基于IFC架构桥梁快速建模二次开发研究

哈娜 辽宁省交通高等专科学校道桥系

一、研究现状及意义

IFC（Industry Foundation Classes）标准是由国际组织 IAI（International Alliance for Interoperability，国际协作联盟）在 1997 年发布的，是一个公开的标准，用来帮助建筑行业数据共享的基于 BIM 模型面向对象的数据标准，用于建筑物整个建造生命周期内信息表达与共享的国际标准。2013 年IFC 已经更新到 IFC4 版本，IFC4 在参数化设计方面强化了对 NURBS（Non-Uniform Rational B-Splines）曲线和曲面等复杂几何图形的支持，增加了 IFC 扩展流程、IFC 扩展资源模型和约束模型。[1]

目前，通过IFC 标准认证的国内外BIM软件有30 多家。欧洲国际会议上探讨了对几款BIM 软件进行IFC 文件的输入输出测试中，发现建筑信息出现错误及信息缺失现象。美国通过测试IFC 文件在不同BIM 软件之间的输入输出，发现总有一些数据不能交换，数据交换具有方向性。主要原因是BIM 软件没有建立完全符合IFC 标准的数据接口，另外，IFC 标准对信息的描述存在多种方式的表达。

近些年我国也积极地进行IFC 标准的推广工作，于2007 年发布了建筑工业行业标准《建筑对象数字化定义》，描述了工业基础类平台规范的部分内容。2010 年发布了国家标准《工业基础类平台规范》，该规范完整描述了工业基础类2x 平台规范的全部内容。本文通过调研我国建筑施工领域IFC数据描述需求和应用现状，系统研究IFC 标准的模型体系的基础上，利用IFC 实体扩展和属性集扩展，对施工成本管理、施工进度管理、施工质量管理、施工安全、绿色施工5 个子领域进行了IFC 模型扩展，建立了面向建筑施工的IFC 数据扩展模型，编制了建筑施工IFC 数据描述标准，并且通过工程实际应用验证了模型和标准的可行性和适用性。

国外关于IFC 标准构件库的研究甚少，且大多数仅仅提出了构件库的理论架构。因此，迫切需要弥补基于IFC 标准的BIM 构件库研究的空白，规范IFC 标准对建筑信息的表达，建立统一标准的构件资源库。目前，国内外已在建的构件资源库有新西兰的Product Spec，产品包含Autodesk Revit、ArchiCAD、Vectorworks、SketchUp和AutoCAD 等软件的构件模型；英国的National BIM Library 支持如Autodesk Revit、ArchiCAD、Vectorworks、Tekla、Bentley 等软件构件模型；中国的住房和城乡建设产品大型 数 据 库 支 持Revit、Inventor、SolidWorks、CATIA 等软件构件模型。这些构件库的产品囊括了主流BIM 软件的构件模型，但主要针对专属软件的数据格式，缺乏通用性、开放性和统一性。构建基于IFC 标准的BIM 构件库，有利于解决构件产品数据标准不统一的问题，同时有利于实现项目生命期的数据可持续管理。[2]

IFC 标准是BIM 建筑协同工作的理想工作模式，不同公司、不同阶段、不同用途使用不同的BIM 软件，需要IFC 这种数据桥梁进行串联，将其翻译成国内外通用语言模型。然而，现阶段BIM 应用过程中的IFC 在交换过程中，也存在一定的问题，首先IFC 标准本身还不成熟不完善，对一些信息无法完整表述；其次BIM 软件开发商处于对市场的保护，依然采用独立和封闭的系统；再者国外标准在国内的水土不服，本地化的应用做的还不够深入。但是信息化集成是一个难以阻挡的潮流，传统的人工实现信息化的交互模式越来越难适应当前社会的发展，IFC 倡导的OPEN BIM 的理念在国内还在逐步完善和推进过程中。

一个完整的IFC 项目文件，首先需要表达一个项目信息，然后表达与之相关的场地信息，与场地相关的建筑信息，其中，桥梁由多种类型组成，每一种类型桥梁又由很多基本构件组成，如桥跨结构、支座系统、桥墩、桥台和基础等。[2]通过继承与关联关系，将各实体对象组合成一个完整的项目模型，不同的建筑构件是项目的基本单元。在IFC标准的BIM 构件库中，任何支持IFC 标准的软件能够采用标准形式的构件创建形成三维信息模型，有利于与其他应用软件进行数据共享与交换。

二、研究内容及目标

基于IFC 架构桥梁快速建模的二次开发研究，实现不同桥梁类型的三维可视化和信心化的展示，具体研究内容如下：

（1）收集相关文献资料，确定桥梁常见类型及基本构件，分层级确定桥梁IFC 数据模块内容，完成桥梁构件资源库规划和分类。

（2）创建基于IFC 标准的不同桥梁类型的基本组成构件几何实体模型，根据分类标准和原则，确定各桥梁组成构件的几何形状、几何尺寸、对象信息、属性信息等内容。

（3）对 Revit 进行二次开发，应用IExternalCommand、IExternalApplication 两个接口命令来实现 Revit 不同桥梁类型组成构件模块的二次开发应用。创建梁式桥、拱式桥、斜拉桥、悬索桥等面板，在不同面板上创建各组成构件按钮，从而加载出相应的IFC 桥梁模型，实现不同类型桥梁的快速建模。

应用BIM 软件提出基于IFC 架构桥梁模型数据源的交换与共享，二次开发桥梁模型快速搭建的方法，实现不同桥梁类型按照桥梁基本组成构件方式模块化的信息集成和应用，具体目标如下：

（1）基于IFC 架构桥梁快速建模的二次开发研究，模型更具兼容性和稳定性。

（2）不同层级模块的构建，实现了信息资源的管理和共享。

（3）实现了Revit 软件功能扩展，构建更加符合道桥专业教学和学习的桥梁项目，促进桥梁正向设计发展，为BIM 技术在桥梁建设全生命周期中的应用打下基础。

三、技术路线

IFC 标准的桥梁数据模型结构可以划分为四个功能层次，即资源层、核心层、交互层和领域层，结合桥梁基本类型和组成构件开展二次开发研究。

四、特色与创新

针对桥梁领域BIM 核心建模软件匮乏、模型类型兼容性不能满足要求等问题，构建基于IFC 标准的桥梁快速建模构件库，有利于解决桥梁构件数据标准不统一的问题，同时有利于实现桥梁项目全生命周期数据的可持续管理，提高创建桥梁三维信息模型的效率。同时构建核心层不同类型的桥梁，对后期相关教学的应用奠定了良好的模型基础。

五、总结

应用BIM 软件提出基于IFC 架构桥梁模型数据源的交换与共享，二次开发桥梁模型快速搭建的方法，实现不同桥梁类型按照桥梁基本组成构件方式模块化的信息集成和应用。