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电力设计院知识库构建研究

范文

王学超刘大伟郑凯阎欣欣冷凯强

摘要：电力设计院目前的知识管理主要集中于档案管理，存在知识获取不全、知识利用率低等问题，对于知识库的应用较少。本文分析了电力设计院构建知识库的必要性，并提出了知识库的构建原则。最后以变电土建工程知识库中的土建造价库为例，介绍了利用本体构建知识库的方法，对其功能进行了分析。本文构建的知识库可以较好地满足电力设计人员对于设计、造价工作的要求，提出的知识库构建方法能够为电力设计院的知识管理提供借鉴参考。

关键词：电力设计院;知识管理;知识库;变电土建

中国分类号：TP311.13? ? ? ? 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）15-0222-04

Abstract： At present， knowledge management in electric power design institute is mainly focused on archive management， but the application of knowledge base is less， and there are some problems such as incomplete knowledge acquisition and low knowledge utilization rate. This paper analyzes the necessity of knowledge base construction in electric power design institute， and proposes the construction principle of knowledge base. Finally， taking the civil engineering cost database of the knowledge base of substation civil engineering as an example， this paper introduces the method of using ontology to construct the knowledge base and analyzes its functions. The knowledge base constructed in this paper can better meet the design and cost requirements of electric power designers， and the proposed method of knowledge base construction can provide reference for knowledge management of electric power design institutes.

Key words： electric power design institute;knowledge management;the knowledge base;substation construction

1 引言

電力设计院作为知识密集型组织，业务快速增长带来了设计文件的快速增多，为确保文件的完整性和精确性，对电力设计院进行知识管理尤为重要。目前已有部分电力设计院初步构建了自己的知识管理平台系统，但大多数的设计院在知识管理上仍存在问题，没有对知识进行有效的沉淀归档和利用。知识库作为计算机中的知识集群，具备良好的知识存储、共享、创新等功能，便于设计人员操作使用。目前，电力设计院较少地将知识库应用于知识管理。基于此，本文通过对电力设计院的知识管理现状进行分析，提出了将知识库应用于电力设计院进行知识管理，详细阐述了构建电力设计院知识库的必要性及原则，并以变电土建工程知识库的构建为例对知识库的构建方法和功能进行了分析。

2 电力设计院知识管理现状分析

知识管理是社会中的组织和个人完成知识获取、存储、交流、共享、应用和创新的管理过程 [1]7。我国的知识管理研究始于20世纪80年代后期[2]，在2005年之后开始快速发展[3]。电力行业对知识管理也颇为关注，并制定了相应的规划，也取得了相应的成果。如国家电网和中国电建都创建了自己的一体化协同办公平台等大型知识管理平台。

2.1 知识获取

知识获取是知识管理的重要前提，目前，大多数电力设计院处于知识数据的积累阶段，已经积累了足够丰富的知识资源，只是尚缺乏对这些知识资源进行有效整理。在知识获取的过程中，由于知识资源相对分散，大部分数据资料存储在个人电脑当中[4]，因此存在部分显性知识获取不全的问题。此外，专家、工程师等头脑中的经验、技巧等隐性知识没能得到有效挖掘，造成了知识资源的浪费。

2.2 知识存储及应用

获取知识之后需要对其存储，目前已有部分电力设计院建设了自己的协同办公平台或知识管理系统，能够做到设计文件资料的及时保存和更新，最大程度确保了所获取文件的完整性和精确性。知识存储的最终目的是对知识进行有效利用，如何提高知识的利用率是大部分电力设计院普遍面临的一个问题。现阶段电力设计院所建设的知识管理平台基本实现了目录服务、知识检索等功能[5]，但是缺少对知识信息资源进行开发利用，影响了设计院效益的提高，需要完善知识共享和创新等功能。目前知识管理人员业务水平有待提高，构建的知识管理系统缺乏良好的运行环境，导致知识利用程度低，没有实现知识的充分共享。此外，知识之间具有联系，如何挖掘知识之间的相互关系，使知识发挥出更大的价值，实现知识二次利用和创新，是知识管理系统健全完善的方向。知识库的构建将有利于电力设计院实现知识的共享和创新。

知识库作为计算机中的知识集群，具备良好的知识存储、共享、创新等功能。然而目前电力设计院创建的知识管理系统较少将知识库应用其中，其知识库的构建处于起步阶段，基本实现了知识库的基础分类架构，具备成熟的知识库的电力设计院还比较少。针对目前电力设计院知识管理上所存在的亟待解决的问题，运用知识库将得到有效改善。

3 电力设计院构建知识库的必要性及原则

3.1 知识库相关概念

知识库是按一定要求存贮在计算机中的相互关联的某种事实、知识的集合，是经过分类和组织、序化的知识集合[6]。知识库以机器可读的形式表达，并且可供机器处理。知识库的构建需要某种知识表示方法支撑，目前最流行且最常用的知识表示方法是本体表示法，其对于知识库的构建至关重要。

本体有许多不同的定义，在各界学者中认可度最高的定义是由德国学者Studer等人于1998年提出的，即本体是共享概念模型的明确的形式化规范说明[7]。目前存在诸多本体的构建方法，其中应用较广的是七步法。七步法由美国斯坦福大学Noy教授等人所创[8]。经历约20年的发展，七步法相对于其他本体构建方法而言，体系比较完整。

3.2 构建知识库的必要性

1）提高知识存储效率，促进电力设计院快速发展

在知识存储方面，知识基本靠人工手动输入管理系统，这不仅需要耗费大量的时间，也将占用较多的人力资源，阻碍了电力设计院工作效率的提高。在当今知识量爆炸性增長的时代，这种落后的方法亟待改进，而知识库的自动化构建有望打破这一困境。

本体的自动构建从20世纪初就开始被研究[9]，十几年间在理论上已经取得了一定突破，在实践中也有所进展，如桂冬冬等人提出了一种煤矿事故本体自动构建方法，使构建的本体更加全面[10]。随着本体自动构建技术和人工智能技术的与时俱进，知识库的半自动化构建乃至自动化构建将逐渐从理论变为现实。这将大大减少人力资源的投入，提高知识存储输入的效率。

2）提高知识查询精准度，促进知识传递共享

在知识应用方面，目前的知识管理方式对电力设计知识的应用程度不高，没有充分发挥知识资源应有的价值。由于知识库可以实现知识的结构化存储，使之更具备条理性，并且能够表示知识之间的关联。基于本体构建的知识库的查全率和查准率分别可达93%和87% [1]57，实现了知识的精准查询。电力设计人员寻找和利用知识的时间将大大减少，促进了知识的传递共享。

3）提高电力设计院工作效率，促进知识重用创新

知识库可以与推理机相结合组成专家系统，即模仿人类思维求解复杂问题的计算机智能系统，通过本体推理可以实现对现有知识的重用创新，为电力设计院创造更大的价值。本体推理的实现机制表现为，在推理机的作用下，将知识库中的知识与规则库中的推理规则相互匹配，从而推理出知识库中的隐含知识[1]12。例如，通过本体推理可以实现对工程风险的预测及评估，设计人员基于风险预测结果对当前设计方案进行改进，从而可以有效避免将来工程建设及运行过程中类似风险的发生，极大地提高了工程的安全性并减少了损失[11-12]。此外，知识库还可用于绿色建筑评价[13]，电站或建筑的智能运维[14-15]等方面。若电力设计院实现了知识库的成熟建设，电力设计人员的工作效率及效果都将得到极大提高。

3.3 知识库的构建原则

不同领域的知识库的构建原则各有不同，需根据知识库构建的目的进行设置。由于电力设计院知识库的构建是为了更好地对知识资源进行有效管理，从而提高电力设计院的工作效率。为了尽可能发挥所构建的知识库的作用，本文提出了三点电力设计院知识库的构建原则。

1）完整性原则

电力设计院的知识繁杂密集，为了避免遗漏，在构建知识库之前，应当对知识进行合理的分门别类，在涵盖全部核心知识的基础上，力求维护知识的完整性及条理性，从而便于知识库的构建，也有利于提高实现知识查询的完整性和精确性。

2）易操作性原则

知识库的构建是为了更加高效地利用知识，因此，构建的知识库需要具备较强的可操作性。首先知识库必须具备一定的可拓展性。随着电力设计院的发展，其内外部的资料都在不断增加，只有具备一定可拓展性的知识库才能实现知识的更新补充。其次，构建的知识库要方便使用，从而减少知识查询和创新重用所耗费的时间，提高电力设计人员的工作效率。

3）一致性原则

电力设计院方面的专有名词较多，在描述这些专有名词的概念、属性及实例时，必须与实际相符，同时要满足定义和推理在逻辑上相一致[16]。

4 电力设计院知识库构建案例

4.1 知识库的系统架构

目前国家电网系统内的人才交流带来了电力设计人员流动较大等问题，流出有经验人员导致知识流失，流入无经验人员无法系统全面地了解设计知识。因此，构建电力设计知识库尤为必要。本文以变电站土建工程知识库的构建为例，帮助电力设计院更好地进行知识管理，使得新加入的缺乏经验的电力设计人员实现懂设计、懂造价的目标。拟构建知识库的系统架构如图1所示。

4.2 知识库的构建步骤

目前缺少可以重用的本体，故该知识库所利用的本体需自主构建。知识库本体的构建工程较为庞大，目前利用protégé软件完成了土建造价库的构建，主要的构建方法简述如下。

第一步，定义类，主要包括设计对象库、设计要求库、计量规则库三类。类及其定义如表1所示，在protégé软件中构建的该知识库本体的类如图2所示。

第二步，定义类的属性，主要包括对象属性和数据属性。首先定义对象属性，它表达的是类与类之间的关系。该本体中子类与基础类构建了归属关系的“is-a”属性，例如通过“is-a”将“主要生产建筑物”和“设计对象”联系起来，表示“主要生产建筑物”是“设计对象”的一个子类。表2展示了对象属性的定义域及值域。定义域是属性的起点，表示属性限制的类;值域是属性的终点，表示属性指向的对象。数据属性描述的是类的具体信息，它是类与数据的连接点，如表3所示。

第三步，创建实例。实例是真实具体的数据，对应实际对象、实际要求和实际计量规则。通过创建实例可以将本体应用到实际。本文以“站区道路”为例，说明构建实例的思路和过程。

实例“站区道路”属于类“设计对象”的子类“站区性建筑”，整体视图如图3所示。类“设计对象”的子类“站区性建筑”是抽象的概念，结合实际经验，将围墙、大门、护坡、挡土墙、排水沟、站区广场和站区道路规为一类“站区性建筑”。

4.3 知识库的功能实现

1）知识结构可视化

知识库本体通过计算机可识别的语言进行构建，并以.OWL形式进行存储，这些计算机编程语言对一般电力设计人员而言，晦涩难懂。而知识库可以将知识结构转化成可视化的形式，通过直观展示，电力设计人员可以清晰地了解知识之间的关联，也便于快速地掌握设计知识，从而提高其设计能力。根据知识可视化展示的详细程度可以分为OWLViz可视化和OntoGraf可视化。前者只能展示类这一层次，后者可以展示全部的类及属性。由于全部展示形成的结构较大，故只展示第二子类这一层次，图4和图5为土建造价库的这两种知识可视化形式。

2）知识精准查询

OntoGraf可以实现对知识库中的知识进行精准查询的功能。以“道路”为例，在搜索框中输入“道路”，查询结果如图6所示。图中展示了与“道路”有关的类及实例，如施工图通用设计中与站内道路有关的各类设计要求。电力设计人员通过知识查询，可以快速找到自己需要的信息，节约知识查找所耗费的时间，从而提高其设计效率。

3）待完善的功能

由于知识库的构建是一项工作量较大的工程，目前实现的部分还不够健全。待整个知识库构建完善之后，知识之间的联系更加密切，通过巨大的知识网络，将实现更多的功能。待完善的功能主要有以下几点。首先，需要实现知识之间的精准索引。例如，通过查询“在建工程资料库”中的某设计图纸，可以找到“设计人员库”中的相应负责人，从而实现施工人员与设计人员的及时沟通，促进双方工作协同优化，节约工程造价。其次，实现相似项目案例的精准匹配。通过构建案例推理规则库，利用相似度算法来实现相似案例的精准查找，为当前的设计工作提供借鉴，优化设计成果。最后，努力开发知识库半自动乃至自动构建方法，为知识库的构建节省时间和人力，从而更快更好地充分利用知识库的功能。

5 结语

电力设计院的知识管理十分重要。本文首先对电力设计院的知识管理的现状进行了分析，发现目前的知识管理方式仍然存在较多不足之处，通过构建并应用知识库进行知识管理可以有效地改善这些问题。然后以变电站土建工程的知识库构建为例，设计了该知识库的系统架构，并分析了其构建方法和功能。结果表明，目前构建的知识库能够较好地满足电力设计人员对设计规范以及工程造价的学习需求，本文提出的知识库构建方法能够为电力设计院的知识管理提供借鉴参考。

本文仍存在一些不足之处。目前所构建的知识库还不够健全，只具备一些基础功能。知识库的构建是一个长期的过程，后续将完善本知识库的构建，并研究半自动化构建乃至自动化构建技术，节约时间和人力。此外还将开发更多的知识库功能，帮助电力设计人员优化其设计工作，促进电力设计院实现更佳的知识管理。

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【通联编辑：王力】

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