施平望， 林良帆， 鄧雪原

(上海交通大學(xué)土木工程系，上海 200240)

基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑構(gòu)件表達(dá)與管理方法研究

施平望， 林良帆， 鄧雪原

(上海交通大學(xué)土木工程系，上海 200240)

工業(yè)基礎(chǔ)類標(biāo)準(zhǔn)(IFC)是BIM的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，定義了建筑項(xiàng)目全生命周期的各種對(duì)象與類。采用實(shí)例分析的方法，針對(duì)基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑構(gòu)件的表達(dá)方法作了詳細(xì)的介紹與描述，并且對(duì)基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑構(gòu)件管理方法作了比較完善的分析，將為構(gòu)建基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件庫(kù)奠定基礎(chǔ)。

工業(yè)基礎(chǔ)類標(biāo)準(zhǔn)；建筑構(gòu)件；構(gòu)件庫(kù)

1　概述

1.1互操作性與工業(yè)基礎(chǔ)類

互操作性(interoperability)可以定義為不同系統(tǒng)或組織一起協(xié)同工作的能力。建筑工程施工(architecture engineering construction, AEC)和設(shè)施管理(facilities management, FM)行業(yè)涵蓋了各種領(lǐng)域，需要多樣化的信息和模型進(jìn)行共享。目前各種BIM軟件基本滿足這個(gè)需求，但其內(nèi)部對(duì)數(shù)據(jù)模型的表達(dá)方式卻各不相同。沒有一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用系統(tǒng)可以提供AEC/FM行業(yè)需要的所有功能[1]。開發(fā)中性文件格式如DXF、IGES和SAT，可以實(shí)現(xiàn)不同軟件系統(tǒng)之間文件的交換，但這些文件交換的內(nèi)容僅僅局限于幾何實(shí)體。為了使數(shù)據(jù)交換成為現(xiàn)實(shí)，一個(gè)早期的方法是對(duì)不同軟件的編碼規(guī)則進(jìn)行翻譯轉(zhuǎn)化，但這種方法的成本卻很高[2]。一項(xiàng)由M cGraw-Hill公司主持的研究表明，軟件應(yīng)用程序之間互操作性的缺失，是影響B(tài)IM發(fā)揮潛在功能的限制因數(shù)[3]。

在AEC行業(yè)，工業(yè)基礎(chǔ)類(industry foundation classes, IFC)架構(gòu)是目前最為全面、公開的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型[4]，涵蓋了工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域各個(gè)階段滿足全部商業(yè)需求的數(shù)據(jù)定義。IFC標(biāo)準(zhǔn)的第一個(gè)版本于 1997年 1月由產(chǎn)業(yè)交換性聯(lián)盟組織(industry alliance for interoperability, IAI，現(xiàn)為BuildingSMART international)發(fā)布。此后經(jīng)過幾年的努力，IFC信息模型的覆蓋范圍與模型框架都有了很大的改進(jìn)，并于 2005年正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/PAS 16739[5]，目前最新的發(fā)布版本為IFC2x4[6]。IFC標(biāo)準(zhǔn)在BIM應(yīng)用領(lǐng)域已被多個(gè)國(guó)家作為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)國(guó)家BIM標(biāo)準(zhǔn)中將IFC作為主要的參考標(biāo)準(zhǔn)。支持IFC文件讀取的各類設(shè)計(jì)軟件也日益增多，2011年，BuildingSMART公布了所有支持IFC標(biāo)準(zhǔn)的軟件[7]。IFC 采用基于對(duì)象的描述方式，并具有很強(qiáng)的描述能力，能表達(dá)復(fù)雜的工程對(duì)象信息。

IFC對(duì)工程對(duì)象的表達(dá)方法研究是IFC標(biāo)準(zhǔn)更深、更廣應(yīng)用的基礎(chǔ)。邱奎寧等[8]對(duì)IFC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了基礎(chǔ)性剖析，打開了國(guó)內(nèi)對(duì)IFC標(biāo)準(zhǔn)研究的大門；余芳強(qiáng)等[9]通過分析IFC標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)體定義和分類，構(gòu)建IFC元數(shù)據(jù)模型，最終實(shí)現(xiàn)了根據(jù)應(yīng)用需求快速生成 BIM 子模型視圖(model view definitions, MVD)，支持從整體BIM模型中提取所需的子信息模型。在對(duì)IFC文件的結(jié)構(gòu)形式有了清晰的認(rèn)識(shí)后，能完成對(duì)構(gòu)件信息的提取和分析[10]，可以有效地減小模型文件的大小，進(jìn)一步可研究建筑模型到結(jié)構(gòu)分析模型的轉(zhuǎn)換[11]，并可針對(duì)不同專業(yè)對(duì)模型視圖進(jìn)行有效的管理，實(shí)現(xiàn)基于三維模型的協(xié)同設(shè)計(jì)[12]。兼容IFC標(biāo)準(zhǔn)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)基于對(duì)象的信息存儲(chǔ)與管理技術(shù)，已經(jīng)成為目前的應(yīng)用研究熱點(diǎn)[13-14]。通過研究IFC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)構(gòu)件的表達(dá)方法，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)可以搭建基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件庫(kù)。文獻(xiàn)[14]初步建立了基于IFC和PLIB (ISO 13584)標(biāo)準(zhǔn)的建筑構(gòu)件庫(kù)，但真正基于IFC標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫(kù)并沒有完全實(shí)現(xiàn)。最新版本的IFC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑構(gòu)件的支持已經(jīng)相當(dāng)完善，掌握基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑模型的表達(dá)方法，應(yīng)用支持IFC 標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)信息交換與共享，是解決軟件應(yīng)用程序之間互操作性問題的基礎(chǔ)。

1.2IFC標(biāo)準(zhǔn)總體架構(gòu)

IFC架構(gòu)分4個(gè)層：領(lǐng)域?qū)?、共享層、核心層和資源層，如圖1所示。最頂層的領(lǐng)域?qū)佣x特定專業(yè)領(lǐng)域所需的實(shí)體對(duì)象，如電氣領(lǐng)域(Electrical Domain)的電纜、變壓器、電氣設(shè)備等。共享層提供了通用性的對(duì)象，包括建筑服務(wù)元素、組件元素、建筑元素、管理元素、設(shè)備元素等，是用于領(lǐng)域?qū)佣鄠€(gè)領(lǐng)域共享的。核心層更具體化的定義了IFC模型的基本的結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)關(guān)系和公用的概念。最底層的資源層定義了 21類可重復(fù)利用的實(shí)體與類型。包括幾何資源、屬性資源、材料資源等。資源層的實(shí)體不能獨(dú)立存在，只能通過被其他層引用的方式出現(xiàn)。

給定層次定義的實(shí)體能夠引用本層或下面各層的實(shí)體資源。即領(lǐng)域?qū)涌梢砸闷渌龑拥膶?shí)體對(duì)象，共享層只能引用核心層和資源層，而核心層則只能引用資源層。整體架構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)使得模型更易于維護(hù)和擴(kuò)展，同時(shí)對(duì)AEC/FM各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的實(shí)體進(jìn)行了明確的區(qū)分，使得模型能夠在每一個(gè)特定領(lǐng)域的軟件中實(shí)現(xiàn)[15]。

IFC架構(gòu)將所有的對(duì)象與類按概念進(jìn)行了分類：類型、實(shí)體、函數(shù)、規(guī)則、屬性集和量集。具體的定義如下：

(1) 類型(Types)有定義類型(Defined Types)、枚舉類型(Enumeration Types)和選擇類型(Select Types)，定義了對(duì)象的基本類型。

(2) 實(shí)體(Entities)是有屬性與約束定義的信息類，一個(gè)IFC數(shù)據(jù)模型由大量IFC實(shí)體對(duì)象組成。

(3) 函數(shù)(Functions)用于計(jì)算實(shí)體的屬性。規(guī)則(Rules)用于約束實(shí)體屬性的范圍以及驗(yàn)證模型的正確性。

(4) 屬性集(Property Sets)是一組屬性的集合，可被不同的對(duì)象所引用。在IFC標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)下，屬性表達(dá)了對(duì)象的說明信息，將相同類型的屬性進(jìn)行組合。屬性集通過關(guān)系實(shí)體IfcRelDefinesByProperties將屬性關(guān)聯(lián)到具體的構(gòu)件。

(5) 量集(Quantity Sets)是對(duì)定量信息的集合，可被不同的對(duì)象所引用。其中 IfcElementQuantity是量集的描述實(shí)體，表示構(gòu)件定量屬性的集合，通過關(guān)系實(shí)體 IfcRelDefinesByProperties將屬性關(guān)聯(lián)到具體的構(gòu)件。

圖1　IFC4的技術(shù)架構(gòu)圖

2　基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑構(gòu)件表達(dá)方法

2.1IFC對(duì)建筑構(gòu)件的表達(dá)方法

IFC標(biāo)準(zhǔn)是參考STEP標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)并逐步完善的，采用EXPRESS語(yǔ)言定義。在IFC中性文件中，任何一個(gè)實(shí)體(如IfcBeam)都是通過屬性來(lái)描述自身的信息，屬性分為直接屬性、反屬性(InverseAttribute)和導(dǎo)出屬性。從圖2可以得出屬性在實(shí)例語(yǔ)句中的對(duì)應(yīng)關(guān)系。直接屬性是指標(biāo)量或直接信息，如 GlobalId、Name等；導(dǎo)出屬性是指由其他實(shí)體來(lái)表述的屬性，如 OwnerHistory、ObjectPlacement和Representation；反屬性則是指通過關(guān)聯(lián)實(shí)體將屬性實(shí)體與構(gòu)件進(jìn)行鏈接，使得構(gòu)件具備鏈接的屬性實(shí)體的屬性，如HasAssociations通過關(guān)聯(lián)實(shí)體 IfcRelAssociates可以關(guān)聯(lián)構(gòu)件的材料信息。IFC實(shí)體的的屬性是通過繼承關(guān)系獲得的，如構(gòu)件IfcBeam在IFC4版本中總共有33個(gè)屬性，而自身只有PredefinedType這一個(gè)屬性，其余的32個(gè)屬性都是繼承了從IfcRoot開始到IfcBuildingElement包含的屬性。IfcBeam是IfcBuildingElement的 SUBTYPE(子類型)，而再上一 級(jí) 的IfcElement是IfcBuildingElement的SUPERTYPE(超類型)，以此類推，最頂層是IfcRoot。而在IFC物理文件中語(yǔ)句IfcBeam則只顯示了9個(gè)屬性，包括直接屬性和導(dǎo)出屬性，其余的 24個(gè)屬性為反屬性。

2.2實(shí)例分析IFC對(duì)標(biāo)準(zhǔn)梁的表達(dá)方法

圖3描述了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)梁構(gòu)件IfcBeamStandardCase，編號(hào)為#200。通過模型文件中梁的9個(gè)屬性可知，編號(hào)為#201和#210的語(yǔ)句，分別代表了ObjectPlacement和Representation 2個(gè)屬性。其中#201指向的 IfcLocalPlacement定義了標(biāo)準(zhǔn)梁的位置信息，其定義也是通過引用2個(gè)語(yǔ)句#100025和#202。#100025(IfcLocalPlacement)代表的是參考坐標(biāo)系，即標(biāo)準(zhǔn)梁所在樓層(IfcBuildingStorey)的坐標(biāo)系。而#202(IfcAxis2Placement3D)則定義了坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，即通過對(duì)參考坐標(biāo)系的坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，生成新的坐標(biāo)系。#203(IfcCartesianPiont)定義了新坐標(biāo)系的原點(diǎn)，#204(IfcDirection)和#205(IfcDirection)分別定義了新坐標(biāo)系的Z軸方向和X軸方向，這2個(gè)方向是基于參考坐標(biāo)系的方向轉(zhuǎn)換得來(lái)的(圖4)。

圖2　IFC實(shí)體定義與實(shí)例語(yǔ)句之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖3　標(biāo)準(zhǔn)梁IFC文件實(shí)例

圖4　相對(duì)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

另外，#210指向的是IfcProductDefinitionShape，定義了標(biāo)準(zhǔn)梁的截面形狀。IfcProductDefinitionShape實(shí)體是構(gòu)件所有描述形式的容器，可以定義多種幾何表達(dá)方式。其中#211和#221(IfcShapeRepresentation)是兩種不同的幾何表達(dá)方式。#211引用的實(shí)體#212 (IfcExtrudedAreaSolid)是以拉伸二維截面到三維的拉伸實(shí)體。而這個(gè)拉伸實(shí)體需要定義一個(gè)截面形狀，引用的是#213，實(shí)體為IfcIShapeProfileDef定義了一個(gè) I型截面，而#215(IfcAxis2Placement3D)定義了拉伸實(shí)體的一個(gè)定位點(diǎn)，#97(IfcDirection)則定義了實(shí)體的拉伸方向(Z軸正方向)，第4個(gè)屬性為實(shí)體的在拉伸方向上的長(zhǎng)度為6 000 mm。而#221表示以盒式線框來(lái)描述模型的幾何形狀。

標(biāo)準(zhǔn)梁的材料屬性則是通過關(guān)聯(lián)實(shí)體將構(gòu)件與材料相關(guān)聯(lián)，語(yǔ)句#240代表了這個(gè)關(guān)聯(lián)實(shí)體IfcRelAssociatesMaterial。而對(duì)材料的定義引用了IfcMaterialProfileSet實(shí)體(用#242語(yǔ)句描述)，而語(yǔ)句 #245(IfcMaterialProfile)將材料屬性定義到構(gòu)件的截面，最后指向材料實(shí)體#246(IfcMaterial)，使得標(biāo)準(zhǔn)梁以及截面擁有這一材料屬性。

語(yǔ)句#150是IfcBeamType，是對(duì)具有相同屬性如構(gòu)件類型、材料屬性、截面屬性的標(biāo)準(zhǔn)梁構(gòu)件的一種定義，一般只對(duì)標(biāo)準(zhǔn)梁有這樣的定義。而通過關(guān)聯(lián)實(shí)體#90010(IfcRelDefinesByType)與IfcBeamType關(guān)聯(lián)的所有IfcBeamStandardCase都共有這些屬性。

3　基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件管理方法

3.1基于IFC標(biāo)準(zhǔn)新建構(gòu)件的方法

3.1.1建立坐標(biāo)位置，確定構(gòu)件基點(diǎn)

采用相對(duì)坐標(biāo)關(guān)系進(jìn)行定位是建筑構(gòu)件常用的定位方式。確定建筑構(gòu)件局部坐標(biāo)系所參考的坐標(biāo)系。構(gòu)件的位置以空間(IfcBuidlingStorey、IfcBuilding、IfcSite)所在的坐標(biāo)系為參考。如定位一根梁(IfcBeam)，由 ObjectPlacement描述，定義了局部坐標(biāo)系及參考坐標(biāo)系。其中屬性PlacementRelTo指的是參考坐標(biāo)系，而這個(gè)參考坐標(biāo)系即樓層IfcBuidlingStorey所在的坐標(biāo)系。相應(yīng)的IfcBuildingStorey坐標(biāo)系以IfcBuilding所在坐標(biāo)系為參考，IfcBuilding以IfcSite所在坐標(biāo)系為參考，而IfcSite定義的是整體坐標(biāo)系，沒有參考坐標(biāo)系。另外，門窗實(shí)則是依附于墻而存在的，需要以開洞實(shí)體所在坐標(biāo)系為參考，而開洞實(shí)體又以所在的墻實(shí)體作為參考。而 RelativePlacement是相對(duì)坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，即定義了局部坐標(biāo)系。這樣就存在多層參考的情況，在明確各構(gòu)件層次關(guān)系的前提下，進(jìn)行逐級(jí)查詢確定構(gòu)件的絕對(duì)坐標(biāo)，如圖5所示。

圖5　建筑構(gòu)件位置信息與幾何形狀描述流程

3.1.2構(gòu)造構(gòu)件幾何表達(dá)信息

建筑構(gòu)件的幾何表現(xiàn)信息屬性是導(dǎo)出屬性，由屬性 Representation來(lái)描述，指向的實(shí)體是IfcProductRepresentation(超類)。而IfcProductDefinitionShape實(shí)體是構(gòu)件所有描述形式的容器，其中IfcshapeRepresentation定義了幾何形狀表現(xiàn)類型，如SweptAreaSolid、BoundingBox等。其中IfcExtrudeAreaSolid描述的是一個(gè)三維拉伸實(shí)體，即定義一個(gè)二維截面形狀(IfcProfileDef)，再通過一個(gè)特定的方向與長(zhǎng)度拉伸為三維實(shí)體，如IfcIShapeProfileDef表示截面形狀為工字型或H型。

3.1.3定義材料

建筑構(gòu)件的材料屬性屬于反屬性，通過屬性HasAssociations指向關(guān)聯(lián)實(shí)體IfcRelAsscociateMaterial。即通過關(guān)聯(lián)實(shí)體將構(gòu)件與材料關(guān)聯(lián)，使構(gòu)件具備關(guān)聯(lián)到的材料屬性。

構(gòu)件的材料屬性主要通過以下幾個(gè)類型定義：IfcMaterial、IfcMaterialList、IfcMaterialLayerSetUsage、IfcMaterialConstituentSet和IfcMaterialProfileSetUsage。其中，IfcMaterial是材料定義的基本實(shí)體，定義了材料名稱(Name)、描述(Description)和分類(Category) 3個(gè)屬性。其他4種材料類型最終都引用一個(gè)或多個(gè)IfcMaterial實(shí)體。

3.1.4關(guān)聯(lián)屬性集

建筑構(gòu)件的屬性集、量集、與其他構(gòu)件的關(guān)聯(lián)信息、碰撞情況等都是屬于反屬性，需要具體的關(guān)聯(lián)實(shí)體進(jìn)行關(guān)聯(lián)。這些屬性與構(gòu)件的具體類型相關(guān)，例如對(duì)于 IfcBeam，可應(yīng)用的屬性集包括顏色信息(Pset_Draughting)，通用屬性(Pset_beamcommon)則包含梁的分類編號(hào)、跨度、坡度、轉(zhuǎn)角、是否外部構(gòu)件、導(dǎo)熱系數(shù)、是否承重、防火等級(jí)等基本信息，而Pset_ReinforcementBarPitchOfBeam更是包含了混凝土梁的配筋情況；可用的量集(Qto_BeamBaseQuantities)包含梁長(zhǎng)、斷面面積、表面積、體積、質(zhì)量等，通過關(guān)系實(shí)體IfcRelDefinesByProperties進(jìn)行關(guān)聯(lián)，如圖6所示。

3.1.5確定構(gòu)件空間關(guān)系

在IFC中存在唯一的一個(gè)IfcProject實(shí)體，用來(lái)描述現(xiàn)實(shí)中的一個(gè)工程項(xiàng)目。分別以 IfcSite、IfcBuilding、IfcBuildingStorey和IfcSpace來(lái)描述工程項(xiàng)目上的空間信息。這些實(shí)體之間的包含關(guān)系以關(guān)聯(lián)實(shí)體 IfcRelAggregates進(jìn)行關(guān)聯(lián)。而對(duì)于一個(gè)構(gòu)件，如一根梁(IfcBeam)，通過關(guān)聯(lián)實(shí)體IfcRelContained InSpatialStructure將構(gòu)件與空間實(shí)體關(guān)聯(lián)，構(gòu)件之間會(huì)存在依附關(guān)系，如門窗必須依附于墻等。在IFC中，門(IfcDoor)、窗(IfcWindow)實(shí)體與墻(IfcWallStandardcase)實(shí)體之間需要依托于一個(gè)開洞實(shí)體(IfcOpeningElement)來(lái)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。而門、窗實(shí)體與開洞實(shí)體、開洞實(shí)體與墻實(shí)體之間又分 別 以 關(guān) 聯(lián) 實(shí) 體IfcRelFillsElement和IfcRelVoidsElement進(jìn)行關(guān)聯(lián)。最終，窗實(shí)體與樓層之間也需要通過IfcRelContainedInSpatialStructure實(shí)體關(guān)聯(lián)，使得窗實(shí)體也包含在樓層中，如圖6所示。

圖6　建筑構(gòu)件關(guān)聯(lián)屬性(反屬性)描述流程

3.2基于IFC標(biāo)準(zhǔn)修改構(gòu)件的方法

修改構(gòu)件即編輯構(gòu)件的屬性，可分別對(duì)直接屬性、導(dǎo)出屬性和反屬性的修改。對(duì)于直接屬性可直接進(jìn)行編輯，如 GlobalId、Name等。對(duì)于導(dǎo)出屬性如位置信息(ObjectPlacement)和幾何表達(dá)(Representation)，則修改描述這2個(gè)屬性的實(shí)體，但在修改前需要明確屬性實(shí)體是否被其他構(gòu)件引用。對(duì)于反屬性則通過關(guān)聯(lián)實(shí)體查找到鏈接的屬性實(shí)體，需修改相應(yīng)的參數(shù)即可，修改前也需要明確屬性實(shí)體是否被其他構(gòu)件引用。

位置信息(ObjectPlacement)的修改包括基點(diǎn)偏移量和旋轉(zhuǎn)方向的修改?；c(diǎn)偏移量通過IfcLocalPlacement的 RelativePlacement屬性(以IfcAxis2Placement 實(shí)體表示)，其中 Location屬性(以IfcCartesianPoint實(shí)體表示)描述的是偏移值。檢查該 IfcCartesianPoint實(shí)體是否被其他實(shí)體引用，若沒有則修改對(duì)應(yīng)的偏移值，若有則新建IfcCartesianPoint實(shí)體并添加對(duì)應(yīng)偏移值；而旋轉(zhuǎn)方向的修改則通過 IfcAxis2Placement 實(shí)體中的IFCDirection實(shí)體控制，值得注意的是，IfcDirection的重用性很高，可直接引用模型所需的IfcDirection實(shí)體即可。

幾何表達(dá)(representation)的修改包含截面尺寸、長(zhǎng)度、可見性表達(dá)形式等，IFC標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)不同的幾何形體特征提供了多種幾何描述方式(如SweptSolid、Brep等)。以SweptSolid為例，其表達(dá)特點(diǎn)是確定截面形狀尺寸后沿某一方向拉伸一定的距離，形成三維實(shí)體模型。截面形狀由屬性SweptArea(以 IfcProfileDef實(shí)體表示)表達(dá)，修改IfcProfileDef實(shí)體的參數(shù)即可，并考慮實(shí)體是否被重用，若有則需新建相應(yīng)屬性；而Position主要用于更精確的修改構(gòu)件的相對(duì)位置，截面的拉伸方向以及拉伸長(zhǎng)度則通過ExtrudeDirection和Depth屬性修改。

構(gòu)件反屬性的修改相對(duì)更為復(fù)雜，需要通過查詢構(gòu)件的關(guān)聯(lián)實(shí)體，通過關(guān)聯(lián)實(shí)體找到相應(yīng)的屬性實(shí)體，如材料屬性通過IfcRelAssociatesMaterial實(shí)體關(guān)聯(lián)，并且需要分析屬性實(shí)體是否存在多次引用的情況。

3.3基于IFC 標(biāo)準(zhǔn)刪除構(gòu)件的方法

IFC標(biāo)準(zhǔn)中刪除構(gòu)件不僅僅只是刪除構(gòu)件實(shí)體本身，還需刪除與構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的屬性實(shí)體。另外，由于屬性實(shí)體存在多次被引用的情況，在刪除屬性實(shí)體時(shí)需要考慮屬性實(shí)體是否被其他構(gòu)件引用。而隨著構(gòu)件實(shí)體的刪除，直接屬性也會(huì)一并被刪除，所以屬性實(shí)體的刪除分為導(dǎo)出屬性和反屬性兩類：

導(dǎo)出屬性。由其他實(shí)體表述，對(duì)其進(jìn)行刪除時(shí)先檢查這些實(shí)體是否被其他對(duì)象引用，檢查順序由大到小，若沒有重復(fù)引用的情況則全部刪除。

反屬性包括：①與刪除構(gòu)件存在依附關(guān)系的附屬構(gòu)件，當(dāng)主體構(gòu)件刪除時(shí)，其附屬構(gòu)件也應(yīng)刪除。如墻體上的門、窗等，依附關(guān)系是窗的實(shí)體依附于開洞實(shí)體、開洞實(shí)體依附于墻實(shí)體。因此，在刪除墻時(shí)需要將開洞實(shí)體、窗實(shí)體和依附實(shí)體同時(shí)刪除，這些關(guān)系實(shí)體包括：IfcRelVoidsElement、IfcRelFillsElement和IfcRelProjectsElement；②材料屬性與屬性集等，刪除順序是通過關(guān)聯(lián)實(shí)體找到屬性實(shí)體，在確認(rèn)屬性實(shí)體沒有被其他構(gòu)件引用后刪除，并將關(guān)聯(lián)實(shí)體刪除；③空間結(jié)構(gòu)實(shí)體的刪除，該屬性通過IfcRelContainedInSpatialStructure關(guān)聯(lián)，當(dāng)建筑構(gòu)件被刪除時(shí)，其與空間結(jié)構(gòu)實(shí)體的附屬關(guān)系也應(yīng)刪除，即將建筑構(gòu)件從IfcRelContained InSpatialStructure中清除。

4　結(jié)論與展望

IFC標(biāo)準(zhǔn)為實(shí)現(xiàn)全生命周期不同專業(yè)間的數(shù)據(jù)共享與交換奠定了基礎(chǔ)。本文對(duì)IFC標(biāo)準(zhǔn)及其建筑構(gòu)件進(jìn)行詳細(xì)的分析與描述，總結(jié)出了基于IFC標(biāo)準(zhǔn)建筑構(gòu)件的管理：新建、修改和刪除構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)方法與流程。對(duì)IFC標(biāo)準(zhǔn)以及IFC文件結(jié)構(gòu)形式有了清晰的了解之后，今后將進(jìn)一步拓展出重要的應(yīng)用，如：

(1) 對(duì)IFC文件大小的壓縮。由IFC本文表達(dá)方法可知，構(gòu)件的截面形式是由IfcProfileDef(超類)對(duì)應(yīng)的截面形式來(lái)描述，如I形截面IfcIShapeProfileDef。而一個(gè)項(xiàng)目文件中必然存在許多相同截面參數(shù)的構(gòu)件。這些構(gòu)件對(duì)截面實(shí)體的引用是重復(fù)的，即相同截面實(shí)體可能重復(fù)出現(xiàn)。而這些相同截面參數(shù)的構(gòu)件都可以引用同一條截面實(shí)體語(yǔ)句，這樣通過對(duì)重復(fù)截面實(shí)體語(yǔ)句的刪除，可以有效減小IFC文件的大小。而其他參數(shù)如材料、屬性集、量集等都是可以進(jìn)行相應(yīng)處理的。

(2) 基于IFC標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫(kù)的搭建。通過理清IFC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑構(gòu)件的的表達(dá)方式以及 IFC數(shù)據(jù)的描述，可以編寫應(yīng)用程序編程接口(application programming interface, API)并進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)對(duì)基于 IFC標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件參數(shù)的調(diào)用、修改、以及存儲(chǔ)，為最終完成基于 IFC標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件庫(kù)研究提供技術(shù)支持。

(3) 本文對(duì)基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑構(gòu)件表達(dá)進(jìn)行初步研究，仍有很多問題需要今后進(jìn)一步研究與解決，如基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑構(gòu)件庫(kù)的搭建方法，構(gòu)件庫(kù)應(yīng)用方法和BIM數(shù)據(jù)復(fù)用技術(shù)等。

[1] Eastman C, Teicholz P, Sacks R, et al. BIM handbook [M]. 2nd ed. New Jersey: John Wiley&Sons, 2011: 99-124.

[2] Gallagher M P, O’Connor A C, Dettbarn J L, et al. Cost analysis of inadequate interoperability in the US capital facilities industry [M]. Maryland, USA: Department of Commerce Technology Administration, 2004: 73-76.

[3] Young N, Jones S, Bernstein H, et al. The business value of BIM: getting building information modeling to the bottom line [R]. New York: Technical Report, The M cGraw-Hill Companies, 2009.

[4] Froese T, Fischer M, Grobler F, et al. Industry foundation classes for project management-a trial implementation [J]. Electronic Journal of Information Technology in Construction, 1999, (4): 17-37.

[5] ISO/PAS 16739:2005. Industry foundation classes, release 2x, platform specification (IFC2x plateform) [EB/OL]. [2013-09-11]. http://www.iso.org/iso/catalogue_ detail.htm?csnumber=38056.

[6] BuildingSMART International. Industry foundation classes release 2x4 (IFC4) release candidate 3 [EB/OL]. [2013-09-11]. http://www.buildingsmart-tech.org/ifc/FIC2x4/ rc3/htm l/index.htm.

[7] BuildingSMART International. List of software claiming IFC support [EB/OL]. [2013-09-11]. http://www.buildingsmart -tech.org/implementation/implementations.

[8] 邱奎寧, 張漢義, 王靜, 等. IFC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)系列文章[J].土木建筑工程信息技術(shù), 2010, 2(6): 83-86.

[9] 余芳強(qiáng), 張建平, 劉強(qiáng). 基于IFC的BIM子模型視圖半自動(dòng)生成[J]. 清華大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2014, 54(8): 987-992.

[10] Gang W, Zhou Z P, Zhao X D, et al. Design of building component library based on IFC and PLIB standard [C]// 2010 2nd International Conference on Computer Engineering and Technology. New York: IEEE Press, 2010: 529-534.

[11] 鄧雪原, 張之勇, 劉西拉. 基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑結(jié)構(gòu)模型的自動(dòng)生成[J]. 土木工程學(xué)報(bào), 2007, 40(2): 6-12.

[12] 周成, 鄧雪原. 建筑協(xié)同設(shè)計(jì)的模型視圖管理應(yīng)用研究[J]. 圖學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 34(2): 94-100.

[13] 張洋, 張建平, 鹿明. 基于 BIM 的建筑工程信息集成與管理研究[D]. 北京: 清華大學(xué), 2009.

[14] 李犁, 鄧雪原. 基于 BIM 技術(shù)建筑協(xié)同平臺(tái)的初步研究[D]. 上海: 上海交通大學(xué), 2012.

[15] Won J S, Lee G. Algorithm for efficiently extracting IFC building elements from an IFC building model [J]. Computing in Civil Engineering, 2011, (416): 713-719.

Research on Representation and Management of IFC-Based Building Com ponents

Shi Pingwang,Lin Liangfan,Deng Xueyuan

(Department of Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)

Industry foundation classes (IFC) is the standard for BIM data storage, which defines all kinds classes and objects for the whole life cycle of construction projects. In this paper, through the example of a building element, IFC Beam, the representation of IFC-based building components described in detail. In addition, the management of IFC-based building component, including element creation, modification and deletion, is studied in detail. The research achievement can be utilized for the construction of IFC-based component library.

industry foundation classes standard; building components; component library

TU 201.4; TU 17

10.11996/JG.j.2095-302X.2016020249

A

2095-302X(2016)02-0249-08

2015-06-08；定稿日期：2015-09-18

國(guó)家BIM標(biāo)準(zhǔn)研究課題-勘察與設(shè)計(jì)階段P-BIM應(yīng)用技術(shù)研究(P-BIM 01B00)

施平望(1989–)，男，江蘇南通人，碩士研究生。主要研究方向?yàn)榻ㄖ﨏AD協(xié)同設(shè)計(jì)與集成、基于BIM技術(shù)的建筑協(xié)同平臺(tái)。

E-mail：spw418spw@sjtu.edu.cn

鄧雪原(1973–)，男，湖北荊門人，副教授，博士。主要研究方向?yàn)榻ㄖ﨏AD協(xié)同設(shè)計(jì)與集成、基于BIM技術(shù)的建筑協(xié)同平臺(tái)。

E-mail：dengxy@sjtu.edu.cn