CN110176076B - 一种对基于ifc格式的bim模型进行空间操作的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对基于IFC格式的BIM模型进行空间操作的方法，基于数据结构中树型结构的概念，以配置文件的方式提供空间信息。通过程序解析，可以对BIM模型不同的层级的空间结构进行操作。通过本发明，无论从顶层空间构件操作底层空间构件，或者通过底层空间构件操作顶层空间构件，都清晰可控，方便快捷。基于本发明中采取的方案，BIM建模人员在建模时，仍然按照固有的工作方式进行建模，无需进行额外的空间业务考虑。在建模完成之后只需要指导系统软件开发人员写一个空间配置文件即可。

Description

一种对基于IFC格式的BIM模型进行空间操作的方法

技术领域

本发明属于智能建筑技术领域，涉及一种对基于IFC格式的BIM模型进行空间操作的方法。

背景技术

目前在智能建筑领域BIM模型的通用文件格式为IFC(Industry FoundationClasses)，该标准是IAI(International Alliance of Interoperability)组织制定的建筑工程数据交换标准。IFC标准有以下三个特点：1、IFC标准是面向建筑工程领域，主要是工业与民用建筑；2、IFC标准是公开、开放的；3、IFC是数据交换标准，用户异质系统交换和共享数据。

IFC标准的核心技术分为两部分：工程信息如何描述和工程信息如何获取。目前模型对应的IFC是按照模型类，视图类进行分类；模型类中分为系统族和构件族，视图类中分为基准族，注释，详图；系统族中分为墙，楼板，屋顶，楼梯等等；构件族分为门窗，家具，电梯，构建柱子等等；基准族分为网轴，标高，参照平面，参照线等等；注解包括文字注释，标记，符号，尺寸标高等等；详图分为详图线，填充区域，详图构件等等。因此通过传统IFC的组织结构只能按照模型的类型对模型进行整体操作，而无法对同一个空间区域进行整体操作。例如只能同时操作所有墙，同时操作所有屋顶或者同时操作做所有门窗等；而无法同时操作一个房间，有四面墙，一个地板，一个天花板，房间内部的柱子，家具等。所以按照传统的IFC组织结构是无法对以该房间为研究对象对这个几何空间进行整体操作，或者以数据为驱动对该房间进行操作的。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种对基于IFC格式的BIM模型进行空间操作的方法，满足基于BIM模型的系统中对空间操作的需求。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种对基于IFC格式的BIM模型进行空间操作的方法，包括以下操作：

1)进行BIM建模并要求建模时各模块中有唯一的标识；

2)根据空间操作的需求，对建立的BIM模型的空间结构进行逻辑划分，得出一个空间层级结构；

3)按照空间层级结构为执行BIM模型的系统构建空间配置文件，所述空间配置文件为BIM模型中各模块的标识的集合；

4)将空间配置文件导入到基于IFC的BIM引擎中，BIM引擎遍历空间配置文件，构造与其相对应的树结构；所述的树结构是空间配置文件中的层级结构的组织存储方式，其中每个叶子节点表示一个IFC模型物理的构件，叶子节点的父节点为一个容器节点，非叶子节点为不同层级的容器节点；

5)在执行BIM模型进行空间操作时，采用自顶向下进行的空间操作或自底向上进行空间操作；

所述的自顶向下进行的空间操作为：选择所需的空间容器节点，通过BIM引擎在构建的树结构中进行检索，找到该空间容器节点的所有子节点、孙节点、叶子节点，收集所有的节点信息，进行相关的空间图形操作；

所述的自底向上进行空间操作为：选择某一底层节点，通过BIM引擎在构建的树结构中进行检索，找到该节点的父亲节点，再一层一层向上直到根节点；然后按照操作需求通过不同层级的祖先节点再向下进行遍历检索，找到所需要的空间及其相关空间构件进行操作或展示。

所述的BIM建模是建模者通过BIM建模方式进行建模，在一个模型的建模过程中赋予各操作构件唯一的标识。

所述的空间层级结构是依据业务及其操作需求对模型空间结构进行逻辑划分。

所述的空间配置文件的格式为执行BIM模型的系统所能够识别的格式；

空间配置文件的内容是体现空间层级结构的BIM模型中各模块标识的集合；所述的空间层级包括业务要求的逐层空间，最底层的空间为可执行的最小操作元素。

所述的容器节点是对空间层级的映射，通过对空间层级的映射将其所对应的空间在IFC界面进行显示；

每个容器节点还设有父节点，该父节点也是一个容器节点。

在树结构中，对于公共元素通过一个子节点的多个父节点来进行体现。

在执行BIM模型进行空间操作时，采用自顶向下进行的空间操作流程为：

选择所需的空间容器节点，通过BIM引擎在构建的树结构中搜索，依次遍历当前非叶子节点、遍历当前子节点，在遍历过程中将叶子节点存放起来，直到所有遍历结束，按照存放的叶子节点对模型进行空间操作。

在执行BIM模型进行空间操作时，采用自底向上进行空间操作流程为：

选择所需的空间容器节点或叶子节点，通过BIM引擎在构建的树结构中搜索，找到该节点的父亲节点列表，遍历父节点列表中每一个容器节点，然后遍历当前非叶子节点及叶子节点列表，一层一层向上直到根节点；在遍历过程中将叶子节点存放起来，直到所有遍历结束，按照存放的叶子节点对模型进行空间操作。

公共部分构件的控件操作流程：

选择公共部分构件，沿树结构向上遍历，找到其多个父节点；从多个父节点向下遍历，获得拥有公共部分构件的空间下的所有构件，对整体空间进行操作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的对基于IFC格式的BIM模型进行空间操作的方法，使基于IFC文件的模型空间结构划分详细、操作方便，可以极大的满足基于BIM模型的开发运维系统中对空间操作的需求，从根本上弥补了目前BIM建模中没有空间结构信息的短板。由于本发明在建立模型时采用了空间配置文件的方法，一方面可以在不改变原有IFC建模流程的前提下，将用户关注的空间信息进行组装，可以十分方便的在不同层级上对模型进行空间结构的操作；另一方面建模者可以自己定义空间的概念，例如建模者可以将空间上实际不在一起的组件按照业务需要定义成一个逻辑空间。更进一步本发明的空间配置采用了基于数据结构中树型结构的概念，以配置文件的方式提供空间信息；在系统中通过程序解析，可以对BIM模型不同的层级的空间结构进行操作：无论从顶层空间构件操作底层空间构件，或者通过底层空间构件操作顶层空间构件，都清晰可控，方便快捷。

本发明提供的对基于IFC格式的BIM模型进行空间操作的方法，具有很强的操作性和兼容性，操作方便而且实施便捷；BIM建模人员在建模时，可以仍然按照固有的工作方式进行建模，无需进行额外的空间业务考虑；在建模完成之后只需要系统开发人员制作一个相应的空间配置文件即可。

附图说明

图1为本发明的构建空间信息以及空间信息映射流程示意图；

图2为自顶向下进行空间操作流程示意图；

图3为自底向上进行空间操作流程示意图；

图4为公共部分构件的控件操作流程示意图；

图5为基于IFC文件结构的BIM模型传统结构示例；

图6-1～6-3为基于表1的几种树结构示意图；

图7为以IFC文件结构为基础，本发明的BIM模型的空间结构示例；

图8-1～8-7为本发明对空间结构进行操作例的效果展示图；

图9-1～9-2为本发明具体应用实例(学生宿舍管理系统)的空间操作的效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。

当前IFC的建筑信息模型没有空间构件的划分，只有按照建模时的族进行划分，而将基于IFC文件解析的BIM模型引入到楼宇运维以及物联网控制时候，基于空间结构对模型进行操作往往是强需求。针对上述需求，本发明在建模人员和开发人员之间通过配置文件的方式，将BIM模型的空间进行划分，从而在基于IFC文件开发的运维系统中，可以根据具体业务对选定的具体空间进行方便的操作。

参见图1-图4，一种对基于IFC格式的BIM模型进行空间操作的方法，包括以下操作：

1)进行BIM建模并要求建模时各模块中有唯一的标识；

2)根据空间操作的需求，对建立的BIM模型的空间结构进行逻辑划分，得出一个空间层级结构；

3)按照空间层级结构为执行BIM模型的系统构建空间配置文件，所述空间配置文件为BIM模型中各模块的标识的集合；

4)将空间配置文件导入到基于IFC的BIM引擎中，BIM引擎遍历空间配置文件，构造与其相对应的树结构；所述的树结构是空间配置文件中的层级结构的组织存储方式，其中每个叶子节点表示一个IFC模型物理的构件，叶子节点的父节点为一个容器节点，非叶子节点为不同层级的容器节点；

5)在执行BIM模型进行空间操作时，采用自顶向下进行的空间操作或自底向上进行空间操作；

所述的自顶向下进行的空间操作为：选择所需的空间容器节点，通过BIM引擎在构建的树结构中进行检索，找到该空间容器节点的所有子节点、孙节点、叶子节点，收集所有的节点信息，进行相关的空间图形操作；

所述的自底向上进行空间操作为：选择某一底层节点，通过BIM引擎在构建的树结构中进行检索，找到该节点的父亲节点，再一层一层向上直到根节点；然后按照操作需求通过不同层级的祖先节点再向下进行遍历检索，找到所需要的空间及其相关空间构件进行操作或展示。

具体的，所述的BIM建模是建模者通过BIM建模方式进行建模，在一个模型的建模过程中赋予各操作构件唯一的标识。

具体的，所述的空间层级结构是依据业务及其操作需求对模型空间结构进行逻辑划分。

具体的，所述的空间配置文件的格式为执行BIM模型的系统所能够识别的格式；

空间配置文件的内容是体现空间层级结构的BIM模型中各模块标识的集合；所述的空间层级包括业务要求的逐层空间，最底层的空间为可执行的最小操作元素。

其中，所述的容器节点是对空间层级的映射，通过对空间层级的映射将其所对应的空间在IFC界面进行显示；

每个容器节点还设有父节点，该父节点也是一个容器节点。

在树结构中，对于公共元素通过一个子节点的多个父节点来进行体现。

参见图2，在执行BIM模型进行空间操作时，采用自顶向下进行的空间操作流程为：

选择所需的空间容器节点，通过BIM引擎在构建的树结构中搜索，依次遍历当前非叶子节点、遍历当前子节点，在遍历过程中将叶子节点存放起来，直到所有遍历结束，按照存放的叶子节点对模型进行空间操作。

参见图3，在执行BIM模型进行空间操作时，采用自底向上进行空间操作流程为：

选择所需的空间容器节点或叶子节点，通过BIM引擎在构建的树结构中搜索，找到该节点的父亲节点列表，遍历父节点列表中每一个容器节点，然后遍历当前非叶子节点及叶子节点列表，一层一层向上直到根节点；在遍历过程中将叶子节点存放起来，直到所有遍历结束，按照存放的叶子节点对模型进行空间操作。

参见图4，公共部分构件的控件操作流程：

选择公共部分构件，沿树结构向上遍历，找到其多个父节点；从多个父节点向下遍历，获得拥有公共部分构件的空间下的所有构件，对整体空间进行操作。

下面给出具体的实施例。

本发明提出的方法，建模人员通过BIM建模方式进行建模，在一个建模过程中保证命名规则不重复。然后建模人员和开发人员进行沟通，之后按照业务需求，对模型空间结构进行逻辑划分，得出一个空间层级结构。

开发人员再根据空间层级结构，写空间配置文件。空间配置文件可以是任意格式，空间配置文件的内容是一个清晰的空间层次划分。空间配置文件可参考表1。

表1空间结构的配置文件

Building@1:Floor@1,Floor@2,给水管,风管
	Floor@1:Room@101,Room@102,GD1,HF
Floor@2:Room@201,Room@202,GD2,FG
	Room@101:WQ-1001,WQ-1002,WQ-1003,WQ-1004,DB-1,M1,CW1,WN1,ZZ1
Room@102:WQ-1002,WQ-1005,WQ-1006,WQ-1007,DB-2,M2,CW2,WN2,ZZ2
	Room@201:WQ-2001,WQ-2002,WQ-2003,WQ-2004,DB-4,M3,CW3,WN3,ZZ3
Room@202:WQ-2002,WQ-2005,WQ-2006,WQ-2007,DB-3,M4,CW4,WN4,ZZ4
	给水管:GD1,GD2
风管:FG,HF

将该配置文件导入到基于IFC的BIM引擎中，引擎程序遍历空间配置文件，构造树结构。该树结构是配置文件中层级结构在计算机中的组织存储方式。每个叶子节点表示一个IFC模型物理的构件，叶子节点的父节点为一个容器节点；非叶子节点表示不同层级的容器节点。

所述的容器节点是软件开发人员定义的和空间层级映射的逻辑概念，IFC模型在界面显示时，空间结构上没有和计算机图形学中mesh的物理映射，例如没有某个meshgroup对应一个房间，或者一个大楼，所以需要给出定义；因此通过楼容器节点，楼层容器节点，房间容器节点等把这些空间抽象出来；每个容器节点可以有父节点，其父节点也是一个容器节点。

构造的树结构可参考图6-1～6-3，导入到在BIM引擎中的空间结构表达可参考图7(可以看到与图5相比，图7已经建立了空间结构表达)。

原则上每一个底层的空间构件节点或者容器节点只包含一个上层空间容器的父节点，但是考虑到BIM模型中在空间划分上会有公共部分，例如两个房间中可能会有公共墙体，两个楼层中会有公共设备等因素，所以本发明中亦允许一个子节点有多个父节点。

参考图8-1～8-7所展示的空间操作，可以进行从上到下或者自下到上的空间操作：

在执行操作时选择具体的空间容器节点，通过在所构造的树型结构中进行检索找到该空间容器节点的所有子节点，孙节点，一直到到叶子节点，收集所有的节点信息(构件id号)，进行和具体业务相关的图形操作。

或者选择某一个底层节点，通过在所构造的树型结构进行检索，找到该节点的，父亲节点，一层一层向上直到根节点。然后按照具体业务需求，再通过不同层级的祖先节点再向下进行遍历检索，就可以找到具体业务关心的和本步骤选择的节点相关的空间内其他空间构件的操作。

本发明应用于BIM引擎之后，可以自由灵活，高效的对基于IFC格式文件的BIM模型进行空间操作，并且以控件为维度，在不同粒度对空间模型进行操作。真正做到了给没有空间信息的BIM模型附加了空间信息。图7，图8中是本发明对空间的操作在BIM引擎中的使用。

在学生宿舍BIM管理系统的实施例中，对于学生宿舍管理中房间管理，楼层管理，宿舍空间划分管理，本发明所论述的方法都得到了成功的使用。图8是本发明对空间操作在学生宿舍管理系统中的使用。在该系统中，用户通过选择楼层，可以对以楼层为单位的空间内的所属物进行操作、用户选择房间，可以对以房间为单位的空间内的所属物进行操作。用户可以不同的空间为研究对象，对相关数据进行统计分析。

本发明所提供的技术方案在模型的空间操作上在不给建模人员增加任何工作量的前提下拥有了极大的自由度。开发人员可以按照具体的需求对空间进行自由的定义和组装，极大的满足了多变的空间操作的需求。

以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种对基于IFC格式的BIM模型进行空间操作的方法，其特征在于，包括以下操作：

1)进行BIM建模并要求建模时各模块中有唯一的标识；

2)根据空间操作的需求，对建立的BIM模型的空间结构进行逻辑划分，得出一个空间层级结构；

3)按照空间层级结构为执行BIM模型的系统构建空间配置文件，所述空间配置文件为BIM模型中各模块的标识的集合；

4)将空间配置文件导入到基于IFC的BIM引擎中，BIM引擎遍历空间配置文件，构造与其相对应的树结构；所述的树结构是空间配置文件中的层级结构的组织存储方式，其中每个叶子节点表示一个IFC模型物理的构件，叶子节点的父节点为一个容器节点，非叶子节点为不同层级的容器节点；

5)在执行BIM模型进行空间操作时，采用自顶向下进行的空间操作或自底向上进行空间操作；

所述的自顶向下进行的空间操作为：选择所需的空间容器节点，通过BIM引擎在构建的树结构中进行检索，找到该空间容器节点的所有子节点、孙节点、叶子节点，收集所有的节点信息，进行相关的空间图形操作；

所述的自底向上进行空间操作为：选择某一底层节点，通过BIM引擎在构建的树结构中进行检索，找到该节点的父亲节点，再一层一层向上直到根节点；然后按照操作需求通过不同层级的祖先节点再向下进行遍历检索，找到所需要的空间及其相关空间构件进行操作或展示。

2.如权利要求1所述的对基于IFC格式的BIM模型进行空间操作的方法，其特征在于，所述的BIM建模是建模者通过BIM建模方式进行建模，在一个模型的建模过程中赋予各操作构件唯一的标识。

3.如权利要求1所述的对基于IFC格式的BIM模型进行空间操作的方法，其特征在于，所述的空间层级结构是依据业务及其操作需求对模型空间结构进行逻辑划分。

4.如权利要求1所述的对基于IFC格式的BIM模型进行空间操作的方法，其特征在于，所述的空间配置文件的格式为执行BIM模型的系统所能够识别的格式；

空间配置文件的内容是体现空间层级结构的BIM模型中各模块标识的集合；所述的空间层级包括业务要求的逐层空间，最底层的空间为可执行的最小操作元素。

5.如权利要求1所述的对基于IFC格式的BIM模型进行空间操作的方法，其特征在于，所述的容器节点是对空间层级的映射，通过对空间层级的映射将其所对应的空间在IFC界面进行显示；

每个容器节点还设有父节点，该父节点也是一个容器节点。

6.如权利要求1所述的对基于IFC格式的BIM模型进行空间操作的方法，其特征在于，在树结构中，对于公共元素通过一个子节点的多个父节点来进行体现。

7.如权利要求1或6所述的对基于IFC格式的BIM模型进行空间操作的方法，其特征在于，在执行BIM模型进行空间操作时，采用自顶向下进行的空间操作流程为：

选择所需的空间容器节点，通过BIM引擎在构建的树结构中搜索，依次遍历当前非叶子节点、遍历当前子节点，在遍历过程中将叶子节点存放起来，直到所有遍历结束，按照存放的叶子节点对模型进行空间操作。

8.如权利要求1或6所述的对基于IFC格式的BIM模型进行空间操作的方法，其特征在于，在执行BIM模型进行空间操作时，采用自底向上进行空间操作流程为：

选择所需的空间容器节点或叶子节点，通过BIM引擎在构建的树结构中搜索，找到该节点的父亲节点列表，遍历父节点列表中每一个容器节点，然后遍历当前非叶子节点及叶子节点列表，一层一层向上直到根节点；在遍历过程中将叶子节点存放起来，直到所有遍历结束，按照存放的叶子节点对模型进行空间操作。

9.如权利要求6所述的对基于IFC格式的BIM模型进行空间操作的方法，其特征在于，公共部分构件的控件操作流程：

选择公共部分构件，沿树结构向上遍历，找到其多个父节点；从多个父节点向下遍历，获得拥有公共部分构件的空间下的所有构件，对整体空间进行操作。

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