IFC鐵路通信用例構(gòu)建方法研究

劉立海，李一凡，鐘 青，周潔云

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063）

1 概述

建筑信息模型（BIM）技術(shù)的出現(xiàn)對于建筑行業(yè)的發(fā)展有著重要意義，它將三維的信息化技術(shù)應(yīng)用到建筑工程中，其可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性和優(yōu)化性可降低設(shè)計和施工差錯、縮短工期、提高效率、節(jié)約成本[1]。BIM已經(jīng)從單純的工程建設(shè)階段拓展到包括研究論證、設(shè)計、采購、施工和運(yùn)營維護(hù)等全生命周期的各階段[2]。依靠應(yīng)用軟件支持的BIM技術(shù)得以廣泛應(yīng)用，各軟件公司紛紛推出BIM軟件，功能不盡相同。廠家數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，在不同軟件成果協(xié)同時需進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或交換，如果僅有幾款軟件，可進(jìn)行兩兩數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，但如軟件數(shù)量多時，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的工作量十分巨大，特別是新的軟件出現(xiàn)或軟件升級與修改后，數(shù)據(jù)兼容性又需重新驗證，大大降低效率[3-4]。因此，有必要提出一種通用、標(biāo)準(zhǔn)的中間數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和交換，既可充分發(fā)揮各軟件的特長，又能增強(qiáng)協(xié)同和重用。工業(yè)基礎(chǔ)類（IFC）標(biāo)準(zhǔn)就是在這一背景下由buildingSmart國際組織（簡稱bSI）提出的，用于解決BIM軟件間的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，目前已納入國際標(biāo)準(zhǔn)組織標(biāo)準(zhǔn)體系[3-5]。

IFC標(biāo)準(zhǔn)已在建筑行業(yè)廣泛應(yīng)用，并向其他領(lǐng)域擴(kuò)展，為此bSI啟動了IFC公路、鐵路、橋梁等標(biāo)準(zhǔn)研究項目[5]。IFC鐵路項目旨在IFC中加入國際化的鐵路BIM數(shù)據(jù)存儲要求，主要包括軌道、通信、信號、能源等領(lǐng)域。

用例在IFC標(biāo)準(zhǔn)研究中起著至關(guān)重要的作用，它定義了在什么場景下需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，交換什么內(nèi)容，從而確定各個對象哪些數(shù)據(jù)需求，形成IFC鐵路標(biāo)準(zhǔn)的核心內(nèi)容。

2 IFC用例

IFC標(biāo)準(zhǔn)的核心目標(biāo)是：提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲格式，滿足不用應(yīng)用軟件間的數(shù)據(jù)交換需求。它不關(guān)心應(yīng)用軟件內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲格式，主要關(guān)心數(shù)據(jù)交換場景下的數(shù)據(jù)存儲格式（即應(yīng)用軟件間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時的數(shù)據(jù)輸入、輸出格式），而且不排斥應(yīng)用軟件直接采用IFC標(biāo)準(zhǔn)作為自身的數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)。

IFC用例的含義為：針對用戶進(jìn)行需求分析。根據(jù)IFC標(biāo)準(zhǔn)組織提供的用例建議模板，每一個IFC用例主要包括以下內(nèi)容。（1）名稱：用例的名稱；（2）階段：適用于可行性研究、設(shè)計、建造、運(yùn)營與維護(hù)等中一個或多個階段；（3）描述：簡單地描述用例功能；（4）目的：闡述用例的主要目的；（5）交換場景：描述哪種數(shù)據(jù)交換場景，即用例的應(yīng)用場景，從哪個應(yīng)用交換數(shù)據(jù)至哪個應(yīng)用；（6）需要的幾何表達(dá)信息：需要哪些幾何信息；（7）需要的語義表達(dá)信息：需要哪些語義信息；（8）優(yōu)先級：利益相關(guān)者對用例的優(yōu)先程度；（9）復(fù)雜度：用例實現(xiàn)的復(fù)雜程度。其中，核心點為“目的”和“交換場景”，明確了目的和交換場景后即可確定需要的幾何表達(dá)和語義表達(dá)信息。由于標(biāo)準(zhǔn)制定是一定的利益相關(guān)者提出的，優(yōu)先級也不容忽視。

IFC鐵路項目有多個用例以滿足不同的應(yīng)用需求，用例又與BIM中另一個概念信息交付手冊（IDM）緊密相關(guān)，它定義了信息交付/傳送的場景，即信息的發(fā)送方、接收方、交換目的和內(nèi)容。與IDM的區(qū)別是，用例可以說是需求，即用戶的要求，而IDM是規(guī)定應(yīng)用軟件提供給用戶的內(nèi)容（即交付內(nèi)容），用例可以通過IDM定義進(jìn)行滿足，兩者緊密相關(guān)。

3 鐵路通信用例構(gòu)建方法

3.1 用戶需求法

所謂用戶需求法，就是從用戶需要的角度提出用例需求。具體操作方法是：由來自建設(shè)管理、規(guī)劃設(shè)計、運(yùn)營維護(hù)、承包商（施工單位）、設(shè)備供應(yīng)商、軟件供應(yīng)商等不同角色代表，從各自理解和需求出發(fā)，提出數(shù)據(jù)交換需求。結(jié)合鐵路BIM應(yīng)用和軟件開發(fā)需求和經(jīng)驗，由各參與者“自由”提出需求，提出盡可能多的用例，再按照必要性、合理性、重要性、復(fù)雜性等規(guī)則判別確定一批適合鐵路的用例。

3.2 借鑒法

用例研究實際上就是需求分析，是IFC標(biāo)準(zhǔn)制定流程建議的步驟之一。IFC標(biāo)準(zhǔn)在基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域成功制定并得到應(yīng)用，得到多個軟件開發(fā)商的認(rèn)可。基礎(chǔ)設(shè)施各領(lǐng)域的設(shè)計、施工、維護(hù)等過程有諸多相似之處，因此，在其他領(lǐng)域的用例值得借鑒，如IFC橋梁或隧道項目中的用例可以直接借鑒到IFC鐵路項目中。

3.3 IDM檢查法

IDM指交換什么信息。鐵路通信系統(tǒng)IDM流程見圖1，通過這一交換內(nèi)容可以檢查對應(yīng)的用例需求。圖1所示的IDM主要是從設(shè)計角度提出的，將鐵路通信設(shè)計角色獨立出來，不同的角度提出的IDM可能不同。對照鐵路通信IDM各階段和各角色間需要交換的內(nèi)容，檢查用例是否遺漏，從而完善。

4 IFC鐵路通信用例

實際的IFC用例形成應(yīng)是綜合以上幾種方法。bSI標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)服務(wù)專家提出38項鐵路通用用例（見表1），涵蓋立項論證、審批、規(guī)劃設(shè)計、招投標(biāo)、施工、采購、建設(shè)管理、運(yùn)營維護(hù)等工程項目各個階段，滿足不同角色的工作需求。其復(fù)雜度和優(yōu)先級是不同的，有些用例雖然對于工程項目非常有利，如“專業(yè)分析和模擬”“規(guī)范和功能一致性”，但實現(xiàn)起來十分困難。不同利益相關(guān)者，對于用例的優(yōu)先級評價也是不同的，例如新建鐵路的建設(shè)管理者或設(shè)計單位比較關(guān)注招投標(biāo)和設(shè)計相關(guān)用例，如“2D/3D以及時間可視化”“圖紙和文件生成”“工程數(shù)量統(tǒng)計”“沖突管理”等。

IFC橋梁、隧道等項目啟動比其他項目早，借鑒IFC橋梁等其他項目的用例得到鐵路通信用例名稱（見表2）。

綜合圖1、表1、表2，將鐵路建設(shè)（設(shè)計和施工）關(guān)心的重點內(nèi)容作為優(yōu)先考慮對象，選取優(yōu)先級最高的12個用例（見表3）。表3中省略了階段、優(yōu)先級和復(fù)雜度。

表2 鐵路通信用例

5 結(jié)束語

討論構(gòu)建IFC鐵路通信用例的3種方法，即用戶需求法、借鑒法和IDM檢查法。采用用戶需求法提出38個鐵路通用用例；采用借鑒法提出24個鐵路通用用例；結(jié)合IDM檢查法及綜合前2種方法，以鐵路建設(shè)（設(shè)計和施工）關(guān)心的重點內(nèi)容作為優(yōu)先考慮用例，提出12個高優(yōu)先級的鐵路通信用例并進(jìn)行完整描述。

表3 鐵路通信優(yōu)先級最高的12個用例