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    基于IFC4的鐵路管線系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲標準研究

    2015-02-11 17:56:20楊緒坤毛寧
    鐵路技術創(chuàng)新 2015年6期
    關鍵詞:鐵路工程管線

    ■ 楊緒坤 毛寧

    基于IFC4的鐵路管線系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲標準研究

    ■ 楊緒坤 毛寧

    系統(tǒng)分析現(xiàn)有IFC4標準共享層、領域?qū)雨P于管線輸送系統(tǒng)的相關概念定義及其結構關系,參考建筑行業(yè)BIM應用中關于三維管線的設計理念,對鐵路工程中管線系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲標準的定義方法進行研究,提出鐵路工程管線系統(tǒng)IFC擴展方案及部分定義,為下一步鐵路BIM軟件設計打下良好基礎。關鍵詞:IFC;鐵路工程;管線;存儲標準

    1 概述

    隨著BIM概念在不同設計行業(yè)中的推廣,各個設計單位都在嘗試將BIM應用于項目設計中,其中在建筑BIM軟件中,三維管線綜合設計功能已經(jīng)成為了標準配置。IFC4標準中,關于管線系統(tǒng)的定義已經(jīng)較為完善成熟;但是主要針對建筑內(nèi)部的各類管網(wǎng)系統(tǒng)進行設計和定義,從目前看并不能完全適應鐵路工程管線系統(tǒng)特點。為實現(xiàn)鐵路專業(yè)間及BIM不同階段的協(xié)同應用,有必要建立鐵路工程管線系統(tǒng)的BIM數(shù)據(jù)存儲標準。下面主要介紹IFC4中關于管線系統(tǒng)相關對象的定義方式、方法及其結構,結合鐵路工程管線系統(tǒng)的特點,提出基于IFC4的鐵路工程管線系統(tǒng)擴展方案。

    2 IFC4管線系統(tǒng)模式

    IFC4中關于管線系統(tǒng)的對象定義分別位于共享層和領域?qū)又?。共享層中的?nèi)容位于Ifc Shared Bldg Service Elements schema中。此schema中定義包括管線輸送系統(tǒng)的基本概念,還包含關于流體流動特性、電氣性能、空間熱性能的各種屬性。IFC標準中認為無論是輸送各類物體的管路、電力管線、空調(diào)通風、防火及信息監(jiān)控系統(tǒng),其本質(zhì)都是一樣的,即該類系統(tǒng)均是由各類管線設備、控制設備,通過各類接口連接組成的網(wǎng)狀輸送系統(tǒng)。根據(jù)其輸送的媒介不同可以在對應的領域?qū)又性倥缮x不同的子類對象。例如Ifc Hvac Domain中定義關于空調(diào)暖通系統(tǒng)類對象,在Ifc Plumbing Fire Protection Domain中定義防火系統(tǒng)類對象,在Ifc Electrical Domain中定義電力系統(tǒng)類對象,在Ifc Building Controls Domain中定義建筑監(jiān)控系統(tǒng)類對象等。

    3 IFC4管線對象定義

    IFC4中管線輸送系統(tǒng)包含三類對象:第一類為管線實體構件(Ifc Distribution Element)對象,用來定義各類具有真實物理形狀的實體;第二類為接口對象(Ifc Distribution Port),用來連接定義各類實體之間的關系;第三類為管線系統(tǒng)對象(Ifc Distribution System),用來表達定義整體的管線空間結構關系。

    3.1 管線實體構件對象

    管線實體構件對象有以下9種類型:

    Distribution Chamber:管線上的節(jié)點裝備,如檢修手孔、坑等。

    Energy Conversion Device:能量轉(zhuǎn)換設施,如冷卻設施等。

    Flow Controller:管線控制設施,如閥門、電閘等。

    Flow Fitting:管線連接設施,如三通、接線盒等。

    Flow Moving Device:流體動力設施,如泵、風扇、壓縮機等。

    Flow Segment:管線段,如管道、線纜等。

    Flow Storage Device:儲存設施,如罐、電池等。

    Flow Terminal:管線終端設施,如水池、燈具等。

    Flow Treatment Device:流體處理設施,如過濾裝置等。

    它們之間的繼承關系見圖1。

    從圖1可以看出,Ifc Distribution Element是管線輸送系統(tǒng)中所有管線構件對象的父類。它有兩種子類Ifc Distribution Flow Element和Ifc Distribution Control Element。Ifc Distribution Flow Element用于表達管線系統(tǒng)內(nèi)部的對象(包含在管線網(wǎng)中),Ifc Distribution Control Element用于表達獨立于管線系統(tǒng)外的,用于控制或監(jiān)控系統(tǒng)的對象。上述9種類型的實體就派生自Ifc Distribution Flow Element類對象。其中與鐵路管線設備相關度較高的構件有如下幾類:

    (1)Ifc Distribution Chamber Element:定義各種管線上的檢查檢修類設備構件。其預定義類型枚舉Ifc Distribution Chamber Element Type Enum從功能角度定義了檢修設備的類型。

    枚舉項定義如下:

    FORMEDDUCT:觀察井。

    INSPECTIONPIT:檢修井。

    MANHOLE:人孔,手孔。

    METERCHAMBER:裝計量設施的井、室,水表井等。

    SUMP: 集水坑,集水井。

    TRENCH:槽,長度明顯超過寬度的開挖空間。

    VALVECHAMBER:閥室,閥門井。

    (2)Ifc Flow Controller:定義用以調(diào)節(jié)管線系統(tǒng)中管線流動狀態(tài)的設備,如閥門、開關等。包含Ifc Air Terminal Box,Ifc Damper,Ifc Electric Distribution Board,Ifc Electric Time Control,Ifc Flow Meter,Ifc Protective Device,Ifc Switching Device,Ifc Valve這些分布在不同領域?qū)拥淖宇悺?/p>

    (3)Ifc Flow Fitting:定義表達管線中連接過渡部分的構件設備屬性,例如彎頭、球座等。包含Ifc Cable Carrier Fitting,Ifc Cable Fitting,Ifc Duct Fitting,Ifc Junction Box,Ifc Pipe Fitting這些分布在不同領域?qū)拥淖宇悺?/p>

    (4)Ifc Flow Terminal:定義管線終端設備。包含Ifc Air Terminal,Ifc Audio Visual Appliance,Ifc Communications Appliance,Ifc Electric Appliance,Ifc Fire Suppression Terminal,Ifc Lamp,Ifc Light Fixture, Ifc Medical Device,Ifc Outlet,Ifc Sanitary Terminal,Ifc Space Heater,Ifc Stack Terminal,Ifc Waste Terminal這些分布在不同領域?qū)拥淖宇悺?/p>

    (5)Ifc Flow Segment:描述管線系統(tǒng)中某一段管線,此類在Ifc 4中注明下一階段將會成為不可直接實例化的虛類。包含Ifc Cable Carrier Segment,Ifc Cable Segment,Ifc Duct Segment,Ifc Pipe Segment四種子類。其中與鐵路專業(yè)相關度較大的有 Ifc Pipe Segment和Ifc Cable Carrier Segment。Ifc Pipe Segment類有以下幾種預定義枚舉項:

    CULVERT:公路鐵路下的大型排水管道、涵。

    RIGIDSEGMENT:不能變形的剛性管道。

    FLEXIBLESEGMENT:可伸縮變形的可改變流向的管道。

    GUTTER:明渠(流水面與空氣接觸,重力流)。

    SPOOL:較短小的用于提供連接功能的剛性段。

    Ifc Cable Carrier Segment類有以下幾種預定義枚舉項:

    CABLELADDERSEGMENT:用于放置電纜的開口的梯狀結構管線段。

    CABLETRAYSEGMENT:用于放置電纜的開口的管線段。

    CABLETRUNKINGSEGMENT:用于放置一條或多條電纜的封閉管線段。

    CONDUITSEGMENT:封閉的用于抽拉線纜的管道。

    3.2 管線接口對象

    管線接口對象Ifc Distribution Port用于定義管線設備上的接口,如熱水器上的上水口和出水口,它通過嵌套關系對象(Ifc Rel Nests)關聯(lián)到不同的實體對象。管線接口對象一般沒有具體的幾何表達,但可能會有定位信息來描述它在具體構件上的位置。

    管線接口對象的EXPRESS代碼如下:

    ENTITY Ifc Distribution Port

    SUBTYPE OF Ifc Port;

    Flow Direction:OPTIONAL Ifc Flow Direction Enum;

    Predefined Type:OPTIONAL Ifc Distribution Port Type Enum;

    System Type:OPTIONAL Ifc Distribution System Enum;

    END_ENTITY;

    其中屬性Flow Direction表示接口流向,其枚舉項有:

    SOURCE:入口。

    SINK:出口。

    SOURCEANDSINK:出入口。

    屬性Predefined Type表示接口的功能類別,其枚舉項有:

    CABLE:連接電氣管線的接口。

    CABLECARRIER:連接封閉電纜槽的接口。

    DUCT:連接空氣類通風管道的接口。

    PIPE:連接各種輸送固體、液體、油氣的管線的接口。

    IFC管線接口與實體關系見圖2。Ifc Distribution Port接口對象通過Ifc Rel Nests關系對象附加在各種管線構件對象上。接口之間通過Ifc Rel Connects Ports關系型對象互相連接,從而描述出整個管線系統(tǒng)中所有構件對象及接口之間的拓撲關系。

    3.3 管線系統(tǒng)對象

    管網(wǎng)系統(tǒng)對象Ifc Distribution System是用來描述接納、存儲、運輸、分配、控制各種媒介流動的網(wǎng)絡。根據(jù)輸送媒介的不同,其預定義的管線系統(tǒng)類型見表1。

    I F C管線系統(tǒng)對象聚合關系見圖3,可以看出Ifc Distribution System的組成方式,即通過Ifc Rel Assigns To Group關聯(lián)對象將數(shù)個Ifc Distribution Element構件對象打包成組與之相聯(lián),每個Ifc Distribution Element又通過Ifc Rel Nests關聯(lián)對象將數(shù)個Ifc Distribution Port接口對象與之相聯(lián)。接口之間通過Ifc Rel Connects Ports關聯(lián)對象互相引用關聯(lián)。Ifc Distribution System對象之間通過Ifc Rel Aggregates關聯(lián)對象進行聚合。從而實現(xiàn)將不同管線相聯(lián)成一個統(tǒng)一的系統(tǒng)。

    4 鐵路專業(yè)管線對象IFC擴展方案

    4.1 鐵路專業(yè)管線對象特點

    鐵路系統(tǒng)的管線主要有排水系統(tǒng)(雨水)、綜合電纜槽、站房建筑的暖通空調(diào)系統(tǒng)、室內(nèi)給排水、電力系統(tǒng)、通信信息系統(tǒng)、信號控制系統(tǒng)、接觸網(wǎng)系統(tǒng)等類型的管線。其中站后專業(yè)的給排水、暖通、電氣、信號、信息等系統(tǒng)的管線布置可以參照采用現(xiàn)有IFC4中水暖、電氣、空調(diào)等相關領域?qū)拥膶ο髞磉M行表達。

    站前專業(yè)主要涉及室外排水系統(tǒng)管線及綜合電纜槽管線,分為管、溝、槽3種形式。其特點是矩形或梯形截面的明溝或帶蓋板的溝槽,每隔一段距離或拐角處設檢查井或手孔等檢修觀察設備。

    4.2 IFC管線系統(tǒng)定義對鐵路工程管線系統(tǒng)的適應性分析

    依據(jù)以上分析,現(xiàn)有IFC共享層的內(nèi)容分類基本可以滿足鐵路排水管線及綜合電纜槽管線的設計需求,可能涉及的類對象為Ifc Distribution Port、Ifc Flow Segment、Ifc Flow Terminal、Ifc Distribution Chamber Element、Ifc Distribution System等。

    4.3 排水系統(tǒng)擴展方案

    鐵路管線模式中定義的管線包括站前專業(yè)各類排水管線設施及站內(nèi)綜合管線設施。其中排水設施指排水溝、側(cè)溝、天溝、截水溝、急流槽、檢查井、集水坑、消能設施、路基面縱向排水槽、路基面橫向排水槽(管)、公路排水槽(管)、立交橋下排水溝(管)、隧道內(nèi)中心溝、隧道洞口排水溝、隧道仰坡截水溝、隧道環(huán)向盲管、縱向盲管、橫向排水管、豎向排水管等用于排除地表水的設施及其附屬檢修設備。站內(nèi)綜合管線設施指的是站內(nèi)綜合電纜槽及其附屬各類檢修設備。

    4.3.1 排水溝對象

    使用Ifc Distribution System表達一條排水溝。使用Ifc Distribution System表達各種類型的排水溝,并同時要求Ifc Distribution System的預定義類型屬性取值為“STORMWATER”。

    為Ifc Distribution System新定義名稱為“Pset_DS_Drainage Ditch Common”的屬性集(見表2)。

    4.3.2 排水溝段構件對象

    使用Ifc Pipe Segment表達整條排水溝中的一段排水溝、槽、管,并同時要求Ifc Pipe Segment的預定義類型屬性取值為“GUTTER”。為Ifc Pipe Segment新定義名稱為“Pset_PS_ Ditch Segment Common”的屬性集(見表3),用于進一步標識排水溝段的類型。

    4.4 綜合電纜槽擴展方案

    (1)綜合電纜槽對象:使用Ifc Distribution System表達綜合電纜槽對象;使用Ifc Distribution System表達各種綜合電纜槽,并可以將Ifc Distribution System的預定義類型屬性取值為“CONVEYING”或“USERDIFINED”。

    (2)綜合電纜槽段:使用Ifc Cable Carrier Segment表達一段電纜槽,并同時要求Ifc Cable Carrier Segment的預定義類型屬性取值為“CABLETRUNKINGSEGMENT”。

    (3)管線設備:使用Ifc Distribution Chamber Element表達排水溝或電纜槽上的檢查井,并同時要求Ifc Distribution Chamber Element的預定義類型屬性取值為“M A N H O L E”;使用Ifc Distribution Chamber Element表達排水溝上的集水坑,并同時要求Ifc Distribution Chamber Element的預定義類型屬性取值為“SUMP”。

    5 結束語

    IFC4標準中關于管線輸送系統(tǒng)的對象架構設計已經(jīng)相當完善,各類對象的結構層次比較清晰明確,為不同行業(yè)的標準擴展工作提供了便利。以上介紹的擴展方案提煉了不同專業(yè)各類管線的共同特性,充分利用了IFC標準的擴展機制,能夠滿足鐵路建設各專業(yè)管線對象的表達需求。并與現(xiàn)有IFC4標準及開發(fā)中的building SMART IFC鐵路Schema保持良好兼容。

    [1] 李華良,楊緒坤,王長進,等. 中國鐵路BIM標準體系框架研究[J]. 鐵路技術創(chuàng)新:2014(2):16-21.

    [2] 李華良,楊緒坤,沈東升,等. 鐵路工程信息模型分類和編碼標準研究[J]. 鐵路技術創(chuàng)新:2015(3):17-20.

    [3] National Institute of Building Sciences.National BIM Standard-United States Version2[S].

    [4] Building SMART International Limited.IFC4Official Release[S].

    楊緒坤: 鐵道第三勘察設計院集團有限公司,高級工程師,天津,300251

    毛 寧: 鐵道第三勘察設計院集團有限公司,高級工程師,天津,300251

    責任編輯 盧敏

    TU279;TP39

    A

    1672-061X(2015)06-0028-06

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