建筑信息化模型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

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自20世紀(jì)80年代的個(gè)人電腦革命和90年代的互聯(lián)網(wǎng)革命及其普及作用，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得信息化所包含的信息收集、傳遞與共享具備了實(shí)現(xiàn)的技術(shù)條件。信息技術(shù)近十幾年來(lái)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，其重要意義和對(duì)人類(lèi)的深遠(yuǎn)影響舉世公認(rèn)。在建設(shè)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)應(yīng)用和數(shù)字化技術(shù)已展示了其特有的潛力，成為建筑技術(shù)在新世紀(jì)發(fā)展的命脈。　　1、建筑信息模型技術(shù)的介紹　　在建筑設(shè)計(jì)中，制作實(shí)體模型是經(jīng)常使用的建筑表現(xiàn)手段。但是這種建立在計(jì)算機(jī)環(huán)境中的建筑三維模型，僅僅是建筑物的一個(gè)表面模型，沒(méi)有建筑物內(nèi)部空間的劃分，更沒(méi)有包含附屬在建筑物上的各種信息，造成很多設(shè)計(jì)信息缺失。學(xué)術(shù)界早就察覺(jué)到原有三維建模方法的局限性，一直探討在計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)中如何進(jìn)行信息建模。直到BIM（BuildingInformationModel）———建筑信息模型的出現(xiàn)，為建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域帶來(lái)了第二次革命，從二維圖紙到三維設(shè)計(jì)和建造的革命。同時(shí)，對(duì)于整個(gè)建筑行業(yè)來(lái)說(shuō)，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(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，在這里，信息的內(nèi)涵不僅僅是幾何形狀描述的視覺(jué)信息，還包含大量的非幾何信息?！　〗ㄖ畔⒛Ｐ停˙IM）的技術(shù)核心是一個(gè)由計(jì)算機(jī)三維模型所形成的數(shù)據(jù)庫(kù)，不僅包含了建筑師的設(shè)計(jì)信息，而且可以容納從設(shè)計(jì)到建成使用，甚至是使用周期終結(jié)的全過(guò)程信息，并且各種信息始終是建立在一個(gè)三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)中。建筑信息模型（BIM）可以持續(xù)及時(shí)地提供項(xiàng)目設(shè)計(jì)范圍、進(jìn)度以及成本信息，這些信息完整可靠并且完全協(xié)調(diào)。建筑信息模型（BIM）能夠在綜合數(shù)字環(huán)境中保持信息不斷更新并可提供訪問(wèn)，使建筑師、工程師、施工人員以及業(yè)主可以清楚全面地了解項(xiàng)目。這些信息在建筑設(shè)計(jì)、施工和管理的過(guò)程中能促使加快決策進(jìn)度、提高決策質(zhì)量，從而使項(xiàng)目質(zhì)量提高，收益增加?！　〗ㄖ畔⒛Ｐ偷膽?yīng)用不僅僅局限于設(shè)計(jì)階段，而是貫穿于整個(gè)項(xiàng)目全生命周期的各個(gè)階段：設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)管理。建筑信息模型（BIM）使建筑師們拋棄了傳統(tǒng)的二維圖紙，不再苦于如何用傳統(tǒng)的二維施工圖來(lái)表達(dá)一個(gè)空間的三維復(fù)雜形態(tài)，從而極大地拓展了建筑師對(duì)建筑形態(tài)探索的可實(shí)施性，自由形態(tài)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(jié)構(gòu)、給排水、空調(diào)、電氣等各個(gè)專(zhuān)業(yè)基于同一個(gè)模型進(jìn)行工作，從而使真正意義上的三維集成協(xié)同設(shè)計(jì)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(guān)建筑質(zhì)量、進(jìn)度以及成本的信息。利用建筑信息模型，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)施工周期的可視化模擬與可視化管理?？梢詭椭┕と藛T促進(jìn)建筑的量化，以進(jìn)行評(píng)估和工程估價(jià)，并生成最新評(píng)估與施工規(guī)劃。在建筑生命周期的運(yùn)營(yíng)管理階段，建筑信息模型（BIM）可同步提供有關(guān)建筑使用情況或性能、入住人員與容量、建筑已用時(shí)間以及建筑財(cái)務(wù)方面的信息。建筑信息模型可提供數(shù)字更新記錄，并改善搬遷規(guī)劃與管理。它還促進(jìn)了標(biāo)準(zhǔn)建筑模型對(duì)商業(yè)場(chǎng)地條件（例如零售業(yè)場(chǎng)地，這些場(chǎng)地需要在許多不同地點(diǎn)建造相似的建筑）的適應(yīng)。有關(guān)建筑的物理信息（例如完工情況、承租人或部門(mén)分配、家具和設(shè)備庫(kù)存）和關(guān)于可出租面積、租賃收入或部門(mén)成本分配的重要財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)都更加易于管理和使用。穩(wěn)定訪問(wèn)這些類(lèi)型的信息可以提高建筑運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的收益與成本管理水平?！　?、建筑信息模型技術(shù)的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)IFC　　BIM的主要信息數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是采用的IFC標(biāo)準(zhǔn)。IFC（IndustryFoundationClasses）是IAI組織（InternationalAllianceforInteroperability）———國(guó)際協(xié)同聯(lián)盟建立的標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)。IFC標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)計(jì)算機(jī)可以處理的建筑數(shù)據(jù)表示和交換標(biāo)準(zhǔn)，其目的是支持工程項(xiàng)目全生命周期各個(gè)階段信息的共享和交換。它提供了一個(gè)不依賴(lài)于任何具體系統(tǒng)的，適合于描述貫穿整個(gè)項(xiàng)目生命周期內(nèi)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的中性機(jī)制，有效地支持建筑行業(yè)各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)和建筑物全生命周期的數(shù)據(jù)管理，且不要求應(yīng)用軟件內(nèi)部也使用這套標(biāo)準(zhǔn)，只需要與其他應(yīng)用軟件交換信息時(shí)符合這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)即可。作為應(yīng)用于AEC/FM（建筑、工程、施工、設(shè)備管理）各個(gè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)，IFC模型不僅僅包括了那些看得見(jiàn)、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(jì)劃、空間、組織、造價(jià)等等）。最新的IFC標(biāo)準(zhǔn)包含了以下9個(gè)建筑領(lǐng)域：　　1）建筑領(lǐng)域；　　2）結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域；　　3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件領(lǐng)域；　　4）電氣領(lǐng)域；　　5）施工管理領(lǐng)域；　　6）物業(yè)管理領(lǐng)域；　　7）HVAC領(lǐng)域；　　8）建筑控制領(lǐng)域；　　9）管道以及消防領(lǐng)域?！　FC標(biāo)準(zhǔn)的模型結(jié)構(gòu)體系由四個(gè)層次構(gòu)成，從下到上分別是資源層（ResourceLayer）、核心層（CoreLayer）、交互層（Interoper-abilityLayer）以及領(lǐng)域?qū)樱―omainLayer）。每層中都包含一系列的信息描述模塊，并且遵守一個(gè)規(guī)則：每個(gè)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?！　』贗FC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)文件的交換，需要兩個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)都能夠識(shí)別IFC格式的數(shù)據(jù)文件，首先由支持IFC標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用系統(tǒng)生成基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑模型，該模型可以包含建筑構(gòu)件的幾何、材料、屬性及其他相關(guān)信息?！　?、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的可行性分析　　以ENERGYPLUS軟件為例，這是一款美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）在DOE和BLAST的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的新一代能耗模擬軟件。其主要采用IDF數(shù)據(jù)文件輸入，其輸入數(shù)據(jù)詞典（IDD）包括：建筑概況、熱區(qū)幾何描述、建筑材料屬性、建筑使用性信息、溫度調(diào)控策略、HVAC系統(tǒng)描述、模擬結(jié)果輸出定制等。根據(jù)前面所提到的IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，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?qū)ο蟮姆绞綄?duì)信息進(jìn)行描述和組織。目前由LBNL主導(dǎo)開(kāi)發(fā)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了IFC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(shè)計(jì)軟件提供建筑幾何信息和部分材料信息。因此基于IFC的數(shù)據(jù)輸入標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)BIM與建筑能耗分析軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是有可行性的?！　‰m然兩者都是采用面向?qū)ο蟮姆绞矫枋鼋ㄖ?，但是BIM中的建筑模型對(duì)構(gòu)件和建筑組成描述是相當(dāng)具體詳細(xì)的，相比較而言，在能耗分析軟件中，具體的建筑空間和復(fù)雜的建筑構(gòu)件則被抽象為簡(jiǎn)單的熱區(qū)和表面。兩種模型之間的差異導(dǎo)致了將IFC數(shù)據(jù)向IDF數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的復(fù)雜性。因此在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，會(huì)面臨解決如下的一些問(wèn)題：　　1）熱區(qū)的設(shè)置：在能耗分析軟件中，通常需要將具有同樣溫度調(diào)控的相鄰房間設(shè)置為一個(gè)熱區(qū)，這就意味著IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的多個(gè)空間需要被合并為單個(gè)空間，并且跨越多個(gè)熱區(qū)的墻體需要被拆分為多個(gè)屬于不同熱區(qū)的表面，因此需要提供一些交互式的使用功能?！　?）熱區(qū)表面幾何形態(tài)的簡(jiǎn)化：對(duì)于熱量傳導(dǎo)而言，不需要準(zhǔn)確的熱區(qū)表面幾何形態(tài)描述，因此需要簡(jiǎn)化表面幾何形態(tài)的模式和算法?！　?）表面環(huán)境和外部環(huán)境特征的確定：在能耗軟件中需要確定表面的類(lèi)型（如熱存儲(chǔ)、熱傳導(dǎo)），以及表面的外部環(huán)境和環(huán)境對(duì)象，這些不能直接從IFC數(shù)據(jù)中獲取，需要根據(jù)溫度調(diào)控要求以及熱區(qū)的設(shè)置結(jié)果進(jìn)行具體的判斷?！　?、結(jié)語(yǔ)　　利用BIM通過(guò)參數(shù)化實(shí)體造型技術(shù)使計(jì)算機(jī)可以表達(dá)真實(shí)建筑所具有的信息，并且實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)軟件與下游軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，是未來(lái)BIM發(fā)展的重要方向，BIM這場(chǎng)信息革命，將對(duì)工程建設(shè)從設(shè)計(jì)、建造、加工、施工、銷(xiāo)售、物業(yè)管理等各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)于整個(gè)建筑行業(yè)，都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 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