基于 IFC的建筑協(xié)同設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)研究初探

李楚舒 崔 路

(中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院,北京 100048)

基于 IFC的建筑協(xié)同設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)研究初探

李楚舒 崔 路

(中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院,北京 100048)

本文介紹了基于工業(yè)基礎(chǔ)類 IFC(Industry Foundation Class)的協(xié)同設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)研究。初步研究指出:作為建筑行業(yè)中協(xié)同設(shè)計數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是開放的標(biāo)準(zhǔn),IFC是滿足該要求的建筑行業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)一步的研究實(shí)踐表明,IFC數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)只是協(xié)同設(shè)計的必要條件,但不是充要條件。設(shè)計中各專業(yè)之間信息交互的流程也必須要明確定義,否則作為建筑信息模型的通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) IFC格式無法保證專業(yè)之間信息交互的正確性和高效性。本文介紹了基于“用例”(use case)分析的方法——信息提交手冊 I DM(Infor mation DeliveryManual),來定義設(shè)計工作流程的信息交互標(biāo)準(zhǔn),以及在 I DM基礎(chǔ)上的計算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的模型視圖定義MVD(ModelV ie w Definition)。本文指出,基于 IFC的協(xié)同設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)框架應(yīng)該包括三個層次,即 I FC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、信息提交手冊,以及模型視圖定義。

工業(yè)基礎(chǔ)類 IFC;建筑協(xié)同設(shè)計;信息提交手冊;模型視圖定義

1 概述

建筑行業(yè)從紙質(zhì)的圖紙轉(zhuǎn)到 CAD制圖大大提高了工作效率,但是不同制圖軟件支持不同的內(nèi)部數(shù)據(jù)格式,比如:AutoDesk公司產(chǎn)品 AutoCAD的dwg格式,Bentley公司產(chǎn)品 MicroStation的 dgn格式,Graphisoft公司產(chǎn)品的 ArchiCAD的 gsm格式。為了實(shí)現(xiàn)軟件與軟件之間數(shù)據(jù)交互,提出了一些基于文件的數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)格式,比如 DXF, IGES等。這些數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)包括了點(diǎn)、直線、弧線、平面、曲面、實(shí)體等等基本幾何數(shù)據(jù)。軟件之間數(shù)據(jù)交互往往僅限于對于基本幾何數(shù)據(jù)的交互。比如標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的輸出是將軟件內(nèi)部的幾何實(shí)體從內(nèi)部格式轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)格式并輸出,標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的輸入是將外部的幾何形體按照標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式和內(nèi)部數(shù)據(jù)格式的對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)化為軟件可以識別的內(nèi)部數(shù)據(jù)格式。對于CAD發(fā)展初期,大部分?jǐn)?shù)據(jù)只是幾何信息的數(shù)據(jù)時,這種類型的簡單的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換基本滿足要求。但是隨著 CAD軟件系統(tǒng)越來越復(fù)雜,這種簡單的轉(zhuǎn)換方式已經(jīng)不能滿足需求。目前 CAD軟件中的信息不僅僅有幾何信息,也包含了大量的參數(shù)化信息,比如材料,限制規(guī)則等等。在這些已有的基于文件的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式中,并沒有包含這些參數(shù)化信息。

CAD在制造業(yè)中的應(yīng)用比在建筑業(yè)中的應(yīng)用更早也更加成熟,在上世紀(jì) 80年代末期,隨著大型機(jī)械制造的需求,比如飛機(jī)制造,造船,制造業(yè)發(fā)展了基于產(chǎn)品模型的數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn),即 STEP(Standard for Exchange of ProductModelData),ISO-10303標(biāo)準(zhǔn)系列。該標(biāo)準(zhǔn)系列包含了EXPRESS語言標(biāo)準(zhǔn),以及應(yīng)用該語言來描述的模型數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[1]?；跇?biāo)準(zhǔn)發(fā)展了 20多種針對制造業(yè)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式。

在 2004年的美國國家建筑科學(xué)院(National Institute of Building Science-NIBS)的一份報告[2]中公布,由于信息交互不良在美國建筑行業(yè)中產(chǎn)生的浪費(fèi)大概為 150億美元。建筑行業(yè)也急需一套類似于ISO-10303制造業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)來優(yōu)化提高數(shù)據(jù)交換的準(zhǔn)確性和效率。

和建筑行業(yè)不同,制造業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)是由制造業(yè)中的幾個主要的制造公司以及與其長期配合的合作伙伴來推動的。建筑業(yè)中的合作往往是基于具體的工程項(xiàng)目,選擇采用招投標(biāo)方式,這使得合作對象經(jīng)常發(fā)生變化。合作時間也是根據(jù)項(xiàng)目的時間而定,歷時往往僅有 2～3年左右。這使得建筑行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)很難單單按照某幾個大公司的意愿來推動。建筑行業(yè)更適于采用類似于開源標(biāo)準(zhǔn)的模式,采用公開的數(shù)據(jù)格式來推行建筑信息交互的標(biāo)準(zhǔn)[3]。

2 建筑模型數(shù)據(jù)格式——工業(yè)基礎(chǔ)類 IFC(Industry Foundation Class)

上世紀(jì)90年代,國際協(xié)同聯(lián)盟(InternationalA-l liance of Interoperability-I AI)開始逐步提出基于 EXPRESS語言的建筑行業(yè)產(chǎn)品交互模型:工業(yè)基礎(chǔ)類(Industry Foundation Class-IFC)。IFC數(shù)據(jù)模型提供了建筑全生命周期中對象和過程等的一系列定義。它不僅僅定義了建筑構(gòu)件的幾何信息,也定義了建筑構(gòu)件的非幾何屬性,以及構(gòu)件之間的聯(lián)系。IFC目的是能夠描述建筑物整個生命周期中所涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),從初始設(shè)計階段,詳圖設(shè)計階段,施工圖設(shè)計階段,施工階段,物業(yè)管理階段,以及建筑達(dá)到使用壽命之后的拆除階段所需要的所有相關(guān)的數(shù)據(jù)格式[4]。

IFC的數(shù)據(jù)模型架構(gòu)包括四個層次:核心層、交互層、領(lǐng)域?qū)右约百Y源層[5]。

核心層:核心層定義了 IFC對象模型的基本架構(gòu),定義了最抽象的概念,這些概念將在交互層和領(lǐng)域?qū)又惺褂?。比?IFCROOT。

交互層:定義了在兩個或者兩個以上領(lǐng)域中所使用的概念或者對象實(shí)體。比如:IFC WALL。該層中定義的對象可以在領(lǐng)域?qū)又幸谩?/p>

領(lǐng)域?qū)?定義了某個領(lǐng)域內(nèi)專用的一些概念或者對象實(shí)體。比如,領(lǐng)域?qū)影ńㄖO(shè)計、HVAC、FM、結(jié)構(gòu)工程等等建筑業(yè)不同領(lǐng)域。領(lǐng)域?qū)邮亲罡叩囊粋€層次,其中的對象可以引用核心層,交互層以及資源層中定義的對象,但是不能被其他層中的對象所引用。

資源層:資源層是 IFC數(shù)據(jù)模型中最低的層次?？梢员黄渌麑哟蔚膶ο笏?但是不能引用其他層次中的對象。資源對象為那些不依賴于模型中其他對象的存在而存在的低層次概念。比如和成本相關(guān)的概念被集合在 IfcCostResource中,所有需要成本信息的核心層,交互層或者領(lǐng)域?qū)拥膶ο蠖伎梢砸?IfcCos tResouces中的對象。

IFC數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)可以如圖 1所示。

盡管 IFC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的目的是覆蓋建筑生命周期中所有的對象,這一目標(biāo)在 IFC2X4中已經(jīng)大部分實(shí)現(xiàn)了,但是在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)如果僅僅依靠 IFC模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),并不能完全解決建筑協(xié)同設(shè)計中信息交互問題。原因是在 IFC數(shù)據(jù)模型中并沒有針對使用 IFC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)交互過程進(jìn)行定義。這使得用 IFC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來定義的交互信息,不同的軟件雖然在“技術(shù)上”都可以“讀取”信息,但是同樣信息在 IFC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可以用表述卻是可以不同,這造成了雖然軟件可以“讀取” IFC中的信息,但是卻無法正確理解信息的含義,使得信息交互出現(xiàn)錯誤或者不全面。

解決該問題的方法就是要對信息交互進(jìn)行清晰的定義,包括交互需求的定義,以及交互數(shù)據(jù)模型定義。

3 信息提交手冊——Information Delivery Manual(IDM)

基于用例來定義信息交互需求成為 IFC發(fā)展的一個新方向,即信息提交手冊[6](Infor mation DeliveryManua-l IDM)。通過對信息交換用例的定義和分析,可以明確每類信息交換的目的,從而可以定義每類信息交互種所需要包含的內(nèi)容。在實(shí)際過程中可能有上百種信息交換的用例,每個用例都需要清晰的定義用戶在該交換中所期待可以接收或者要求發(fā)送的信息。

通過用例分析,信息提交手冊定義了信息交換過程中的關(guān)鍵點(diǎn),明確交換中數(shù)據(jù)提供方所必須提供的數(shù)據(jù),以及使用方所能夠期待的數(shù)據(jù),并且定義了不同的應(yīng)用程序應(yīng)該如何傳遞這些數(shù)據(jù)。通過對于信息交互過程的清晰定義提高了交互信息的質(zhì)量。

在信息提交手冊中,每個信息交互過程都被單獨(dú)定義,每個 IDM的定義都包含三個部分:流程圖、交互需求、功能部件。

流程圖——給出了該流程的文字概述。說明了流程的目的,以及該流程在什么情況下才發(fā)生,并描述了該流程的子流程。

交互需求——進(jìn)一步對該流程的非技術(shù)性描述。包括了該流程所需要的信息輸入,提供輸入信息的源,以及該流程所生成的信息。

功能部件——對于該流程的技術(shù)性描述,主要是針對軟件開發(fā)人員。從技術(shù)角度定義了流程所包含各個步驟的細(xì)節(jié)。

流程圖,交互需求以及功能部件的關(guān)系如圖 2所示。

圖1 IFC數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)圖

圖 2 信息提交手冊三部分組成的關(guān)系

對于用戶和軟件開發(fā)商,信息提交手冊有如下優(yōu)點(diǎn)。

· 定義了流程中參與者所交互的信息內(nèi)容。

· 通過標(biāo)準(zhǔn)化,提高了流程中的交互信息的質(zhì)量,從而更高效率的使用基于 IFC的建筑信息模型。

· 對于軟件開發(fā)提供了明確的需求分析。

4 模型視圖定義——Model View Defin-i tions(MVD)

IDM是從用戶角度對信息交互需求進(jìn)行的定義,MVD[7]則是從軟件開發(fā)人員的角度對于軟件如何實(shí)現(xiàn)用戶需求而進(jìn)行的定義。模型視圖定義MVD是為了滿足信息提交手冊中所定義的某一或者多個特定流程中的數(shù)據(jù)交換所需的信息模型,該信息模型是協(xié)同設(shè)計數(shù)據(jù)模型的一個子集。

模型視圖定義將數(shù)據(jù)提交手冊中的定義和軟件中可實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)交換對應(yīng)起來,定義了軟件為了完成數(shù)據(jù)提交手冊中的流程所需要交互的數(shù)據(jù)集合。所以協(xié)同設(shè)計信息模型視圖是針對軟件開發(fā)廠商,使得不同廠家的不同軟件之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)信息模型視圖是不同軟件實(shí)現(xiàn)之間兼容性的保障。

5 IFC,信息提交手冊(IDM)以及模型視圖定義(MVD)關(guān)系

在建筑協(xié)同設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中 IFC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義是標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ),在其基礎(chǔ)上對于流程中每個具體的交互單元過程進(jìn)行逐個分析定義,形成信息提交手冊(IDM),模型視圖定義又是信息提交手冊的中的具體交互流程的集合。三者之間的關(guān)系如圖3所示:

圖 3 IFC,信息提交手冊(IDM)以及模型視圖定義(MVD)關(guān)系

6 結(jié)論

本文提出了基于 IFC的協(xié)同設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的基本框架,指出如果僅有 IFC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)并不能滿足建筑行業(yè)專業(yè)內(nèi)部以及專業(yè)之間信息交互需求,基于 IFC的建筑協(xié)同設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該包含下三個層次的標(biāo)準(zhǔn):

1.IFC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn):該標(biāo)準(zhǔn)對建筑生命周期中的各對象以及關(guān)系做出定義。

2.信息提交手冊標(biāo)準(zhǔn)-IDM:從用戶角度對于設(shè)計流程中交互的信息定義。

3.模型視圖定義標(biāo)準(zhǔn)-MVD:軟件開發(fā)所使用的信息交換標(biāo)準(zhǔn)。將信息模型提交手冊中所定義需求按照邏輯關(guān)系整合到一個軟件開發(fā)角度的模型視圖中。該模型視圖是 IFC建筑數(shù)據(jù)模型的一個子集。

[1]Schenck,D.A. and Wilson,P.R. (1994)Infor mation Modeling the EXPRESSWay,OxfordU.Press,N.Y.

[2]Gallaher,M.P.,O'Connor,A.C.,John,L.mDettban,J.and G ilday,L.T. (2004) “CostAnalysis of Inadequate Interoperability in the U.S.Capital Facilities Industry”.N IST GCR 04-867,National Institute of Standards and Technology.

[3]To lman,F.(1999(Product modling standards for the building and construction industry past,present and future,Auto mation in Construction,Vo.l 8,No. 3, pp.227-235.

[4]Bjok,B-C, (1995)Requirements and infor mation structures for building productmodels,TechnicalReport,Publication 245,VTT TechnicalResearch Centre of Finland.

[5]建筑對象數(shù)字化定義,中華人民共和國建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),JG/T 198-2007.

[6]Hietanen,J,(2006)Infor mationDeliveryManualGuiding to Co mponents and Development Methods,BuildingSMART,Norway,28March,2006.

[7]H ietanen,J.(2006)I FC ModelV ie w Definition For mat,InternationalA lliance for Interoperability.

Research on Collaborative Design Standard Based on IFC

LiChushu,CuiLu

(China Institute of Building Standard Design&Research,Beijing100048,China)

The paper discussed the collaborative design standard based on Industry FoundationC lass(IFC).It was found that the collaborative design standard should be based on an open industrial standard instead of any pr-i vate standard. IFC is the available open standard for the building industry.H owever the IFC open data standard is a necessary condition for the collaborative design standard but not a sufficient condition.It was pointed out in the paper that the process of the collaborative design need also clearly defined in the standard.The paper also introduced the Infor mation Delivery Manua,la use case based m ethodology to analyze the design process,andModel V iew Definition,a progra mmer view of the data exchangew ithin the process.This article points ou,t based on the I FC data standard fra mework,the collaborative design standard should include three aspect,na m ely,IFC data structure, information delivery manua,l andmodel vie w definition.

Industry Foundation Class;Building Collaborative Design;Info rmation Delivery Manua;l Model V iew Definition

T-652.6;TU17

A

1674-7461(2011)02-0001-04

【支撐項(xiàng)目】“十一五”國家科技支撐計劃資助課題(2007BAF23B03)

李楚舒(1970-),男,博士,教授級高級工程師。主要從事工程軟件、信息化、建筑信息模型等方面的研究與開發(fā)工作。