鐵路機(jī)務(wù)車輛IFC標(biāo)準(zhǔn)化模型建立與應(yīng)用

摘" 要：IFC（工業(yè)基礎(chǔ)類），是BIM項(xiàng)目全生命周期中數(shù)據(jù)交換及存儲的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式。鐵路領(lǐng)域完成大部分專業(yè)的IFC標(biāo)準(zhǔn)軟件部署及應(yīng)用驗(yàn)證工作，但由于機(jī)務(wù)車輛專業(yè)涉及工藝設(shè)備設(shè)施數(shù)量龐大，種類繁多，編制難度大等，尚未開展標(biāo)準(zhǔn)化工作。導(dǎo)致機(jī)務(wù)車輛專業(yè)在全生命周期協(xié)同設(shè)計(jì)中，無法有效地將BIM信息傳遞下去。為解決上述問題，該文以主流BIM軟件3D EXPERIENCE為基礎(chǔ)，基于機(jī)務(wù)車輛IFC標(biāo)準(zhǔn)，形成標(biāo)準(zhǔn)化模型的創(chuàng)建、驗(yàn)證，到項(xiàng)目中部署全過程實(shí)施方案，充分發(fā)揮IFC在工程的應(yīng)用價(jià)值，增強(qiáng)鐵路工程全生命周期數(shù)據(jù)信息共享的有效性。

關(guān)鍵詞：機(jī)務(wù)車輛；BIM技術(shù)；3D EXPERIENCE平臺；IFC標(biāo)準(zhǔn)；標(biāo)準(zhǔn)庫

中圖分類號：U279.4" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）16-0027-04

Abstract： IFC （Industrial Foundation Class） is the standard data format for data exchange and storage in the whole life cycle of BIM projects. The railway field has completed most of the professional IFC standard software deployment and application verification work， but due to the rolling stock involving a large number of process equipment facilities， a wide variety of facilities， compilation difficulties and other factors， the standardization work has not yet been carried out. As a result， the rolling stock can not effectively transmit the BIM information in the whole life cycle collaborative design. In order to solve the above problems， based on the mainstream BIM software 3D EXPERIENCE and the rolling stock IFC standard， this paper forms the establishment and verification of the standardized model， and deploys the whole process implementation scheme to the project， which gives full play to the application value of IFC in the project and enhances the effectiveness of railway engineering life cycle data information sharing.

Keywords： rolling stock; BIM technology; 3D EXPERIENCE platform; IFC standard; standard library

BIM技術(shù)發(fā)展的核心問題是信息共享與轉(zhuǎn)換，IFC標(biāo)準(zhǔn)是解決BIM技術(shù)發(fā)展核心問題的基礎(chǔ)。IFC（Industry Foundation Classes，工業(yè)基礎(chǔ)類） 標(biāo)準(zhǔn)是由國際協(xié)作聯(lián)盟組織（International Alliance for Interoper-ability，IAI，現(xiàn)名為building SMART）提出的公開的、結(jié)構(gòu)化的、基于對象的信息交換格式[1-2]。IFC標(biāo)準(zhǔn)定義了BIM數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)格式，表達(dá)了項(xiàng)目全生命周期中各階段的數(shù)據(jù)交換及存儲方式，是目前國內(nèi)外多數(shù)BIM軟件數(shù)據(jù)的輸入與輸出接口[3]。

現(xiàn)有IFC標(biāo)準(zhǔn)主要面向建筑行業(yè)。鐵路行業(yè)具有覆蓋專業(yè)多，數(shù)據(jù)共享和交換的需求量大等特點(diǎn)，目前IFC在鐵路領(lǐng)域的應(yīng)用還不夠完善，導(dǎo)致在跨平臺協(xié)作過程中，無法將BIM信息進(jìn)行有效傳遞。尤其是機(jī)務(wù)車輛專業(yè)，涉及到大量的運(yùn)用、檢修、整備設(shè)備，這些設(shè)備模型缺乏屬性信息，制約了IFC標(biāo)準(zhǔn)在行業(yè)中的應(yīng)用。本文基于主流BIM軟件3D EXPERIENCE （以下簡稱3DE），對機(jī)務(wù)車輛專業(yè)現(xiàn)有模型開展IFC標(biāo)準(zhǔn)化工作，并利用第三方軟件對其可行性和適用性驗(yàn)證，最后實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)模型庫在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用。形成了標(biāo)準(zhǔn)化模型的創(chuàng)建、驗(yàn)證、部署于一體的實(shí)施方案，為鐵路BIM模型全生命周期數(shù)據(jù)傳遞的可持續(xù)應(yīng)用提供保障。

1" IFC標(biāo)準(zhǔn)框架

IFC標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)基于面向?qū)ο蠓椒ǖ臄?shù)據(jù)模型體系，包含4個(gè)層次，分別為資源層、核心層、共享層和領(lǐng)域?qū)?。原則上每個(gè)層次都包含一些信息描述模塊，且每個(gè)層次只能引用同層與下層的資源，而不能引用上層資源。上層資源變動時(shí)，下層資源不受影響，保證信息描述的穩(wěn)定[4-5]。

鐵路工程IFC實(shí)體主要依托于共享層的鐵路共享模式，其中包括既有橋梁、隧道、軌道、站場、線路、路基6個(gè)專業(yè)。本研究在立足于鐵路站前和四電IFC1.0標(biāo)準(zhǔn)，全面梳理了鐵路IFC標(biāo)準(zhǔn)的框架及進(jìn)展，同時(shí)，充分考慮機(jī)務(wù)車輛設(shè)備管理分類趨勢和專業(yè)設(shè)計(jì)習(xí)慣，從鐵路共享模式中擴(kuò)展補(bǔ)充，形成機(jī)輛專業(yè)的IFC標(biāo)準(zhǔn)。

鐵路機(jī)務(wù)車輛IFC標(biāo)準(zhǔn)的編制，涵蓋超4 000項(xiàng)工藝設(shè)備及管道，在既有鐵路IFC標(biāo)準(zhǔn)框架的基礎(chǔ)上提出了鐵路機(jī)務(wù)車輛IFC標(biāo)準(zhǔn)的框架、擴(kuò)展方法及原則。完成了鐵路機(jī)務(wù)車輛IFC實(shí)體類及屬性集擴(kuò)展，包括實(shí)體類280項(xiàng)、枚舉1 198項(xiàng)、屬性集312項(xiàng)、屬性906項(xiàng)，填補(bǔ)了機(jī)務(wù)車輛專業(yè)在鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)體系中的空白，對建設(shè)行業(yè)統(tǒng)一數(shù)據(jù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)BIM協(xié)同設(shè)計(jì)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，提高鐵路領(lǐng)域的數(shù)字化發(fā)展水平具有重要意義[6]，如圖1所示。

2" IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

基于既有IFC標(biāo)準(zhǔn)框架，利用3DE軟件，開展設(shè)備設(shè)施IFC標(biāo)準(zhǔn)化工作。以洗車機(jī)為例，確定其實(shí)體、枚舉名稱隸屬于機(jī)輛通用構(gòu)件下的洗車設(shè)備（IfcTrainWashEquipment），并在平臺中創(chuàng)建洗車設(shè)備對應(yīng)的IFC產(chǎn)品。考慮到鐵路模型具有體量大的特點(diǎn)，鐵路設(shè)備設(shè)施設(shè)計(jì)范圍統(tǒng)一選取“Large Range”，如圖2所示。

通過復(fù)制或者插入的方式將現(xiàn)有模型導(dǎo)入到IFC節(jié)點(diǎn)下，模型信息及結(jié)構(gòu)樹如圖3所示。在模型幾何信息完整的基礎(chǔ)上，利用達(dá)索平臺產(chǎn)品IFC信息編輯模塊“Collaborative Lifecycle”為模型添加IFC屬性。

“Collaborative Lifecycle”模塊中，“Available Extensions”選項(xiàng)可供選擇需要添加的屬性，“Existing Customer Extension”選項(xiàng)具備查看已添加的IFC屬性集的功能，在此可以開展對屬性信息查詢、修改和刪除。依據(jù)洗車機(jī)設(shè)備的技術(shù)規(guī)格書，在“Available Extensions”中加載洗車機(jī)屬性，如圖4所示。

屬性信息添加分為兩類，一是預(yù)定義屬性信息，即為下拉菜單選擇所需拓展的屬性信息，該方式多用于較成熟的設(shè)備，在添加信息時(shí)提高操作者的效率。例如“IfcTrainWashEquipment”中，選擇洗車設(shè)備的類型為下拉欄中的洗車機(jī)。二是自定義屬性信息，該方法較為靈活，能夠編寫特有的屬性內(nèi)容，極大地豐富了IFC屬性所反映的信息。針對沒有特定選項(xiàng)的產(chǎn)品信息，例如“IfcCRPset_TechnicalRequirementsInformationCommon”洗車設(shè)備的使用環(huán)境，其中的相對濕度要求、維修周期等都需要采用手動輸入的方式。當(dāng)加載完成一種IFC屬性后可以重復(fù)點(diǎn)擊下拉欄繼續(xù)添加其他屬性，直至模型屬性添加完成。

在3DE軟件中，查看IFC屬性可以通過點(diǎn)擊產(chǎn)品的屬性面板實(shí)現(xiàn)，面板左側(cè)為添加的IFC屬性名稱，右側(cè)為對應(yīng)的屬性信息，如圖5所示。到此完成實(shí)體IFC屬性信息的導(dǎo)入。

3" IFC標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)驗(yàn)證

為確保IFC數(shù)據(jù)在全生命周期中傳遞的規(guī)范性和完整傳遞， 將標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)導(dǎo)出為IFC格式，以滿足不同軟件平臺的信息查詢、流暢預(yù)覽的需求。3DE軟件具備導(dǎo)入導(dǎo)出IFC文件功能，目前IFC 2*3的模型格式兼容性較好，滿足使用要求。

利用BIM Vision、Navisworks以及中國鐵設(shè)自主開發(fā)工具IFCRailReviewer軟件對機(jī)輛IFC模型的幾何與非幾何數(shù)據(jù)信息傳遞完整性進(jìn)行審查和驗(yàn)證。

BIM Vision軟件通常以查詢BIM文件成果模型作為主要功能，產(chǎn)品支持多種文件格式，是常用的BIM模型查看軟件。將IFC文件導(dǎo)入到可視化平臺 BIM Vision，能完整顯示新增實(shí)體如圖6（a）所示。右側(cè)窗口為洗車機(jī)的非幾何模型信息，以樹形圖的方式呈現(xiàn)出來。通過對比兩個(gè)軟件中的模型信息，與3DE中洗車機(jī)信息表達(dá)一致，證明了機(jī)輛BIM模型在向BIM Vision傳遞時(shí)能夠保證完整性。

Navisworks平臺通常用于實(shí)現(xiàn)三維可視化交底。將模型導(dǎo)入后可實(shí)現(xiàn)模型的流暢瀏覽、模型信息實(shí)時(shí)查詢、精確距離測量等模型數(shù)據(jù)的讀取，同時(shí)方便施工單位技術(shù)人員在交底模型基礎(chǔ)上開展施工階段BIM深化應(yīng)用。在此利用Navisworks打開洗車機(jī)模型如圖6（b）所示。圖中無論是幾何信息還是顏色信息均保證完整正確。

IFC Viewer軟件具有可視化效果好、界面簡潔、結(jié)構(gòu)樹清晰的特點(diǎn)，常用于瀏覽BIM模型。現(xiàn)將模型導(dǎo)入到IFC Viewer軟件進(jìn)行驗(yàn)證，如圖6（c）所示。在模型結(jié)構(gòu)樹中展示了模型的IFC非幾何信息，右側(cè)為模型可視化窗口，完整地展示了模型的外觀、結(jié)構(gòu)等幾何信息。因此，模型在向IFC Viewer軟件傳遞時(shí)同樣具有完整性。

綜上所述，鐵路機(jī)務(wù)車輛IFC標(biāo)準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)在多軟件、多平臺間的幾何和非幾何信息完整傳遞和共享。

4" IFC標(biāo)準(zhǔn)化模型的應(yīng)用

為承載多專業(yè)協(xié)同在線設(shè)計(jì)，平臺根據(jù)功能將空間區(qū)分為標(biāo)準(zhǔn)空間和項(xiàng)目空間，其中標(biāo)準(zhǔn)空間用于存儲標(biāo)準(zhǔn)件，減少設(shè)計(jì)過程中的重復(fù)性工作。項(xiàng)目空間能夠?qū)⒉煌捻?xiàng)目分割開，承載大體量的數(shù)據(jù)文件。為提高建模效率，中國鐵設(shè)自主研發(fā)了第三方插件，其在模型傳遞、裝配過程中也起到了重要作用。如圖7所示。

在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段，通常要在兩個(gè)空間中切換，以調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)模型提高設(shè)計(jì)效率，但此過程中應(yīng)先明確模型的傳遞路線。當(dāng)項(xiàng)目B中需調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)空間或項(xiàng)目A中模型庫的文件時(shí)，是無法直接從項(xiàng)目A中復(fù)制的，而標(biāo)準(zhǔn)空間中模型庫的標(biāo)準(zhǔn)件可以直接復(fù)制到項(xiàng)目的節(jié)點(diǎn)下，此時(shí)即便模型處于兩個(gè)空間，但項(xiàng)目空間模型的改變依舊會引起標(biāo)準(zhǔn)空間模型的相應(yīng)變化。為保證在項(xiàng)目空間修改、調(diào)整而不影響到標(biāo)準(zhǔn)件，在設(shè)計(jì)過程中會采取插件將標(biāo)準(zhǔn)件以關(guān)聯(lián)的方式導(dǎo)入到插件的模型庫中，并復(fù)制使模型獨(dú)立后載入各項(xiàng)目。該方法能夠針對項(xiàng)目的特性，在標(biāo)準(zhǔn)件基礎(chǔ)上調(diào)整以提高標(biāo)準(zhǔn)模型庫在項(xiàng)目中的適應(yīng)性。

本文以廣湛高鐵湛江北動車所檢查庫內(nèi)的綜合支吊架布置為例，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)件在項(xiàng)目空間的部署應(yīng)用。首先在標(biāo)準(zhǔn)空間中的模型庫中找到綜合支吊架構(gòu)件，將其導(dǎo)入插件的模型庫內(nèi)。切換空間為廣湛高鐵的項(xiàng)目后，利用插件將獨(dú)立模型載入項(xiàng)目空間的模型庫。通過插件的軸網(wǎng)功能批量布置綜合支吊架，如圖8（a）所示，圖中已布置支吊架為關(guān)聯(lián)關(guān)系，因此選取任意模型修改即可?，F(xiàn)在綜合支吊架模型中對其牛腿長度的參數(shù)調(diào)整，如圖8（b）所示，修改結(jié)果會映射到已裝配的模型中。綜上所述，在模型應(yīng)用階段采用合理的載入裝配路徑，能有效地規(guī)避過程中模型反復(fù)調(diào)整，提升鐵路BIM的建模效率，對實(shí)現(xiàn)鐵路領(lǐng)域的數(shù)字化有重要意義。

5" 結(jié)論

本文依托鐵路機(jī)務(wù)車輛IFC標(biāo)準(zhǔn)框架，以3DE軟件為基礎(chǔ)，對機(jī)務(wù)車輛專業(yè)現(xiàn)有模型開展IFC標(biāo)準(zhǔn)化研究，同時(shí)利用第三方軟件從幾何信息和非幾何信息層面驗(yàn)證了IFC標(biāo)準(zhǔn)模型傳遞的適用性，實(shí)現(xiàn)了實(shí)例模型在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用。本文立足動車所實(shí)際需求，形成了IFC模型信息的加載、傳遞、驗(yàn)證，到工程項(xiàng)目中部署的全過程技術(shù)路線，提升了標(biāo)準(zhǔn)模型的創(chuàng)建及應(yīng)用效率，發(fā)揮了IFC在工程中的應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)一步增強(qiáng)了鐵路工程全生命周期數(shù)據(jù)信息共享的有效性，為鐵路工程在不同階段的建設(shè)提供準(zhǔn)確、完善的數(shù)據(jù)來源帶來重要保障。

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