基于IFC的水电工程BIM体系结构和扩展方法探究(2)

　　IFC 模型结构由 4 个层次组成。第一层是资源层，提供资源相关定义，可供高层次调用。第二层是核心层，提供建筑工程核心数据定义，包括一个内核模块和控制、产品和过程等三个扩展模块。第三层是共享层，定义了多个专业领域共同的概念和对象。第四层是领域层，为建筑工程各专业领域提供相应定义。IFC 采用“实体”作为数据定义的基本元素，通过实体的实例组成信息模型。IFC 定义包括实体（Entity）、类型（Type）、函数（Function）、规则（Rule）、属性集（Property）、数量集（Quantity）等六大类。最新的 IFC4 定义了 1708 个各类实体，如表 1 所示。
　　 　　为适应 AEC 领域的复杂性，支持其他领域的应用扩展，IFC 提供了三种扩展方式：
　　
　　（1）通过 IfcBuildingElementProxy 扩展，即通过实例化通用实体 IfcBuildingElementProxy 的方式描述 IFC 中未定义的对象。
　　
　　（2）扩展实体定义，即通过修改或新增 IFC标准中的实体定义及实体间的层级关系和关联关系，扩展 IFC 的描述范围。
　　
　　（3）扩展属性集，即通过修改或新增 IFC 标准中的属性集，提升实体描述的精细度。
　　
　　1.2 IFC 国内外研究现状。
　　
　　目前，国内外 IFC 研究主要集中于 IFC 模型解析、信息提取和集成、IFC 信息交换等方面。随着 BIM 应用范围的不断拓展，IFC 扩展逐渐成为研究热点之一。这些研究有针对建筑领域中不同专业的应用，如结构分析、施工管理等；也有针对其他不同领域的应用，如铁路、公路领域等。刘照球等[3]根据 PKPM 和 PKCAD 等结构分析软件的需求，扩充了几何信息、荷载信息和结构分析模型。曹国等[4]新增了配筋边和配筋段两类实体解决配筋截面信息表达问题。邓雪原等[5]研究了基于 IFC的建筑结构模型自动生成方法，并提出了 IFC 描述结构分析信息所存在的问题及改进策略。陈立春等[6-7]研究了基于 ESPRESS-G 视图的 IFC 扩展方法，提出了基于 IFC 标准的电网工程信息模型数据的校验方法。满庆鹏等[8]将 BIM 分为过程、资源、成本三大类信息，提出了一套基于 IFC 的建筑施工信息组织与表达方法。清华大学王勇[9-10]、马智亮等[11-12]通过梳理施工领域涉及的相关规范、规程，新增了包括成本管理、进度管理、质量管理、施工安全、绿色施工等 5 个子领域，扩展了建筑施工 IFC 实体 91 个、IFC 属性集 126 条，完成了我国建筑施工管理 IFC 数据描述标准的编制。
　　
　　Lee 等[13]针对路桥隧的构件与关联关系，从粗到细分层扩展了空间（Spatial Element）和物理（PhysicalElement）两套实体。Cho 等[14]针对韩国道路工程排水系统的相关需求，扩展了 IFC 的实体和属性集定义。近几年我国铁路 BIM 联盟与buildingSMART 合作，启动了 IFC Rail 扩展项目，旨在将中国铁路 BIM 标准体系中的铁路工程信息模型数据存储标准纳入到国际 IFC 标准中。该项目[15]通过动态与静态扩展，将 IFC 表达的铁路工程实体分为空间结构单元、构件、零件、组合件 5类，形成了各个专业领域的铁路工程信息模型。
　　
　　1.3 IFC 在水电领域的应用。
　　
　　近年来，水电工程领域也开始引入 BIM 技术，其实施应用主要由 Autodesk、Dassualt 和 Bentley三家软件厂商提供。苗倩[16]应用 Navisworks 软件及其API实现了水电工程仿真信息的可视化查询。林伟等[17]综合使用 Civil 3D、Revit、InfrastructureModeler 和 Navisworks 等软件，将 BIM 技术应用于水电工程施工组织设计中。张志伟等[18]研究了针对全生命期管理的水电工程信息模型创建方法，并以实际工程为例进行了验证。华嘉成等[19]针对变电站工程，扩展了 IFC4 电气领域的数据标准，并在上海交大SJTUBIM平台上验证了数字化移交的可行性。李宁等[20-21]在不增加 IFC 实体的情况下实现了混凝土坝、分部分项、工程量、资源和进度信息与 IFC 已有定义之间的对应，建立了混凝土坝施工仿真模型。
　　
　　然而，水电行业尚未见到对水电工程信息模型体系结构及标准的系统性研究，IFC 的应用还很初步，信息的存储与共享仍处于“点对点”的状态，难以实现全生命期的信息集成管理。
　　
　　目前，主流的 BIM 软件均支持 IFC 的导入导出。由于水电工程中很多特殊构件和信息在 IFC 中缺少实体定义和信息表达，在应用 BIM 软件的过程中，导出的 IFC 模型会产生大量的信息丢失或误差。当前的解决方法是将缺少或难以表达的水电工程实体与 IFC 中的已有建筑实体建立对应关系，导出 IFC 时则多以 IfcBuildingElementProxy 表达。然而，这种方法虽然可以描述部分水电工程实体和信息，但无法描述水电工程特有的关系信息。而且，直接采用 IFC 原有的属性集或自定义属性集描述水电工程信息，由于水电实体与建筑实体的差异，使信息误差无法根本解决，也难以保证信息的完备性与规范性。
　　
　　2 水电工程信息模型。
　　
　　2.1 基于 IFC 的水电工程信息模型结构。
　　
　　本研究以 IFC 作为水电工程信息模型结构的基础，针对水电工程的特殊构件和关系，扩展原有IFC 结构，形成水电工程信息模型。