IFC铁路通信用例构建方法研究

刘立海，李一凡，钟 青，周洁云

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063）

1 概述

建筑信息模型（BIM）技术的出现对于建筑行业的发展有着重要意义，它将三维的信息化技术应用到建筑工程中，其可视化、协调性、模拟性和优化性可降低设计和施工差错、缩短工期、提高效率、节约成本[1]。BIM已经从单纯的工程建设阶段拓展到包括研究论证、设计、采购、施工和运营维护等全生命周期的各阶段[2]。依靠应用软件支持的BIM技术得以广泛应用，各软件公司纷纷推出BIM软件，功能不尽相同。厂家数据格式不统一，在不同软件成果协同时需进行数据转换或交换，如果仅有几款软件，可进行两两数据格式转换，但如软件数量多时，数据转换的工作量十分巨大，特别是新的软件出现或软件升级与修改后，数据兼容性又需重新验证，大大降低效率[3-4]。因此，有必要提出一种通用、标准的中间数据格式进行数据转换和交换，既可充分发挥各软件的特长，又能增强协同和重用。工业基础类（IFC）标准就是在这一背景下由buildingSmart国际组织（简称bSI）提出的，用于解决BIM软件间的数据交换标准，目前已纳入国际标准组织标准体系[3-5]。

IFC标准已在建筑行业广泛应用，并向其他领域扩展，为此bSI启动了IFC公路、铁路、桥梁等标准研究项目[5]。IFC铁路项目旨在IFC中加入国际化的铁路BIM数据存储要求，主要包括轨道、通信、信号、能源等领域。

用例在IFC标准研究中起着至关重要的作用，它定义了在什么场景下需要进行数据交换，交换什么内容，从而确定各个对象哪些数据需求，形成IFC铁路标准的核心内容。

2 IFC用例

IFC标准的核心目标是：提供统一的数据存储格式，满足不用应用软件间的数据交换需求。它不关心应用软件内部的数据存储格式，主要关心数据交换场景下的数据存储格式（即应用软件间进行数据交换时的数据输入、输出格式），而且不排斥应用软件直接采用IFC标准作为自身的数据存储标准。

IFC用例的含义为：针对用户进行需求分析。根据IFC标准组织提供的用例建议模板，每一个IFC用例主要包括以下内容。（1）名称：用例的名称；（2）阶段：适用于可行性研究、设计、建造、运营与维护等中一个或多个阶段；（3）描述：简单地描述用例功能；（4）目的：阐述用例的主要目的；（5）交换场景：描述哪种数据交换场景，即用例的应用场景，从哪个应用交换数据至哪个应用；（6）需要的几何表达信息：需要哪些几何信息；（7）需要的语义表达信息：需要哪些语义信息；（8）优先级：利益相关者对用例的优先程度；（9）复杂度：用例实现的复杂程度。其中，核心点为“目的”和“交换场景”，明确了目的和交换场景后即可确定需要的几何表达和语义表达信息。由于标准制定是一定的利益相关者提出的，优先级也不容忽视。

IFC铁路项目有多个用例以满足不同的应用需求，用例又与BIM中另一个概念信息交付手册（IDM）紧密相关，它定义了信息交付/传送的场景，即信息的发送方、接收方、交换目的和内容。与IDM的区别是，用例可以说是需求，即用户的要求，而IDM是规定应用软件提供给用户的内容（即交付内容），用例可以通过IDM定义进行满足，两者紧密相关。

3 铁路通信用例构建方法

3.1 用户需求法

所谓用户需求法，就是从用户需要的角度提出用例需求。具体操作方法是：由来自建设管理、规划设计、运营维护、承包商（施工单位）、设备供应商、软件供应商等不同角色代表，从各自理解和需求出发，提出数据交换需求。结合铁路BIM应用和软件开发需求和经验，由各参与者“自由”提出需求，提出尽可能多的用例，再按照必要性、合理性、重要性、复杂性等规则判别确定一批适合铁路的用例。

3.2 借鉴法

用例研究实际上就是需求分析，是IFC标准制定流程建议的步骤之一。IFC标准在基础设施领域成功制定并得到应用，得到多个软件开发商的认可。基础设施各领域的设计、施工、维护等过程有诸多相似之处，因此，在其他领域的用例值得借鉴，如IFC桥梁或隧道项目中的用例可以直接借鉴到IFC铁路项目中。

3.3 IDM检查法

IDM指交换什么信息。铁路通信系统IDM流程见图1，通过这一交换内容可以检查对应的用例需求。图1所示的IDM主要是从设计角度提出的，将铁路通信设计角色独立出来，不同的角度提出的IDM可能不同。对照铁路通信IDM各阶段和各角色间需要交换的内容，检查用例是否遗漏，从而完善。

4 IFC铁路通信用例

实际的IFC用例形成应是综合以上几种方法。bSI标准的技术服务专家提出38项铁路通用用例（见表1），涵盖立项论证、审批、规划设计、招投标、施工、采购、建设管理、运营维护等工程项目各个阶段，满足不同角色的工作需求。其复杂度和优先级是不同的，有些用例虽然对于工程项目非常有利，如“专业分析和模拟”“规范和功能一致性”，但实现起来十分困难。不同利益相关者，对于用例的优先级评价也是不同的，例如新建铁路的建设管理者或设计单位比较关注招投标和设计相关用例，如“2D/3D以及时间可视化”“图纸和文件生成”“工程数量统计”“冲突管理”等。

IFC桥梁、隧道等项目启动比其他项目早，借鉴IFC桥梁等其他项目的用例得到铁路通信用例名称（见表2）。

综合图1、表1、表2，将铁路建设（设计和施工）关心的重点内容作为优先考虑对象，选取优先级最高的12个用例（见表3）。表3中省略了阶段、优先级和复杂度。

表2 铁路通信用例

5 结束语

讨论构建IFC铁路通信用例的3种方法，即用户需求法、借鉴法和IDM检查法。采用用户需求法提出38个铁路通用用例；采用借鉴法提出24个铁路通用用例；结合IDM检查法及综合前2种方法，以铁路建设（设计和施工）关心的重点内容作为优先考虑用例，提出12个高优先级的铁路通信用例并进行完整描述。

表3 铁路通信优先级最高的12个用例