基于IFC的水电工程BIM体系结构和扩展方法探究(3)

　　作为建筑信息模型的载体，IFC 的大多数定义均可应用于水电工程领域，其中包括：①较为完备的三维几何描述定义，支持三维模型的创建；②种类丰富的资源描述，涵盖时间、材料、工程量、人材机消耗、成本、参与方、结构荷载等多个方面；③类型多样的基本值类型和单位，支持各类物理量的表达；④部分建筑工程的实体，可直接应用于水电工程。
　　
　　在此基础上，针对水电工程的 IFC 扩展主要包含以下两个方面：
　　
　　（1）扩展水电工程构件实体及其相关定义。针对水电工程的信息特点和实际需求，在 IFC 模型结构基础上新增水电工程相应的构件实体、构件类别实体、枚举类型、属性集、数量集和资源类型等定义。
　　
　　（2）建立层级关系与关联关系。新增实体应依据面向对象原则建立层级关系，并与原 IFC 结构的层级关系相融合。在此基础上，建立水电领域新增实体之间的关联关系，以及新增实体与原 IFC实体之间的关联关系。
　　
　　2.2 水电工程构件实体及其相关定义。
　　
　　根据 IFC 扩展方法，本文以构件实体扩展为核心，在此基础上扩展构件类别实体、枚举类型、关系实体、属性集、数量集和资源类型。具体包括：
　　
　　（1）构件实体。用于表达工程构件的实体，继承于 IfcElement.本文通过梳理水电工程 PBS、WBS、GBS 等标准与编码体系，在水工、金属结构、道桥和地质 4 个专业扩展构件实体 35 个。
　　
　　（2）构件类别实体与枚举类型。针对每个构件实体建立与之对应的构件类别实体与枚举类型，是 IFC 领域层通行的定义方法。构件类别实体是描述构件类型的实体，类似于 Revit 中族的概念。同类构件的属性可集中存储在构件类别实体的属性中。构件类别实体继承于 IfcElementType.枚举类型用于列举可能的构件类型，如水轮机可以分为轴流式、混流式等类型。本研究共扩展构件类别实体与枚举类型各 35 个。
　　
　　（3）关系实体与其他实体扩展。关系实体是定义构件间关联关系的实体，继承于 IfcRelation-ship.本文对 IFC 未定义的水电领域特有关系（如上下游关系）或特殊概念（如坝段）新增定义。本研究共新增关系实体 4 个，其他实体 1 个。
　　
　　（4）属性集与数量集。一般而言，每个构件实体对应一个通用属性集。如果某个构件实体包含多个重要类型，且每个类型的属性有显着差异，则每个类型也应设置独立的属性集。如在定义水轮机通用属性集的基础上，还应定义轴流式水轮机属性集、混流式水轮机属性集等。类似的，对于需要衡量工程量的实体类型，需要定义对应的数量集。本研究共扩展属性集 68 个，数量集 8 个。
　　
　　（5）资源类型。资源层中定义了工程所需的测量单位、材料、时间等基本资源数据。IFC 现有的资源层可以满足绝大部分的水电工程需要，只有一些水电工程特有的物理量需要补充，如装机容量、泥沙量等。本文共扩充资源类型定义 8 个。
　　
　　2.3 建立层级关系与关联关系。
　　
　　扩展构件实体及其相关定义后，需确定各扩展定义所在的层次。针对新增定义的 4 个主要领域分别建立对应的专业领域。同时为建立与原 IFC 结构的联系，也为充分利用原 IFC 中定义的各类属性集、数量集和关系实体，新增实体应依照面向对象原则建立层级关系和关联关系，并设置到领域层、共享层、核心层和资源层中，从而实现新增实体和原 IFC 结构相集成，形成完整的水电工程信息模型。
　　
　　本文在领域层共新增水工、金属结构、道桥和地质 4 个专业领域。在领域层新增定义的基础上，考虑原有大纲和新增定义之间的互用关系，定义了水工实体（IfcHydraulicElement）与水工通用实体（IfcHydraulicElementProxy）。其中前者位于核心层，后者位于共享层。同时，本文定义了继承于水工实体的坝、空腔、金属结构、止水、水轮机等父级实体，并设置在共享层。而地质和道桥实体则继承于土木工程实体（IfcCivilElement）。设置构件实体的层次后，对应的构件类别实体、枚举类型、属性集、数量集等也相应划归在同层次中。
　　
　　关系实体应根据与其关联的构件实体确定所处层次。覆盖关系、填充关系、空腔实体边界关系因建立在水工实体与其父级（IfcElement）之间，故设置在共享层。而上下游关系由于仅涉及水工专业实体，因此设置在领域层的水工专业中。类似的，坝段实体既可以包含水工实体，也可以包含建筑实体，因此设置在核心层。
　　
　　本文共新增定义 194 个，各定义在 IFC 中的分布如表 2 所示。新增构件实体、关系实体、其他实体的层级关系如图 2 所示。
　　 　　3 模型应用。
　　
　　3.1 信息模型建立。
　　
　　本研究以某四川省水电站项目的闸坝模型为例进行了可行性和实用性验证。
　　
　　本研究在 Revit2015 中进行建模，形状规则的构件大部分通过墙、柱、梁、板建模，形状不规则的构件则大部分通过自定义族或内建体量建模。本研究通过 RevitAPI 开发了 IFC 定义设置功能。用户可选中并设置任意构件的 IFC 定义，也可选中多个构件设置关联关系。设置完成后即可通过本研究扩展的 IFC 导出命令导出 IFC 文件。通过 IFC查看器（如 IfcViewer）可查看模型中的实体、属性及关联关系，如图 3 所示。
　　 　　3.2 模型应用对比分析。