基于IFC的建筑协同设计标准研究初探

本文介绍了基于工业基础类IFC (Industry Foundation Class)的协同设计标准研究。初步研究指出:作为建筑行业中协同设计数据标准应该是开放的标准,IFC是满足该要求的建筑行业数据标准。进一步的研究实践表明,IFC数据格式标准只是协同设计的必要条件,但不是充要条件。设计中各专业之间信息交互的流程也必须要明确定义,否则作为建筑信息模型的通用数据结构IFC格式无法保证专业之间信息交互的正确性和高效性。本文介绍了基于“用例”(use case)分析的方法——信息提交手册IDM(Information Delivery Manual),来定义设计工作流程的信息交互标准,以及在IDM基础上的计算机软件实现的模型视图定义MVD (Model View Definition)。本文指出,基于IFC的协同设计标准框架应该包括三个层次,即IFC数据结构、信息提交手册,以及模型视图定义。     

BIM与GIS数据集成:IFC与CityGML建筑几何语义信息互操作技术

近年来,建筑信息模型(BIM)与地理信息系统(GIS)的集成应用越来越广泛且深入,不同专业领域通过简单模型转换实现信息交互的方法由于只保留了少量的语义信息从而导致了应用的分散和独立,局限性十分明显。IFC和CityGML分别为BIM和GIS领域内通用的数据模型标准,两者之间的几何和语义信息共享将为BIM和GIS的集成奠定基础。本文基于IFC和CityGML标准,提出IFC几何要素过滤方法以及IFC到CityGML的语义映射规则,为IFC与CityGML建筑模型的几何、语义信息互操作提供一种通用手段,并通过实例进行了验证。     

基于IFC标准的建筑施工信息模型

为了解决当前建筑施工中信息共享问题,基于IFC标准对建筑施工信息组织与表达方式进行研究。通过对建筑施工过程信息需求分析,建立起以B IM为载体的施工统一信息模型;按照IFC标准对建筑信息的定义,把施工统一信息模型分为过程信息模型、资源信息模型和成本信息模型;通过建立与IFC数据实体一致的类和结构体,对IFC标准对所需信息的表达方法进行研究,进而建立起各自的模型。提出的施工信息统一模型基于B IM技术,采用IFC标准为数据表示和交换规范,不依赖于具体的施工流程和信息管理系统,为促进建筑施工过程中不同专业和部门的信息共享和协作提供了支持。     

基于IFC的建筑结构施工图设计信息模型描述

为解决建筑结构设计信息在工程的后续阶段信息重用和共享困难的问题,本文引入国际工业基础类IFC(Industry Foundation Classes)标准研究建筑结构施工图设计信息模型。通过分析钢筋混凝土结构施工图设计BIM (Building Information Model)数据需求,利用IFC的建筑结构信息模型描述方法和模型扩展机制,构建了建筑结构施工图设计的IFC扩展模型,并基于该模型开发了钢筋混凝土结构施工图设计原型系统。系统应用表明,施工图设计模型可自动转化为工程算量模型,进行工程算量统计和分析,实现设计信息的无损交换与充分共享,从而验证了建筑结构施工图IFC扩展模型的可行性。     

基于IFC标准的BIM模型编程语言解析方法研究

IFC标准定义了建筑信息模型交换的数据格式,为面向建筑全生命周期的信息交换和共享提供了标准的数据定义和数据模型,是目前对建筑信息描述最全面、最详细的标准,是解决建筑行业BIM软件之间数据交换性和互操作性问题的重要标准。但是IFC基于EXPRESS语言来定义建筑信息交换与共享,EXPRESS语言本身不是编程语言且不可被计算机编译执行,因此使用计算机编程语言解析和处理基于IFC标准的BIM模型,是BIM软件开发的基础和关键技术。本研究利用开源的Java插件,解析基于IFC的BIM模型,生成相对应的IFC实体类,在此基础上,利用Java语言来具体编程实现不同的应用功能,为下一步的基于IFC标准的土木建筑工程BIM软件开发奠定了基础。     

建筑结构设计中的模型自动转化方法

针对建筑结构设计中困扰工程技术人员的不同应用软件系统之间的模型转化问题,提出了基于建筑结构设计信息模型的模型自动转化方法,实现建筑设计模型、结构设计模型、结构分析模型、工程算量模型之间的自动转化;最后,通过开发的基于BIM的钢筋混凝土结构施工图设计原型系统和测试算例,验证了本文中提出的模型转化方法的可行性和实用性。研究结果表明:建筑信息模型技术的应用为建筑结构设计中的模型自动转化提供了有效的方法和途径;需要结合各建筑应用软件的现状,采用不同的数据接口方式实现模型数据的自动转化;利用IFC标准等国际数据描述与交换标准进行模型数据转换是建筑应用软件的发展方向。     

IFC标准在PKPM结构软件中的实现

国际协作联盟IAI开发的IFC标准是建筑行业的数据标准，它通过提供通用的建筑模型和开放的数据交换标准来实现建筑生命周期中不同专业、不同阶段设计软件之间的协同工作。目前，国际上许多的建筑CAD软件都已经实现了IFC标准，中国建筑科学研究院PKPM软件研究所在国内首次进行了IFC标准的实现，本文就是对实现PKPM与IFC的数据交换过程中的一些处理思路及处理方法的介绍，供行内人士参考。     

基于IFC标准的BIM数据共享与交换

BIM技术正在全球范围内推动传统建筑行业产生重大变革。对比过去建筑项目采用分散的图纸开展工作的习惯,BIM技术运用面向对象的方法,采用相互关联的建筑对象信息,能够实现建筑工程项目的协同设计、施工和运维管理。由于建筑项目具有多专业多部门的特点,各专业分工不可避免地使用不同的BIM软件。然而,目前不同的BIM软件主要采用自身的内部数据格式,不同的数据格式导致建筑项目BIM应用过程中普遍存在数据交互效率低的问题。鉴于此,该文提出基于IFC标准的BIM数据共享与交换技术路线,并自主研发基于IFC的结构模型服务器IFC-SMS与基于IFC的BIM协同平台SJTUBIM,为解决建筑项目过程中的不可避免的数据交互问题提供一条有效的途径。最后,以上海交大日上江村项目为分析案例,验证该技术路线的可行性。     

某古建筑加固平移施工的BIM技术应用

论文阐述了IFC数据标准基本规程及IFC空间模型层次,通过分析IFC数据模型特点,提出了IFC建筑模型转换方法,并采用Object ARX技术在Auto CAD平台上开发了IFC建筑模型文件生成软件。通过在某古建筑加固平移实际工程中的应用,提出了结构分析阶段到施工阶段信息的交互方法。     

关于建筑数据表示和交换的标准IFC

IFC标准是为了满足建筑行业软件的信息交互与共享而产生的统一数据标准。本文首先概要介绍了IFC标准的产生、发展历程,以及IFC的整体框架结构,而后通过一个例子简要说明了IFC标准的模型实现,最后讨论了业内人士应该更加积极地利用IFC标准为建筑行业软件服务。     

Implementation of IFC-based web server for collaborative building design between architects and structural engineers

This paper presents the implementation of an Industry Foundation Class-based (IFC-based) information server for web-enabled collaborative building design between the architect and structural engineer. In this research, the Java 2 Platform, Enterprise Edition (J2EE) standard is employed to build the framework of a design information server; the web and XML technologies are used to implement the collaboration and information sharing mechanisms in the server. The Industry Foundation Classes (IFCs) are adopted as the information model of the server to facilitate the interoperability among multidisciplinary AEC software applications. The current implementation of the server system supports the automatic transformation of the design model contents and representations from the architectural domain to the structural domain, and remote visualization and interaction by Java applet and the Java3D technology. An algorithm that is able to deduce the topological relationship among different structural elements has been proposed in this paper. A case study is presented at the end of the paper to illustrate the use of the information server for the architectural and structural design collaboration.     

建筑物理模型与结构分析模型的数据映射研究

本文围绕AEC/FM领域应用软件的信息共享与互用,探讨了建筑建模软件与结构分析软件间的数据映射方案。基于IFC(Industry Foundation Classes)标准,分析了建筑物理模型与结构分析模型的异同,提出了从IFC建筑物理模型文件中提取结构构件以及结构构件连接节点拓扑信息的方法,并基于这些映射算法,利用C++编程语言实现了本文提出的通用结构分析模型(SGF)与IFC建筑物理模型的双向数据接口。最后,提出了以SGF为中心的多种建筑物理模型与多种结构分析模型的数据集成基本框架。     

Design knowledge modeling and software implementation for building code compliance checking

Design knowledge formalization and design information modeling are critical issues in the development of building design support systems such as automated building code checking systems. This paper presents an object-based building modeling approach and its J2EE (Java 2 Platform, Enterprise Edition) implementation in a distributed system to facilitate the automated online code-checking process. It examines the issues of object-based representation of code provisions Industry Foundation Class (IFC)-compliant object model for building designs; Java-based rule inference and IFC-based geometric reasoning; and software prototype implementation on the J2EE platform. Application scenarios and online services of the prototype demonstrate the effectiveness of the approach and the system for building design conformance checking in a distributed environment.     

Green building assessment tool (GBAT) for integrated BIM-based design decisions

The benefits of BIM such as effective decision making, improved analysis, easier access to information and simpler green building certification provide an optimised solution for sustainable design and construction. This study proposes an IFC-based framework within an integrated BIM and sustainable data model for the design stage of the building project life cycle. We present the green building assessment tool (GBAT), which implements the proposed model and aids the design team in the generation of documentation necessary for obtaining green building certification. It extracts the necessary data from BIM models for calculating the green rating and provides feedback for further evaluation. A sample project is run and a green rating score table for the BREEAM materials category is obtained for validation of the model. This tool serves as a proof of concept that green data relevant for BREEAM certification can be automatically processed and used to inform the design.     

End-to-end generation of structural topology for complex architectural layouts with graph neural networks

Current automated structural topology design methods can only deal with limited design spaces or simplified architectural layouts for lack of data or a proper representation of structure topology. To address this, the abundant information of manually designed architectural and structural layouts should be exploited to guide the topology design. To achieve automatic generation of structural topologies according to real-world architectural layouts, this research introduces StrucTopo-generative adversarial network (GAN), an end-to-end generative model with node and edge generation stages based on proper graph representation. Nodes are generated using an image-to-image translation model, and edges are generated with a GAN-based approach. The model is trained and tested on a dataset of 300 complex architectural and structural layouts. Measured against the manually designed topologies, the results indicate that the proposed model can generate reasonable structural topologies, with a recall of 97% and an intersection-over-union of 80% in node generation, with a precision of 92% and a recall of 91% in edge generation. Additionally, the joint generation shows a graph similarity of 72%. The proposed model is the first of its kind to consider complex architectural layout constraints in the generation of structural topology, marking a step forward in applying artificial intelligence to practical structural design.     

从节能设计IFC数据生成IDF数据的机制及关键算法

为研制基于BIM技术的建筑节能设计软件,需要实现从IFC数据到能耗模拟软件所需数据的转换。目前国内外已经有一些相关研究,但其具体转换机制和算法并未公开,也没有实现商业化应用。本研究首先建立了建筑节能设计信息需求模型,然后通过分析IFC标准和主流能耗模拟内核EnergyPlus的IDF格式分别建立起了基于IFC标准和IDF格式的建筑节能设计信息模型,之后在该模型的基础上,通过解决一些关键算法建立并实现了由节能设计IFC数据生成ID F数据的转换机制。实际X-程的应用表明所建立的机制能大大提高建模效率。本研究为开发基于B IM技术的我国建筑节能设计软件奠定了基础。     

基于BIM和本体的建筑抗震性能评估方法研究

FEMA P-58作为新一代建筑抗震性能评估方法,可给出精细到构件层级的地震损伤后果。然而,评估所需多源异构信息缺乏有效组织与关联,知识难以共享及重用,导致评估效率低下,自动化程度有待提高。文章在对FEMA P-58解读的基础上,提出一套基于建筑信息模型(building information modelling,简称BIM)和本体的建筑抗震性能评估方法。通过构建本体对评估所需信息进行统一组织;预处理工业基础类(industry foundation class,简称IFC)文件从BIM模型中获取建筑基本信息,并识别构件拓扑关系为自动化评估做准备;在BIM建模软件与结构分析软件间进行模型转换提高结构响应分析的效率和质量;借助SWRL(semantic web rule language)和SPARQL(SPARQL protocol and RDF query language)语言分别实现评估逻辑的合理表达以及语义层面的信息查询。该方法适用于建筑在现有评估类型下各性能指标的自动化预测,并具备可扩展性,为将来评估内容增删、更新提供空间。最后,以某一建筑为例进行可行性验证,取得较为满意的成果。     

基于边界表达技术结构构件相交关系简化算法和节点优化

对工程设计中的建筑模型、结构模型以及结构力学分析模型之间的关系和采用边界表达技术描述的结构构件的空间拓扑关系进行分析,提炼与结构分析相关的构件几何关系。针对基于三维的建筑模型到结构模型转换过程中信息失真问题,结合空间直线段与三角形面片相交的数学推论,提出一种判断三维构件之间相交关系的简化算法,并基于此简化算法分别对线性和面类构件之间的相交节点进行归类和优化处理,并对各类构件之间相交节点定义优先权的程序算法进行设计。通过程序对简化算法和节点优化方法进行实例应用,结果表明,该方法有助于建筑结构模型转换中对基本构件信息正确地提取和定位,对促进工程设计中的协同工作具有一定的参考价值。