基于国际标准IFC的建筑业信息共享

基于国际标准IFC的建筑业信息共享 1 问题的提出勘察设计行业在建设领域中率先应用计算机技术，成为我国信息化建设起步早、发展快、效益高的行业。目前大型勘察设计单位CAD出图率达到了100，全国平均水平约为87，不仅彻底把工程设计人员从传统的设计计算和绘图中解放出来，可以把更多的时间和精力放在方案优化、改进和复核上，而且提高设计效率十几到几十倍，大大缩短了设计周期，提高了设计质量，经济效益十分显著。自主版权的专业应用软件开发和应用也取得了巨大成就，形成了一批自主品牌软件产品。但在应用基础方面的研究工作进行的较少。一方面，虽然集成技术在CAD方面的应用取得了一定的成效，一些软件开发单位在企业内做到了集成、信息共享，但不同开发商的产品之间基本上还是独立的，互不相通，没有实现标准化，我国的建筑企业，特别是大中型设计企业和施工企业，都拥有众多的建筑专业应用软件，在一个工程项目中，往往会使用多个软件，这就需要人工转换数据，工作量非常大，而且很难保证准确性，影响了工程人员之间的协作。建筑工程项目是一个复杂的、综合的经营活动，参与者涉及众多专业，生命周期长达几十年、上百年，所以建筑工程信息交换与共享是工程项目的主要活动内容之一。目前的建筑软件只是涉及某个阶段、某个专业的领域应用。没有哪个开发商能够提供覆盖建筑物全生命周期的应用系统，也没有哪个工程是只使用一家的软件产品完成的。在大多数的情况下，信息的交换与共享是由人工完成的。人成为了不同系统之间的接口，手工实现（重新录入）了信息交换,这样做的效率和质量可想而知。其结果就是，工程项目将花很长时间才能设计和建成，并且建造和经营的成本比需要的高。英国的一篇报告（Latham Report）指出一个建筑项目成本的大约30%会丢失损失在建筑工程项目的破碎过程和通讯上。解决信息交换与共享问题的出路在于标准。有了统一的标准，也就有了系统之间交流的共同语言，数据自然在不同系统之间流转起来。国际协同工作联盟IAI（International Alliance for Interoperability）制定的IFC（Industry Foundation Classes）标准是国际建筑业事实上的工程数据交换标准，并已经被接受为国际标准（ISO标准）。将IFC标准作为基础标准，可以有效解决我国目前普遍存在的建筑工程信息交换与共享问题。建筑工程数据交换标准的研究与应用，有助于提升国内软件开发的技术水平。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，简单地定义某一位置或某一项数据代表的含义，这种方式显然不适合大型系统的开发和扩展，更不要说不同系统之间数据交换。我们需要一个总体的规划，需要一个规范的数据描述方式。IFC标准数据定义模式是我们应该借鉴和学习的。IFC标准的研究和引入是在企业外部的一种联合、一种合作，可以避免重复开发，避免浪费资金和资源。目前国内建筑行业的软件开发企业在应用需求策划、资金投入、分析设计方法、核心技术、项目管理等多方面与国外开发商之间还存在一定差距。通过引入标准，我们可以集中精力在自己擅长的领域做出精品，这样才能真正占领市场并得到发展。2 IAI组织与IFC标准2.1 IAI组织与目标1994年，12个美国公司聚集在一起研讨使不同应用软件协同工作的可能性。基于新的AutoCAD R13开发系统ARX下的研究，使其感到如果能让这种可能变为现实，从这种软件交互能力中将产生巨大的经济效益。在多方共同努力并攻克核心技术问题后，在1995年夏季的AEC（Architecture Engineering and Construction）系统演示会上示范了他们的成果,并引起了业内研究与应用人士的共鸣。该项目的成功使其最初参与者意识到，他们正在做的工作应该对全部建筑工程和设备管理领域的组织开放，同时也应该对所有的软件开发商开放。基于这种考虑，他们觉得有可能开发一个与卖方无关的中性软件协同标准（即后来的IFC）。1995年10月，在北美建立了最初的IAI （Industry Alliance for Interoperability）组织。IAI的最初成员意识到工业界的全球化进程正在加快，所以他们把这种软件协同工作的思想推广到了其他国家。最初是欧洲，逐步发展到亚洲和澳洲。1995年12月建立了德语区分部，1996年1月建立了英国分部。1996年春天在伦敦召开的第一次IAI国际会议上，已经有很多国家的代表参加，这些国家被组织成9个分部。也是在这次会议上，决定将组织的名称改命名为IAI，以反映他的全球性和普遍的目标。IAI的一个早期重要技术决定是将研究工作建立在Express数据定义语言上，Express语言是ISO中STEP（STandard for the Exchange of Product model data）项目的研究成果。这个决定的关键优势在于，STEP项目中的大量成熟研究成果可以直接得到借鉴，例如STEP中的几何定义和建筑工程核心模型。同时，全世界基于Express的领先研究成果都可以很容易地引入IFC，特别是将STEP中的建筑工程核心模型的开发工作移植到IFC。IAI组织的宗旨是为工程和设备管理领域提供一个统一的过程改进和信息共享基础，其发展目标是在建筑全生命周期范围内，改善信息交流、提高生产力、缩短交付时间、降低成本、提高质量。IAI的目标如下图所示：图1：IAI的目标2.2 IFC标准IAI在1997年1月发布IFC（Industry Foundation Classes）信息模型的第一个完整版本，从那以后又陆续发布了几个版本，当前的最新版本是IFC2x2。在领域专家的努力下，IFC信息模型的覆盖范围、应用领域、模型框架都有了很大的改进。下面简单介绍IFC标准各个版本的内容，及发展历程。（1）IFC1.01997年1月发布的IFC1.0，包括支持建筑设计、HVAC工程设计、设备管理和成本预算的过程，这个信息模型只是将要定义的、完全共享的工程模型的一部分。IFC1.0版本将其范围局限在以下几个可达到的目标： 定义了一个“核心”模型，并建立了可扩展的软件框架，保证在IFC模型的结构扩展过程中，各个版本之间差异最小。 重点定义了四个工业应用领域：建筑、HAVC工程、工程管理、设备管理。但模型只支持这些领域用到的部分过程。（2）IFC1.51997年12月发布的IFC1.5没有扩大IFC1.0的领域范围。然而，在IFC1.0版本实践经验的基础上，验证了IFC的技术框架，并且扩展了IFC对象模型的核心，为商业软件开发提供了一个稳定的平台。（3）IFC1.5.11998年7月发布IFC1.5.1版本以IFC1.5模型为基础，修正了某些实现问题，验证了核心模型和资源。这一版本成为商业软件应用系统实现IFC标准的基础，这些软件包括Allplan(Nemetschek)、ArchiCAD(Graphisoft)和Architectural Desktop (Autodesk)。2000年中期，这些软件第一批通过了IAI认证。（4）IFC2.01999年4月发布的IFC2.0版本扩展了IFC模型的领域范围，并且极大提高了应用系统之间共享信息的能力。虽然为了支持新领域过程增加了一些额外特色，但关键的核心和资源模块并没有改变。BLIS（Building Lifecycle Interoperable Software）项目中的一些公司一起为IFC2.0开发了商业目的的应用系统。2001年中期，这些应用系统中的13个通过了IAI的认证过程。（5）IFC2x 2000年10月发布的IFC2x标示了一个IFC开发和应用的重要转变。它为整个信息模型建立了一个稳定的基础框架，在这个框架下可以用模块化方法扩展IFC的范围和能力。在这个版本，将整个信息模型分为两个部分：平台部分和非平台部分。平台部分是模型中相对稳定的部分，这一部分已经被ISO组织采纳为国际标准，编号为ISO 16739。此外，在IFC2x中引入了ifxXML规范，用XML模式定义语言XSD（XML Schema Definition Language）定义了对应EXPRESS的整个IFC模型。（6）IFC2x22003年5月发布的IFC2x2，在领域范围上有很大的扩展，特别是增加了结构分析领域的信息描述。3 IFC标准的应用深层次挖掘信息的潜力和价值，是全球信息技术发展总的趋势。原有信息基础已经不能满足这种需求，必须加强信息自身属性的研究。在建筑工程领域，信息模型及标准的研究正是顺应了时代发展的要求。作为近年来兴起的国际标准，IFC标准是面向对象的3维建筑产品数据标准，短短的几年中，其在建筑规划、建筑设计、工程施工、电子政务等领域获得广泛应用。新加坡政府的电子审图系统，是IFC标准在电子政务中应用的最好实例。在新加坡，所有的设计方案都要以电子方式递交政府审查，政府将规范的强制性要求编成检查条件，以电子方式自动进行规范检查，并能标示出违反规范的地方和原因。新加坡政府要求所有的软件都要输出符合IFC2x标准的数据，而检查程序只需识别符合IFC2x的数据，不需人工干预即可自动地完成任务。随着技术的进步，类似的电子政务项目会越来越多，而IFC标准扮演了越来越重的角色。国内领域应用市场广阔，已经表现出多层次、个性化的特点。一些技术应用领先的建筑企业明确提出了应用平台和标准化的需求。例如，上海现代设计集团正在筹划搭建企业的应用平台，集成来自不同软件商的产品，形成跨企业边界的协同工作系统。其中，已将IFC标准作为应用平台的组成部分。但是，我国目前还没有出现基于IFC标准的建筑设计支撑平台。IFC标准在国外的广泛应用，引起我国有关部门和学术界的高度重视。我国从九五科技攻关计划开始，在科研项目中研究和应用IFC标准，并持续跟踪其发展，为将来的深层次研究和应用打下良好的基础。如在国家863计划“数字城市空间信息管理与服务系统及应用示范”项目的“基于空间信息的数字社区技术标准研究及应用示范”课题中，对IFC标准进行了深入研究和探讨，完成了IFC的翻译和本地标准化工作，开发了IFC标准的数据访问接口工具集，并在数字社区建设与管理领域应用、扩展了IFC标准。目前，该课题已完成。在国家十五科技攻关计划“建筑业信息化关键技术研究”的“基于国际标准IFC的建筑设计及施工管理系统研究”课题中，将进一步对IFC标准进行深入研究，为在我国应用该标准打下基础，并基于该标准，研究新一代的建筑设计及施工管理系统，其核心是要解决建筑设计和施工管理过程的信息共享问题，开发更加高效的建筑设计和施工管理系统，实现建筑结构模型数据共享：不同开发商的CAD软件在IFC标准框架下实现信息共享，同一开发商的各专业CAD软件在结构模型数据集基础上实现信息共享，并实现建筑结构设计与施工信息的交流与共享。目前该课题的研究工作正在进行中。4 结束语IFC作为建筑产品数据表达与交换的国际标准，支持建筑物全生命周期的数据交换与共享。在横向上支持各应用系统之间的数据交换，在纵向上解决建筑物全生命周期的数据管理。一栋建筑从规划、