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IAI与IFC简介

定义一种建筑业的公共标准 (如下图所示的Shared Project Model), 来实现不同专业及不同软件之间建筑信息的有效交换、系统集成、数据交换和共享,这就是IAI组织成立的目的和宗旨。
IAI组织简介

20 世纪末,建筑工程软件之间的信息交换是非常繁杂的。IAI 是建筑行业一个全球性的工业联盟,它代表整个建筑行业的利益,并以实现建筑工程不同专业软件之间的协作为己任。1994 年,美国的12个公司聚集在一起研讨使不同应用软件协同工作的方法。一年后的夏天,在经过多方努力并攻克核心问题后,他们在建筑工程系统展示会上演示了他们的研究成果。这项成果引起很多与会的组织的浓厚的兴趣,并决定加入进来一起研究,接着在北美建立了IAI 组织。1996 年春天在伦敦召开了第一次IAI 国际会议,在这次会议上,将组织的名称命名为IAI( Industry Alliance for Interoperability国际协作联盟)。为了推广应用,组织决定将这项成果作为软件开发商开发一个软件协同工作的、中立的标准,对建筑工程和设备管理领域的组织开放,同时也对所有软件开发商开放。

IAI组织的目标

定义一种建筑业的公共标准 (如下图所示的Shared Project Model), 来实现不同专业及不同软件之间建筑信息的有效交换、系统集成、数据交换和共享,这就是IAI组织成立的目的和宗旨。

IAI与IFC简介

图 1 IAI组织实现的目标如上右图示

当时的IAI组织的研究目标如图1所示, IFC标准使每个系统只需要建立一个到中间数据格式(IFC 文件格式)的输入/输出接口,而不用与其它的系统进行交换要建立许多个输入/输出接口。协同工作的软件必须有一个共同的核心数据模型,这样一来每个软件只要有一个标准的输入和输出信息,就能和其它软件交换信息,而这种方式便于维护和升级。同时,可以不用为了与其它软件实现信息交换而重新编写接口。可喜的是初期的研究成果表明软件的协同工作是可行的,而且这种协同工作能力不仅高效便利,还有很好的市场前景,符合市场经济以及信息化的要求。更令人骄傲的是,今天这个目标已经成为现实。

随着工业界的全球化进程加快,跨国项目越来越多,软件协同工作成为迫切需要解决的问题,在这种形势下,IAI 组织得到了很好的发展,最初是欧洲,然后,是亚洲和澳洲。目前,在19个国家有9个分部(澳大利亚、法语区、德语区、北欧国家、北美、英国、日本、新加坡、韩国),650 个会员公司提供研发资金。

IFC标准概述

上文我们提到的BIM技术,与IFC有着密切的关联。BIM技术实现集成的一个重要前提和基础是数据标准化。从目前发展的趋势来看,基于国际互操作联盟(IAI)的IFC软件应用成为一种重要途径。IFC的重要性可见一斑。BIM标准也相应地成为ISO认可的一个标准。目前一些主要工业发达国家正在制订本国的IFC标准,我国的《建筑对象数字化定义》标准也基于IFC编制,已于2007年编制完毕并发布实施。

让我们从IAI 组织成立的初衷来看,IFC是用来实现系统集成、数据交换与共享而定义的一种建筑业的公共语言。可以简单的理解为,IFC 是建筑业的一个国际标准,是一个BIM 时代的三维建筑信息交换标准;它同时也是一个文件格式。IFC 全称为 Industry Foundation Classes ,它建立了一个共享的模型来描述建筑物对象和建筑流程中的必要信息,也包括各部分之间的关系信息。它是由IAI 针对建筑模型数据交换制定的国际标准,也是AEC (Architecture, Engineering and Construction) 的实体(如墙、窗户)类库。这些词汇由建筑行业人员定义,为不同软件之间实现建筑信息的交换与共享提供了基础。IFC 建立在数据交换国际标准STEP 的EXPRESS 数据定义语言上,目前IFC已经从几何体与图层走向建筑对象,终端用户仅需考虑建筑对象即可。应用IFC 标准不要求软件内部应用这套标准,而只要求在与其它系统交换信息时有一个IFC 标准的接口。

开放是IFC标准的一项特性。一旦一个工程师建立了基于IFC 标准的信息模型,所有的AEC 工程师们都可以在允许后共享此模型。它采用面向对象的方法,用类来封装,可以直接借鉴STEP 项目中的大量成熟研究成果。对于那些使用有IFC的数据接口的软件系统的AEC 公司、业主、管理单位就不需要重新建模,这就大大提高了工作效率还节省了成本,真正做到了建立后的永久共享。

IFC与BIM的密切联系

IAI的网站上,我们发现了BIM的字样,一方面反映了专业人士对BIM的肯定,另一方面也反映了BIM 与IFC 的密切相关性。可以说IFC是为BIM 而生,虽然它们的出现相隔了五年。当然,作用都是相互的,IFC标准也促进着BIM技术的发展。

完全的创新是非常少而且较耗费时间的,转移和整合的理念体现了使用不同技术进行创新的思想,它已经或很长一段时间都将是技术发展的重要方式。所以,新技术要保持在各自专业的方向不断的发展,每个专业相互之间协同工作能力必定要有一定的飞跃,因此能够综合各种系统功能的新技术成为发展的方向,这就是所谓的技术整合。

CAE 技术的发展就是走着这样一条路。当前整个CAE 行业处于分散的状态,建筑设计、结构设计、结构计算、施工管理、财务管理等各个专业都拥有着成熟的技术,很大程度上满足了各个专业的需要。但当分散的专业软件大大的限制了工程人员之间的协同工作能力而不能满足日新月异的发展时,实际工作中要进行的重复性的繁杂工作,比如建筑设计和结构设计建立的模型,在进行结构计算、施工管理等工作时需要重新进行创建,使得工作效率的问题浮出了水面。

在不少BIM的文章中,我们可以发现IFC被多次提到是适合它的标准。值得庆幸的是,越来越多的人开始了解BIM和IFC并且开始接受BIM和IFC。IFC是建筑业的一个国际标准,IFC不仅为建筑业定义了一套通行语言,而且也是BIM 时代的三维建筑信息交换标准。

IFC的发展历史

IFC 信息模型的第一个完整版本于1997 年1 月由IAI 发布,随后又陆续发布了几个更新的版本。其中,1998 年发行的IFC1.5.1 是第一个得到商业软件支持的版本;2000 年10 月发布的IFC2X 标志着IFC 开发和发布的一个重要的变化。在整个发展过程中,主要的版本有IFC1.0、IFC1.5、IFC1.5.1、IFC2.0、IFC2X,IFC2X2,IFC2X2_add1,如今IFC2X4已经问世。其中,2X版本引入了模块开发的框架和平台。在这个框架中可以用模块化的方法渐进地、稳定地扩展模型的范围。研究项目用IFC2X 平台开发模块,当任务完成后独立发布模块。IFC2X 的另一个可赞的主要方面是对IFCXML 规范的引入。这个规范定义了整个IFC 模型以及EXPRESS 语言到XML 模式定义语言的映射,实现了用XML 交换工程信息的方法。

目前,除了上文所提及的IAI 组织的发展和受到的资助外,IAI组织开发的IFC 模型也已经被大部分CAD 软件以及下游分析软件所支持,IFC 已经真真正正地成为一个全球化的工作。

IFC在国际上各国家主要软件的实现情况

IFC 目前在世界各国的发展非常迅速,它在北美区域、太洋洲区域、欧洲和亚洲都已经建立了分部。国际对IFC 标准既开展了有关于其自身整体框架和目标的研究,也开展了基于IFC 的应用;同时,也开展了基于IFC 的项目管理研究和物业管理研究,这是国际对IFC标准的研究在深度和广度上的体现。行业软件对IFC的支持不仅在数量而且在质量上都已经相对很高。比如澳大利亚的CMIT (CSIRO Manufacturing & Infrastructure Technology) 正在开发的建筑生命周期的协同工作软件(Building Lifecycle Interoperable Software ,简称BLIS) 、房屋能源消耗估算(Life Cycle House Energy Evaluation ,简称LICHEE );芬兰的Solibri 开展的项目:用IFC 检查、分析以IFC为基础的产品模型和将建筑数据模型转为IFC 数据模型,再将IFC 数据模型转为其它应用系统的数据模型;韩国和法国利用IFC 来检查工程数据是否符合标准;德国开发的IFC Viewer 和IFC Counter 软件。这些加快了建筑信息的交换,促进了集成工业的发展。越来越多流行的CAD 工具现在开始支持IFC 执行的输入/输出能力,允许在这些工具中创造几何构型以便写入IFC 数据或读出IFC数据。于此,我们看到了IFC标准的无限潜力。

我们有理由相信, 随着CAD 系统的不断完善和标准化,IAI 组织的各分部把标准化工作与信息化工程建设和应用系统紧密配合,在IFC 标准的基础上,会有更多更成功的项目会接踵而至,会有更丰厚的成果等着我们去收获。不仅仅是现在已现了IFC标准的Autodesk(美)、Data Design System 、Graphisoft(奥地利)、Etabs、HAN Dataport、IAI FS、ideYAPI Ltd、Olof Granlund Oy、Microsoft Corporation……

IFC在中国的应用前景和所面临的挑战

机遇与挑战始终是并存的。IFC标准的技术先进性和应用潜力是不容质疑的。同样不容质疑的是IFC标准的引入和应用对我国软件市场的冲击。技术设计的局限性和对已有市场的保护使得我们的CAD系统基本上是独立和封闭的。Autodesk公司推出的ADT建筑软件是一个很好的提醒。我们大多数的软件开发还停留在自定义数据文件的水平上,如果我国在技术和管理上的缺陷致使再保持一贯的“自我封闭”那么就会失去市场。专心于自己最擅长的部分,避免重复开发,避免浪费资金和资源,我们才能做出精品,才能真正占领市场。我们应该清楚地认识到只有吸收其他先进技术成果,并且在这个基础上不断创新,我们才能进步。更何况建筑软件会有更多的新空白领域出现,只要有发展的存在,开发高新技术的动力就会源源不断。

我国从九五攻关计划开始研究IFC,从刚开始的解读阶段,已经发展到了现在的开发应用阶段。IFC标准中包含的内容非常丰富,其中我们可以借鉴的东西也很多。IFC数据定义模式是我们应该借鉴的,我们需要的是一个总体的规划和规范的数据描述方式。例如,通过采用IFC标准建立一个企业应用平台来继承各个系统的应用软件。同时,我们也应该意识到IFC数据定义内容也是应该借鉴的。IFC目前将要加入的信息描述内容涉及建筑工程方方面面,包括几何、拓扑、几何实体、人员、成本、建筑构件、建筑材料等。我们在后续定义自己的数据时,可以借鉴或直接应用先前已经模块化和组织起来的这些数据定义。原因是这些信息用面向对象的方法、模块化的方式很好地被组织起来,已经成为了一个有机的整体。所以,我们不能抛开IFC标准,完全自定义信息模型不是一个明智的选择,当然也不是一条很好的出路。

IFC在中国的应用领域很多,针对当前需求,主要体现在以下的两个方面:

一方面在于企业应平台的应用。另一方面是电子政务的需求。比如符合IFC2x标准的数据的输出和识别,这样可以节省规范检查程序的编写。

尽管IFC标准的技术和先进性是其他任何一个标准无法企及的,但是在我国知道IFC的人员很少,了解其技术细节的就更少。当前,我们所面临的主要问题是人员的在应用方面的短缺,这个对目前的市场而言是一个很大的威胁。以此看来,为了开辟新的应用领域和市场,主动和开放地去接受系统的技术培训是引入标准的前提条件和首要任务。

IFC的不足之处

任何一项技术对追求更完美的人类来说都是存在缺陷的,IFC 无疑是建筑行业的一个很好的标准,同样它也有着自己的不足:

它不易于实行:这项大型的标准将为价格也不菲的中间件而耗费巨资。目前国际上有些公司提供一种实现IFC 的中间组件,使用这些中间件可以方便地得到需要的IFC 类,从而可以节省大量的时间和人力。

IFC 类的全面性将使一些简单的交换变得复杂。我们都知道一些具体的建筑模型软件比如ArchiCAD 或Autodesk Revit,他们的内部数据模型都是经过优化紧密集成在一起的。由于IFC 的出发点就是建立一个完整的标准,这个标准可以适应于几乎所有能遇到的情况,所以哪怕很小一块的数据交换,也需要将一整套的IFC 类加载进来。因为任何文件格式的文件大小与数据模型的组织方式密切相关,因而描述同一个项目数据,IFC文件的大小通常比ArchiCAD或Revit 的文件要大很多,不论是采用STEP的纯文本格式还是采用ifcXML 的XML格式。

IFC之所以选择EXPRESS语言,是因为这种语言是一种面向对象的信息描述语言,具有很强的建模能力。而且这种语言具有无二义性和一致性的特点。相对而言,C/C++语言更倾向于描述操作而不是描述信息。尽管EXPRESS语言具有面向对象的性能,但它的O-O性能并不完备,在结构上可以表达实体之间的关系,但并不具备封装数据和行为、重载方法的功能。因此用EXPRESS语言描述零件几何信息时存在着以下不足:

1).EXPRESS中的函数和过程只能用于规则说明、实体派生属性说明等,而不能在实体定义实体的操作,因而实体内只有实体的静态属性,没有动态的服务。

2).超类与子类之间只能体现属性的继承,不支持服务的继承。

3).没有描述不同实体间动态联系的机制,只能通过实例连接反映实体之间的静态联系。

因此仅使用IFC标准格式的文件虽然能够实现构件信息的交换,但为了对构件的再设计等提供帮助,同时提供供应商等其它相关信息,还应当使用零件库等技术。

对IFC的补充

IFC是一个非常优秀的对象模型,直到2x版本,重点都是在工程设计领域,如果用于工程管理,我们需要对模型进行扩展,以增强其表达能力。在使用IFC进行工程项目管理系统设计时,需要进行几个比较大的扩展,比如: 增强实体对象类、增加类型对象类及其子类和其他相关类、增加关系类型类等等。令人欣慰的是通过适当扩展,IFC能够满足工程管理的要求。

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