IFC标准形状表达及空间结构实例介绍

张汉义 邱奎宁

（中国建筑科学研究院，北京 100013）

IFC技术标准系列文章之二：

IFC标准形状表达及空间结构实例介绍

张汉义 邱奎宁

（中国建筑科学研究院，北京 100013）

本文将通过实例解释的方式，介绍IFC标准中建筑构件的形成表达方法，以及空间结构数据的组织方法。

IFC；几何表达；空间结构

1 引言

承接前文《IFC标准及实例介绍》，本文从实例出发，介绍IFC标准中建筑构件的形状表达方法，以及工程数据的空间结构组织方式。这是深入学习和应用IFC标准的必备知识。

同时，选用和评价某种工程数据格式优劣时，也需要首先考虑建筑构件形状的表达方法是否丰富和可扩展，以及工程数据的组织方式是否适合大多数的专业和工程任务需要。

文章的末尾，还将介绍一个查看IFC中性文件的工具，以便读者使用。

2 IFC中建筑构件的形状表达方法

建筑构件（墙、梁、柱、门、窗等）都是上述IfcProduct的子类型，也就拥有了同样的位置和形状表达定义。下面，以中性文件中一根矩形直梁的例子，来解释建筑构件表达形状的方法。

其中，“＃18966”是这个数据实例的实例名，其他实例引用这根梁时就引用这个实例名；“IFCBEAM”是这个实例的关键字，表示这个实例数据是一根梁，其后括号内的数据是这根梁的实际属性；“0gahN6qmj1BeE8a6 lTtsgA”是这根梁的唯一标识符，用于数据集成和交换的目的；“＃16”是对另外一个记录历史的实例的引用，在这个实例中记录了这根梁什么时间创建、由谁创建、什么时间做了修改、由谁修改等等信息；“＃18960”是对位置实例的引用；“＃18965”是对表达形状表达实例的引用；其他的“＄”表示这根梁的对应属性为空。

2.1 梁的定位＃

在IFC中，构件的定位方法有两种：一种是在整体（世界）坐标系下的坐标说明，称为绝对定位方法。另外一种称为局部定位方法，它是相对另一个坐标系的定位方法。例如在PKPM的PMCAD建模时，每个楼层上构件的定位，只定义该构件在楼面上的位置，这是一种局部定位方法；又譬如墙上设置洞，一般给出洞口距墙始点距离和窗台高，然后指定（在图形平台上一般使用捕捉）某一个墙即可，实际上这就是在墙的局部坐标系上进行洞的定位方法。在IFC中，对于构件的定位大都是使用局部定位的办法。

“＃25”是这根梁引用的其他局部坐标，而“＃25”又引用了其他局部坐标，所以局部定位的方法是可以嵌套使用的。“＃18959”是这根梁在局部坐标系下的位置，由梁的原点位置、Z方向、X方向来说明。将“＃18959”进一步展开：

“＃10236”这根梁原点在本局部坐标系下的笛卡尔点位置坐标值；“＃8”是这根梁Z轴在本局部坐标系下的方向；“＃139”是这根梁在本局部坐标系下，X轴方向（0.，1.，0.）方向。描述一个坐标系，一般是要说明原点和三个坐标轴的方向的，但是Y方向向量＝Z方向向量*X方向向量。IFC为了减少描述量，只说明Z和X轴方向。

由于＃25是上一级局部定位坐标系说明，因此按上面方法可以逐步展开，这是一种递归定义的方法，直到局部定位坐标系不再引用其他局部坐标系为止，这时就是绝对坐标系了。在实际使用中，需要逐步转换，直到得出在绝对坐标系下的构件原点、X轴方向向量、Y轴方向向量、Z轴方向向量的值。

对于直线梁，局部坐标系下梁的X轴方向就是梁构件的方向，也是梁的展开的方向；对于圆弧梁是圆弧的切线方向。Z轴方向就是梁截面高方向。

2.2 梁的形状表达

在IFC标准中，对形状表达有如下的定义：

这根梁只有“＃18964”一种形状表达，其中“＃11”表示梁的形状表达环境，“Body”表示形状表达的名字，“SweptSolid”表示形状表达的类型。IFC标准支持多种形状表达类型，这包括SweptSolid（三维拉伸体）、Brep（三维面片）、CSG（三维实体）、Curve2D（二维曲线）等。

本文中，梁的拉伸表达如下：

“＃18961”定义拉伸的横截面，“＃18962”定义拉伸的起始位置，“＃8”定义拉伸的方向，“8500.0”定义拉伸的长度。IFC标准中，可以用于定义拉伸的横截面形式包括：圆形、环形、L形、T形、U形、Z形等，以及不带参数的任意直线围的封闭剖面。IFC还提供了一个组合类型，可以把二个截面形成组合剖面，如双角钢截面等。

3 IFC的空间结构数据组织方法

每种文件格式都会用一种方式将工程数据分解为可管理的子集，便于数据组织和查找。IFC标准选用空间结构的方式来组织和管理工程模型数据。

在IFC标准中将空间结构分为四个层次，分别是场地、建筑、楼层、空间。理论的方式是：一个项目包含若干场地、场地包含若干建筑、建筑包含若干楼层，而建筑楼层包含各种建筑构件。实际应用当中，项目往往直接包含若建筑，建筑也可以不包含楼层，建筑构件直接包含在建筑中。IFC的这种空间结构表达方法，适合于绝大多数专业和工程任务。

“＃792”代表项目（＃20）“包含”场地（＃22）的关系。“＃791”代表场地（＃22）“包含”建筑（＃24）的关系。

图1 浏览IFC工具软件（IFCBrow se）界面

“＃208947”代表一种没有楼层表示方法，直接将建筑（＃24）与建筑构件（＃18966）关联方法。

对于有楼层的建筑物，应该将建筑构件与楼层关联起来，如下所示：

“＃790”将建筑（＃24）与多个楼层（＃36）关联起来，然后通过“＃323”将建筑构件（＃18966）与楼层（＃36）关联起来。

一个IFC中性文件实际上可以描述了一个庞大工程项目，譬如北京奥运工程，其中有若干场所：包括北京、青岛、香港等，每个场所有若干建筑物，每个建筑物可能有楼层，也可能没有楼层（体育馆）。

4 一个有用的浏览IFC（或者STEP）的工具软件

一般的IFC中性文件都是多达数兆字节的文本文件，每个IFC实例又引用不少实例号，如果使用一般的文本编辑软件来浏览，操作非常不便。另外要把引用的实例放在一起的，非常费时费力。德国GEM公司提供了一款免费软件IFCBrowse用于浏览IFC中性文件。软件的下载地址是http：／／www.team-solutions.de／，下载的文件是IFCBrowser.MSI。软件可以在WINDOWS系统中，直接安装使用。

程序启动后，界面如图1所示：

软件将窗口分为两个部分，上面窗口是显示读入的IFC源文件，点击上面窗口某行IFC实例时，引用这个实例展开其他实例在下面窗口显示中。利用这个软件，可以方便学习IFC实例的使用方法。

5 结束语

在深入介绍IFC标准相关内容后，我们将在后续文章中探讨有关IFC标准的信息转换和系统集成等关键技术问题。

［1］Thomas Liebich，Yoshinobu Adachi，James Forester，Juha Hyvarinen，Kari Karstila，Kent Reed，Stefan Richter，Jeffrey Wix.IFC2x Edition 3 Technical Corrigendum 1.International Alliance for Interoperability.

［2］ISO 10303-11.Industrial automation systems and integration－Product data representation and exchange－Part 11：Description methods：The EXPRESS language reference manual.

［3］ISO 10303-21.Industrial automation systems and integration－Product data representation and exchange－Part 21：Implementation methods：Clear text encoding of the exchange structure.

［4］Thomas Liebich.IFC 2x Edition 3 Model Implementation Guide.Version 2.0 May 18，2009

An Introduction to Shape Representation and Spatial Structure of IFC By Instances

Zhang Hanyi，Qiu Kuining
（China Academy of Building Research，Beijing 100013，China）

This paper will introduce the shape representation and spatial structure of Industry Foundation Classes（IFC）by instances for your further study，development and application.

IFC；Shape Representation；Spatial Structure

TU311.41

A

1674－7461（2010）01－0083－04

国家“十一五”科技支撑计划课题“绿色建筑全生命周期信息模型研究”（2006BAJ01B01）

张汉义（1942－），男，研究员。主要研究方向：建筑工程数据建模、信息集成及转换。

【编者按语】 IFC（Industry Foundation Classes）标准作为全球通用的建筑工程数据交换标准，日益得到重视。为了进一步在我国推广应用IFC标准，本刊以系列文章的形式，陆续撰文介绍有关IFC标准的若干重要技术问题，包括工程信息的表达与交换方法、多种三维几何信息表达方式、软件接口开发方法、软件集成技术和策略等。

本刊上一期已刊登该系列文章中的一篇——《IFC标准及实例介绍》。