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      建筑信息化模型的數據轉換
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              以IFC為標準探討了建筑信息模型與其他建筑行業的專業軟件之間實現數據轉換的可行性。
       
        自20世紀80年代的個人電腦革命和90年代的互聯網革命及其普及作用,計算機網絡使得信息化所包含的信息收集、傳遞與共享具備了實現的技術條件。信息技術近十幾年來的飛速發展和廣泛應用,其重要意義和對人類的深遠影響舉世公認。在建設領域,計算機應用和數字化技術已展示了其特有的潛力,成為建筑技術在新世紀發展的命脈。
       
        1、建筑信息模型技術的介紹
       
        在建筑設計中,制作實體模型是經常使用的建筑表現手段。但是這種建立在計算機環境中的建筑三維模型,僅僅是建筑物的一個表面模型,沒有建筑物內部空間的劃分,更沒有包含附屬在建筑物上的各種信息,造成很多設計信息缺失。學術界早就察覺到原有三維建模方法的局限性,一直探討在計算機輔助建筑設計中如何進行信息建模。直到BIM(BuildingInformationModel)———建筑信息模型的出現,為建筑設計領域帶來了第二次革命,從二維圖紙到三維設計和建造的革命。同時,對于整個建筑行業來說,建筑信息模型(BIM)也是一次真正的信息革命。所謂建筑信息模型(BIM),是指通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息,在這里,信息的內涵不僅僅是幾何形狀描述的視覺信息,還包含大量的非幾何信息。
       
        建筑信息模型(BIM)的技術核心是一個由計算機三維模型所形成的數據庫,不僅包含了建筑師的設計信息,而且可以容納從設計到建成使用,甚至是使用周期終結的全過程信息,并且各種信息始終是建立在一個三維模型數據庫中。建筑信息模型(BIM)可以持續及時地提供項目設計范圍、進度以及成本信息,這些信息完整可靠并且完全協調。建筑信息模型(BIM)能夠在綜合數字環境中保持信息不斷更新并可提供訪問,使建筑師、工程師、施工人員以及業主可以清楚全面地了解項目。這些信息在建筑設計、施工和管理的過程中能促使加快決策進度、提高決策質量,從而使項目質量提高,收益增加。
       
        建筑信息模型的應用不僅僅局限于設計階段,而是貫穿于整個項目全生命周期的各個階段:設計、施工和運營管理。建筑信息模型(BIM)使建筑師們拋棄了傳統的二維圖紙,不再苦于如何用傳統的二維施工圖來表達一個空間的三維復雜形態,從而極大地拓展了建筑師對建筑形態探索的可實施性,自由形態不再是電腦屏幕上的烏托邦想象。建筑信息模型(BIM)使建筑、結構、給排水、空調、電氣等各個專業基于同一個模型進行工作,從而使真正意義上的三維集成協同設計成為可能。在建筑生命周期的施工階段,建筑信息模型(BIM)可以同步提供有關建筑質量、進度以及成本的信息。利用建筑信息模型,可以實現整個施工周期的可視化模擬與可視化管理??梢詭椭┕と藛T促進建筑的量化,以進行評估和工程估價,并生成最新評估與施工規劃。在建筑生命周期的運營管理階段,建筑信息模型(BIM)可同步提供有關建筑使用情況或性能、入住人員與容量、建筑已用時間以及建筑財務方面的信息。建筑信息模型可提供數字更新記錄,并改善搬遷規劃與管理。它還促進了標準建筑模型對商業場地條件(例如零售業場地,這些場地需要在許多不同地點建造相似的建筑)的適應。有關建筑的物理信息(例如完工情況、承租人或部門分配、家具和設備庫存)和關于可出租面積、租賃收入或部門成本分配的重要財務數據都更加易于管理和使用。穩定訪問這些類型的信息可以提高建筑運營過程中的收益與成本管理水平。
       
        2、建筑信息模型技術的數據交換標準IFC
       
        BIM的主要信息數據標準是采用的IFC標準。IFC(IndustryFoundationClasses)是IAI組織(InternationalAllianceforInteroperability)———國際協同聯盟建立的標準名稱。IFC標準是一個計算機可以處理的建筑數據表示和交換標準,其目的是支持工程項目全生命周期各個階段信息的共享和交換。它提供了一個不依賴于任何具體系統的,適合于描述貫穿整個項目生命周期內產品數據的中性機制,有效地支持建筑行業各個應用系統之間的數據和建筑物全生命周期的數據管理,且不要求應用軟件內部也使用這套標準,只需要與其他應用軟件交換信息時符合這個標準即可。作為應用于AEC/FM(建筑、工程、施工、設備管理)各個領域的數據模型標準,IFC模型不僅僅包括了那些看得見、摸得著的建筑元素(比如梁、柱、板、吊頂、家具等等),也包括了那些抽象的概念(比如計劃、空間、組織、造價等等)。最新的IFC標準包含了以下9個建筑領域:
       
        1)建筑領域;
        2)結構分析領域;
        3)結構構件領域;
        4)電氣領域;
        5)施工管理領域;
        6)物業管理領域;
        7)HVAC領域;
        8)建筑控制領域;
        9)管道以及消防領域。
       
        IFC標準的模型結構體系由四個層次構成,從下到上分別是資源層(ResourceLayer)、核心層(CoreLayer)、交互層(Interoper-abilityLayer)以及領域層(DomainLayer)。每層中都包含一系列的信息描述模塊,并且遵守一個規則:每個層次只能引用同層次和下層的信息資源,而不能引用上層的資源。
       
        基于IFC標準的數據文件的交換,需要兩個應用系統都能夠識別IFC格式的數據文件,首先由支持IFC標準的應用系統生成基于IFC標準的建筑模型,該模型可以包含建筑構件的幾何、材料、屬性及其他相關信息。
       
        3、數據轉換的可行性分析
       
        以ENERGYPLUS軟件為例,這是一款美國勞倫斯伯克利國家實驗室(LBNL)在DOE和BLAST的基礎上開發的新一代能耗模擬軟件。其主要采用IDF數據文件輸入,其輸入數據詞典(IDD)包括:建筑概況、熱區幾何描述、建筑材料屬性、建筑使用性信息、溫度調控策略、HVAC系統描述、模擬結果輸出定制等。根據前面所提到的IFC數據標準,可以知道,其提供了建筑各方面信息的完整體系,并且采用面向對象的方式對信息進行描述和組織。目前由LBNL主導開發,已經實現了IFC標準對HVAC的支持,而且能耗分析所需要的建筑模型信息,也可以由諸如REVIT以及ARCHICAD等建筑設計軟件提供建筑幾何信息和部分材料信息。因此基于IFC的數據輸入標準,實現BIM與建筑能耗分析軟件的數據轉換是有可行性的。
       
        雖然兩者都是采用面向對象的方式描述建筑,但是BIM中的建筑模型對構件和建筑組成描述是相當具體詳細的,相比較而言,在能耗分析軟件中,具體的建筑空間和復雜的建筑構件則被抽象為簡單的熱區和表面。兩種模型之間的差異導致了將IFC數據向IDF數據轉換的復雜性。因此在數據轉換的過程中,會面臨解決如下的一些問題:
       
        1)熱區的設置:在能耗分析軟件中,通常需要將具有同樣溫度調控的相鄰房間設置為一個熱區,這就意味著IFC數據標準中的多個空間需要被合并為單個空間,并且跨越多個熱區的墻體需要被拆分為多個屬于不同熱區的表面,因此需要提供一些交互式的使用功能。
       
        2)熱區表面幾何形態的簡化:對于熱量傳導而言,不需要準確的熱區表面幾何形態描述,因此需要簡化表面幾何形態的模式和算法。
       
        3)表面環境和外部環境特征的確定:在能耗軟件中需要確定表面的類型(如熱存儲、熱傳導),以及表面的外部環境和環境對象,這些不能直接從IFC數據中獲取,需要根據溫度調控要求以及熱區的設置結果進行具體的判斷。
       
        4、結語
       
        利用BIM通過參數化實體造型技術使計算機可以表達真實建筑所具有的信息,并且實現建筑設計軟件與下游軟件之間的數據轉換,是未來BIM發展的重要方向,BIM這場信息革命,將對工程建設從設計、建造、加工、施工、銷售、物業管理等各個環節,對于整個建筑行業,都將產生深遠的影響。



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      (來源于建設工程教育網)
       


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