SE数据交换技术及其在建筑CAD中的应用

武提要浇本文简要叔介绍了用浴于各种软稿件间数据抹交换壮的饭STE燃P戒技术及其报在国内外让的发展状妥况和前景丢，介绍了离作者在茅建筑吹热流环境哗分析集成拦化环境中露应幅用质STE冷P鹊技术构成茧基本数据他库实武现痕CA欣D伶工具与各英种计算软调件间数据怀交换的体懒会，对制堂定建筑袋和巴HVA旺C棚系统的标察准削STE灾P招数据模型救提出了建追议。关键当词：数据鸽库匀夏集成化技艳术碍杀建局筑恩CAD诊STEP求Abst去rac银t青兰母This液pap岛ero济utli蜡nes氧the治deve嗓lopm菌ent锻and筋appl音icat烟ion拿ofS恩TEP务(Sta秤ndar轮dfo捎rex塔chan尽geo驶fpr品oduc消tmo喇del我data况)te雀chno献logy变,pr旁esen暖tsa照pra贯ctic匪eof平bui饱ldin演gan今int平egra撇ted磁data咬mod丙elf折orb宰uild届ing恭ther妖mal优desi脆gna圈nda索naly安sis浓with掏STE御Pte祥chno映logy潮and授mak抵ess跌ome名sugg躁esti互ons关conc石erni巡ngt缠hed何evel坚opme允nto优fst踩anda减rdb母uild局ing拐and龟HVAC块dat箭amo五dels家.Key栽word离s辟：队data胜base搅CIB壁SCA涉DST衣EP1前言开发集成化建筑设计系统的关键在于实现CAD工具、分析软件以及各种数据库间数据交换。而要实现"开放式"系统，使集成化系统中的各个部分都可以独立研究开发并不断扩充，就需要有一种标准的数据交换方式。80年代以来国外逐渐开发出STEP技术（StandardfortheExchangeofProductModelData）作为产品数据交换标准。目前该技术已广泛用于机械制造业的CAD、CAM系统中，国际标准化组织ISOTC184并制定了国际标准（ISOCD10303）。在建筑设计CAD和集成化系统的开发研究中，也开始采用STEP技术。我国1994年由国家技术监督局牵头成立了STEP技术中心，1995年国家技术标准委员会成立了STEP标准分委员会（CSBTSTC159SC4），开始制定我国的STEP标准，并组织推广STEP技术。2STEP技术简介不同软件间一般通过数据文件进行数据交换。正确的数据交换的前提是要使数据的接收方能够完整准确地"理解"所接收的全部数据。最初这是通过数据生成方与数据读取方的协议来实现的。此协议包括数据的格式、顺序、数量以及数据文件中每一个位置上的数据的物理意义。随着产品和工程数据复杂的增加，上述方式就愈来愈不适应。同一类型的事物，具体对象不同，所要描述的数据的数量就不同，所表示的物理意义亦不同，甚至数据类型也不同。例如描述一座建筑物数据，其结构及数量随建筑的楼层、房间数及门窗墙数的不同百有很大差别；描述一个空气处理室的数据，对于不同结构的空气处理室（表冷器、喷雾室），有些数据代表的意义相联系才有意义，一组数据只有与它们的相互关系的定义相结合才有意义。仅依靠预先约定的一些协议，很难准确反映每个数据的物理意义及数据间的相互关系，更难以适应被描述事物类可能具有的各种变化。数据的物理意义、数据间的相互关系以及数据本身三者共同构成了对事物的描述。数据交换与传递也应包括这三部分内容，而决不仅是数据本身。基于上述观点，提出了STEP数据交换技术。将数据组织为数据项储存。每个数据项包括描述该项内容的若干个数据，其中亦可有与此项内容有关的其它数据项名。每个数据与它的物理名共同储存。为了准确地描述数据项内部结构及各数据项间的关系，对种每数据项的内部结构及其中每个数据的物理意义都要用EXPRESS语言严格定义。这种数据项的EXPRESS定义称作数据模型。根据此数据模型可以准确写出STEP方式的数据文件，也可以很容易地理解按此模型生成的STEP方式的数据文件。以描述一个建筑物的几何尺寸为例。建筑物可看成是由许多封闭空间组成；每个空间由若干个表面所围成；每个表面由若干条线段为边界；每条线段由它的起始坐标确定。同时，每条线段又是两个表面的相交边界；每个围护结构都以两个表面为其两侧。这个数据模型可以用如下EXPRESS语言描述：ENTITY：建筑iscomposedof:SETOF围护结构contains:SETOF空间ENDENTITY:ENTITY：空间iscomposedof:SETOF封灰表面柱序END亲ENTI慧TY鹊:首斧怒ENTI宿T暗Y松：表面骑掀has倘area掏of:角REA朗L鞭公朵isc咳ompo相sed朝of:雹SET伐OF席牌线段画盯iss景urfa善ceo掏f:珍殿围护结构翠毕庙face获of煮:ON旁EOF鼻闪(颠空间，外律环捉境秤)罪度合END普ENTI种TY导:佛暗仇ENTI卷T建Y榨：线段叛胳Poin创t1驳:悟点彩爬Poin碧t2侦:耗点列搏boun半dary休of池surf纺ace分1:叛墓面戏逼boun掏dary返of穗surf递ace源2:差:戒面较剩END览ENTI叶TY攀:促望墨ENTI瞎T蹄Y颂：点焰啦xis忠:R诊EA团L剑傍猜yis也:R炎EA幕L掠狱咱zis宝:R宗EA皂L配共灶END汪ENTI怠TY另:邻恳唯ENTI部T屑Y港：围护结多构础杂Side减1i牛s:事SET值OF欢鞋表面搬发Side竭2i灯s:电SET启OF概哗表面产盘END袖ENTI苹TY摘:昼以上芝定义晚的袜EXPR旨ES势S绝数据模型足中，大写士字母为一俯些由语法窑决定的关蔽键字。小冬写英文字票母及中文斜说明物理会意义。每菊一纪组电ENTI婆T庆Y迈定义了一钉项数据项鞭结构。按樱照这个数馅据模型，泻一个具体曾的建筑几歌何尺寸可铜用如下形伴式孤的深STE卵P怀文件描述粮：滤猎#1祝=聋建筑（蔬（芒#8瓣0乖，箩#8达1等，晨#8检2刻，解#8瞧5仔，帅…汤…割），专（钱#庙2偷，各围护元结构的代贸号侄#嚼3赢，捧#6乌0摧，卷…询…顽））格各空间的论代号负猴贩#2辨=亩空间（紧（顷#带4终，奔#宏5患，帐#它6践，州…菜…现））轻责各表面的望代号愚期选#3赠=料表面姜（哪24.伴5列，什（菌#1哭0来，收#1跳1例，洒…丧…布）崭，柏#8煎0没，感#颠2席））约济面争积恼树各线段代估号兴组所属侍围虚旋面对狡值屑巴静其护结逢构乒排空间躲纵茎#4鸣=杆表面联（欲3盾2爷，园（贵#1劳0骨，身#1阳4穿，危…殃…弱）登，弟#8朴1胞，扶#痒2维）圣跑抄颂…此…款印柿…滤…单归顷#10上=有线段写（哑#5结0罪，截#5尝1卵，毫#尝3条，浓#省4废）帐师雁银点治1略丽点静2港衡面猪1地周面辆2绩躁冤#11牌=唱线段漆（本#5市1妹，榨#5坊2射，赵#霸3扎，狸#讽6易）返竹…喊…投塑丙#50意=尺点熊（买0.3,进12.溜8,0贵.立3洽）聚删随半x殃坐韵标商险y风坐岸标掠棉z驱坐标搭衣奴#51什=嗓点弄（花……锹…笑）少谋…援…间罢娱#80息=刚围护结构殖（哭#口3疑，戒#交4死）上剧述丙STE艳P香文件中旦，怖#针n浙仅作为一谢项数据的齐识别名，容其顺序无倚任何意义蛮。等号后忠的名称给萌出此项数目据的结构必。它表明牵括号内的老内容必须茫与该韵项斯ENTI恢T栏Y苏在逢EXPR厘ES笑S松中定义的翁结构一致钞。括号姓内景#漏n育则给出各振项数据间汽的相互联杯系。鱼这种方式旋的数据文骨件，各项烛数据顺序误无关，根舒据被描述未事物的复福杂程度，利总的项数称亦可很不沫相同。只漏要得到它衰的数据模衬型，即可座产生或理邀解全部数占据内容。丙这样凉，魂EXPR童ES览S岂定义的数粗据模型相迟当于严格兔定义的干计算机脖化的数据阀文件协议田。在它的餐公开与一印致的基础马上，即可淹实现数据辞的准确理婶解。艰实际的建薄筑物涉及疏的信息当次然远比上纸例复杂，巴但用同样闪方法亦可秩准确完整国地描述清病楚，并可叉灵活使用钥。上乔例描述的拍基础，建夫立在数据侄模型的一读致上。若努数据模型且不一致，卵也就是看顺待和描述榜事物的角健度不一致变，仍不能士实现这种货数据交换僻。例如，易如果某个苍软件是用续各面墙的挨中线描述浴建筑物几殿何信息，敞其数据就君很难直接冬用上述数垫据模型表努出。因此伍，制定统嫌一的标准渠数据模型烦，即统一涌的蜻EXPR棉ES土S汁形式的定钞义文件，挎是使用和羽推塘广虑STE废P裂技术进行除数据交换够的关键。可经过究十余年的贴努力，已临开发出许熟多使粥用你STE义P骄的软件工黑具。例如矩以图形化但方式定义锐数据模型砖并直接生捡成帝EXPR塞ES胃S示文件风的拳NIA萍M培；钢将强EXPR膀ES纤S矩文件自动斯转换夹为柱C+底+文中数据类让型说明络的井CCGE童N书；直接存贪储、锋管理戚和检陆索笔STE削P矩形式数据鞋的动态数房据库软件畜等。目前菊随狼着盗STE摊P江技术的普峰及与深入渡，新的工留具还在不奉断出现。3使用STEP的初步尝试与英国建筑研究中心（BRE）合作，并结合国内的具体情况，作者近两年来开发出采用STEP数据交换方式的集成化建筑热环境分析系统IISABRE。它的基本思想就是试图将相关的各种计算软件及CAD工具集成到一起，每个软件可以使用其它软件的各种输出结果，它的输出结果亦可被其它软件所使用。系统的核心是使用STEP技术按照EXPRESS定义的建筑信息数据模型（IDM，IntergratedDataModel）。该数据模型包括建筑物的几何信息、围护结构热工性能、建筑物的运行管理方式以及微生物的能耗、采光、自然室温等各种物理性能。利用此数据模型可基本上描述与建筑热物理有关的各种信息。为了实现各软件与以此数据模型为原型的数据库交换数据，每个软件都配一个数据转换器。此数据转换器从STEP数据库中取出该软件所需要的数据，按其要求生成数据输入文件。数据转换器又将该软件的计算结果转换为STEP方式并存入STEP数据库中。利用这一系统，用户首先AutoCAD上描述所分析建筑的三维几何形状，并通过从门窗墙部件库选择相应的部件来定义各建筑部件的材料和物理性能。这些输入结果都被转换为STEP的数据项，存入数据库中。用户可调用计算软件对此建筑进行分析。例如检查它的围护结构是否满足保温标准或进行能耗估算。用户还可进一步定义要求的房间范围以及HVAC形式，从而进行负荷计算或自然室温计算。这些计算结果亦存入数据库中，并可被其它软件利用。由于采用了开放式结构，此系统还可以运行现成的计算分析软件。目前已试将美国开发的SERIRES（建筑热模拟软件）和英国开发的BREDOM（建筑能耗估算）连入。利用这种方式现有的分析计算软件资源可以较方便地集成于此系统中。此系统目前仍处于开发完善中，但已显示出STEP方式的优越。随着系统复杂性的增加，这种优越性会越来越明显地表现出来。4建议和设想随着计算机技术的发展，软件的相对成本越来越高。使开发出的软件能广泛