建筑设备（MEP）是维持建筑功能的核心支撑。现有技术在几何与拓扑融合、结构复杂性认知及安全评估手段上存在局限。本文提出一种基于复杂网络的建筑设备建模与抗毁性评估框架，通过融合几何与语义信息构建 FSM (Flow-Segments Stroke Model) 模型，定量分析其网络特征，并模拟不同失效场景下的系统表现，为数字孪生建筑的运维管理提供科学依据。
随着建筑使用年限的增加，MEP 系统的失效风险显著上升，亟需突破传统 BIM 模型的局限。
建筑设备（机械、电气和管道系统）是维持建筑功能和居民生活的核心。其老化、腐蚀和连接失效风险随时间显著上升。
现有的 BIM 和 IFC 标准能实现高精度的几何还原，但往往缺乏显式的拓扑连接表达，且缺乏针对系统性崩溃的量化评估模型。
提出基于复杂网络的建模与评估框架，构建 FSM 模型，定量分析网络特征，并模拟不同失效场景下的系统级联失效表现。
采用“语义规则+几何判交”的混合策略，并借鉴道路网络中的 Stroke 思想，构建具备层次表达能力的结构单元。
语义提取：利用 IFCOpenshell 解析分布端口和连接关系。
空间几何判交：对隐式几何进行三角化，利用 AABB 结合 R-tree 空间索引进行粗计算过滤，再执行精细碰撞检测确认物理连接。
拓扑简化：合并空间重叠节点及共线细碎管段。
借鉴 Stroke（路划）思想，将几何连续、语义一致的管段聚合为高层级的“管路”。将管段抽象为节点，将弯头、三通、阀门等连接件抽象为边，实现自组织聚合。
| 类别 | IFC 类示例 | FSM 映射 | 物理含义 |
|---|---|---|---|
| 管段 | IfcPipeSegment, IfcDuctSegment |
节点 (Node) | 流体载体，易发生腐蚀/堵塞 |
| 连接件 | IfcPipeFitting, IfcValve |
边 (Edge) | 连接逻辑，控制流体流向 |
通过复杂网络理论挖掘 FSM 模型，发现其表现出独特的无标度、低聚类、短路径、高模块化特征。
度分布服从幂律分布（指数 α 在 2.20~3.15 之间）。存在少量具有极高连接度的“枢纽节点”（如主干管、立管）和大量低度节点（末端支管）。
FSM 表现出低聚类特征（集聚系数 C < 0.1），说明设备连接多遵循流向层级，极少形成闭合回路。平均路径长度随规模扩展呈非线性增加。
利用 Louvain 算法划分，模块度 Q 值在 0.63~0.88 之间。社区划分结果与物理空间中的房间、廊道或功能单元（如空调机房）高度吻合。
引入负载-容量机制评估动态风险，揭示网络在随机攻击与蓄意攻击下的脆弱性差异及物理形态的影响。
本研究定量揭示了建筑设备系统的内在复杂性，为数字孪生建筑的精准运维与防灾设计提供了科学依据。
系统对随机故障具有天然免疫力，但对核心枢纽攻击极度敏感。适度冗余可提升应对干扰能力，但无法完全补偿核心节点失效的结构性破坏。
支持精准运维（优先监测高介数节点）、防灾设计优化（评估布线方案冗余度）以及集成至 CIM 平台提供智慧决策支持。
当前 IFC 数据流向属性不规范，构建有向图存在困难。未来需结合实时传感数据进行动态流向推断，并集成阀门、泵站的动态控制逻辑。