谢玮成，陈章芬

（1.中建海峡建设发展有限公司，福州 350001；2.国家计算机网络应急技术处理协调中心福建分中心，福州 350001）

0 引言

建筑工程在施工过程的各个阶段均会产生大量的数据，这些数据对于工程管理人员实施日常管理、开展决策分析有着指导性作用。但在实际施工管理中，数据壁垒现象普遍，各业务系统协议标准难统一；数据检索的途径较为不便，检索大多依赖PC 端完成；检索效率低下，检索方式多为键盘输入关键词查询。对此，本文提出建筑工程数据检索App 系统设计方案，通过语音识别的方式获取并翻译用户语音信息，再经模糊算法检索对应的数据库完成信息查询。

1 系统架构

建筑工程数据检索App 系统采用SSM 框架搭建，即Spring MVC 框架、Spring 框架和MyBatis 框架的整合。系统结构自上向下可划分为视图层、表现层、业务层和持久层和数据库，如图1 所示。

图1 系统框架结构

（1）视图层。即View 层，本层提供了与用户交互的界面，实现对用户请求的响应。

（2）表现层。即Controller 层，本层接收和处理视图层传输来的用户请求，通过调用业务层接口实现对业务流程的控制，并反馈处理结果。

（3）业务层。即Service 层，本层设计有业务模块的逻辑应用，其通过封装业务层的逻辑以提高通用业务逻辑的独立性和重复利用性，使程序更加高效。

（4）持久层。即Dao 层，本层实现数据的持久化操作，其通过在Spring 配置文件中定义接口实现类，再通过业务模块调用接口实现数据业务的处理。

（5）数据库。本层实现各类数据信息的存储，如用户信息、设备参数、环境监测数据等。

2 系统功能设计

建筑工程数据检索App 系统采用语音交互的方式完成信息检索，系统构成包含人机交互子系统、语音识别子系统、信息查询子系统和数据中心子系统，系统功能逻辑结构如图2 所示。

图2 系统功能逻辑结构

2.1 人机交互子系统

人机交互子系统提供了一套与用户进行交互的界面。系统设计有指纹验证、人脸验证和密码验证三种登录认证方式。当用户登录时，系统根据用户选择的登录认证方式及输入的秘钥与数据中心子系统进行交互，遍历用户信息库数据，反馈匹配结果，确认用户登录认证状态。登录成功后，用户可访问数据查询页面，通过语音输入要查询的信息，系统将用户的语音信息封装后经接口传输至语音识别子系统进一步处理。待处理完成后，再通过人机交互界面将处理结果反馈给用户。

2.2 语音识别子系统

语音识别子系统主要完成语音信息的解析与转换，其工作流程为：当接收到语音信息后，首先对语音信息进行预处理，再提取语音信息特征，最后利用训练好的语言模型和声学模型对语音特征向量进行统计模式识别，翻译得到文字信息。

语音识别子系统基于HMM 模型设计，具体功能借助CMUSphinx 语音识别工具实现。CMUSphinx 工具中 包 含 Sphinxtrain、Sphinxbase、CMUclmtk、Pocket⁃sphinx、Sphinx3 和Sphinx4 等工具，其中Sphinxtrain 主要用于声学模型的训练，Sphinxbase 用于提取语音特征，CMUclmtk 用于训练语言模型，Pocketsphinx、Sphinx3、Sphinx4 作为识别的解码器。

语言模型训练方面，在完成训练数据准备后，利用CMUclmtk 工具统计文本文件中词的总数以及每个词出现的次数，列举文本中出现词语的N 元语法，将其转换为Sphinx 需要的二进制格式语言模型。

声学模型训练前，需提前完成参数文件配置，准备训练所需的语音文件。声学模型的训练借助Sphinx⁃train 工具完成，训练后得到的feat.params、mdef、mix⁃ture_weighters、means、noisedict、variances 和 transi⁃tion_matrices 七个文件即为解码所需的声学模型文件。

2.3 信息查询子系统

信息查询子系统接收到经语音识别子系统翻译后的文本数据，根据字典算法遍历文本数据，提取关键词，再通过与数据中心子系统数据交互，完成对数据库的检索，将检索结果经优化处理后反馈至人机交互子系统。

如图3 所示，信息查询子系统设计有进度计划数据查询、施工生产信息查询、劳务管理数据查询、设备运行数据查询、党群管理信息查询和环境监测数据查询六部分功能。

图3 信息查询模块主要功能

（1）进度计划数据查询

进度计划数据查询模块支持检索的内容包含当前进度计划、本周工作计划和滞后工作项等。

（2）施工生产信息查询

施工生产信息查询模块支持的检索内容包括隐患信息查询、三维模型调取和视频监控调取三部分。其中，隐患信息查询支持对未整改隐患、超期隐患、未整改隐患责任人等信息的查询；三维模型调取支持对BIM 模型、场地排布情况的查询。

（3）劳务管理数据查询

劳务管理数据查询模块主要实现三方面数据检索，即劳务人员教育情况、劳务人员考勤数据和违规行为统计。劳务人员教育情况包含劳务人员安全教育和技术交底情况；劳务人员考勤数据包含当前场内人数、本日进出场人数及劳务人员工资；违规行为统计包含违规次数统计和违规人员信息。

（4）设备运行数据查询

设备运行数据查询模块支持对各类大型机械设备运行参数以及设备风险告警信息的检索，如龙门吊、盾构机、塔吊等。

（5）党群管理信息查询

党群管理信息查询模块主要为本支部党、纪、工、团活动开展情况的检索，内容包含支部基本信息、党员基本信息、党群活动开展情况、支部先进个人和三会一课开展情况等。

（6）环境监测数据查询

环境监测数据查询模块支持的检索内容包含环境数值信息和喷淋设备工作信息两部分。其中，环境数值信息包含工程所在区域的温度值、PM2.5 值、噪音值、风速值和气压值；喷淋设备工作信息包括喷淋设备的运行状态、运行时间等。

2.4 数据中心子系统

数据中心子系统存储了维持本App 系统正常运行的各类数据，包含用户信息、当前进度计划、未整改隐患信息等。数据中心子系统的数据获取方式有三种，分别为：人工录入（导入）、接口对接和爬虫技术。

人工录入（导入）数据的方式适用于用户信息库的建设，以及语音识别环节所需的语音数据库和文本数据库等的导入。

通过接口对接获取数据的方式适用于开放API 的各类业务系统，例如：对接采用国标协议传输的环境监测系统、对接开放有数据接口的劳务管理平台等。

通过爬虫技术获取数据的方式适用于采用以上两种方法无法取得所需数据的场景。例如：对于无法通过接口获取数据的机械设备管理平台，则可借助Py⁃thon 的requests 库完成平台数据的抓取，再利用Beau⁃tifulSoup 库解析平台网页，将取得的数据经清洗和重新组织后，存储进本地数据库中。

3 系统实现

3.1 系统上线

建筑工程数据检索App 系统界面如图4 所示，用户登录系统后，长按屏幕右下方的麦克风按钮，根据提示说出需要查询的内容。系统接收到用户的语音信息后，通过转码、提取关键词后遍历数据库，并将查询结果经处理后反馈给用户。同时，系统设计有友好的异常反馈页面，当未查询到相关信息或识别到的语音不清晰时，系统将通过语音反馈“对不起，我没有听清您说的话”等，并推测用户可能的操作意图，在反馈页面显示相关提示信息。

图4 建筑工程数据检索App系统界面

对用户查询操作的响应依托广播接收器（Broad⁃castReceiver）实现，通过添加广播过滤器，设置不同的过滤器来获取数据，并定义通过语音识别调取界面的方法，部分实现代码如下：

3.2 实验测试

本文邀请6 名工作人员对系统查询的准确率进行了测试，测试以成功调取所需要的数据进行显示作为通过的标准。测试数据覆盖查询模块的所有功能项，例如：施工生产信息查询模块的测试功能项包含隐患信息查询、三维模型调取和视频监控调取三大类，具体测试语句和测试数量如表1 所示。

表1 施工生产信息查询模块测试数据

本次测试共设计测试数据774 组，经测试得出，系统整体的查询准确率为99.2%。其中，进度计划数据查询的准确率为99.2%，施工生产信息查询的准确率为98.7%，劳务管理数据查询的准确率为99.3%，设备运行数据查询的准确率为99.5%，党群管理信息查询的准确率为100%，环境监测数据查询的准确率为99%，详细数据见表2。

表2 系统测试结果

4 结语

本文提出了一种基于语音交互的建筑工程数据检索App 系统设计方案，文中所述的系统基于SSM 框架构建，实现了对建筑工程施工中涉及到的进度计划、劳务管理、环境监测等数据的汇聚存储，系统设计有良好的人机交互界面，通过自然语言处理技术实现对用户语音的识别和关键词提取，进而完成用户所需信息的检索。经实验测试，系统查询功能项及查询准确率均符合设计要求，预计其应用能够为工程管理人员带来便利，在建筑工程管理领域有较高的应用价值。