付后國 謝步瀛

1 概述

隨著計算機硬件與軟件技術的迅猛發(fā)展,計算機輔助設計在建筑領域的應用也得到了長足的發(fā)展,大量的計算機建筑輔助設計軟件相繼涌入市場,盡管各個軟件都基于唯一的建筑實體模型,卻因為僅僅支持自己的數(shù)據(jù)標準,因而本專業(yè)軟件間、相關專業(yè)軟件間的數(shù)據(jù)交換與共享成為建筑設計集成化技術的瓶頸。

針對以上問題,不外乎兩種解決之道:各應用軟件自行開發(fā)相互數(shù)據(jù)交換與共享的接口,如同濟大學的3D3S軟件9.0版本便提供了由 PKPM軟件的SATWE模型文件的導入接口和至ANSYS,SAP2000模型文件的導出接口。然而此解決方案并未根本解決建筑模型的數(shù)據(jù)交換與共享問題;一個真正的完全開放的建筑產品數(shù)據(jù)表達與交換國際標準的產生才是充分實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與共享的基礎。IAI(InternationalAlliance for Interoperability)組織定義的IFC(Industry Foundation Classes)標準便是一個獲得建筑領域專業(yè)人士廣泛支持的ISO標準。本文研究的內容就是介紹如何應用IFC標準實現(xiàn)建筑模型自動生成結構模型文件。

2 IFC標準與Revit

IFC標準本質上是建筑物和建筑工程數(shù)據(jù)的定義,值得注意的是其建立在擁有大量成熟研究結果的STEP項目基礎上,例如STEP的幾何定義和建筑工程核心模型,全世界基于EXPRESS的領先研究成果都可以很容易地引入IFC。尤其是STEP中的建筑結構模型的發(fā)展能夠有效應用在IFC項目中。1997年1月,IAI發(fā)布了IFC信息模型的第一個完整版本(IFC 1.0版本),2006年2月發(fā)布了IFC2x版本3(簡稱IFC2x3),本文就是基于該版本實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉換。

國際上三大CAD應用軟件開發(fā)商Autodesk公司、Bentley公司和Graphisoft公司均已經(jīng)接受并支持IFC標準,本文就是采用Autodesk公司的Revit architecture和Revit structure軟件導出的IFC模型文件轉換為結構模型文件。

盡管IFC的文檔是完全開放的,然而其所采用的STEP文件格式的復雜性以及IFC建筑模型本身的復雜性都使得IFC開發(fā)并非易事。因此很多公司開發(fā)了旨在為IFC開發(fā)者提供方便的IFC工具包,通過這種工具包開發(fā)者就不需要將大量的時間花在底層支持平臺的研發(fā)上。目前常用的IFC工具包有EPM Technology AS公司的EDMmodelConverter,Eurostep公司的IFC Classic Toolbox,TNO Environment and Geosciences公司的IFC engine DLL等。本文就是基于IFC engine DLL工具包實現(xiàn)IFC文件的建筑模型信息提取。

3 3D3S與結構模型文件

3D3S的結構模型文件的一般表達格式如下:

1)注釋:

以＄或!或或/開頭的字符串表示是注釋,注意其中不能有空格。

2)定義結構體系:

STRU No。

3)定義長度單位:

UNIT No。

4)生成節(jié)點:

N 節(jié)點號 坐標 x 坐標y 坐標z。

5)生成單元:

E 單元號 節(jié)點1 節(jié)點2。

6)定義節(jié)點約束:

因篇幅限制,文件的表達格式在此未表示完全,可查閱3D3S使用手冊。

4 IFC文件到3D3S文件的數(shù)據(jù)轉換

4.1 數(shù)據(jù)結構

4.2 算例

本文用VC#.NET在Visual Stuido2005編譯環(huán)境下編程,開發(fā)出數(shù)據(jù)轉換接口。圖1顯示的是Autodesk公司的Revit Architecture軟件下構建的2棟22層建筑模型,圖2顯示的是該接口轉換后在3D3S軟件下顯示的結構模型,其結構體系為框架剪力墻結構。當建筑師完成建筑模型后,導出建筑模型的IFC文件,然后通過本文研究的IFC模型文件轉換接口,自動提取該建筑模型中結構構件的幾何信息、截面信息和材料信息。本例中,結構構件包括混凝土柱、梁、墻(帶門窗洞口)、板構件以及型鋼柱、梁構件。將IFC文件轉換成3D3S數(shù)據(jù)文件后,利用3D3S軟件的數(shù)據(jù)導入接口實現(xiàn)該建筑的結構模型的自動生成。

本文所做工作不能完全代替結構工程師的經(jīng)驗與知識,僅僅是幫助工程師擺脫了繁亂復雜的重復建模過程,使得其集中精力于結構的優(yōu)化設計中,進而提高建筑結構設計的水平和質量。

5 結論和待續(xù)的工作

本文基于TNO公司的IFC engine DLL開發(fā)工具包,開發(fā)了IFC建筑模型數(shù)據(jù)轉換接口,將Autodesk公司的Revit軟件構建的建筑模型自動生成3D3S軟件的結構模型。

IFC標準一直在不斷的更新和擴展中,最新版本IFC2x4于2010年5月發(fā)布,因此本文開發(fā)的轉換接口仍需要做相應的改善。

本轉換接口已可提取建筑模型的幾何信息、截面信息和材料信息,但完整的結構模型仍需要荷載、約束等信息,因此如何從建筑模型最大程度上提取荷載和約束信息將是很值得研究的課題。

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