建筑信息化模型的数据转换

        以（yǐ）IFC为标准（zhǔn）探讨了建筑信息模型（xíng）与其他建筑行业（yè）的（de）专业软件之间实现数据转换的可行性。
 

　　自20世（shì）纪80年代的个人电脑革命和90年代的互（hù）联网革命及其普及作用，计算机网络使得信息化所包含的信息收集（jí）、传递与共享具备了实（shí）现的技术条件。信息技（jì）术近十几年来（lái）的飞速发展和广泛应（yīng）用，其重（chóng）要意义和对人类的深远影响举世公认。在建设领域，计算机应用和数（shù）字化技术已展示了其特有的（de）潜力，成为建筑技术（shù）在新世纪发（fā）展的（de）命脉。
 

　　1、建筑信息模型技术的介绍
 

　　在建筑设计中，制作实体模（mó）型是经常（cháng）使用（yòng）的建筑表现手段。但是（shì）这种建立在（zài）计算机环境中的建筑三维模型，仅仅是建筑物的一个表面模型，没有建筑物内部空间的划分，更没有包含附属在（zài）建筑物上的（de）各种信息，造成很多设计信息（xī）缺失。学术界早就察觉（jiào）到原有三维建模方法的局限性，一直探讨在计算机辅助建筑设计中如何进行信息建模（mó）。直到BIM（BuildingInformationModel）———建筑信息模（mó）型的出现，为建筑设计领域（yù）带（dài）来了第（dì）二次革命，从二维图纸到三维（wéi）设计和建造的革命。同时，对于整个建（jiàn）筑行（háng）业来说，建筑信息模型（xíng）（BIM）也是一次真正的信息革命。所谓建筑信息模型（BIM），是指通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，在这里，信息的内涵不仅仅是（shì）几何形状描述的视（shì）觉（jiào）信息，还包（bāo）含大量的非几何信息。
 

　　建筑信息（xī）模型（BIM）的技术核心是一（yī）个由计算机三（sān）维模型所形成的数（shù）据库，不仅包含了建筑（zhù）师的设计信息，而且（qiě）可（kě）以容纳从设计到建成使用，甚至（zhì）是使（shǐ）用周期终结的全过程信息，并且各种信息始终是建立在一（yī）个三维模型（xíng）数据库中。建筑信息模型（BIM）可以持续及时地提供项（xiàng）目设（shè）计范围、进度以及成本信息（xī），这些信息完整可靠并且完（wán）全协调。建筑信息模型（BIM）能够在综合数字（zì）环境中保持信（xìn）息不断更新并可提供访问（wèn），使建筑师、工程师、施工人员以及业主可以清楚全面地了解项目。这些信息（xī）在（zài）建筑（zhù）设计、施（shī）工和管理（lǐ）的过程（chéng）中能促使加快决策进度、提高决（jué）策质量，从而使项目质量提高，收益增（zēng）加。
 

　　建筑信息模型的应用不仅（jǐn）仅局限于（yú）设计（jì）阶段，而是贯穿于（yú）整个项目全（quán）生（shēng）命周期的各个阶段：设计、施工和运营管（guǎn）理（lǐ）。建筑信息模型（BIM）使建筑师们抛弃了传统的二维（wéi）图纸，不再苦于（yú）如何用传（chuán）统的二维施工图来表达一个空间的（de）三维复杂形态，从而极大地拓展了建筑师对（duì）建筑形态探索的可实施性，自由形态不再是电脑屏（píng）幕上的乌托邦想（xiǎng）象（xiàng）。建筑信息模型（BIM）使建筑、结构、给（gěi）排水、空调、电气等各个专（zhuān）业基于（yú）同一个模型进行工作（zuò），从而使真正意（yì）义上的三维集成协同设计成为可能。在建筑（zhù）生命周期的施工阶段，建筑信息模型（BIM）可以同步提（tí）供有关建筑质量、进度以及成本的（de）信息。利用建筑信息模型，可以实现整个施工周期的可视化模拟与可视化（huà）管理。可以帮助施工人员促（cù）进建（jiàn）筑（zhù）的量化，以（yǐ）进行评估和（hé）工程估价，并生成最新评估与施工规划。在建筑生命周期的运（yùn）营管理（lǐ）阶段，建筑信息模型（BIM）可同步提供有关建筑使用情况或性能、入住（zhù）人员与容量（liàng）、建（jiàn）筑已用（yòng）时间以及建筑财务方面的信息。建（jiàn）筑信息模（mó）型可提供数字更新记录，并改善搬迁规划与管理。它还促进了标准建筑模型对商业场地条件（例如零售业场地，这些场地需要在许多不同地点建造相似（sì）的建筑）的适应。有关建筑的物理信息（xī）（例如完工情况、承租人或部门分配、家具和设备库存）和关于可出（chū）租面积、租赁收入或部门成本分配的重要财务数据都更加易于管理和使用。稳定访问（wèn）这些类型的信息可以提高建筑运营（yíng）过程中的收益与成本管理水平。
 

　　2、建筑信息模型技术的数据交换标准IFC
 

　　BIM的主要信息数据标准是采用的（de）IFC标准。IFC（IndustryFoundationClasses）是IAI组织（InternationalAllianceforInteroperability）———国际协同联盟建立的（de）标准名称。IFC标准是一（yī）个计算机可以处理的建（jiàn）筑（zhù）数据表示和交换标准（zhǔn），其目的是支持工程项（xiàng）目全生命周期各（gè）个阶段信息的（de）共享和（hé）交换。它提供了（le）一个不依赖于任何具体系统的，适合于描述（shù）贯穿整个项目生命周期内产（chǎn）品数据的中性机制，有效地（dì）支持建筑行业各个应（yīng）用系统之间（jiān）的数据和建筑（zhù）物全生命周期的数据（jù）管理，且不要求应（yīng）用软件内部也使用这套（tào）标（biāo）准，只（zhī）需要与其他应用软件交换信息时符合这个标准（zhǔn）即（jí）可。作为应用于AEC/FM（建筑、工程、施工、设备管理）各个领（lǐng）域的数据模型标准，IFC模型不仅仅包括了那些看得见、摸得着的建筑元（yuán）素（比（bǐ）如梁、柱（zhù）、板、吊顶、家具等等），也包括了那（nà）些抽象的概（gài）念（比如计划、空（kōng）间、组织、造价等等（děng））。最新的IFC标（biāo）准包（bāo）含了以下9个建筑领（lǐng）域（yù）：
 

　　1）建筑领（lǐng）域；

　　2）结构分析领（lǐng）域；

　　3）结构（gòu）构件领域；

　　4）电气领域；

　　5）施工管理领域；

　　6）物业管理领域；

　　7）HVAC领域；

　　8）建筑控制领域；

　　9）管道以及消防领域。
 

　　IFC标准的模型结构体系由四个层次构成，从下到上分别是（shì）资源层（ResourceLayer）、核心层（CoreLayer）、交互层（Interoper-abilityLayer）以及领域层（DomainLayer）。每层中都包含（hán）一系列的信息描述模块，并且遵守（shǒu）一个规则：每个层次只能引用同层次和下层的信息资源，而不能引用上层的资源。
 

　　基于IFC标准的数据文件的交（jiāo）换，需要两个应用系统都能够识别IFC格式的数据（jù）文件，首先由支持IFC标准（zhǔn）的应用系（xì）统生成基于（yú）IFC标准的建筑模型，该模型可以包含建筑构件的（de）几何（hé）、材料、属性及其他相（xiàng）关信息。
 

　　3、数据转（zhuǎn）换的可行性分析
 

　　以ENERGYPLUS软件为例，这是一款美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）在DOE和BLAST的基础（chǔ）上开发的新一代能耗模拟软（ruǎn）件。其主要采用IDF数据文件输（shū）入，其输入数据词（cí）典（IDD）包括：建筑概况、热（rè）区几何描述、建筑材料属性、建筑使（shǐ）用性信息、温度（dù）调控策略、HVAC系（xì）统描述（shù）、模拟结果输出定制等。根（gēn）据前面所提到的（de）IFC数据标准，可以知道（dào），其提供了建（jiàn）筑各（gè）方面信息的完整体系，并且采用面向对（duì）象的方式（shì）对信息进行描述和（hé）组织。目前由LBNL主导开发，已经实现了IFC标准对HVAC的支持，而且能耗分析所（suǒ）需要的建筑模（mó）型信息，也可以由诸如REVIT以及ARCHICAD等建筑设计软件提供建筑几（jǐ）何信息和部分材料信息。因此基于（yú）IFC的数据输（shū）入标（biāo）准，实现（xiàn）BIM与建筑（zhù）能耗分析软件的数据转换是有可行（háng）性的。
 

　　虽（suī）然两者都是采用面向对象的方式描（miáo）述建筑，但是BIM中的建筑模型对构件和建筑组成描述是相当具体详细（xì）的，相比（bǐ）较（jiào）而（ér）言（yán），在能耗分析软件中，具体的建筑空间（jiān）和复杂的建筑构件则被（bèi）抽象为（wéi）简单（dān）的热区和表面。两种模型之间的差异导致了将IFC数据向IDF数据转换的复杂性。因此在数据转换的过程中，会面临解决如下的一（yī）些问题：
 

　　1）热区的设置：在能耗分析（xī）软件中，通常需要将具有同样温度调控的相（xiàng）邻（lín）房（fáng）间（jiān）设置为一个热区（qū），这就意味（wèi）着IFC数据标准中的多个空间需要被（bèi）合并为单个空间，并且跨越多个热区的墙体需要被拆分为多（duō）个属于不同热区的表面，因此需要提供一些（xiē）交互式的使用（yòng）功能。
 

　　2）热区表面几何形态的简化：对于热量传导（dǎo）而言，不需要准确的热区表面（miàn）几何形态描述，因此需要简化表面几何形态的模式和算法。
 

　　3）表面环境和外部环境特征（zhēng）的确定：在能耗（hào）软件中需要（yào）确定（dìng）表面（miàn）的类型（如热存储、热传导），以及表面的外部环境和环境对象，这些不能直接从IFC数据中获取，需要根据温（wēn）度调控要求以及热区的设置结（jié）果进行具体的判断。
 

　　4、结语
 

　　利用BIM通过参数化实体造型技术使计算机可以表达真实建筑所具有的信（xìn）息，并且实现建筑设（shè）计软件与下游软件之间的数据转换，是（shì）未来BIM发展（zhǎn）的重要方向，BIM这场信息革命，将对工程建设（shè）从设计、建造（zào）、加工、施工、销售、物（wù）业管理等各个环节，对于（yú）整个建筑行业，都将产生深远的影（yǐng）响。



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（来源于建设（shè）工程教育网）

 

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