为所述技术咨询模块的定制化界面生成提供服务。 8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述数据类型包括结构化数据和非结构化数据，所述结构化数据包括excel表格、关系数据库，所述非结构化数据包括文档。