IFC 标准在PKPM 结构软件中的实现（一）TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com

张剑涛1 ,刁　波1 ,唐春风1 ,张汉义2TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com
(11 北京航空航天大学土木工程系,北京100083 ;21 中国建筑科学研究院,北京100013)TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com

1 　前 　言TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com
IFC是 IAI发布的一个建筑数据信息标准 ,它通过对建筑工程各方面的信息以统一的格式进行描述 ,实现建筑全生命周期内不同专业、不同阶段设计软件之间的协同工作。它采用了先进的 BIM 模型技术 ,并对 CAD 软件兼容 ,现在已经得到了大部分主要的 CAD卖主和相关的分析软件的支持。目前 ,全世界已有14个分部和 19 个国家的 650 家成员公司投资于IFC ,这确实是一个全球的工程。IFC是一个开放的建筑信息数据格式 ,只要一个软件能够输入、输出 IFC文件 ,并通过了 IFC 的认证 ,即可与其他获得 IFC 认证的软件进行互操作。目前 ,实现 IFC 标准的国外主要建筑 CAD 软件有ADT ,Revit ,ArchiCAD ,Octaga Modeller ,EnergyPlus等。目前国际上各软件实现 IFC标准的方法可以概括为以下两种思路:TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com
●　 一种是从零开始:开发者可以从零开始构建自己对 IFC标准的实现。这种方法需要开发者亲自创建所有的类、亲自做内存管理等 ,这一方面要求开发者必须对 IFC及其实现有全面细致的了解 ,另一方面由于编程量巨大 ,需要将大量的时间和精力花在对底层支持平台的开发上。因此现在使用这种方法的不多。TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com
●　 另一种是使用现有的“IFC开发平台” :为了给那些对 IFC不是很熟悉的开发者提供方便 ,有些公司开发了可以被其他软件使用的“IFC 开发平台” ,通过这种“IFC开发平台” ,新开发的或是已有的软件只需少量的工作就可以实现 IFC兼容。目前市面上的“IFC 开发平台”分为 STEP 工具包和 IFC工具包两类:(1) STEP工具包是针对 STEP标准的“过渡”,由于 IFC是 STEP的一个特例 ,因此只需对这种工具包再进行一步简单的操作就可以用来访问 IFC数据 ,显然 ,这类工具包灵活性强 ,可以应付将来的拓展 ,如挪威开发的 EDM和瑞典开发的 Eurostep (AutoDeskADT和 ArchicAD 都是使用 Eurostep 工具包实现 IFC的) ;(2) IFC工具包则是直接针对 IFC数据的访问 ,它可以更方便更快捷的实现 IFC ,比较典型的 IFC工具包有芬兰的BSPro COM2Server 和日本的 IFCsvr 工具包。TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com

2 　实现 PKPM与 IFC之间的数据交换TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com
中国建筑科学研究院 PKPM软件研究所借鉴国外的一些经验和成果 ,使用前面介绍的两种方法分别实现了 IFC与 PKPM空间建模软件 SpasCAD之间的数据交换 ,并实现了 PKPM数据到 IFC的输出。流程如图1所示 ,分为如下三个分支:(1)基于 EDM工具包实现 IFC到 PKPM的数据交换;(2)从零开始自主开发 IFC 支持平台实现 IFC到 PKPM的数据转换;(3)图 1 中最下边一条流程是实现 PKPM数据到 IFC文件的输出。TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com
        图1显示的是实现 IFC与 PKPM的空间建模软件 SpasCAD 之间的数据交换 , 图 1 中 PZD 是SpasCAD的格式文件。左边的方框表示其他实现IFC支持的软件 ,本文中使用 ArchiCAD 来生成 IFC文件及对输出的 IFC文件进行检验。到目前为止 ,整个过程只是针对 IFC数据文件中的建筑构件的几何信息和材料属性的实现 ,其中还只局限于主要结构构件几何信息 ,包括墙、板、梁、柱、斜撑、门、窗、板开洞 ,其它如楼梯等都不在实现范围内。TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com

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图1 　PKPM与IFC 之间的数据交换流程图TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com

        三个分支中 , IFC与PKPM数据之间的映射都是非常重要的环节。由于 IFC数据模型和 PKPM数据结构的对应并不是一对一的 ,从 IFC文件提取来的对象数据必须映射到 PKPM 数结构中的对应对象 ,同样 ,从 PKPM输出到 IFC时也要进行相反过程的映射。这个过程中就要根据各自模型的特点对数据进行适当的转换或简化处理 ,而这个度的把握就需要根据预定达到什么样的准确率来确定。TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com

3　基于 EDM实现 IFC到 PKPM的数据转换这里有必要先介绍一下 EDM。EDM ( ExpressData Manager)是Jotne EPM Technology公司开发的一个 STEP 工具包 ,其优点是显而易见的 ,针对 STEP标准的数据访问满足对 IFC的访问可以说是绰绰有余 ,而且描述 IFC标准模式定义的语言是 语言 ,因此不管今后 IFC发展的有多大 ,比现在有多少的拓展 , EDM 都能最大程度的满足对它的访问。其缺点就是体系过于庞大 ,EDM对 EXPRESS描述的模式进行编译后 ,对模式中每一个 TYPE、抽象TYPE、超 TYPE、子 TYPE、 ENTITY、 FUNCTION、 RULE生成一个C + + 类 ,如对 IFC2x22 final ,生成的类有1500个之多 ,而对于某一具体软件需要用到的类只是其中的一小部分。EDM 编译后 ,生成对应的C + +类的 H和 CPP文件。开发者利用这些C + +类 ,进行具体开发。TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com
       本过程的思路如图2所示 ,首先使用 EDM编译EXPRESS格式的 IFC模式文件生成数据词典;然后读入一个具体项目(Project)的 IFC描述文件 ,生成一个数据仓库;处理程序从数据仓库中按照 IFC空间几何结构描述的层次 ,由上到下依次获取工程、材料、场地、建筑物、建筑段、建筑搂层等主要对象的实例;从这些实例 ,通过 IfcRelAggregates关系类得到一个项目(Project)包括几个场所(Site) 、每个场所包括几个建筑物(Building) 、每个建筑物包括几个建筑楼层(Building Storey)或者建筑段(Building Section) 、各建 筑 构 件 的 材 料 等。再 从 IfcRelContained2InspatialStructure关系类得到楼层包含的构件信息 ,从而得到构件的几何信息 ,并同时向 PKPM数据模型进行映射得到 PKPM数据格式的数据列表 ,最后将这些数据列表中的信息都以二进制格式写成 PZD文件。期间可以使用 CFG图形平台显示这些数据 ,以检查获取的数据准确与否。　TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com

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图2 　基于EDM的数据交换思路TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com

　　IFC信息向 PKPM数据格式的映射是这个分支的主要工作量所在 ,由于 PKPM建筑模型的特殊性 ,需要对 IFC模型的信息进行一些必要的处理:TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com
(1)杆件截面类型识别 　IFC 模型中的杆件一般是以拉伸体描述的 ,虽然 IFC中也定义了各种参数化拉伸截面 ,但是除了矩形和圆形之外 ,开发者进行 IFC输出时都喜欢将截面以“任意截面”来定义 ,即只按顺序依次给出各个顶点的三维坐标。而在PKPM中 ,杆件截面必须是参数截面 ,这时就需要对截面进行识别 ,得到 PKPM 中的截面类型 ,如工字型、槽形、十字形等;TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com

(2)墙体 　IFC模型中 ,大部分的墙体是以拉伸体及逻辑操作描述的 ,在向 PKPM进行映射时 ,墙体必须强制转换为等厚等高的实体 ,相应的处理方法是:对不等厚墙体 ,如非矩形截面的拉伸墙体 ,原则上保证截面面积相等 ,按照墙长不变求厚度的方法进行简化 ,如果各边中有一组平行线超过一定长度时 ,就取墙厚等于平行线之间的间距 ,求墙长。对于不等高墙体(一般是用剪切体描述) ,则简单地直接取拉伸体母体作为该墙体;TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com
(3)Brep 描述的实体 　Brep 描述是 IFC模型的另一种常用的实体描述方法 ,常常用于描述一些不规则的实体 ,也可以描述规则的实体。本软件对圆弧梁、圆弧墙、折线梁及桁架梁等(见图 3)进行了简化得到了相应的近似参数 ,其余的Brep 实体则都以薄板的形式显示。TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com

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图3 　Brep 实体的实例TTx中国BIM门户 - ChinaBIM.com