representation and communication of knowledge regarding buildings

Representation and communication of knowledge regarding buildings

PhD course : Paradigms of Spatial Data Infrastructures (SDI) Department of Development and Planning, Division of Geomatics

Lise Schrøder, Department of Planning and Development, Aalborg University

• PhD-project• The geodata community and the building object• Systems of building information• Metadata – and the need for models• Design and models• Semiotics and ontology• Conclusions and further research

Content

1. The geodata community - and the building object

Background – GI usability and the built environment

Organi-sation

Commu-nication

Usecontext

Civil engineering - houses

Architecture - restoration

Technology management regarding geoinformatics

Ph.D.-project related to

design of spatial infrastructures

due to aspects of:• nD-information technology• Digital management• Knowledge sharing• Organisational learning• Time and space

Lise Schrøder Aalborg University

A: Practical problem: Different views on buildings

B: Hypothesis (practical): Common 4D-understanding

C: Methodical problem: How to investigate?

D: Method: Conceptualizing communication models

E: Hypothesis (theoretical): What is a model?

F: Theoretical framework: Semiotics

G: Metateoretisk problem: Operationalisering?

Research quetions – practise versus science

Engineering science Polytechnic design processes

Episteme

NaturalScience

Formal-Science

Huma-nities

Social Science

Techne

Phronesis

Engineeringscience

Theories/ laws about reality (“truth”)

Theoretical filosophy(Logic)

Arts and communi-cation

Use of theories and laws

Practical action

Models and Methodology

Analysis of values and interests

Theoretical filosophy (Aesthetics/ethics)

Theories/laws of formal knowledge(Mathematics)


2. The geodata community - and the building object

FOT – Fælles objekttyper i teknisk og topografisk kortlægning

LDE - Logisk datamodel for ejendomsområdet

PlanDK – datamodel for digitale plandata

ADRP – adressen som nøgle

CIS-CAD – datastruktur til udveksling af digitale projektdata

MIA – modernisering af udstykningsprocessen

Ejendomsdata

Bygningsdata

DHM

Fiks-pkt.

nDbygn.model-ler

Kom-mune-planDK

Plan-DK

DAV

KKR

GLR

CVR

Zone-kortDK

MR

SVURTK

ESR

BBRMatri-kelkort

DDO etc.

SAVE

Bygn.-fred-ning

Ting-bogen

TOP10DK

FOT

3D-bymo-deller

SE

Buildings and property data

Background – GI usability and the built environment

ESR

4D-GIBO

Meta-data

BBR

(x,y,z)

TOP10DK

BBR

MR

TK

IF

3D/4D-FOT

Public GI databases and metadatabases

Databases in the built environment

Users of data concerning buildings

Visualisations of buildings, methods, concepts, data structures etc.


Tasks: Design and communication

Representation: 2D, 2½D, 3D, (nD)

Understanding: 3D-object i time and space

Professional values: Usability regarding forms – arts and aesthetics

Professional codes: ”Functioning/not functioning” ”Understandable/ not understandable” ”Beautiful/ugly”

The architect– understanding of buildings referring to practise


Tasks: Calculation, construction and planning Representation: nD

GI-understanding: 4D-object i nD-space

Professional values: Functionality related to truth – physics and logics

Professional codes: ”Functioning/not functioning” ”Last/do not last” ”Truth/false”

The civil engineer – understanding of buildings referring to practise


Tasks: Registering and organizing data

Representation: 2D, 2½D (3D)

GI-understanding: Themes in 2D-space

Professional values: Operability regarding society – laws and ethics

Professional codes: ”Functioning/not functioning” ”Legal/illegal”

”Right/wrong”

The surveyor – understanding of buildings referring to practise


3D-representation of buildings - Paper model from the architects 3xNielsen

3D-representation of buildings- digital 3D-model from Chalmers Tekniska Högskola

TPE L-basisuddannelsen AAU 2004 Lise Schrøder - GIM

Bygningsrepræsentation - laserscanning from the surveying firm Nellemann og Bjørnkær


Practice

Society

• Information technology – WWW, CAD, GIS, MM, VR, AR etc. • Politics – Digital government• Geoinformation infrastructures – standardisation and quality • Digital built environment - CSCW

– knowledge sharing and learning

Professions

Arkitekter

Land- inspek-tører

Inge- niører

Bygnings-data

Ingeniørfaglighed

Arkitekt-faglighed

Land-inspektørfaglighed

(By)plan-lægning

Areal-forvaltning

Lokalplan-lægning

Opmåling

Bygnings-formgivning

Bygnings-konstruktion

Bygnings-plan-lægning

Infrastrukturer for stedbestemt information– bygningens rolle som kerne-/basisdataobjekt

Udgangspunkt:• Et bygningsfænomen med mange aspekter • Utallige repræsentationsformer med diverse dimensioner• Potentiel fælles 4D-bygningsbegrebsramme

Opgave:• Understøtte kvalitetssikring og genbrug af data• Håndtering af diverse behov, værdier og koder

Designkriterier: • Kvalitet – jf. brugbarhed• Fleksibilitet – jf. foranderlighed• Tilgængelighed – jf. forståelighed

Idégrundlag:• 4D-referenceobjekt

3. Systems of building information

Datamodeller

DatafangstPræsentation

DatastrukturerGeo-database

Opfattelse/observation

Datasøgning og analyse

GIS – mennesker og modeller

Borrough, P. A. & R. A. McDonnell (1998): Principles of Geographical Informations Systems

Myndig-heder

Erhvervs-liv

Forsk-ning

Menig-mand

Bygnings-informationssystem

Data-produk-tion

Bygningsrelaterede datasamlinger

KortRegi-stre

3D/4D bygnin-ger

Data-vedl.-hold

Data-foræd-ling Data-

base- admin.

Data-dekla-ration

Data-distri-bution

Data-anven-delse

Meta-data

GIS – computerunderstøttet fælles arbejdsrum

Digital bygnings-model

Forsyningsselskaber

GasTele

Vand

Offentlige registre

Plan-reg.

KKR ESR

Tek. kort

BBR

Drift

Vedligehold

Facilitiesmanagement

Ejen-doms-database

CIS-CADstamdata

Tekniskkort

Top10DK

FOT

Idégrundlaget: CIS-CAD + FOT + historik → 4DFOT

Jf. Boligministeriet (1993): CIS-CAD vejledning, Boligministeriet


CIS-CAD

TK

Top10DK

3D(4D)-FOT

Kote

Kote

Kote

BBR

(x,y,z)

4DFOT – fælles objekttype og -forståelse

4. Metadata - and the need for models

Metadata:DokumentationFormidling

Bygningsdata:StruktureringStandardisering

Brugere:Viden, forståelseKontekst

Brug:GenbrugKvalitetssikring

Undersøgelsesvinklen

Metadatamodeller

Lavt abstraktions-niveau

Data-afhængigt

Sy-stem

Kvali-tet

Se-mantik

Indsamlingsontologi

Geospatiale datalagre

Højt abstraktions-niveau

Brugs-domæne-afhængigt

Baptista, C.S. og Z. Kemp (1999): “Spatial Information Systems and the World Wide Web”

Metadata

BBR-instruksArealer

TOP10DKRegistrering af bygninger

Top10DK nD-geoinformationKonceptualiseringRepræsentationKommunikation

Internationale standarderRegionale og globale digitale infrastrukturer

Fælles objekttyperDanske infrastrukturer for stedbestemt informationDigital forvaltning

BymodellerHelhedsorienteret byplanlægningByforvaltning

BygningsmodellerDet digitale byggeri

Modelkonteksten

5. Design and models

Design, modeller og kommunikation

AfgrænsningKonstruktion/syntese

Dekonstruk-tion/analyse

Refleksion over krav og løsningsmuligheder

Brugsrettede materielle ting eller koncepter

Brugs-kontekst

Problem-stilling

Løsnings-forslag

Modelbygning

• Systemdesign • Bygningsdesign • Informationsdesign• Forskningsdesign

System-design System-

implemen-tering

Anvendelsesområde- modellering System-

analyse System- design

Anvendelses-området

Anvendelses-områdemodel

Konceptuel

systemmodel Logisk

systemmodel Fysisk

systemmodel

Kulturmodel

Fysisk model

Flowmodel Sekvensmodel

Artefaktmodel

Objekt-system

Edb-system

Bruger

Anven-delses-område

Problem-område

Bygningsdesign

Frem-stilling

MontageKonkre-tisering

Koncept

Koncept

Udførelses-projekt

Fremstilling og logistik

Aflevering

Montage

Proces-design

Produkt-design

Behov og værdi

Design-kriterier

Kundetilfredshed

- jf. Projekt Hus - debathæfte 2 "Tæt samarbejde i byggedelen", By- og Boligministeriet 2001

www.greatbuildings.com/model_viewing_notes.html

www.architetturaamica.it/afcPagAppunti/AFCappuntiUtzon2.html

Analyse og design PraksisIdéer og forudsætninger

Mål, behov, rammer:

3D/4DFOTCIS-CADCIB

BBRTKTOP10DKMR

Detal-jering

Idégrundlag

Kernedata:nDFOT-objektMetadata:NDGImetadata-koncept

Bygninger - i byen

Struk-ture-ring

4DFOT-/ metadata-koncept

Byfor-nyelse

Revi-de-ring

4DFOT og metadata-vision

Brugs-erfaringer:

FOT3DGIBymodellerRenovering

Fejl-fin-ding

Detal-jering

Reno-vering

Struk-ture-ring

Udvalgte opgaver

Revi-de-ring

Fejl-fin-ding

4DFOT-/ metadata-design:

4DFOT-/ metadata -prototype

4DFOT-def. + metadata-model

Brugere:

ArkitektIngeniørLandinspektørRegisterfører

Mål, behov, rammer:

ISI3D/4D-GIDatamodellerStandarder

Infor-mations-design

Prototyping baseret på”Contextual design”

6. Semiotics and ontology

Tegn, ligheder og modeller

Strukturbevarendefunktion

Kilde- domæne

Afbildnings- domæne

2. Objekt

1. TegnRepræsentamenTegnbærer

3. Interpretant

Bygningsrelateret metainforma-tionssystem

BygningsmodelforståelseBygnings-relateret viden

Modeller vedr. bygningsområdet

Modeller vedr. byg-ningsrepræsentation

Metamodel: Forståelse af bygnings-informationssystemets brugbarhed

Aspekter vedr. bygnings-relaterede fænomener

Bygnings-informations-system

Viden om systemets opbygning - herunder modeller vedrørende datasamlingernes organisering og kvalitet

nD-bygnings-repræsentation

Tegn, ligheder og modeller

Abstraktiv

Deskriptiv Kopulant Designativ

Kollektiv

Hypotetisk RelativKategorisk

Konkretiv

Pragmatistisk

Ikon

Tilfreds-stillende

Symbol Indeks

Suggestiv Indikativ

Forsikring vedinstinkt

Forsikring ved form (vane)

Forsikring vederfaring

Imperativ

Medlevende SædvanligSlående

1. Tegn - i sig selv

2. Umiddelbart objekt - i sig selv

3. Dynamisk objekt - i sig selv

4. Destinat interpretant - i sig selv

5. Effektiv interpretant - i sig selv

6. Eksplicit interpretant - i sig selv

7. Tegns forbindelse til dynamisk objekt

8. Tegns henvisning til effektiv interpretant

9. Tegns repræsentation af eksplicit interpretant

10. Tegns forsikring om interpretant

Rheme Argument Dicent

(3+2+1=6)

(55+10+1=66)

(45+9+1=55)

(36+8+1=45)

(28+7+1=36)

(6+3+1=10)

(10+4+1=15)

(15+5+1=21)

(21+6+1=28)

Legi-tegnKvali-tegn Sin-tegn

Charles Sanders Peirce og de 66 kategorier

Praktisk

SystemOmverden

Tegnmodellen – jf. Peirces formelle ontologi

Transformation f

System


f(x)

x

Omverden

3.Formidling

2.Transformation

System

1. Gen-kendelse


Omverden

3.Formidling

2.Transformation

Intern feed-backfunktion

Ekstern feed-backfunktionandling

System

1. Gen-kendelse

1. Input

3. Output

2. Mellemregninger

Noget, der kan genkendes af systemet


Omverden

3.Fortolkning

2.Konception

Intern feed-backfunktion: Tænkning

Ekstern feed-backfunktionandling: Handling

Kogni-tions-system1.

Perception

1. Tegnaspekt

3. Forståelse ind-bygget i tegnet

2. Objekt for tegnet

Noget, der kan fungere som tegn

Fænomen


Virkelighed

3.Fortolkning

2.Konception

Tænkning - individuelle mentale interpretanter

Handling - kollektiv repræsentation jf. tegnets repræsentation af interpretanter

Kogni-tions-system1.

Perception

1. Tegnaspekt - jf. repræsentamen i henhold til grund

3. Forståelse ind-bygget i tegnet - jf. interpretant

2. Objekt for tegnet - jf. umiddelbart objekt

Noget, der kan fungere som tegn- jf. tegn/objekt-relation

Fænomen - dynamisk objekt


Omverden

3. Induktion - symbolsk generalisering af gjorte erfaringer

2. Deduktion – diagrammatisk indek-sering af idealtilstand

Refleksion

Gyldig (verificeret/falsificeret) viden

Eksisterende fakta

1. Hypotese - jf. idealtilstand

Viden-skabel-ses-system

3. Empirisk afprøvet teori/resultat

2. Forudsigelser om mulige empiriske konsekvenser

1. Abduktion -ikonisk analogi til erfaring

Omverden

Videnskabelses-/designprocesser – jf. Peirces pragmatisme

Diagrammatisk ræsonnering

www.architetturaamica.it/afcPagAppunti/AFCappuntiUtzon2.html

1. Skitsemodel - jf. repræsentation af en idé

2. Fysisk konstruktionsmodel -jf. repræsentation vha. indekser

3. Præsentationsmodel - jf. repræsentation via symbolsk kode

3. Brugsprocesser - jf. pragmatik

2. Modelbygning - jf. semantik

Intern systemlæring

Ekstern systemlæring

Videngrundlag - jf. overordnet koncept + global ontologi

1. Videnaspekter- jf. konceptuel model

System-analyse-system

3. Genereret eller afprøvet viden - jf. brugstilfælde

2. Systematiseret viden - jf. lokal ontologi

1. Mønstergenken-delse - jf. syntaks

Systemanalyse og ontologibygning- jf. syntaks, semantik og pragmatik

Viden-område

Engineers

Surveyers

MI(a∩i)

Architects

MI(a∩l)

MI(i∩l)

MI(a) Molar content

MI(l)MolarcontentMI(i)

Molarcontent

Core content and cognitive types- Umberto Eco

KT/KI4D = Common cognitive type + core content

Context of common understanding

3. Communicating/ symbolizing

2. Specifying/indexing

Developing content of the cognitive type

Developing core content

Core content

nD1. Cognitive type

3D/4D

2. Molar content

4D-FOT3. Prototypes

nD

1. Identificering/ recognition based on iconicity

Building shared understandings - A cognitive approach to building models inspired by Eco

Context of individual/organiza-tional under-standing

Peirce is characterizing the normative sciences as dealing with aesthetics, ethics or logics related to kinds of goodness:1. Aesthetical goodness dealing with beauty – referring to feeling 2. Ethical goodness dealing with rights – referring to action 3. Logical goodness dealing with truth – referring to representation

Engineering science Polytechnic design processes

Modelbygning

An

aly

se

-/s

pe

cif

ika

-ti

on

s-

pro

ce

ss

er

RepræsentationsprocesserSyntese-/ designprocesser

Kla

ss

ifi-

ka

tio

ns

-kri

teri

er

- jf

. u

dv

æl-

ge

lse

s-o

nto

log

i

Transformation

Lig

he

ds

-kri

teri

er

-jf

. tr

an

sfo

r-m

ati

on

s-

on

tolo

gi

Mediering/ kombination

Re

præ

-se

nta

-tio

ns

-m

uli

g-h

ed

er

- jf

. m

ed

ie-r

ing

s-o

nto

log

i

Data

Viden

In- for-ma-tion

Selektion/ identificering R

EPRÆSENTATION

7. Conclusions and perspectives

Conclusions

• There is a need for shared understandings in the GI community

• The is a need of understanding the role and logic of design processes in general

• Multidimensional ontologies can provide a general cognitive framework

• Semiotics can provide a formal ontology for specifying meanings as means of metacommunication of various levels

• Further discussion, specification as well as testing in praxis is needed

Further research We still need • New representational forms regarding buildings• specialization and organization• to coorporate and learn• to built common frames of reference• to be creative, innovative and ready for change

nD-representation • posses a lot of potential4D-understanding • provides a core of referenceThe model • is an useful concept of meta understanding Understanding and method of design• Is necessary to be able to handle the processes of

knowledge generation – also in the field of geographical information

Semiotics• Makes it possible to understand, discuss and

document aspects of meaning

representation and communication of knowledge regarding buildings

Documents