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本文闡述了IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)基本規(guī)程及IFC空間模型層次，通過分析IFC數(shù)據(jù)模型特點(diǎn)，提出了IFC建筑模型轉(zhuǎn)換方法，并采用ObjectARX技術(shù)在AutoCAD平臺(tái)上開發(fā)了IFC建筑模型文件生成軟件。

我國(guó)有大量的古建筑，其中多數(shù)年代久遠(yuǎn)，建筑結(jié)構(gòu)老化，年久失修。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來越多的人們開始將注意力轉(zhuǎn)移到歷史名勝古跡的保護(hù)。古建筑的維護(hù)通常面臨著因年代久遠(yuǎn)而沒有相關(guān)技術(shù)資料的問題，因此運(yùn)用BIM技術(shù)、3D激光掃描和3DGIS數(shù)字化城市技術(shù)可以為整個(gè)古建筑提供為精準(zhǔn)的可視化模型，成為當(dāng)前古建筑修復(fù)的重要方法。

BIM(buildinginformationmodeling，建筑信息模型)技術(shù)成為了解決建設(shè)領(lǐng)域信息交互的關(guān)鍵，BIM技術(shù)的研究也成了眾多高校及企業(yè)的研究熱點(diǎn)。30年前，美國(guó)ChuckEaStmaM博士提出了BIM思想：“建筑信息模型是包括全部的幾何模型信息、構(gòu)件性能和功能要求，并將一個(gè)建筑的所有全過程生命周期的信息整合到一個(gè)獨(dú)立的建筑模型當(dāng)中，涵蓋建造過程、施工進(jìn)度、維護(hù)管理等時(shí)間過程信息”。BIM技術(shù)是一種三維建模技術(shù)，通過數(shù)據(jù)化管理，對(duì)建筑的各行各業(yè)以及各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)管理，其主要特征為：信息集成性與完備性、模型信息的關(guān)聯(lián)性及參數(shù)化設(shè)計(jì)。

同時(shí)工程項(xiàng)目是復(fù)雜且綜合性極強(qiáng)的經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，參與者涉及眾多專業(yè)與部門，同時(shí)每個(gè)專業(yè)所使用的設(shè)計(jì)軟件又不相同，逐漸形成各自獨(dú)立的數(shù)據(jù)源，難以實(shí)現(xiàn)BIM各階段信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的信息交互。針對(duì)這一情況，國(guó)際協(xié)同工作聯(lián)盟IAI(InternationalAllianceforInteroperability)(2008年之后更名為BuildingSMART)制定了信息表達(dá)和交換標(biāo)準(zhǔn)IFC(InduStryFoundationClaSSeS)，經(jīng)過這些年的發(fā)展，IFC在國(guó)際上已經(jīng)得到了廣泛的采納與推廣。目前，國(guó)外眾多學(xué)者從深度和廣度多個(gè)方面對(duì)IFC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究。

基于已有IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)研究成果，本文通過對(duì)IFC建筑信息模型組成、特點(diǎn)的研究，在3D3S軟件基礎(chǔ)上研發(fā)了基于IFC建筑信息模型轉(zhuǎn)換軟件，軟件可以完整提取模型的項(xiàng)目、場(chǎng)地、樓層及構(gòu)件等信息，實(shí)現(xiàn)從IFC建筑信息模型到BIM平臺(tái)軟件轉(zhuǎn)換，為結(jié)構(gòu)分析與其他建筑設(shè)計(jì)階段建立信息交互通道。同時(shí)結(jié)合BIM平臺(tái)與施工過程管理軟件，在某古建筑加固平移工程中展示IFC模型轉(zhuǎn)換的應(yīng)用。

1IFC空間模型

IFC空間模型由IfcSpatialStructureElement實(shí)體描述，由以下概念組成：工程(project)(所有信息的最高存儲(chǔ)者)、場(chǎng)地(Site)(包含復(fù)雜場(chǎng)地或者部分場(chǎng)地)、建筑物(building)(包含復(fù)雜建筑或者部分建筑)、建筑樓層(buildingStory)(部分建筑樓層)、建筑空間(Space)(部分建筑空間)組織起來，其中模型采用由上到下逐層包含的方式描述空間對(duì)象間的拓?fù)潢P(guān)系。本文通過IFC空間模型的結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計(jì)了提取IFC空間模型流程，如圖1所示。流程圖中的實(shí)體線框表示IFC建筑模型中主要實(shí)體類，實(shí)體類之間通過關(guān)系類IfcRelAggregates聯(lián)系，其原理為通過提取某一建筑對(duì)象的反屬性找到關(guān)系對(duì)象，然后根據(jù)關(guān)系對(duì)象找到該建筑對(duì)象相關(guān)的對(duì)象或者對(duì)象組。其中IfcProject屬性UnitSInContext與OwnerHistory分別包含模型的全局單位與設(shè)計(jì)者等工程信息。IfcBeam，IfcWall等構(gòu)件實(shí)體通過關(guān)系類IfcRelContainedinSpatialStructure與IfcBuildStory相關(guān)聯(lián)。

圖1IFC建筑模型提取流程

2基于IFC的建筑模型轉(zhuǎn)換軟件

基于IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，以AutoCAD為開發(fā)平臺(tái)，運(yùn)用ObjectARX和ViSualC++等開發(fā)工具，在3D3S軟件基礎(chǔ)上研發(fā)了IFC建筑模型轉(zhuǎn)換軟件。本文通過IFCEngines商業(yè)化的IFC數(shù)據(jù)解析接口進(jìn)行IFC文件的解析，實(shí)現(xiàn)從IFC結(jié)構(gòu)模型到一般軟件結(jié)構(gòu)模型的轉(zhuǎn)化及IFC結(jié)構(gòu)模型文件的輸出，圖2為軟件框架圖。

圖2軟件架構(gòu)圖及界面

3D3S軟件具有多個(gè)模塊，因每個(gè)模塊設(shè)計(jì)功能的不同，不同模塊中模型定義方式也不盡相同，軟件接口開發(fā)的過程中一般有兩種方式：①針對(duì)每種模塊開發(fā)獨(dú)立于第三方軟件信息交互的接口；②將不同模塊的模型轉(zhuǎn)化成通用模型信息，在通用模型信息的基礎(chǔ)上開發(fā)統(tǒng)一的第三方交互接口，如圖3所示。兩種接口方式優(yōu)缺點(diǎn)各不相同，第1種方式轉(zhuǎn)換意義明確，直接使用各系統(tǒng)專屬模型，但接口眾多編程量巨大，第2種方式需要建立通用模型，雖然轉(zhuǎn)換意義沒有第一種方式清晰，但轉(zhuǎn)換路徑明確，不需重復(fù)建立接口。本文采用第2種方式開發(fā)結(jié)構(gòu)模型信息轉(zhuǎn)換應(yīng)用平臺(tái)，其中CoreData即為中間過渡轉(zhuǎn)換通用模型的數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存模塊。從組織結(jié)構(gòu)剖析CoreData模塊可以將其主要分為3個(gè)數(shù)據(jù)類CoreData_Data，CoreData_Reactor及CoreData_Sector。CoreData_Data主要用于通用結(jié)構(gòu)分析模型信息的存儲(chǔ)，CoreData_Reactor主要存儲(chǔ)模型信息行為實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)之間的解析，CoreData_Sector用于存儲(chǔ)所有截面信息。

3軟件應(yīng)用實(shí)例

玉佛禪寺為上海第一名剎，地處上海市普陀區(qū)安遠(yuǎn)路170號(hào)，為上海市優(yōu)秀歷史建筑。寺院分為前院和后院兩部分，其中前院為修繕工程范圍，為玉佛寺主要禮佛、參觀等對(duì)外開放區(qū)域，主要建筑有天王殿、大雄寶殿(優(yōu)秀歷史建筑)、玉佛樓等，建筑面積31566m2。玉佛寺廟鳥瞰圖如圖4所示。

本節(jié)結(jié)合上海玉佛禪寺平移項(xiàng)目介紹IFC的建筑模型轉(zhuǎn)換軟件在實(shí)際工程中的應(yīng)用。玉佛禪寺是上海著名的佛教寺院，已有近百年歷史，為了更好地保護(hù)古建筑，現(xiàn)將寺廟大雄寶殿加固、整體平移頂升。由于大雄寶殿建造年代久遠(yuǎn)，原始圖紙缺失，采用3D三維掃描儀、水準(zhǔn)儀、測(cè)厚儀、激光測(cè)距儀、卷尺等儀器設(shè)備，對(duì)大雄寶殿的建筑進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪，形成建筑平面圖紙。大雄寶殿的梁、柱、墻等受力構(gòu)件受到不同程度損壞，通過木柱、磚墻強(qiáng)度測(cè)定，首先在結(jié)構(gòu)分析軟件3D3S中建立相應(yīng)的結(jié)構(gòu)分析模型，對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確定平移過程中的加固方案。然后通過上文介紹的基于IFC的建筑模型轉(zhuǎn)換軟件將3D3S結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)換成IFC文件，再將IFC文件導(dǎo)入Revit軟件，結(jié)合施工過程管理軟件NaviSWorkS進(jìn)行施工模擬，減少了模型在不同設(shè)計(jì)階段軟件中重復(fù)建模的工作，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分析階段到施工階段的信息交互。圖5為3D3S結(jié)構(gòu)模型與Revit模型。

圖3軟件接口模式

圖5模型導(dǎo)入前后對(duì)比

整個(gè)加固平移過程施工步驟主要分為：①室內(nèi)土方開挖；②托換梁施工；③木柱托換；④下滑道梁土方開挖、施工；⑤平移過程施工；⑥頂升。木柱托換與平移過程為整個(gè)工程中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。為順利實(shí)現(xiàn)大雄寶殿的平移，需要改變?cè)Y(jié)構(gòu)荷載傳遞路徑。在F托換前結(jié)構(gòu)荷載傳遞路徑：上部結(jié)構(gòu)荷載→青磚基礎(chǔ)→地基土；托換完成后結(jié)構(gòu)荷載的傳遞路徑為：上部結(jié)構(gòu)荷載→上托盤梁→下滑道梁。其具體施工過程：首先在木柱鼓蹬四周的托盤梁上立4根鋼柱，然后在鋼柱上立2根托換鋼梁，用脫粘材料包住石鼓蹬，并用鋼套箍把鼓蹬包住，鋼套箍與脫粘材料間澆筑灌漿料密實(shí)，鋼套箍預(yù)埋4根精軋螺紋鋼。鋼套箍與鋼梁通過精軋螺紋鋼連接在一起，擰緊精軋螺紋鋼螺母，柱荷載傳遞通過鋼梁托換至托盤梁上，最后形成托換體系，如圖6a所示。

平移過程中，滑道梁設(shè)置了不銹鋼板并抹潤(rùn)滑油，同時(shí)在每臺(tái)支撐千斤頂?shù)暮蠓桨惭b了一塊鋼板，鋼板具有足夠的剛度與強(qiáng)度，兼顧頂推和支撐的作用，水平滑動(dòng)千斤頂緊貼鋼板，水平力通過鋼板作用于支撐千斤頂，避免滑動(dòng)千斤頂直接作用于支撐千斤頂而造成偏心作用，如圖6b所示。

為了更清晰地模擬整個(gè)平移過程，將模型導(dǎo)入Revit后同時(shí)自定義了施工過程中所需要的千斤頂、柱托換裝置等族類型，同時(shí)在NaviSWorkS軟件中定義施工甘特圖。圖7為NaviSWorkS軟件模擬的結(jié)構(gòu)加固、結(jié)構(gòu)柱底托換、結(jié)構(gòu)平移及結(jié)構(gòu)頂升階段。

圖6部分施工過程說明

圖7施工過程

4結(jié)語

1)根據(jù)IFC模型的信息特征，提出了IFC建筑模型提取流程，為開發(fā)基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的模型轉(zhuǎn)換軟件提供了理論方法。

2)基于IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，以AutoCAD為開發(fā)平臺(tái)，運(yùn)用ObjectARX和ViSualC++等開發(fā)工具，研發(fā)的IFC模型轉(zhuǎn)換軟件可以有效實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分析模型到IFC模型的轉(zhuǎn)換。

3)通過項(xiàng)目實(shí)例介紹了IFC模型轉(zhuǎn)換軟件的模擬使用方法，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)分析階段到施工階段的信息交互，減少了模型在不同設(shè)計(jì)階段軟件中重復(fù)建模的工作，為BIM全生命周期信息管理提供了思路。

（來源：王軒，張其林同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院）