BIM 技術在結構設計軟件中的應用

黃吉鋒 張漢義 聶 祺

(中國建筑科學研究院，北京 100013)

1 引言

隨著計算機技術和互聯網技術的不斷發展進步，信息技術這個概念已經滲透到了人們生活的每一個角落。建筑行業的信息化也成為了一個炙手可熱的話題。目前，國際建筑行業信息化已經發展到了很高的水平，國內在近幾年也發展非常迅速。建筑工程項目是一個復雜的、綜合的經營活動，參與者涉及眾多專業，生命周期長達幾十年、上百年，所以建筑信息交換與共享是工程項目的主要活動內容之一。目前的建筑軟件只是涉及建筑全生命周期某個階段的、某個專業的領域應用，例如設計階段的建筑CAD軟件。沒有哪個開發商能夠提供覆蓋建筑物全生命周期的應用軟件系統，也沒有哪個工程是只使用一家的軟件產品完成的。但在大多數的情況下，信息的交換與共享是由人工完成的。也就是說，人成為了不同系統之間的接口，手工實現(重新錄入)了信息交換，這樣做的效率和質量大大降低了。

BIM(Building Informmation Modeling)“建筑信息模型”這個概念是由Autodesk公司于2002年開始推廣的概念，由于當時在我國的推廣力度不夠，實際上是到2004年，通過 Autodesk的 Auto-CAD2005產品宣傳會，業界才逐漸開始認識它。隨著建筑業對BIM興趣的增加，互操作問題浮現出來。因為基于模型的不同軟件之間，要想集成在一起實現流暢并有效的工作流，互操作是一種途徑和方式。于是，互操作問題引起專家的關注。對于大多數建筑業者來說，互操作近似等同于IFC的工作。

2 基于IFC標準的PKPM軟件研究意義

IFC(Industry Foundation Classes)是由IAI(International Alliance for Interoperability)針對建筑模型數據交換制定的國際標準。它是AEC(Architecture，，Engineering and Construction)的實體(如墻、窗戶等)類庫。IFC是建立在STEP(Standard for the Exchange of Productmodel data)的EXPRESS數據定義語言上，采用面向對象的方法，用類來封裝。這樣就可以直接借鑒STEP項目中的大量成熟研究成果。因為IFC是開放的，基于IFC建立的信息模型允許AEC工程師們共享，一旦一個工程師建立了模型，對于那些使用有IFC數據接口的軟件系統的AEC公司、業主、管理單位就不需要重新建模，這就提高了工作效率，節省了成本。應用IFC標準不要求軟件內部應用這套標準，而只要求在與其他系統交換信息時有一個IFC標準的接口。

PKPM系列軟件(PMCAD，SpaSCAD，SATWE，PMSAP，TAT，JCCAD，STS，APM，DEC，GARLAND，ABD，STAT等)以具有獨立自主版權的CFG圖形系統為基本開發平臺，以MFC作為用戶輸入、輸出界面開發工具，具有Windows系統下軟件的一致界面。為了把PKPM軟件系統推向國際市場，需要建立實現系統標準化協作應用平臺。

本文主要介紹如何用國際建筑工業標準IFC建立這個協作應用平臺，從而把PKPM軟件的數據轉換成IF＇C數據格式，與其他軟件系統共享信息。

3 PKPM歐洲版IFC接口介紹

PKPM系統應用在國內已經非常普遍，國外市場(新加坡、香港、越南等)也已經推廣。為了進一步推廣PKPM，首先開發歐洲版的IFC接口，然后根據用戶的反應，最終實現所有版本的接口。

3.1 接口1.0版本功能

3.1.1 采用的是IFC 2X3版本，而目前最新的是IFC 2X4版本

3.1.2 結構模型初步轉換;實現對結構系統的構件截面、材料、幾何、位置的交換

3.2 轉換相關約定

3.2.1 截面轉換

由于PM模型中截面類型眾多，目前限定可轉換截面為PMCAD中的梁柱截面1－6，9－11類型。譬如，因為有的截面(如鋼管混凝土截面、格構式組合截面、實腹式組合截面等)，IFC還沒有對應的語句來描述，對于任意封閉多邊型截面，IFC只能描述單連通截面，對于多連通截面沒有辦法描述，譬如PMCAD的9類型截面(角鋼組合截面)，目前IFC無法描述。

IFC可以參數描述的截面如圖1～圖11所示:

因此，在IFC轉換到PM模型時，有的截面無法轉換到對應的截面，本程序遇到這種情況，直接轉換成一個特定名稱的矩形截面，然后在轉換日志LOG上用文字說明。用戶可以在PMCAD或其它結構軟件系統，直接將該截面換成一個合適的截面。

3.2.2 材料轉換

在PMCAD系統中，雖然材料類別可以允許若干種，但是我們經常使用的是混凝土和鋼。在PM轉換成IFC時，各種材料的輸出如下:

混凝土:IFCMATERIAL(＇Concrete 40＇);里面的名稱為混凝土的英文和混凝土標號。

鋼:IFCMATERIAL(＇Steel 2＇);里面的名稱為鋼的英文和鋼級別號。

在IFC轉換到PMCAD結構系統時，如果IFCMATERIAL中的名稱無法得到材料信息的話，那么在轉換過程中，將彈出一個材料輸入對話框，由用戶來設置IFC中出現的材料名稱，賦予PMCAD中實際的材料信息，即給出材料是混凝土還是鋼，標號或者級別是多少。在某些情況，IFC沒有說明構件的材料信息，我們設定構件的材料是混凝土，標號25。

3.2.3 構件幾何形狀描述

梁、柱，支撐幾何形狀都使用拉伸體的描述，不容許進行半無限空間進行BOOL操作。墻體幾何形狀的描述是拉伸體，容許一次半無限空間進行BOOL操作，不容許多次BOOL操作。

圖12 材料轉換界面

幾何形狀的描述不容許使用BREP描述，即不容許使用表面模型(類似AutoCad的3Dface)來描述構件形狀。

對于PM模型中的圓弧構件——圓弧梁和圓弧墻，使用直線段離散的辦法，變為逐段直線段描述。

3.2.4 荷載

荷載轉換目前沒有完成，擬放在接口下個版本中實現。

4 結語

IFC自從作為ISO標準頒布以來，在國際上發展很快，許多企業研發了基于IFC標準的現有建筑軟件的輸人/輸出接口，取得了可觀的經濟效益。我國起步比較晚，2004年6月中國建筑科學研究院才成立IFC課題研究，目前研究的探索階段已經完成，能夠實現歐洲規范版本與IFC標準的接口，為接下來最終實現所有版本的接口打下堅實的基礎。

[1]Step工業自動化系統與集成產品數據表達與交換.

[2]IFC2X(Industry Foundation Classes)，IAI(International Alliance for Interoperability).

[3]邱奎寧，張漢義，王靜等.IFC標準及實例介紹[J].土木建筑工程信息技術，2010，2(1):68-72.

[4]張漢義，邱奎寧.IFC標準形狀表達及空間結構實例介紹[J].土木建筑工程信息技術，2010，2(2):83-86.

[5]張建平，張洋，張新.基于IFC的BIM三維幾何建模及模型轉換[J].土木建筑工程信息技術，2009，1(1):40-46.