基于IFC架構橋梁快速建模二次開發研究

哈娜 遼寧省交通高等專科學校道橋系

一、研究現狀及意義

IFC（Industry Foundation Classes）標準是由國際組織 IAI（International Alliance for Interoperability，國際協作聯盟）在 1997 年發布的，是一個公開的標準，用來幫助建筑行業數據共享的基于 BIM 模型面向對象的數據標準，用于建筑物整個建造生命周期內信息表達與共享的國際標準。2013 年IFC 已經更新到 IFC4 版本，IFC4 在參數化設計方面強化了對 NURBS（Non-Uniform Rational B-Splines）曲線和曲面等復雜幾何圖形的支持，增加了 IFC 擴展流程、IFC 擴展資源模型和約束模型。[1]

目前，通過IFC 標準認證的國內外BIM軟件有30 多家。歐洲國際會議上探討了對幾款BIM 軟件進行IFC 文件的輸入輸出測試中，發現建筑信息出現錯誤及信息缺失現象。美國通過測試IFC 文件在不同BIM 軟件之間的輸入輸出，發現總有一些數據不能交換，數據交換具有方向性。主要原因是BIM 軟件沒有建立完全符合IFC 標準的數據接口，另外，IFC 標準對信息的描述存在多種方式的表達。

近些年我國也積極地進行IFC 標準的推廣工作，于2007 年發布了建筑工業行業標準《建筑對象數字化定義》，描述了工業基礎類平臺規范的部分內容。2010 年發布了國家標準《工業基礎類平臺規范》，該規范完整描述了工業基礎類2x 平臺規范的全部內容。本文通過調研我國建筑施工領域IFC數據描述需求和應用現狀，系統研究IFC 標準的模型體系的基礎上，利用IFC 實體擴展和屬性集擴展，對施工成本管理、施工進度管理、施工質量管理、施工安全、綠色施工5 個子領域進行了IFC 模型擴展，建立了面向建筑施工的IFC 數據擴展模型，編制了建筑施工IFC 數據描述標準，并且通過工程實際應用驗證了模型和標準的可行性和適用性。

國外關于IFC 標準構件庫的研究甚少，且大多數僅僅提出了構件庫的理論架構。因此，迫切需要彌補基于IFC 標準的BIM 構件庫研究的空白，規范IFC 標準對建筑信息的表達，建立統一標準的構件資源庫。目前，國內外已在建的構件資源庫有新西蘭的Product Spec，產品包含Autodesk Revit、ArchiCAD、Vectorworks、SketchUp和AutoCAD 等軟件的構件模型；英國的National BIM Library 支持如Autodesk Revit、ArchiCAD、Vectorworks、Tekla、Bentley 等軟件構件模型；中國的住房和城鄉建設產品大型 數 據 庫 支 持Revit、Inventor、SolidWorks、CATIA 等軟件構件模型。這些構件庫的產品囊括了主流BIM 軟件的構件模型，但主要針對專屬軟件的數據格式，缺乏通用性、開放性和統一性。構建基于IFC 標準的BIM 構件庫，有利于解決構件產品數據標準不統一的問題，同時有利于實現項目生命期的數據可持續管理。[2]

IFC 標準是BIM 建筑協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 這種數據橋梁進行串聯，將其翻譯成國內外通用語言模型。然而，現階段BIM 應用過程中的IFC 在交換過程中，也存在一定的問題，首先IFC 標準本身還不成熟不完善，對一些信息無法完整表述；其次BIM 軟件開發商處于對市場的保護，依然采用獨立和封閉的系統；再者國外標準在國內的水土不服，本地化的應用做的還不夠深入。但是信息化集成是一個難以阻擋的潮流，傳統的人工實現信息化的交互模式越來越難適應當前社會的發展，IFC 倡導的OPEN BIM 的理念在國內還在逐步完善和推進過程中。

一個完整的IFC 項目文件，首先需要表達一個項目信息，然后表達與之相關的場地信息，與場地相關的建筑信息，其中，橋梁由多種類型組成，每一種類型橋梁又由很多基本構件組成，如橋跨結構、支座系統、橋墩、橋臺和基礎等。[2]通過繼承與關聯關系，將各實體對象組合成一個完整的項目模型，不同的建筑構件是項目的基本單元。在IFC標準的BIM 構件庫中，任何支持IFC 標準的軟件能夠采用標準形式的構件創建形成三維信息模型，有利于與其他應用軟件進行數據共享與交換。

二、研究內容及目標

基于IFC 架構橋梁快速建模的二次開發研究，實現不同橋梁類型的三維可視化和信心化的展示，具體研究內容如下：

（1）收集相關文獻資料，確定橋梁常見類型及基本構件，分層級確定橋梁IFC 數據模塊內容，完成橋梁構件資源庫規劃和分類。

（2）創建基于IFC 標準的不同橋梁類型的基本組成構件幾何實體模型，根據分類標準和原則，確定各橋梁組成構件的幾何形狀、幾何尺寸、對象信息、屬性信息等內容。

（3）對 Revit 進行二次開發，應用IExternalCommand、IExternalApplication 兩個接口命令來實現 Revit 不同橋梁類型組成構件模塊的二次開發應用。創建梁式橋、拱式橋、斜拉橋、懸索橋等面板，在不同面板上創建各組成構件按鈕，從而加載出相應的IFC 橋梁模型，實現不同類型橋梁的快速建模。

應用BIM 軟件提出基于IFC 架構橋梁模型數據源的交換與共享，二次開發橋梁模型快速搭建的方法，實現不同橋梁類型按照橋梁基本組成構件方式模塊化的信息集成和應用，具體目標如下：

（1）基于IFC 架構橋梁快速建模的二次開發研究，模型更具兼容性和穩定性。

（2）不同層級模塊的構建，實現了信息資源的管理和共享。

（3）實現了Revit 軟件功能擴展，構建更加符合道橋專業教學和學習的橋梁項目，促進橋梁正向設計發展，為BIM 技術在橋梁建設全生命周期中的應用打下基礎。

三、技術路線

IFC 標準的橋梁數據模型結構可以劃分為四個功能層次，即資源層、核心層、交互層和領域層，結合橋梁基本類型和組成構件開展二次開發研究。

四、特色與創新

針對橋梁領域BIM 核心建模軟件匱乏、模型類型兼容性不能滿足要求等問題，構建基于IFC 標準的橋梁快速建模構件庫，有利于解決橋梁構件數據標準不統一的問題，同時有利于實現橋梁項目全生命周期數據的可持續管理，提高創建橋梁三維信息模型的效率。同時構建核心層不同類型的橋梁，對后期相關教學的應用奠定了良好的模型基礎。

五、總結

應用BIM 軟件提出基于IFC 架構橋梁模型數據源的交換與共享，二次開發橋梁模型快速搭建的方法，實現不同橋梁類型按照橋梁基本組成構件方式模塊化的信息集成和應用。