基于IFC架構(gòu)橋梁快速建模二次開(kāi)發(fā)研究

哈娜 遼寧省交通高等專(zhuān)科學(xué)校道橋系

一、研究現(xiàn)狀及意義

IFC（Industry Foundation Classes）標(biāo)準(zhǔn)是由國(guó)際組織 IAI（International Alliance for Interoperability，國(guó)際協(xié)作聯(lián)盟）在 1997 年發(fā)布的，是一個(gè)公開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)，用來(lái)幫助建筑行業(yè)數(shù)據(jù)共享的基于 BIM 模型面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，用于建筑物整個(gè)建造生命周期內(nèi)信息表達(dá)與共享的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。2013 年IFC 已經(jīng)更新到 IFC4 版本，IFC4 在參數(shù)化設(shè)計(jì)方面強(qiáng)化了對(duì) NURBS（Non-Uniform Rational B-Splines）曲線和曲面等復(fù)雜幾何圖形的支持，增加了 IFC 擴(kuò)展流程、IFC 擴(kuò)展資源模型和約束模型。[1]

目前，通過(guò)IFC 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的國(guó)內(nèi)外BIM軟件有30 多家。歐洲國(guó)際會(huì)議上探討了對(duì)幾款BIM 軟件進(jìn)行IFC 文件的輸入輸出測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)建筑信息出現(xiàn)錯(cuò)誤及信息缺失現(xiàn)象。美國(guó)通過(guò)測(cè)試IFC 文件在不同BIM 軟件之間的輸入輸出，發(fā)現(xiàn)總有一些數(shù)據(jù)不能交換，數(shù)據(jù)交換具有方向性。主要原因是BIM 軟件沒(méi)有建立完全符合IFC 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，另外，IFC 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)信息的描述存在多種方式的表達(dá)。

近些年我國(guó)也積極地進(jìn)行IFC 標(biāo)準(zhǔn)的推廣工作，于2007 年發(fā)布了建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑對(duì)象數(shù)字化定義》，描述了工業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)平臺(tái)規(guī)范的部分內(nèi)容。2010 年發(fā)布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)平臺(tái)規(guī)范》，該規(guī)范完整描述了工業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)2x 平臺(tái)規(guī)范的全部?jī)?nèi)容。本文通過(guò)調(diào)研我國(guó)建筑施工領(lǐng)域IFC數(shù)據(jù)描述需求和應(yīng)用現(xiàn)狀，系統(tǒng)研究IFC 標(biāo)準(zhǔn)的模型體系的基礎(chǔ)上，利用IFC 實(shí)體擴(kuò)展和屬性集擴(kuò)展，對(duì)施工成本管理、施工進(jìn)度管理、施工質(zhì)量管理、施工安全、綠色施工5 個(gè)子領(lǐng)域進(jìn)行了IFC 模型擴(kuò)展，建立了面向建筑施工的IFC 數(shù)據(jù)擴(kuò)展模型，編制了建筑施工IFC 數(shù)據(jù)描述標(biāo)準(zhǔn)，并且通過(guò)工程實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了模型和標(biāo)準(zhǔn)的可行性和適用性。

國(guó)外關(guān)于IFC 標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫(kù)的研究甚少，且大多數(shù)僅僅提出了構(gòu)件庫(kù)的理論架構(gòu)。因此，迫切需要彌補(bǔ)基于IFC 標(biāo)準(zhǔn)的BIM 構(gòu)件庫(kù)研究的空白，規(guī)范IFC 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑信息的表達(dá)，建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件資源庫(kù)。目前，國(guó)內(nèi)外已在建的構(gòu)件資源庫(kù)有新西蘭的Product Spec，產(chǎn)品包含Autodesk Revit、ArchiCAD、Vectorworks、SketchUp和AutoCAD 等軟件的構(gòu)件模型；英國(guó)的National BIM Library 支持如Autodesk Revit、ArchiCAD、Vectorworks、Tekla、Bentley 等軟件構(gòu)件模型；中國(guó)的住房和城鄉(xiāng)建設(shè)產(chǎn)品大型 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 支 持Revit、Inventor、SolidWorks、CATIA 等軟件構(gòu)件模型。這些構(gòu)件庫(kù)的產(chǎn)品囊括了主流BIM 軟件的構(gòu)件模型，但主要針對(duì)專(zhuān)屬軟件的數(shù)據(jù)格式，缺乏通用性、開(kāi)放性和統(tǒng)一性。構(gòu)建基于IFC 標(biāo)準(zhǔn)的BIM 構(gòu)件庫(kù)，有利于解決構(gòu)件產(chǎn)品數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問(wèn)題，同時(shí)有利于實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目生命期的數(shù)據(jù)可持續(xù)管理。[2]

IFC 標(biāo)準(zhǔn)是BIM 建筑協(xié)同工作的理想工作模式，不同公司、不同階段、不同用途使用不同的BIM 軟件，需要IFC 這種數(shù)據(jù)橋梁進(jìn)行串聯(lián)，將其翻譯成國(guó)內(nèi)外通用語(yǔ)言模型。然而，現(xiàn)階段BIM 應(yīng)用過(guò)程中的IFC 在交換過(guò)程中，也存在一定的問(wèn)題，首先IFC 標(biāo)準(zhǔn)本身還不成熟不完善，對(duì)一些信息無(wú)法完整表述；其次BIM 軟件開(kāi)發(fā)商處于對(duì)市場(chǎng)的保護(hù)，依然采用獨(dú)立和封閉的系統(tǒng)；再者國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)內(nèi)的水土不服，本地化的應(yīng)用做的還不夠深入。但是信息化集成是一個(gè)難以阻擋的潮流，傳統(tǒng)的人工實(shí)現(xiàn)信息化的交互模式越來(lái)越難適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展，IFC 倡導(dǎo)的OPEN BIM 的理念在國(guó)內(nèi)還在逐步完善和推進(jìn)過(guò)程中。

一個(gè)完整的IFC 項(xiàng)目文件，首先需要表達(dá)一個(gè)項(xiàng)目信息，然后表達(dá)與之相關(guān)的場(chǎng)地信息，與場(chǎng)地相關(guān)的建筑信息，其中，橋梁由多種類(lèi)型組成，每一種類(lèi)型橋梁又由很多基本構(gòu)件組成，如橋跨結(jié)構(gòu)、支座系統(tǒng)、橋墩、橋臺(tái)和基礎(chǔ)等。[2]通過(guò)繼承與關(guān)聯(lián)關(guān)系，將各實(shí)體對(duì)象組合成一個(gè)完整的項(xiàng)目模型，不同的建筑構(gòu)件是項(xiàng)目的基本單元。在IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM 構(gòu)件庫(kù)中，任何支持IFC 標(biāo)準(zhǔn)的軟件能夠采用標(biāo)準(zhǔn)形式的構(gòu)件創(chuàng)建形成三維信息模型，有利于與其他應(yīng)用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)共享與交換。

二、研究?jī)?nèi)容及目標(biāo)

基于IFC 架構(gòu)橋梁快速建模的二次開(kāi)發(fā)研究，實(shí)現(xiàn)不同橋梁類(lèi)型的三維可視化和信心化的展示，具體研究?jī)?nèi)容如下：

（1）收集相關(guān)文獻(xiàn)資料，確定橋梁常見(jiàn)類(lèi)型及基本構(gòu)件，分層級(jí)確定橋梁IFC 數(shù)據(jù)模塊內(nèi)容，完成橋梁構(gòu)件資源庫(kù)規(guī)劃和分類(lèi)。

（2）創(chuàng)建基于IFC 標(biāo)準(zhǔn)的不同橋梁類(lèi)型的基本組成構(gòu)件幾何實(shí)體模型，根據(jù)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)和原則，確定各橋梁組成構(gòu)件的幾何形狀、幾何尺寸、對(duì)象信息、屬性信息等內(nèi)容。

（3）對(duì) Revit 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，應(yīng)用IExternalCommand、IExternalApplication 兩個(gè)接口命令來(lái)實(shí)現(xiàn) Revit 不同橋梁類(lèi)型組成構(gòu)件模塊的二次開(kāi)發(fā)應(yīng)用。創(chuàng)建梁式橋、拱式橋、斜拉橋、懸索橋等面板，在不同面板上創(chuàng)建各組成構(gòu)件按鈕，從而加載出相應(yīng)的IFC 橋梁模型，實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型橋梁的快速建模。

應(yīng)用BIM 軟件提出基于IFC 架構(gòu)橋梁模型數(shù)據(jù)源的交換與共享，二次開(kāi)發(fā)橋梁模型快速搭建的方法，實(shí)現(xiàn)不同橋梁類(lèi)型按照橋梁基本組成構(gòu)件方式模塊化的信息集成和應(yīng)用，具體目標(biāo)如下：

（1）基于IFC 架構(gòu)橋梁快速建模的二次開(kāi)發(fā)研究，模型更具兼容性和穩(wěn)定性。

（2）不同層級(jí)模塊的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了信息資源的管理和共享。

（3）實(shí)現(xiàn)了Revit 軟件功能擴(kuò)展，構(gòu)建更加符合道橋?qū)I(yè)教學(xué)和學(xué)習(xí)的橋梁項(xiàng)目，促進(jìn)橋梁正向設(shè)計(jì)發(fā)展，為BIM 技術(shù)在橋梁建設(shè)全生命周期中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

三、技術(shù)路線

IFC 標(biāo)準(zhǔn)的橋梁數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)可以劃分為四個(gè)功能層次，即資源層、核心層、交互層和領(lǐng)域?qū)?，結(jié)合橋梁基本類(lèi)型和組成構(gòu)件開(kāi)展二次開(kāi)發(fā)研究。

四、特色與創(chuàng)新

針對(duì)橋梁領(lǐng)域BIM 核心建模軟件匱乏、模型類(lèi)型兼容性不能滿足要求等問(wèn)題，構(gòu)建基于IFC 標(biāo)準(zhǔn)的橋梁快速建模構(gòu)件庫(kù)，有利于解決橋梁構(gòu)件數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問(wèn)題，同時(shí)有利于實(shí)現(xiàn)橋梁項(xiàng)目全生命周期數(shù)據(jù)的可持續(xù)管理，提高創(chuàng)建橋梁三維信息模型的效率。同時(shí)構(gòu)建核心層不同類(lèi)型的橋梁，對(duì)后期相關(guān)教學(xué)的應(yīng)用奠定了良好的模型基礎(chǔ)。

五、總結(jié)

應(yīng)用BIM 軟件提出基于IFC 架構(gòu)橋梁模型數(shù)據(jù)源的交換與共享，二次開(kāi)發(fā)橋梁模型快速搭建的方法，實(shí)現(xiàn)不同橋梁類(lèi)型按照橋梁基本組成構(gòu)件方式模塊化的信息集成和應(yīng)用。