IFC標準形狀表達及空間結構實例介紹

張漢義 邱奎寧

（中國建筑科學研究院，北京 100013）

IFC技術標準系列文章之二：

IFC標準形狀表達及空間結構實例介紹

張漢義 邱奎寧

（中國建筑科學研究院，北京 100013）

本文將通過實例解釋的方式，介紹IFC標準中建筑構件的形成表達方法，以及空間結構數據的組織方法。

IFC；幾何表達；空間結構

1 引言

承接前文《IFC標準及實例介紹》，本文從實例出發(fā)，介紹IFC標準中建筑構件的形狀表達方法，以及工程數據的空間結構組織方式。這是深入學習和應用IFC標準的必備知識。

同時，選用和評價某種工程數據格式優(yōu)劣時，也需要首先考慮建筑構件形狀的表達方法是否豐富和可擴展，以及工程數據的組織方式是否適合大多數的專業(yè)和工程任務需要。

文章的末尾，還將介紹一個查看IFC中性文件的工具，以便讀者使用。

2 IFC中建筑構件的形狀表達方法

建筑構件（墻、梁、柱、門、窗等）都是上述IfcProduct的子類型，也就擁有了同樣的位置和形狀表達定義。下面，以中性文件中一根矩形直梁的例子，來解釋建筑構件表達形狀的方法。

其中，“＃18966”是這個數據實例的實例名，其他實例引用這根梁時就引用這個實例名；“IFCBEAM”是這個實例的關鍵字，表示這個實例數據是一根梁，其后括號內的數據是這根梁的實際屬性；“0gahN6qmj1BeE8a6 lTtsgA”是這根梁的唯一標識符，用于數據集成和交換的目的；“＃16”是對另外一個記錄歷史的實例的引用，在這個實例中記錄了這根梁什么時間創(chuàng)建、由誰創(chuàng)建、什么時間做了修改、由誰修改等等信息；“＃18960”是對位置實例的引用；“＃18965”是對表達形狀表達實例的引用；其他的“＄”表示這根梁的對應屬性為空。

2.1 梁的定位＃

在IFC中，構件的定位方法有兩種：一種是在整體（世界）坐標系下的坐標說明，稱為絕對定位方法。另外一種稱為局部定位方法，它是相對另一個坐標系的定位方法。例如在PKPM的PMCAD建模時，每個樓層上構件的定位，只定義該構件在樓面上的位置，這是一種局部定位方法；又譬如墻上設置洞，一般給出洞口距墻始點距離和窗臺高，然后指定（在圖形平臺上一般使用捕捉）某一個墻即可，實際上這就是在墻的局部坐標系上進行洞的定位方法。在IFC中，對于構件的定位大都是使用局部定位的辦法。

“＃25”是這根梁引用的其他局部坐標，而“＃25”又引用了其他局部坐標，所以局部定位的方法是可以嵌套使用的?！埃?8959”是這根梁在局部坐標系下的位置，由梁的原點位置、Z方向、X方向來說明。將“＃18959”進一步展開：

“＃10236”這根梁原點在本局部坐標系下的笛卡爾點位置坐標值；“＃8”是這根梁Z軸在本局部坐標系下的方向；“＃139”是這根梁在本局部坐標系下，X軸方向（0.，1.，0.）方向。描述一個坐標系，一般是要說明原點和三個坐標軸的方向的，但是Y方向向量＝Z方向向量*X方向向量。IFC為了減少描述量，只說明Z和X軸方向。

由于＃25是上一級局部定位坐標系說明，因此按上面方法可以逐步展開，這是一種遞歸定義的方法，直到局部定位坐標系不再引用其他局部坐標系為止，這時就是絕對坐標系了。在實際使用中，需要逐步轉換，直到得出在絕對坐標系下的構件原點、X軸方向向量、Y軸方向向量、Z軸方向向量的值。

對于直線梁，局部坐標系下梁的X軸方向就是梁構件的方向，也是梁的展開的方向；對于圓弧梁是圓弧的切線方向。Z軸方向就是梁截面高方向。

2.2 梁的形狀表達

在IFC標準中，對形狀表達有如下的定義：

這根梁只有“＃18964”一種形狀表達，其中“＃11”表示梁的形狀表達環(huán)境，“Body”表示形狀表達的名字，“SweptSolid”表示形狀表達的類型。IFC標準支持多種形狀表達類型，這包括SweptSolid（三維拉伸體）、Brep（三維面片）、CSG（三維實體）、Curve2D（二維曲線）等。

本文中，梁的拉伸表達如下：

“＃18961”定義拉伸的橫截面，“＃18962”定義拉伸的起始位置，“＃8”定義拉伸的方向，“8500.0”定義拉伸的長度。IFC標準中，可以用于定義拉伸的橫截面形式包括：圓形、環(huán)形、L形、T形、U形、Z形等，以及不帶參數的任意直線圍的封閉剖面。IFC還提供了一個組合類型，可以把二個截面形成組合剖面，如雙角鋼截面等。

3 IFC的空間結構數據組織方法

每種文件格式都會用一種方式將工程數據分解為可管理的子集，便于數據組織和查找。IFC標準選用空間結構的方式來組織和管理工程模型數據。

在IFC標準中將空間結構分為四個層次，分別是場地、建筑、樓層、空間。理論的方式是：一個項目包含若干場地、場地包含若干建筑、建筑包含若干樓層，而建筑樓層包含各種建筑構件。實際應用當中，項目往往直接包含若建筑，建筑也可以不包含樓層，建筑構件直接包含在建筑中。IFC的這種空間結構表達方法，適合于絕大多數專業(yè)和工程任務。

“＃792”代表項目（＃20）“包含”場地（＃22）的關系?！埃?91”代表場地（＃22）“包含”建筑（＃24）的關系。

圖1 瀏覽IFC工具軟件（IFCBrow se）界面

“＃208947”代表一種沒有樓層表示方法，直接將建筑（＃24）與建筑構件（＃18966）關聯方法。

對于有樓層的建筑物，應該將建筑構件與樓層關聯起來，如下所示：

“＃790”將建筑（＃24）與多個樓層（＃36）關聯起來，然后通過“＃323”將建筑構件（＃18966）與樓層（＃36）關聯起來。

一個IFC中性文件實際上可以描述了一個龐大工程項目，譬如北京奧運工程，其中有若干場所：包括北京、青島、香港等，每個場所有若干建筑物，每個建筑物可能有樓層，也可能沒有樓層（體育館）。

4 一個有用的瀏覽IFC（或者STEP）的工具軟件

一般的IFC中性文件都是多達數兆字節(jié)的文本文件，每個IFC實例又引用不少實例號，如果使用一般的文本編輯軟件來瀏覽，操作非常不便。另外要把引用的實例放在一起的，非常費時費力。德國GEM公司提供了一款免費軟件IFCBrowse用于瀏覽IFC中性文件。軟件的下載地址是http：／／www.team-solutions.de／，下載的文件是IFCBrowser.MSI。軟件可以在WINDOWS系統(tǒng)中，直接安裝使用。

程序啟動后，界面如圖1所示：

軟件將窗口分為兩個部分，上面窗口是顯示讀入的IFC源文件，點擊上面窗口某行IFC實例時，引用這個實例展開其他實例在下面窗口顯示中。利用這個軟件，可以方便學習IFC實例的使用方法。

5 結束語

在深入介紹IFC標準相關內容后，我們將在后續(xù)文章中探討有關IFC標準的信息轉換和系統(tǒng)集成等關鍵技術問題。

［1］Thomas Liebich，Yoshinobu Adachi，James Forester，Juha Hyvarinen，Kari Karstila，Kent Reed，Stefan Richter，Jeffrey Wix.IFC2x Edition 3 Technical Corrigendum 1.International Alliance for Interoperability.

［2］ISO 10303-11.Industrial automation systems and integration－Product data representation and exchange－Part 11：Description methods：The EXPRESS language reference manual.

［3］ISO 10303-21.Industrial automation systems and integration－Product data representation and exchange－Part 21：Implementation methods：Clear text encoding of the exchange structure.

［4］Thomas Liebich.IFC 2x Edition 3 Model Implementation Guide.Version 2.0 May 18，2009

An Introduction to Shape Representation and Spatial Structure of IFC By Instances

Zhang Hanyi，Qiu Kuining
（China Academy of Building Research，Beijing 100013，China）

This paper will introduce the shape representation and spatial structure of Industry Foundation Classes（IFC）by instances for your further study，development and application.

IFC；Shape Representation；Spatial Structure

TU311.41

A

1674－7461（2010）01－0083－04

國家“十一五”科技支撐計劃課題“綠色建筑全生命周期信息模型研究”（2006BAJ01B01）

張漢義（1942－），男，研究員。主要研究方向：建筑工程數據建模、信息集成及轉換。

【編者按語】 IFC（Industry Foundation Classes）標準作為全球通用的建筑工程數據交換標準，日益得到重視。為了進一步在我國推廣應用IFC標準，本刊以系列文章的形式，陸續(xù)撰文介紹有關IFC標準的若干重要技術問題，包括工程信息的表達與交換方法、多種三維幾何信息表達方式、軟件接口開發(fā)方法、軟件集成技術和策略等。

本刊上一期已刊登該系列文章中的一篇——《IFC標準及實例介紹》。