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

我國有大量的古建筑，其中多數(shù)年代久遠，建筑結構老化，年久失修。隨著我國經(jīng)濟的發(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。古建筑的維護通常面臨著因年代久遠而沒有相關技術資料的問題，因此運用BIM技術、3D激光掃描和3DGIS數(shù)字化城市技術可以為整個古建筑提供為精準的可視化模型，成為當前古建筑修復的重要方法。

BIM(buildinginformationmodeling，建筑信息模型)技術成為了解決建設領域信息交互的關鍵，BIM技術的研究也成了眾多高校及企業(yè)的研究熱點。30年前，美國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、構件性能和功能要求，并將一個建筑的所有全過程生命周期的信息整合到一個獨立的建筑模型當中，涵蓋建造過程、施工進度、維護管理等時間過程信息”。BIM技術是一種三維建模技術，通過數(shù)據(jù)化管理，對建筑的各行各業(yè)以及各個環(huán)節(jié)進行詳細的設計管理，其主要特征為：信息集成性與完備性、模型信息的關聯(lián)性及參數(shù)化設計。

同時工程項目是復雜且綜合性極強的經(jīng)營活動，參與者涉及眾多專業(yè)與部門，同時每個專業(yè)所使用的設計軟件又不相同，逐漸形成各自獨立的數(shù)據(jù)源，難以實現(xiàn)BIM各階段信息實時準確的信息交互。針對這一情況，國際協(xié)同工作聯(lián)盟IAI(InternationalAllianceforInteroperability)(2008年之后更名為BuildingSMART)制定了信息表達和交換標準IFC(InduStryFoundationClaSSeS)，經(jīng)過這些年的發(fā)展，IFC在國際上已經(jīng)得到了廣泛的采納與推廣。目前，國外眾多學者從深度和廣度多個方面對IFC標準進行了研究。

基于已有IFC數(shù)據(jù)標準研究成果，本文通過對IFC建筑信息模型組成、特點的研究，在3D3S軟件基礎上研發(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目、場地、樓層及構件等信息，實現(xiàn)從IFC建筑信息模型到BIM平臺軟件轉(zhuǎn)換，為結構分析與其他建筑設計階段建立信息交互通道。同時結合BIM平臺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)換的應用。

1IFC空間模型

IFC空間模型由IfcSpatialStructureElement實體描述，由以下概念組成：工程(project)(所有信息的最高存儲者)、場地(Site)(包含復雜場地或者部分場地)、建筑物(building)(包含復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象間的拓撲關系。本文通過IFC空間模型的結構特征，設計了提取IFC空間模型流程，如圖1所示。流程圖中的實體線框表示IFC建筑模型中主要實體類，實體類之間通過關系類IfcRelAggregates聯(lián)系，其原理為通過提取某一建筑對象的反屬性找到關系對象，然后根據(jù)關系對象找到該建筑對象相關的對象或者對象組。其中IfcProject屬性UnitSInContext與OwnerHistory分別包含模型的全局單位與設計者等工程信息。IfcBeam，IfcWall等構件實體通過關系類IfcRelContainedinSpatialStructure與IfcBuildStory相關聯(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)標準，以AutoCAD為開發(fā)平臺，運用ObjectARX和ViSualC++等開發(fā)工具，在3D3S軟件基礎上研發(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)解析接口進行IFC文件的解析，實現(xiàn)從IFC結構模型到一般軟件結構模型的轉(zhuǎn)化及IFC結構模型文件的輸出，圖2為軟件框架圖。

圖2軟件架構圖及界面

3D3S軟件具有多個模塊，因每個模塊設計功能的不同，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針對每種模塊開發(fā)獨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，不需重復建立接口。本文采用第2種方式開發(fā)結構模型信息轉(zhuǎn)換應用平臺，其中CoreData即為中間過渡轉(zhuǎn)換通用模型的數(shù)據(jù)信息儲存模塊。從組織結構剖析CoreData模塊可以將其主要分為3個數(shù)據(jù)類CoreData_Data，CoreData_Reactor及CoreData_Sector。CoreData_Data主要用于通用結構分析模型信息的存儲，CoreData_Reactor主要存儲模型信息行為實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)之間的解析，CoreData_Sector用于存儲所有截面信息。

3軟件應用實例

玉佛禪寺為上海第一名剎，地處上海市普陀區(qū)安遠路170號，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)結合上海玉佛禪寺平移項目介紹IFC的建筑模型轉(zhuǎn)換軟件在實際工程中的應用。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，原始圖紙缺失，采用3D三維掃描儀、水準儀、測厚儀、激光測距儀、卷尺等儀器設備，對大雄寶殿的建筑進行了現(xiàn)場測繪，形成建筑平面圖紙。大雄寶殿的梁、柱、墻等受力構件受到不同程度損壞，通過木柱、磚墻強度測定，首先在結構分析軟件3D3S中建立相應的結構分析模型，對整體結構進行分析，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結構模型轉(zhuǎn)換成IFC文件，再將IFC文件導入Revit軟件，結合施工過程管理軟件NaviSWorkS進行施工模擬，減少了模型在不同設計階段軟件中重復建模的工作，從而實現(xiàn)結構分析階段到施工階段的信息交互。圖5為3D3S結構模型與Revit模型。

圖3軟件接口模式

圖5模型導入前后對比

整個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工程中的重點與難點。為順利實現(xiàn)大雄寶殿的平移，需要改變原結構荷載傳遞路徑。在F托換前結構荷載傳遞路徑：上部結構荷載→青磚基礎→地基土；托換完成后結構荷載的傳遞路徑為：上部結構荷載→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，鋼套箍預埋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，滑道梁設置了不銹鋼板并抹潤滑油，同時在每臺支撐千斤頂?shù)暮蠓桨惭b了一塊鋼板，鋼板具有足夠的剛度與強度，兼顧頂推和支撐的作用，水平滑動千斤頂緊貼鋼板，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平移過程，將模型導入Revit后同時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，同時在NaviSWorkS軟件中定義施工甘特圖。圖7為NaviSWorkS軟件模擬的結構加固、結構柱底托換、結構平移及結構頂升階段。

圖6部分施工過程說明

圖7施工過程

4結語

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標準的模型轉(zhuǎn)換軟件提供了理論方法。

2)基于IFC數(shù)據(jù)標準，以AutoCAD為開發(fā)平臺，運用ObjectARX和ViSualC++等開發(fā)工具，研發(fā)的IFC模型轉(zhuǎn)換軟件可以有效實現(xiàn)結構分析模型到IFC模型的轉(zhuǎn)換。

3)通過項目實例介紹了IFC模型轉(zhuǎn)換軟件的模擬使用方法，實現(xiàn)了結構分析階段到施工階段的信息交互，減少了模型在不同設計階段軟件中重復建模的工作，為BIM全生命周期信息管理提供了思路。

（來源：王軒，張其林同濟大學土木工程學院）