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建筑信息化模型的数据转换
建筑信息化模型的数据转换           ★★★
来源:建设工程教育网   更新时间:2015/2/28    点击数:

自20世纪80年代的个人电脑革命和90年代的互联网革命及其普及作用,计算机网络使得信息化所包含的信息收集、传递与共享具备了实现的技术条件。信息技术近十几年来的飞速发展和广泛应用,其重要意义和对人类的深远影响举世公认。在建设领域,计算机应用和数字化技术已展示了其特有的潜力,成为建筑技术在新世纪发展的命脉。

  1、建筑信息模型技术的介绍

  在建筑设计中,制作实体模型是经常使用的建筑表现手段。但是这种建立在计算机环境中的建筑三维模型,仅仅是建筑物的一个表面模型,没有建筑物内部空间的划分,更没有包含附属在建筑物上的各种信息,造成很多设计信息缺失。学术界早就察觉到原有三维建模方法的局限性,一直探讨在计算机辅助建筑设计中如何进行信息建模。直到BIM(BuildingInformationModel)———建筑信息模型的出现,为建筑设计领域带来了第二次革命,从二维图纸到三维设计和建造的革命。同时,对于整个建筑行业来说,建筑信息模型(BIM)也是一次真正的信息革命。所谓建筑信息模型(BIM),是指通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息,在这里,信息的内涵不仅仅是几何形状描述的视觉信息,还包含大量的非几何信息。

  建筑信息模型(BIM)的技术核心是一个由计算机三维模型所形成的数据库,不仅包含了建筑师的设计信息,而且可以容纳从设计到建成使用,甚至是使用周期终结的全过程信息,并且各种信息始终是建立在一个三维模型数据库中。建筑信息模型(BIM)可以持续及时地提供项目设计范围、进度以及成本信息,这些信息完整可靠并且完全协调。建筑信息模型(BIM)能够在综合数字环境中保持信息不断更新并可提供访问,使建筑师、工程师、施工人员以及业主可以清楚全面地了解项目。这些信息在建筑设计、施工和管理的过程中能促使加快决策进度、提高决策质量,从而使项目质量提高,收益增加。

  建筑信息模型的应用不仅仅局限于设计阶段,而是贯穿于整个项目全生命周期的各个阶段:设计、施工和运营管理。建筑信息模型(BIM)使建筑师们抛弃了传统的二维图纸,不再苦于如何用传统的二维施工图来表达一个空间的三维复杂形态,从而极大地拓展了建筑师对建筑形态探索的可实施性,自由形态不再是电脑屏幕上的乌托邦想象。建筑信息模型(BIM)使建筑、结构、给排水、空调、电气等各个专业基于同一个模型进行工作,从而使真正意义上的三维集成协同设计成为可能。在建筑生命周期的施工阶段,建筑信息模型(BIM)可以同步提供有关建筑质量、进度以及成本的信息。利用建筑信息模型,可以实现整个施工周期的可视化模拟与可视化管理。可以帮助施工人员促进建筑的量化,以进行评估和工程估价,并生成最新评估与施工规划。在建筑生命周期的运营管理阶段,建筑信息模型(BIM)可同步提供有关建筑使用情况或性能、入住人员与容量、建筑已用时间以及建筑财务方面的信息。建筑信息模型可提供数字更新记录,并改善搬迁规划与管理。它还促进了标准建筑模型对商业场地条件(例如零售业场地,这些场地需要在许多不同地点建造相似的建筑)的适应。有关建筑的物理信息(例如完工情况、承租人或部门分配、家具和设备库存)和关于可出租面积、租赁收入或部门成本分配的重要财务数据都更加易于管理和使用。稳定访问这些类型的信息可以提高建筑运营过程中的收益与成本管理水平。

  2、建筑信息模型技术的数据交换标准IFC

  BIM的主要信息数据标准是采用的IFC标准。IFC(IndustryFoundationClasses)是IAI组织(InternationalAllianceforInteroperability)———国际协同联盟建立的标准名称。IFC标准是一个计算机可以处理的建筑数据表示和交换标准,其目的是支持工程项目全生命周期各个阶段信息的共享和交换。它提供了一个不依赖于任何具体系统的,适合于描述贯穿整个项目生命周期内产品数据的中性机制,有效地支持建筑行业各个应用系统之间的数据和建筑物全生命周期的数据管理,且不要求应用软件内部也使用这套标准,只需要与其他应用软件交换信息时符合这个标准即可。作为应用于AEC/FM(建筑、工程、施工、设备管理)各个领域的数据模型标准,IFC模型不仅仅包括了那些看得见、摸得着的建筑元素(比如梁、柱、板、吊顶、家具等等),也包括了那些抽象的概念(比如计划、空间、组织、造价等等)。最新的IFC标准包含了以下9个建筑领域:

  1)建筑领域;

  2)结构分析领域;

  3)结构构件领域;

  4)电气领域;

  5)施工管理领域;

  6)物业管理领域;

  7)HVAC领域;

  8)建筑控制领域;

  9)管道以及消防领域。

  IFC标准的模型结构体系由四个层次构成,从下到上分别是资源层(ResourceLayer)、核心层(CoreLayer)、交互层(Interoper-abilityLayer)以及领域层(DomainLayer)。每层中都包含一系列的信息描述模块,并且遵守一个规则:每个层次只能引用同层次和下层的信息资源,而不能引用上层的资源。

  基于IFC标准的数据文件的交换,需要两个应用系统都能够识别IFC格式的数据文件,首先由支持IFC标准的应用系统生成基于IFC标准的建筑模型,该模型可以包含建筑构件的几何、材料、属性及其他相关信息。

  3、数据转换的可行性分析

  以ENERGYPLUS软件为例,这是一款美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)在DOE和BLAST的基础上开发的新一代能耗模拟软件。其主要采用IDF数据文件输入,其输入数据词典(IDD)包括:建筑概况、热区几何描述、建筑材料属性、建筑使用性信息、温度调控策略、HVAC系统描述、模拟结果输出定制等。根据前面所提到的IFC数据标准,可以知道,其提供了建筑各方面信息的完整体系,并且采用面向对象的方式对信息进行描述和组织。目前由LBNL主导开发,已经实现了IFC标准对HVAC的支持,而且能耗分析所需要的建筑模型信息,也可以由诸如REVIT以及ARCHICAD等建筑设计软件提供建筑几何信息和部分材料信息。因此基于IFC的数据输入标准,实现BIM与建筑能耗分析软件的数据转换是有可行性的。

  虽然两者都是采用面向对象的方式描述建筑,但是BIM中的建筑模型对构件和建筑组成描述是相当具体详细的,相比较而言,在能耗分析软件中,具体的建筑空间和复杂的建筑构件则被抽象为简单的热区和表面。两种模型之间的差异导致了将IFC数据向IDF数据转换的复杂性。因此在数据转换的过程中,会面临解决如下的一些问题:

  1)热区的设置:在能耗分析软件中,通常需要将具有同样温度调控的相邻房间设置为一个热区,这就意味着IFC数据标准中的多个空间需要被合并为单个空间,并且跨越多个热区的墙体需要被拆分为多个属于不同热区的表面,因此需要提供一些交互式的使用功能。

  2)热区表面几何形态的简化:对于热量传导而言,不需要准确的热区表面几何形态描述,因此需要简化表面几何形态的模式和算法。

  3)表面环境和外部环境特征的确定:在能耗软件中需要确定表面的类型(如热存储、热传导),以及表面的外部环境和环境对象,这些不能直接从IFC数据中获取,需要根据温度调控要求以及热区的设置结果进行具体的判断。

  4、结语

  利用BIM通过参数化实体造型技术使计算机可以表达真实建筑所具有的信息,并且实现建筑设计软件与下游软件之间的数据转换,是未来BIM发展的重要方向,BIM这场信息革命,将对工程建设从设计、建造、加工、施工、销售、物业管理等各个环节,对于整个建筑行业,都将产生深远的影响。




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