IFC標(biāo)準(zhǔn)形狀表達(dá)及空間結(jié)構(gòu)實(shí)例介紹

張漢義 邱奎寧

（中國(guó)建筑科學(xué)研究院，北京 100013）

IFC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)系列文章之二：

IFC標(biāo)準(zhǔn)形狀表達(dá)及空間結(jié)構(gòu)實(shí)例介紹

張漢義 邱奎寧

（中國(guó)建筑科學(xué)研究院，北京 100013）

本文將通過(guò)實(shí)例解釋的方式，介紹IFC標(biāo)準(zhǔn)中建筑構(gòu)件的形成表達(dá)方法，以及空間結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的組織方法。

IFC；幾何表達(dá)；空間結(jié)構(gòu)

1 引言

承接前文《IFC標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)例介紹》，本文從實(shí)例出發(fā)，介紹IFC標(biāo)準(zhǔn)中建筑構(gòu)件的形狀表達(dá)方法，以及工程數(shù)據(jù)的空間結(jié)構(gòu)組織方式。這是深入學(xué)習(xí)和應(yīng)用IFC標(biāo)準(zhǔn)的必備知識(shí)。

同時(shí)，選用和評(píng)價(jià)某種工程數(shù)據(jù)格式優(yōu)劣時(shí)，也需要首先考慮建筑構(gòu)件形狀的表達(dá)方法是否豐富和可擴(kuò)展，以及工程數(shù)據(jù)的組織方式是否適合大多數(shù)的專業(yè)和工程任務(wù)需要。

文章的末尾，還將介紹一個(gè)查看IFC中性文件的工具，以便讀者使用。

2 IFC中建筑構(gòu)件的形狀表達(dá)方法

建筑構(gòu)件（墻、梁、柱、門、窗等）都是上述IfcProduct的子類型，也就擁有了同樣的位置和形狀表達(dá)定義。下面，以中性文件中一根矩形直梁的例子，來(lái)解釋建筑構(gòu)件表達(dá)形狀的方法。

其中，“＃18966”是這個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)例的實(shí)例名，其他實(shí)例引用這根梁時(shí)就引用這個(gè)實(shí)例名；“IFCBEAM”是這個(gè)實(shí)例的關(guān)鍵字，表示這個(gè)實(shí)例數(shù)據(jù)是一根梁，其后括號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)是這根梁的實(shí)際屬性；“0gahN6qmj1BeE8a6 lTtsgA”是這根梁的唯一標(biāo)識(shí)符，用于數(shù)據(jù)集成和交換的目的；“＃16”是對(duì)另外一個(gè)記錄歷史的實(shí)例的引用，在這個(gè)實(shí)例中記錄了這根梁什么時(shí)間創(chuàng)建、由誰(shuí)創(chuàng)建、什么時(shí)間做了修改、由誰(shuí)修改等等信息；“＃18960”是對(duì)位置實(shí)例的引用；“＃18965”是對(duì)表達(dá)形狀表達(dá)實(shí)例的引用；其他的“＄”表示這根梁的對(duì)應(yīng)屬性為空。

2.1 梁的定位＃

在IFC中，構(gòu)件的定位方法有兩種：一種是在整體（世界）坐標(biāo)系下的坐標(biāo)說(shuō)明，稱為絕對(duì)定位方法。另外一種稱為局部定位方法，它是相對(duì)另一個(gè)坐標(biāo)系的定位方法。例如在PKPM的PMCAD建模時(shí)，每個(gè)樓層上構(gòu)件的定位，只定義該構(gòu)件在樓面上的位置，這是一種局部定位方法；又譬如墻上設(shè)置洞，一般給出洞口距墻始點(diǎn)距離和窗臺(tái)高，然后指定（在圖形平臺(tái)上一般使用捕捉）某一個(gè)墻即可，實(shí)際上這就是在墻的局部坐標(biāo)系上進(jìn)行洞的定位方法。在IFC中，對(duì)于構(gòu)件的定位大都是使用局部定位的辦法。

“＃25”是這根梁引用的其他局部坐標(biāo)，而“＃25”又引用了其他局部坐標(biāo)，所以局部定位的方法是可以嵌套使用的?！埃?8959”是這根梁在局部坐標(biāo)系下的位置，由梁的原點(diǎn)位置、Z方向、X方向來(lái)說(shuō)明。將“＃18959”進(jìn)一步展開：

“＃10236”這根梁原點(diǎn)在本局部坐標(biāo)系下的笛卡爾點(diǎn)位置坐標(biāo)值；“＃8”是這根梁Z軸在本局部坐標(biāo)系下的方向；“＃139”是這根梁在本局部坐標(biāo)系下，X軸方向（0.，1.，0.）方向。描述一個(gè)坐標(biāo)系，一般是要說(shuō)明原點(diǎn)和三個(gè)坐標(biāo)軸的方向的，但是Y方向向量＝Z方向向量*X方向向量。IFC為了減少描述量，只說(shuō)明Z和X軸方向。

由于＃25是上一級(jí)局部定位坐標(biāo)系說(shuō)明，因此按上面方法可以逐步展開，這是一種遞歸定義的方法，直到局部定位坐標(biāo)系不再引用其他局部坐標(biāo)系為止，這時(shí)就是絕對(duì)坐標(biāo)系了。在實(shí)際使用中，需要逐步轉(zhuǎn)換，直到得出在絕對(duì)坐標(biāo)系下的構(gòu)件原點(diǎn)、X軸方向向量、Y軸方向向量、Z軸方向向量的值。

對(duì)于直線梁，局部坐標(biāo)系下梁的X軸方向就是梁構(gòu)件的方向，也是梁的展開的方向；對(duì)于圓弧梁是圓弧的切線方向。Z軸方向就是梁截面高方向。

2.2 梁的形狀表達(dá)

在IFC標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)形狀表達(dá)有如下的定義：

這根梁只有“＃18964”一種形狀表達(dá)，其中“＃11”表示梁的形狀表達(dá)環(huán)境，“Body”表示形狀表達(dá)的名字，“SweptSolid”表示形狀表達(dá)的類型。IFC標(biāo)準(zhǔn)支持多種形狀表達(dá)類型，這包括SweptSolid（三維拉伸體）、Brep（三維面片）、CSG（三維實(shí)體）、Curve2D（二維曲線）等。

本文中，梁的拉伸表達(dá)如下：

“＃18961”定義拉伸的橫截面，“＃18962”定義拉伸的起始位置，“＃8”定義拉伸的方向，“8500.0”定義拉伸的長(zhǎng)度。IFC標(biāo)準(zhǔn)中，可以用于定義拉伸的橫截面形式包括：圓形、環(huán)形、L形、T形、U形、Z形等，以及不帶參數(shù)的任意直線圍的封閉剖面。IFC還提供了一個(gè)組合類型，可以把二個(gè)截面形成組合剖面，如雙角鋼截面等。

3 IFC的空間結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)組織方法

每種文件格式都會(huì)用一種方式將工程數(shù)據(jù)分解為可管理的子集，便于數(shù)據(jù)組織和查找。IFC標(biāo)準(zhǔn)選用空間結(jié)構(gòu)的方式來(lái)組織和管理工程模型數(shù)據(jù)。

在IFC標(biāo)準(zhǔn)中將空間結(jié)構(gòu)分為四個(gè)層次，分別是場(chǎng)地、建筑、樓層、空間。理論的方式是：一個(gè)項(xiàng)目包含若干場(chǎng)地、場(chǎng)地包含若干建筑、建筑包含若干樓層，而建筑樓層包含各種建筑構(gòu)件。實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，項(xiàng)目往往直接包含若建筑，建筑也可以不包含樓層，建筑構(gòu)件直接包含在建筑中。IFC的這種空間結(jié)構(gòu)表達(dá)方法，適合于絕大多數(shù)專業(yè)和工程任務(wù)。

“＃792”代表項(xiàng)目（＃20）“包含”場(chǎng)地（＃22）的關(guān)系?！埃?91”代表場(chǎng)地（＃22）“包含”建筑（＃24）的關(guān)系。

圖1 瀏覽IFC工具軟件（IFCBrow se）界面

“＃208947”代表一種沒(méi)有樓層表示方法，直接將建筑（＃24）與建筑構(gòu)件（＃18966）關(guān)聯(lián)方法。

對(duì)于有樓層的建筑物，應(yīng)該將建筑構(gòu)件與樓層關(guān)聯(lián)起來(lái)，如下所示：

“＃790”將建筑（＃24）與多個(gè)樓層（＃36）關(guān)聯(lián)起來(lái)，然后通過(guò)“＃323”將建筑構(gòu)件（＃18966）與樓層（＃36）關(guān)聯(lián)起來(lái)。

一個(gè)IFC中性文件實(shí)際上可以描述了一個(gè)龐大工程項(xiàng)目，譬如北京奧運(yùn)工程，其中有若干場(chǎng)所：包括北京、青島、香港等，每個(gè)場(chǎng)所有若干建筑物，每個(gè)建筑物可能有樓層，也可能沒(méi)有樓層（體育館）。

4 一個(gè)有用的瀏覽IFC（或者STEP）的工具軟件

一般的IFC中性文件都是多達(dá)數(shù)兆字節(jié)的文本文件，每個(gè)IFC實(shí)例又引用不少實(shí)例號(hào)，如果使用一般的文本編輯軟件來(lái)瀏覽，操作非常不便。另外要把引用的實(shí)例放在一起的，非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力。德國(guó)GEM公司提供了一款免費(fèi)軟件IFCBrowse用于瀏覽IFC中性文件。軟件的下載地址是http：／／www.team-solutions.de／，下載的文件是IFCBrowser.MSI。軟件可以在WINDOWS系統(tǒng)中，直接安裝使用。

程序啟動(dòng)后，界面如圖1所示：

軟件將窗口分為兩個(gè)部分，上面窗口是顯示讀入的IFC源文件，點(diǎn)擊上面窗口某行IFC實(shí)例時(shí)，引用這個(gè)實(shí)例展開其他實(shí)例在下面窗口顯示中。利用這個(gè)軟件，可以方便學(xué)習(xí)IFC實(shí)例的使用方法。

5 結(jié)束語(yǔ)

在深入介紹IFC標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容后，我們將在后續(xù)文章中探討有關(guān)IFC標(biāo)準(zhǔn)的信息轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)集成等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

［1］Thomas Liebich，Yoshinobu Adachi，James Forester，Juha Hyvarinen，Kari Karstila，Kent Reed，Stefan Richter，Jeffrey Wix.IFC2x Edition 3 Technical Corrigendum 1.International Alliance for Interoperability.

［2］ISO 10303-11.Industrial automation systems and integration－Product data representation and exchange－Part 11：Description methods：The EXPRESS language reference manual.

［3］ISO 10303-21.Industrial automation systems and integration－Product data representation and exchange－Part 21：Implementation methods：Clear text encoding of the exchange structure.

［4］Thomas Liebich.IFC 2x Edition 3 Model Implementation Guide.Version 2.0 May 18，2009

An Introduction to Shape Representation and Spatial Structure of IFC By Instances

Zhang Hanyi，Qiu Kuining
（China Academy of Building Research，Beijing 100013，China）

This paper will introduce the shape representation and spatial structure of Industry Foundation Classes（IFC）by instances for your further study，development and application.

IFC；Shape Representation；Spatial Structure

TU311.41

A

1674－7461（2010）01－0083－04

國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃課題“綠色建筑全生命周期信息模型研究”（2006BAJ01B01）

張漢義（1942－），男，研究員。主要研究方向：建筑工程數(shù)據(jù)建模、信息集成及轉(zhuǎn)換。

【編者按語(yǔ)】 IFC（Industry Foundation Classes）標(biāo)準(zhǔn)作為全球通用的建筑工程數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，日益得到重視。為了進(jìn)一步在我國(guó)推廣應(yīng)用IFC標(biāo)準(zhǔn)，本刊以系列文章的形式，陸續(xù)撰文介紹有關(guān)IFC標(biāo)準(zhǔn)的若干重要技術(shù)問(wèn)題，包括工程信息的表達(dá)與交換方法、多種三維幾何信息表達(dá)方式、軟件接口開發(fā)方法、軟件集成技術(shù)和策略等。

本刊上一期已刊登該系列文章中的一篇——《IFC標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)例介紹》。