CN109635485A - 基于ifc标准的隧道动态施工信息模型构件实体扩展方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于IFC标准的隧道动态施工信息模型构件实体扩展方法，其包括步骤1、基于IFC标准的隧道动态施工数据模型建立；步骤2、基于REVIT的隧道BIM模型创建及IFC中性文件导出；步骤3、IFC中性文件隧道实体及属性集名称转换，该方法可以实现多种隧道工程软件系统之间的信息交互，扩展的隧道动态施工数据模型具有很强的开放性、可持续性。

Description

基于IFC标准的隧道动态施工信息模型构件实体扩展方法

技术领域

本发明涉及隧道工程领域，具体涉及基于IFC标准的隧道动态施工信息模型构件实体扩展方法。

背景技术

随着城市的迅速发展，地下岩土工程成为了现阶段各科研工作者研究的热点领域，地铁工程作为城市基础建设中的重要组成部分，正迅速成为各大城市争相建设的重点。我国地下工程的建设方兴未艾，由于地下工程施工复杂，有着不确定性、高风险、施工管理难、施工方式落后等特点。地下岩土工程施工本身属于一个复杂的开放的巨系统，传统的解析和数值计算往往由于参数模型与实际相差很远很难直接用于施工的指导，人为的经验也有很大的盲目性。

科学技术的快速发展积极推进了隧道及地下工程研究的深入，同时施工理论和施工方法也在逐步的发展。以“新奥法”、“观察法施工”等为代表的现代隧道理论高度重视施工过程监测信息的快速获得和分析，并用来指导施工，其核心是通过监测数据来反分析参数并控制结构稳定性。然而，隧道施工过程必将产生庞大的数据，同时反馈分析涉及大量的专业知识，导致在施工过程中仍存在诸多问题令施工者们深受困扰。究其原因，主要分为以下情况：

1、在隧道及地下工程的施工过程中，存在大量的工程数据，但是这些数据存于各自的系统中，产生“信息孤岛”局面，难以对其进一步的融合分析，使其产生更大的价值。

2、建筑信息模型(BIM)技术通过统一的数据标准工业基础类(IFC)集成工程各类相关信息，支撑和促进工程生命周期各阶段之间的信息共享。但是IFC缺少对隧道领域实体的定义和针对性的描述，不能满足实际工程信息建设与管理的需求。

发明内容

本发明针对以上的问题提出了一种基于IFC标准的隧道动态施工信息模型构件实体扩展方法，

本发明采用的技术手段如下：

一种基于IFC标准的隧道动态施工信息模型构件实体扩展方法，包括以下步骤：

步骤1、基于IFC标准的隧道动态施工数据模型建立；

步骤1.1基于隧道动态施工流程并根据隧道具体结构确定新增隧道构件实体类的名称以及新增实体在IFC模型框架中的继承关系，完成新的隧道构件IFC实体自定义；

步骤1.2根据建筑工程领域的实体描述方法，在IFC标准的EXPRESS语言定义文件中将步骤1.1所自定义的隧道构件实体以及各隧道构件类型按照其在IFC模型框架中的继承关系加入到所定义实体的父级对象下，同时对新增的隧道构件实体加入其自身的属性；

步骤1.3根据隧道动态施工信息反馈实际使用需求完成对自定义隧道构建实体基于属性集的拓展，包括自定义属性集名称、属性集所包含属性以及属性的属性类型及数据类型定义；

步骤2、基于REVIT的隧道BIM模型创建及IFC中性文件导出；

步骤2.1遵循族类型代码命名能够最大限度的反映所描述构件族类型的关键信息得原则，明确所创建隧道构件族类型代码命名规则；

步骤2.2利用Revit软件创建隧道构件实体的隧道构件族，根据步骤2.1中的代码命名规则对所创建隧道构件族类型进行代码命名，根据步骤1.3中定义的隧道构件属性集定义的属性内容完成隧道构件族实例参数的添加；

步骤2.3根据隧道不同的施工方式以及不同施工阶段要求，将步骤2.2中创建的构件族导入到项目，实例化族参数，建立相应的隧道模型；

步骤2.4通过“IFC for Revit”工具导出步骤2.3中建立的隧道模型的IFC中性文件；

步骤3、IFC中性文件隧道实体及属性集名称转换；

步骤3.1遍历步骤2.4中导出的IFC中性文件，得到描述隧道构建实体的语句，需根据该实体关于名称的属性信息来确定该实体所表示的隧道构件类型，该实体的名称是由上述在隧道构件族创建过程中对族类型命名代码决定；

步骤3.2基于步骤3.1中的信息，完成新的自定义隧道构件IFC实体与IfcBuildingElementProxy的替换；

步骤3.3另外还需要检索该实体与其属性参数的关联语句，根据与该实体关联的属性参数名称及类型，完成自定义属性集名称的添加及替换；

步骤3.4根据修改后的EXPRESS文件对相关的IFC文件显示操作平台进行调整，可有效显示扩展后的实体类。

与现有技术比较，本发明所述的基于IFC标准的隧道动态施工信息模型构件实体扩展方法具有以下有益效果：1、现有的IFC标准缺少对隧道领域实体的定义和针对性的描述，本方法采用了基于IFC标准的隧道构件实体扩展，在IFC的架构中新增隧道构件实体对象及其属性信息，因此，对于任何类型的隧道构件，无论外形尺寸和属性信息如何变化，都可以通过该扩展方法形成符合IFC标准的隧道模型，支持扩展任何BIM软件输出的隧道构件模型，通用性强，扩展质量高。

2、在隧道及地下工程的施工过程中，存在大量的工程数据，但是这些数据存于各自的系统中，采用各系统专属的数据格式，产生“信息孤岛”局面，难以进行不同软件系统之间的数据共享与交换，本方法在现有IFC标准的基础上，根据IFC标准扩展机制，建立隧道结构各类构件的信息描述，并根据隧道动态施工信息反馈流程，对隧道实体进行基于属性集的拓展，建立基于IFC标准的隧道动态施工数据模型。通过本扩展方法，其他隧道工程软件系统无需做任何变更修改，可导入隧道动态施工数据模型数据，扩展后的隧道动态施工数据模型数据具有很强的开放性、可持续性。

3、该研究成果可为基于统一的数据标准建立隧道三维模型提供指导，最终并为实现隧道建设过程中的数值计算分析以及动态施工反馈分析管理提供一种新的模型数据源。

附图说明

图1为本发明公开的基于IFC标准的隧道动态施工信息模型构件实体扩展方法的流程图；

图2为步骤1的流程图；

如图3和图4所示为根据隧道具体的结构确定的新增加隧道领域实体以及该实体在IFC模型框架中的继承关系的部分示意图；

图5为步骤2的流程图；

图6为隧道BIM模型构件族类型名称代码规则；

图7为图8为步骤3的流程图。

具体实施方式

如图1所示为本发明公开的基于IFC标准的隧道动态施工信息模型构件实体扩展方法，包括以下步骤：

步骤1、基于IFC标准的隧道动态施工数据模型建立；

如图2所示，步骤1.1基于隧道动态施工流程根据隧道具体结构确定新增隧道构件实体类的名称以及新增实体在IFC模型框架中的继承关系，完成新的隧道构件IFC实体自定义；

如图3和图4所示为根据隧道具体的结构确定的新增加隧道领域实体以及该实体在IFC模型框架中的继承关系的部分示意图，图中实线框中为现有的IFC文件具有的部分实体，图中虚线框中的内容为根据隧道具体的结构确定新增加隧道实体以及在IFC模型框架中的继承关系，例如，如图3所示，根据实际需要，首先在所有空间结构单元类(IfcSpatialStructureElement)下添加表示隧道整体空间的实体(IfcTunne)和表示隧道分部空间的实体(IfcTunnelPart)，并从形式的角度定义隧道的类型枚举(IfcTunnelTypeEnum)，从功能的角度定义隧道的功能类型枚举类(IfcTunnelFunctionTypeEnum)，同时定义(IfcTunnelPart TypeEnum)隧道组成类型枚举。

如图3所示，实体IfcElement包含了组成产品的所有物理组件的通用元素、外形表达等信息。在物理元素总类(IfcElement)下添加实体土木工程领域元素(IfcCivilElement)，与建筑元素(IfcBuildingElement)具有相同层次位置，在土木工程领域元素(IfcCivilElement)下添加表示隧道结构物理元素的抽象实体(IfcTunnelElement)，隧道结构物理元素的抽象实体(IfcTunnelElement)作为所有隧道构件实体的父类，派生隧道围岩(IfcTunnelSurroundingRock)、系统锚杆(IfcSystemAncherBolt)、系统钢架(IfcSystemSteelFrame)、初支喷混(IfcInitialSupportShotcrete)、衬砌结构(IfcTunnelLiningStructure)、超前支护(IfcTunnelAdvanceSupport)、仰拱填充(IfcTunnelInvertFilling)、防水层(IfcWaterproofLayer)等隧道构件实体。

步骤1.2根据建筑工程领域的实体描述方法，在IFC标准的EXPRESS语言定义文件中将步骤1.1所自定义的隧道构件实体以及各隧道构件类型按照其在IFC模型框架中的继承关系加入到所定义实体的父级对象下，同时对新增的隧道构件实体加入其自身的属性在实际过程中，需要将步骤1.1中对应的英文字符输入要IFC标准的EXPRESS语言定义文件中。

步骤1.3根据隧道动态施工信息反馈流程完成对自定义隧道构建实体基于属性集的拓展，包括自定义属性集名称、属性集所包含属性以及属性的属性类型及数据类型定义；

表1为步骤1.3中部分隧道构件实体属性集及属性定义：

表1

注：IfcPropertySingleValue为定义实体单值属性的属性类型；

步骤2、基于REVIT的隧道BIM模型创建及IFC中性文件导出；

如图5所示为步骤2的流程图，其包括：

步骤2.1遵循族类型代码命名能够最大限度的反映所描述构件族类型的关键信息得原则，明确所创建隧道构件族类型代码命名规则；

如图6所示为本发明的隧道构件族类型代码命名规则，其包括内容依次为工程名称首字母、构建类别首字母、围岩级别以及里程。

步骤2.2利用Revit软件创建隧道构件实体所对应的隧道构件族，根据步骤2.1中的代码命名规则对所创建隧道构件族类型进行代码命名，根据步骤1.3中定义的隧道构件属性集定义的属性内容完成隧道构件族实例参数的添加；

如图7所示为利用Revit软件创建的隧道构件族库组成图示，包括超前支护、衬砌结构、隧道围岩、初支喷混、仰拱填充、系统锚杆以及系统钢架等结构，超前支护包括超前导管和超前管棚，衬砌结构包括衬砌结构-拱墙衬砌、衬砌结构-仰拱衬砌和衬砌结构-管片衬砌，隧道围岩包括隧道围岩-已开挖-半幅，隧道围岩-未开挖和隧道围岩-已开挖-整幅，初支喷混包括初支喷混-拱墙初衬，仰拱填充包括仰拱填充，系统锚杆包括系统锚杆-中空锚杆和系统锚杆-砂浆锚杆，系统钢架包括系统钢架等。

步骤2.3根据隧道不同的施工方式以及不同施工阶段要求，将步骤2.2中创建的构件族导入到项目，实例化族参数(为构件族进行参数赋值)，建立相应的隧道模型；

步骤2.4通过“IFC for Revit”工具导出步骤2.3中建立的隧道模型的IFC中性文件。

步骤3、IFC中性文件隧道实体及属性集名称转换；

如图8所示为IFC中性文件隧道实体及属性集名称转换的流程图，其包括：

步骤3.1遍历步骤2.4中导出的IFC中性文件，得到描述隧道构件实体的语句，在初始IFC文件中，隧道构件实体统一以IfcBuildingElementProxy表示，遍历导出的IFC中性文件，若描述隧道构件实体的语句采用IfcBuildingElementProxy表示隧道构件实体，则检索该语句关于该实体名称的属性信息，判断是否包含构件族类型命名代码，若包含，根据该实体关于名称的属性信息来确定该实体所表示的隧道构件类型，若该语句不包含构件族类型命名代码，则继续对IFC中性文件进行检索，该实体的名称是由上述在隧道构件族创建过程中对族类型命名代码来确定。

步骤3.2基于步骤3.1中的信息，完成新的自定义隧道构件IFC实体与IfcBuildingElementProxy的替换；

步骤1中对现有IFC标准进行的隧道实体及属性集定义时，定义隧道构件为所有实体名称，所以本步骤通过分析IFC中性文件中IfcBuildingElementProxy所描述的隧道构件为何种部件(通过第2步对隧道构件族类型命名代码辨别)，确定利用哪一个自定义实体进行实体名称替换。

例如，对IFC中性文件的语句进行分析，由于该语句中实体类型名称ZFL-CZPH-\X2\2164\X0\-K94+550为步骤2中对于隧道初支喷混构件的代码命名，所以可以确定该语句为隧道初支喷混构件的实体描述，步骤1定义隧道初支喷混构件为IfcInitialSupportShotcrete实体，所以需要进行IFCINITIALSUPPORTSHOTCRETE与IFCBUILDINGELEMENTPROXY的替换

步骤3.3另外还需要根据该实体实例号与该实体自定义属性集的内容检索该实体与其属性参数的关联语句，通过判断关联语句是否包含该实体与其自定义属性所构成的属性集描述语句的实例号，若包含，根据与该实体关联的属性参数名称及类型，完成自定义属性集名称的添加及替换；若该语句同时不包含该实体与相应属性集实例号，则继续对IFC中性文件进行检索，

由于IFC实体本身只定义很少的、普遍性的属性(静态属性)，其具体化的属性通过属性定义实体IfcPropertyDefinition来补充。故本实发明根据隧道动态施工信息反馈流程，在步骤1.3进行隧道构件实体属性集及属性定义，将所定义的属性在建模过程中通过添加实例或类型参数的方式添加至隧道构件中，但属性集名称无法在模型创建过程之中进行添加及更新，所以还需要在导出的IFC中性文件中找到属性集名称描述的语句(该步寻找过程可根据所添加属性名称进行IFC中性文件的检索，从而确定属性集名称描述的语句)，完成属性集名称的替换。

#2653＝IFCPROPERTYSET('2n7mM02J5AG9HpPDSqyPuj',#42,'\X2\75356C14\X0\',$,(#2605,#2606))；

由于该语句中的实例号#2605以及#2606所描述的为系统钢架建模过程中所添加的的钢架间距与钢架型号属性，故该语句为钢架间距与钢架型号两个属性的属性集名称描述的语句，根据所定义的该两个属性的属性集名称完成属性集名称的替换。

#2653＝IFCPROPERTYSET('2n7mM02J5AG9HpPDSqyPuj',#42,'

Pset_SystemSteelFrame',$,(#2605,#2606))；

步骤3.4根据修改后的EXPRESS文件对相关的IFC文件显示操作平台进行调整，可有效显示扩展后的实体类。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于IFC标准的隧道动态施工信息模型构件实体扩展方法，包括以下步骤：

步骤1、基于IFC标准的隧道动态施工数据模型建立；

步骤1.1基于隧道动态施工流程并根据隧道具体结构确定新增隧道构件实体类的名称以及新增实体在IFC模型框架中的继承关系，完成新的隧道构件IFC实体自定义；

步骤1.2根据建筑工程领域的实体描述方法，在IFC标准的EXPRESS语言定义文件中将步骤1.1所自定义的隧道构件实体以及各隧道构件类型按照其在IFC模型框架中的继承关系加入到所定义实体的父级对象下，同时对新增的隧道构件实体加入其自身的属性；

步骤1.3根据隧道动态施工信息反馈实际使用需求完成对自定义隧道构建实体基于属性集的拓展，包括自定义属性集名称、属性集所包含属性以及属性的属性类型及数据类型定义；

步骤2、基于REVIT的隧道BIM模型创建及IFC中性文件导出；

步骤2.1遵循族类型代码命名能够最大限度的反映所描述构件族类型的关键信息得原则，明确所创建隧道构件族类型代码命名规则；

步骤2.2利用Revit软件创建隧道构件实体的隧道构件族，根据步骤2.1中的代码命名规则对所创建隧道构件族类型进行代码命名，根据步骤1.3中定义的隧道构件属性集定义的属性内容完成隧道构件族实例参数的添加；

步骤2.3根据隧道不同的施工方式以及不同施工阶段要求，将步骤2.2中创建的构件族导入到项目，实例化族参数，建立相应的隧道模型；

步骤2.4通过“IFC for Revit”工具导出步骤2.3中建立的隧道模型的IFC中性文件；

步骤3、IFC中性文件隧道实体及属性集名称转换；

步骤3.1遍历步骤2.4中导出的IFC中性文件，得到描述隧道构建实体的语句，需根据该实体关于名称的属性信息来确定该实体所表示的隧道构件类型，该实体的名称是由上述在隧道构件族创建过程中对族类型命名代码决定；

步骤3.2基于步骤3.1中的信息，完成新的自定义隧道构件IFC实体与IfcBuildingElementProxy的替换；

步骤3.3另外还需要检索该实体与其属性参数的关联语句，根据与该实体关联的属性参数名称及类型，完成自定义属性集名称的添加及替换；

步骤3.4根据修改后的EXPRESS文件对相关的IFC文件显示操作平台进行调整，可有效显示扩展后的实体类。