基于IFC扩展的铁路隧道BIM数据存储标准研究

■ 冯山群 杨绪坤 马永昌 王浩

基于IFC扩展的铁路隧道BIM数据存储标准研究

■ 冯山群 杨绪坤 马永昌 王浩

《铁路隧道BIM数据存储标准》在工业基础类（Industry Foundation Class，IFC4）的基础上编制。通过将铁路隧道概念分为空间结构单元（Spatial Structure Element）、构件（Element）、零件（Component）3种类型，使用新定义实体（Entity）、新定义预定义类型（Predefined Type）、新定义属性集（Property Set Definition）的方法，实现铁路隧道BIM数据存储标准的制定。

铁路隧道；数据存储标准；空间结构单元；构件；零件；属性集

1 概述

BIM软件众多，从目前来看没有一款软件能够适应铁路行业的所有专业或者铁路生命周期的所有阶段，为确保各软件间数据的有效交换，实现铁路专业间及BIM不同阶段的协同应用，有必要建立铁路BIM技术标准。铁路BIM技术标准分为数据存储标准、信息语义标准以及信息传递标准，在此主要介绍数据存储标准中的铁路隧道数据存储标准的研究方法和结果，研究范围主要为目前铁路常用的新奥法开挖的山岭隧道，包括洞门、明洞、暗洞、设备洞室等隧道结构。

制定铁路BIM数据存储标准的技术方案主要为静态扩展与动态扩展相结合的方法。静态扩展指以现有的IFC4为基础，定义适合铁路领域新的IFC类，以此为基础，铁路隧道BIM数据存储标准的研究内容主要包括：在现有IFC4的基础上进行隧道空间结构单元、构件、零件相关实体类的扩展，进行隧道空间结构单元、构件、零件常用预定义类型的定义，对实体或预定义类型枚举进行属性集的定义。动态扩展指通过将实体的Object Type属性赋值为实体类型在《铁路工程信息模型分类与编码标准》中对应的编码，从而标识实体具体类型。以下主要介绍静态扩展方法。

2 铁路隧道概念模型提出

铁路隧道BIM数据存储标准通过定义通用的隧道结构分类来表达不同形式的隧道。常见的山岭隧道主要由洞门、明洞、棚洞、暗洞、洞室等聚合而成，在这些隧道结构中包含不同的隧道构件，具有相似属性的构件可归为一类，如隧道明洞、暗洞、洞室中都包含衬砌，可以统称为衬砌结构。

遵循以上理念，铁路隧道BIM存储标准从空间结构单元、构件、零件3个层次进行实体类的扩展（见图1）。隧道整体看作最大的空间结构单元，定义为隧道（Ifc Tunnel），它由若干空间结构单元聚合而成，定义为隧道组成（Ifc Tunnel Part），如隧道洞门、明洞、暗洞、洞室等。空间结构单元内部包含隧道构件或零件，以空间结构单元暗洞为例（见图2），隧道暗洞包含初期支护、衬砌结构、仰拱填充以及沟槽，这些都称之为隧道构件（Ifc Tunnel Element）。

3 铁路隧道概念模型定义

3.1 铁路隧道实体类的扩展

根据上述提出的隧道概念模型，在现有IFC4的基础上对其进行定义（见图3），其中没有标识颜色的部分为IFC4原有类，黄色部分表示新定义的隧道空间结构单元，绿色部分表示新定义的隧道构件，蓝色部分表示新定义的隧道零件。

以隧道空间结构单元为例，隧道结构（Ifc Tunnel Structure Element）继承自土木工程结构（Ifc Civil Structure Element），隧道结构（Ifc Tunnel Structure Element）有2个子实体：隧道（Ifc Tunnel）和隧道组成（Ifc Tunnel Part）。隧道（Ifc Tunnel）有一个预定义类型（Predefined Type）属性，它的数据类型是隧道类型（Ifc Tunnel Type Enum），还有一个功能类型（Function Type）属性，它的数据类型是隧道功能类型（Ifc Tunnel Function Type Enum）；隧道组成（Ifc Tunnel Part）有一个预定义类型（Predefined Type）属性，它的数据类型是隧道组成类型（Ifc Tunnel Part Type Enum）。

对隧道（Ifc Tunnel）实体描述的EXPRESS代码如下：

ENTITY Ifc Tunnel

SUBTYPE OF (Ifc Tunnel Structure Element)；

PreDefinedType: Ifc Tunnel Type Enum；

Function Type: Ifc Tunnel Function Type Enum；

END_ENTITY；

对隧道组成（Ifc Tunnel Part）实体描述的EXPRESS代码如下：

ENTITY Ifc Tunnel Part

SUBTYPE OF（Ifc Tunnel Structure Element）；

PreDefinedType: Ifc Tunnel Part Type Enum；

END_ENTITY；

3.2 铁路隧道实体类的空间结构关系

铁路隧道空间结构单元、构件、零件之间的关系见图4。一个铁路项目（Ifc Railway）可以有若干隧道（Ifc Tunnel），隧道（Ifc Tunnel）可进一步分解成若干个隧道组成（Ifc Tunnel Part），隧道组成（Ifc Tunnel Part）的预定义类型有洞门（PORTAL）、明洞（OPEN-CUTTUNNEL）、暗洞（UNDERCUTTUNNEL）、洞室（TUNNELCHAMBER）、棚洞（SHEDTUNNEL）；隧道（Ifc Tunnel）和隧道组成（Ifc Tunnel Part）包含各种隧道构件，不同类型隧道组成包含的隧道构件不同，如由洞门结构（Ifc Tunnel Portal Structure）、仰拱填充（Ifc Tunnel Invert Filling）、防水层（Ifc Waterproof Layer）组成洞门（Ifc Tunnel Part．PORTAL），由衬砌结构（Ifc Tunnel Lining Structure）、仰拱填充（Ifc Tunnel Invert Filling）、防水层（Ifc Waterproof Layer）、找平层（Ifc Leveling Blanket）、结构保护层（Ifc Protective Layer）组成明洞（Ifc Tunnel Part．OPENCUTTUNNEL）等。空间结构单元间的分解关系由聚合关系对象（Ifc Rel Aggregates）表达，构件与空间结构单元间的包含关系由包含在空间结构关系对象（Ifc Rel Contained In Spatial Structure）表达。

4 属性集定义

IFC原有属性集不能满足隧道专业需求，为了更清楚地表达隧道建设过程中的信息，有必要定义新的隧道专业特有的属性集。隧道属性集主要围绕隧道建设过程中的输入条件、关键参数等定义，定义内容既要满足专业内、专业间的需要，又要满足隧道不同建设阶段的应用需要。表1列出了隧道BIM数据存储标准中定义的部分属性集。

5 结束语

铁路隧道BIM存储标准目前已经完成山岭隧道主体结构实体类的扩展以及相关属性集的定义，形成了比较完整的空间结构体系，初步满足山岭隧道BIM建模需求，1．0版预计于2015年12月份发布。

为了有效验证标准的适用性及易用性，铁路BIM存储标准即将在达索软件中成体系地部署，铁路BIM标准将第一次从理论走向实践，届时对标准的认知程度将会有质的提升，为更好地改进与完善标准创造有利条件。

此外，通过与国际对接，Building Smart正式接受中国铁路BIM联盟加入该组织，并承认中国铁路BIM联盟在铁路BIM标准制定方面所做的工作，加入该组织必将促进中国铁路隧道BIM存储标准早日与国际接轨。

[1] Building SMART International Limited． IFC4 Official Release[S]．

[2] GB/T 25507—2010/ISO/PAS 16739：2005 工业基础类平台规范 Industry foundation classes platform[S]．

[3] 李华良，杨绪坤，王长进，等． 中国铁路BIM标准体系框架研究[J]． 铁路技术创新，2014(2)： 16-21．

[4] 李华良，杨绪坤，沈东升，等． 铁路工程信息模型分类和编码标准研究[J]． 铁路技术创新，2015(3)：17-20．

[5] GB/T 7027—2002 信息分类和编码的基本原则与方法[S]．

[6] ISO/DIS 12006-2． Building construction-organization of information about construction works-Part2：Framework for classification of information[S]，2001．

冯山群：铁道第三勘察设计院集团有限公司，工程师，天津，300251

杨绪坤：铁道第三勘察设计院集团有限公司，高级工程师，天津，300251

马永昌：铁道第三勘察设计院集团有限公司，工程师，天津，300251

王 浩：铁道第三勘察设计院集团有限公司，工程师，天津，300251

责任编辑 卢敏

U45；TP39

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1672-061X（2015）06-0024-04