BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中的應(yīng)用

第三屆工程建設(shè)計算機(jī)應(yīng)用創(chuàng)新論壇論文集上海.2011PAGEBIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中的應(yīng)用黃吉鋒張漢義聶祺（中國建筑科學(xué)研究院北京100013）[摘要]勘察設(shè)計行業(yè)在建設(shè)領(lǐng)域中率先應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)，成為我國信息化建設(shè)起步早、發(fā)展快、效益高的行業(yè)。PKPM系列軟件是我國使用最廣泛的建筑軟件，它集結(jié)構(gòu)計算與施工圖繪制于一體，方便快捷，提高了工作效率，節(jié)省了成本。但在目前不同軟件的信息交換與共享主要是由人工完成的，解決信息交換與共享問題的出路在于標(biāo)準(zhǔn)。有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，也就有了系統(tǒng)之間交流的共同語言，數(shù)據(jù)自然在不同系統(tǒng)之間流轉(zhuǎn)起來。正是為了這個目的，才有了IAI組織及其研究的IFC標(biāo)準(zhǔn)。本文根據(jù)PKPM工程部開發(fā)經(jīng)驗，主要介紹如何建立PKPM到IFC標(biāo)準(zhǔn)接口以及遇到的問題，供相關(guān)研究人員參考。[關(guān)鍵詞]IFC，PKPM，數(shù)據(jù)格式，交換1引言隨著計算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，信息技術(shù)這個概念已經(jīng)滲透到了人們生活的每一個角落。建筑行業(yè)的信息化也成為了一個炙手可熱的話題。目前，國際建筑行業(yè)信息化已經(jīng)發(fā)展到了很高的水平，國內(nèi)在近幾年也發(fā)展非常迅速。建筑工程項目是一個復(fù)雜的、綜合的經(jīng)營活動，參與者涉及眾多專業(yè)，生命周期長達(dá)幾十年、上百年，所以建筑信息交換與共享是工程項目的主要活動內(nèi)容之一。目前的建筑軟件只是涉及建筑全生命周期某個階段的、某個專業(yè)的領(lǐng)域應(yīng)用，例如設(shè)計階段的建筑CAD軟件。沒有哪個開發(fā)商能夠提供覆蓋建筑物全生命周期的應(yīng)用軟件系統(tǒng)，也沒有哪個工程是只使用一家的軟件產(chǎn)品完成的。但在大多數(shù)的情況下，信息的交換與共享是由人工完成的。也就是說，人成為了不同系統(tǒng)之間的接口，手工實現(xiàn)(重新錄人)了信息交換，這樣做的效率和質(zhì)量大大降低了。BIM(BuildingInformmationModeling)“建筑信息模型”這個概念是由Autodesk公司于2002年開始推廣的概念，由于當(dāng)時在我國的推廣力度不夠，實際上是到2004年，通過Autodesk的AutoCAD2005產(chǎn)品宣傳會，業(yè)界才逐漸開始認(rèn)識它。隨著建筑業(yè)對BIM興趣的增加，互操作問題浮現(xiàn)出來。因為基于模型的不同軟件之間，要想集成在一起實現(xiàn)流暢并有效的工作流，互操作是一種途徑和方式。于是，互操作問題引起專家的關(guān)注。對于大多數(shù)建筑業(yè)者來說，互操作近似等同于IFC的工作。2基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的PKPM軟件研究意義IFC(IndustryFoundationClasses)是由IAI(InternationalAllianceforInteroperability)針對建筑模型數(shù)據(jù)交換制定的國際標(biāo)準(zhǔn)。它是AEC(Architecture,,EngineeringandConstruction)的實體(如墻、窗戶等)類庫。IFC是建立在STEP(StandardfortheExchangeofProductmodeldata)的EXPRESS數(shù)據(jù)定義語言上，采用面向?qū)ο蟮姆椒?，用類來封裝。這樣就可以直接借鑒STEP項目中的大量成熟研究成果。因為IFC是開放的，基于IFC建立的信息模型允許AEC工程師們共享，一旦一個工程師建立了模型，對于那些使用有IFC數(shù)據(jù)接口的軟件系統(tǒng)的AEC公司、業(yè)主、管理單位就不需要重新建模，這就提高了工作效率，節(jié)省了成本。應(yīng)用IFC標(biāo)準(zhǔn)不要求軟件內(nèi)部應(yīng)用這套標(biāo)準(zhǔn)，而只要求在與其他系統(tǒng)交換信息時有一個IFC標(biāo)準(zhǔn)的接口。PKPM系列軟件(PMCAD,SpaSCAD,SATWE,PMSAP,TAT,JCCAD,STS,APM,DEC,GARLAND,ABD,STAT等)以中國建筑科學(xué)研究院工程部具有獨立自主版權(quán)的CFG圖形系統(tǒng)為基本開發(fā)平臺，有機(jī)結(jié)合了當(dāng)今軟件開發(fā)的先進(jìn)技術(shù)，以MFC作為用戶輸人、輸出界面開發(fā)工具，具有Windows系統(tǒng)下軟件的一致界面。該軟件在全國萬家以上設(shè)計單位使用，集結(jié)構(gòu)計算與施工繪圖于一體，是國內(nèi)建筑設(shè)計行業(yè)應(yīng)用最廣泛的建筑工程軟件系統(tǒng)。為了把PKPM軟件系統(tǒng)推向國際市場，需要建立實現(xiàn)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)作應(yīng)用平臺。本文主要介紹如何用國際建筑工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IFC建立這個協(xié)作應(yīng)用平臺，從而把PKPM軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成IF'C數(shù)據(jù)格式，與其他軟件系統(tǒng)共享信息。3PKPM歐洲版IFC接口介紹PKPM系統(tǒng)應(yīng)用在國內(nèi)已經(jīng)非常普遍，國外市場(新加坡、香港、越南等)也已經(jīng)推廣。為了進(jìn)一步推廣PKPM，首先開發(fā)歐洲版的IFC接口，然后根據(jù)用戶的反應(yīng)，最終實現(xiàn)所有版本的接口。3.1接口1.0版本功能3.1.1采用的是IFC2X3版本,而目前最新的是IFC2X4版本3.1.2結(jié)構(gòu)模型初步轉(zhuǎn)換；實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的構(gòu)件截面、材料、幾何、位置的交換3.2轉(zhuǎn)換相關(guān)約定3.2.1截面轉(zhuǎn)換由于PM模型中截面類型眾多，目前限定可轉(zhuǎn)換截面為PMCAD中的梁柱截面1－6，9－11類型。譬如，因為有的截面(如鋼管混凝土截面、格構(gòu)式組合截面、實腹式組合截面等)，IFC還沒有對應(yīng)的語句來描述，對于任意封閉多邊型截面，IFC只能描述單連通截面，對于多連通截面沒有辦法描述，譬如PMCAD的9類型截面(角鋼組合截面)，目前IFC無法描述。IFC可以參數(shù)描述的截面如圖1～圖11所示：圖1IfcLShapeProfileDefL型截面(即角鋼截面)圖2IfcUShapeProfileDefU型截面(STS中的槽鋼類型32)圖3IfcCShapeProfileDefC型截面(STS中的薄型槽鋼類型72)圖4IfcZShapeProfileDefZ型截面(STS中的薄型Z型鋼73之一)圖5IfcTShapeProfileDefT型截面(STS中的對稱T型鋼14)圖6IfcCraneRailFShapeProfileDef吊車軌F截面(PM沒有對應(yīng)截面)圖7IfcCraneRailAShapeProfileDef吊車軌A截面(PM沒有對應(yīng)截面)圖8IfcCircleProfileDef圓形截面(PM截面3類型)圖9IfcEllipseProfileDef橢圓截面(PM沒有這個類型)圖10IfcRectangleProfileDef矩形截面(PM截面1類型)圖11IfcTrapeziumProfileDefT形截面(PM截面11類型)因此，在IFC轉(zhuǎn)換到PM模型時，有的截面無法轉(zhuǎn)換到對應(yīng)的截面，本程序遇到這種情況，直接轉(zhuǎn)換成一個特定名稱的矩形截面，然后在轉(zhuǎn)換日志LOG上用文字說明。用戶可以在PMCAD或其它結(jié)構(gòu)軟件系統(tǒng)，直接將該截面換成一個合適的截面。3.2.2材料轉(zhuǎn)換圖11材料轉(zhuǎn)換界面在PMCAD系統(tǒng)中，雖然材料類別可以允許若干種，但是我們經(jīng)常使用的是混凝土和鋼。在PM轉(zhuǎn)換成IFC時，各種材料的輸出如下：混凝土：IFCMATERIAL('Concrete40');里面的名稱為混凝土的英文和混凝土標(biāo)號。鋼：IFCMATERIAL('Steel2');里面的名稱為鋼的英文和鋼級別號。在IFC轉(zhuǎn)換到PMCAD結(jié)構(gòu)系統(tǒng)時，如果IFCMATERIAL中的名稱無法得到材料信息的話，那么在轉(zhuǎn)換過程中，將彈出一個材料輸入對話框，由用戶來設(shè)置IFC中出現(xiàn)的材料名稱，賦予PMCAD中實際的材料信息，即給出材料是混凝土還是鋼，標(biāo)號或者級別是多少。在某些情況，IFC沒有說明構(gòu)件的材料信息，我們設(shè)定構(gòu)件的材料是混凝土，標(biāo)號25。3.2.3構(gòu)件幾何形狀描述梁、柱，支撐幾何形狀都使用拉伸體的描述，不容許進(jìn)行半無限空間進(jìn)行BOOL操作。墻體幾何形狀的描述是拉伸體，容許一次半無限空間進(jìn)行BOOL操作，不容許多次BOOL操作。幾何形狀的描述不容許使用BREP描述，即不容許使用表面模型(類似AutoCad的3Dface)來描述構(gòu)件形狀。對于PM模型中的圓弧構(gòu)件――圓弧梁和圓弧墻，使用直線段離散的辦法，變?yōu)橹鸲沃本€段描述。3.2.4荷載荷載轉(zhuǎn)換目前沒有完成，擬放在接口下個版本中實現(xiàn)。4結(jié)語IFC自從作為ISO標(biāo)準(zhǔn)頒布以來，在國際上發(fā)展很快，許多企業(yè)研發(fā)了基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有建筑軟件的輸人/輸出接口，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。我國起步比較晚，2004年6月中國建筑科學(xué)研究院才成立IFC課題研究，目前研究的探索階段已經(jīng)完成，能夠?qū)崿F(xiàn)歐洲規(guī)范版本與IFC標(biāo)準(zhǔn)的接口，為接下來最終實現(xiàn)所有版本的接口打下堅實的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)[1]Step工業(yè)自動化系統(tǒng)與集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)與交換。[2]IFC2X(Industr