一种基于IFC的地形模型共享方法

2020-07-25牛作鹏李国杰

水运工程 2020年7期

牛作鹏，李国杰

(中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北武汉 430071)

BIM(building information modeling，建筑信息模型)是一个含有属性信息的三维或N维建筑模型，其目的是使项目各参建方都可以在三维或N维建筑模型中获取、编辑、操作模型信息，从而在全寿命周期内实现模型信息传递与共享，降低风险和错误，提升协作效率。BIM技术作为一种革命性的技术，它代表着建筑工程行业信息化发展的方向[1]。

BIM技术的应用已贯穿设计、施工到运维的全寿命周期过程，但BIM技术在测绘领域方面的研究和使用不多。邓江锋[2]基于某运动场及访客中心项目，探索了BIM技术在土石方测量中的应用；杨田[3]基于倾斜摄影建立真三维模型的关键技术,以实例研究BIM技术在建筑设计阶段的应用,探索了倾斜摄影测量与BIM技术的有效结合；周薇[4]研究了BIM技术在测量各领域的应用,分析各种应用的优势和存在的问题。

测绘数据作为水运工程信息模型基础地理信息数据，已贯穿设计、施工到运维的全寿命周期过程，但一个完整的建筑项目具有多部门、多专业，各部门、各专业分工不同必然导致使用不同的BIM工作软件，但不同的BIM工作软件存在不同的数据文件格式，使得不同部门、不同专业应用BIM过程中存在模型信息传递及共享效率低的问题。本文以东营某港区一液体散货泊位工程为例，研究基于BIM技术创建的地形模型通过IFC实现共享的方法，为解决BIM设计过程中的地形模型共享存在的属性信息丢失问题提供一条有效的解决途径。

1 IFC标准架构及扩展机制

1.1 IFC标准现状

IFC(industry foundation class，工业基础类)标准是一种开放的建筑产品数据交换和表达的国际标准,具有较强的描述能力,通过基于对象的描述方式来表达较为复杂的建筑对象信息,满足不同BIM应用系统之间在横向上的模型信息数据交换,解决建筑物全寿命周期在纵向上的数据管理,IFC标准于1997年发布第1个版本,目前已有6个较大版本的更替,IFC标准己经正式成为ISO标准(标准号为ISO16739:2013),IFC4Add2是最新的版本号[5]。虽然IFC标准源于建筑领域，并不断进行数据信息交换内容和适用性的扩充和完善，但还不能完全覆盖所有基础设施建设领域范围，因此行业内许多专家学者正在对IFC标准开展基于其整体框架的领域扩展研究。

1.2 IFC标准架构

IFC标准架构包含领域层(domainlayer)、共享层(sharedlayer)、核心层(corelayer)和资源层(resourcelayer)，见图1。领域层定义某一领域资源实体或专属产品及过程，目的是实现领域内部信息传递和共享；共享层定义多个领域共用的资源实体或专属产品及过程，目的是实现领域间信息传递和共享；核心层定义最常用实体和IFC核心架构及核心扩展架构；资源层定义IFC基本资源，如几何、属性、材料、成本、数量等。

图1 IFC数据架构

1.3 IFC标准扩展机制

由于IFC标准所定义的实体类型尚未覆盖所有基础设施建设领域范围，因此，IFC标准提供了新增实体定义扩展和属性集扩展两种扩展机制[6]，以满足对其他基础设施建设领域实体定义的需求。

1)新增实体定义扩展方式。新增实体定义扩展方式主要用于IFC标准版本更迭，它是基于IFC标准的内在继承关系，对现有IFC标准架构进行扩充和更新，以增添新的实体定义，进而建立新的数据标准架构，达到解决新基础设施建设领域的信息表达和信息交换问题。

2)属性集扩展方式。属性集扩展方式是通过自定义属性集(user-defined PSETs)进行扩展，见图2。通过IFC标准核心层的IfcBuildingElementProxy实体和自定义属性集，共同描述所需表达的实体和属性信息。IfcBuildingElementProxy继承于IfcObject，用PredefinedType属性表示扩展实体的类型，其枚举值包含PARTIAL、COMPLEX、ELEMENT、NOTDEFINED、USERDEFINED等。

图2 IFC数据模型与自定义属性集的关系

2 地形模型创建及共享

2.1 基于Civil 3D的地形模型创建

在测绘工作中，地形模型又称数字高程模型，即在一个区域范围内，通过密集的地形模型点的坐标来表达地面高低起伏的形态。地形模型点可以是随机分布的，也可以是规则分布的。而在BIM设计软件Civil 3D 中，数字地形模型又被称为“曲面”[7],Civil 3D可通过任何一种测量源数据(点数据、等高线、特征线、二维地形图DWG数据、DEM文件和LandXML文件等)生成曲面，也可以混合使用多种测量源数据，只要把这些测量源数据逐一添加至所创建曲面的定义目录下即可。

图3 地形模型创建技术路线

2.2 地形模型的属性集定义

属性信息是物理及功能特征的载体，也是信息模型的重要组成部分。从过程角度看，信息模型的创建就是以建筑模型作为信息载体，将属性信息集成到几何模型的过程，本文以Civil 3D创建的地形模型作为信息交换的载体。而对于地形模型属性集的定义，可基于Civil 3D自有功能实现，通过“管理”“定义特性集”对地形模型进行设置。参照中国交通建设股份有限公司企业标准Q/CCCC SY302—2019《水运工程设计信息模型应用标准》对测量专业模型信息细度的要求，分别设置“非几何信息”和“几何信息”两个子类特性集[8]，按照《水运工程设计信息模型应用标准》再对两个子类特性集进行属性内容设置。见表1。

表1 测量专业模型信息细度

2.3 地形模型共享

1)专用中间文件格式。专用中间文件格式是一个由软件厂商研制并公开发行，旨在实现其他厂商软件与该厂商软件之间的数据交换，最常见的专用中间格式是Autodesk公司开发的DXF格式。由于专用中间文件格式具有厂商的特殊要求，因此它们的完整性相对较差，比如专用中间文件格式在传递模型的属性信息时存在信息丢失的情况。

2)公共数据模型格式。目前，最常见的公共数据模型格式是基于三维数据表达的IFC，它能够描述几何形状、构件属性等。公共数据模型格式能有效地将构件几何信息和构件属性关联起来，贯穿于建筑项目全寿命周期中，可满足各个阶段的信息传递和共享，提高了信息间共享的准确性和效率。

综上所述，使用专用中间文件格式的间接共享具有一定局限性，而国际化、开放的公共数据模型格式IFC，能够有效地避免因专用中间文件格式间接共享产生的局限性。

3 案例分析

本文技术研究基于东营某港区一液体散货泊位工程，该工程位于东营某港区一突堤北侧根部、一港池南侧区域，工程规模为建设2个10万吨级液体散货泊位，码头岸线长度636 m。地形模型BIM设计范围包括液体散货泊位码头结构及其对应水域部分、生产辅助区域部分建(构)筑物。

3.1 地形模型创建

使用原始测量点数据通过Civil 3D创建的曲面是最为准确、直接的方式。本项目原始测量数据主要为水域部分的测深点数据和项目地形图DWG文件数据，对于需要表现局部地区细节特征的地形复杂区域，野外采集的离散地形点数据不足以表达地形高低起伏真实现状，采用集成二维地形图DWG数据中的等高线及手绘特征点、特征线等方式进行重点区域细化，生成反映项目地表形态的地形模型，见图4。

图4 基于Civil 3D创建的地形模型

3.2 属性集定义

基于Civil 3D自有功能，并参照Q/CCCC SY302—2019《水运工程设计信息模型应用标准》，实现对地形模型属性集的细度定义。具体设置流程如下：选择Civil 3D“管理”选项卡中的“特性集数据”面板；进入“定义特性集”中“样式管理器”对话框，新建一个“特性集定义”；参照标准要求命名特性集为“非几何信息(地形)”，并设置特性集应用对象为“三角网曲面”和“实体(三维)”。同样设置流程完成“几何信息(地形)”属性集的设置。见图5。

图5 地形模型属性集

3.3 地形模型共享

现阶段，设计人员主要通过Revit完成建筑物的BIM设计，并基于Revit自有“链接CAD”功能，通过Autodesk公司开发的专用中间文件格式DXF实现地形模型跨平台共享，以集成地形模型和建筑物模型，专用中间文件格式DXF的完整性相对较差，地形模型跨平台共享会出现地形模型属性信息丢失的问题。如图6所示，基于Civil 3D创建的地形模型以专用中间文件格式DXF导入Revit中后，地形模型属性信息丢失。