【CIM信息整合】关于三维建筑模型

还是无暇细细检索并总结列出有逻辑的明确表述，以下很多地方都是人云亦云的复制，自己也没太搞清

1.5 三维建筑模型

CIM中三维建筑模型主要表达建(构)筑物的空间位置、几何形态及外观效果等。

在建筑相关行业内存在一个通用的概念——建筑信息模型（Building Information Modeling，简称BIM），它被定义成由完全和充足信息构成以支持新产品开发管理，并可由电脑应用程序直接解释的建筑或建筑工程信息模型。

在小场景建筑上运用BIM数据，便可在建筑方面为CIM提供技术层面的处理方法。

1.5.1 数据格式说明及示例

三维模型的建立通常依托于已有建模软件，通过传统建模师手动或近来不断发展的智能建模技术自动完成。然而建模软件林林总总，建模涉及专业形形色色，这使得数据交流不畅，数据再利用困难。设立统一的模型描述标准，呈现对象详细属性信息至关重要。

建筑对象的工业基础类（Industry Foundation Class，简称IFC）数据模型标准，是目前唯一的满足建筑信息模型数据交互的开放式数据格式。该标准的设立促成了建筑业中不同专业或同专业不同软件的数据源在不同系统中的共享与交互。

IFC数据模型覆盖了AEC/FM（建筑、工程、施工、设备管理）中大部分领域，并且随着新需求的提出在不断地扩充。

IFC采用面向对象、规范化的数据描述语言EXPRESS描述建筑产品数据，把EXPRESS语言中确定的概念模型用于产品数据纯正文本编码交换文件结构的语法，使其适合于在计算机系统之间进行产品数据传输。

1.5.1.1 来源

由buildingSMART（前身IAI）于1995年提出，并不断更新维护。主要版本有IFC1.0、IFC1.5、IFC1.5.1、IFC2.0、IFC2X、IFC2X2、IFC2X2_add1、IFC2X4等。若想详细了解IFC乃至BIM各类详细信息和概念，前往buildingSMART官网是最佳选择

1.5.1.2 宏观信息描述层次

IFC数据模型由4个层次构成，从低到高依次为资源层、核心层、共享层和领域层，各层之间遵循“重力原则”，即每个层次只能引用同层次或低层次的信息。

层次
内容
领域层（IFC-Domain Layer）
 定义各自领域的信息。例如暖通领域的锅炉、风扇、节气阀等
交互层（IFC-Interoperability Layer）
 定义跨专业交换的信息。 例如墙、梁、住、门、窗等
核心层（IFC-Core Layer）
 定义信息模型的整体框架，将资源层信息组织起来,真实反应世界结构。例如工程对象之间的关系、工程对象的位和几何形状等
资源层（IFC-Resource Layer）
 定义基础信息实体。例如材料、几何、拓扑、计量单位、尺寸、时间、价格等

 

1.5.1.3 IFC中的EXPRESS语言概述

EXPRESS是一种概念模式语言，它用来描述一定领域的类、与这些类有关的信息或属性（如颜色、尺寸、形状等）和这些类的约束（如唯一性）。

数据类型
  • 简单数据类型：是EXPRESS中最小数据单元，分为实数型、整数型、数型、逻辑型、二进制型和字符串
  • 聚合数据类型：以给定基本数据类型引例集合作为它的域。EXPRESS提供四种类型，数组型、袋型、数表型和集合型。IFC规范中数表型LIST和集合型SET应用最广
类

在EXPRESS类的定义中，所有表示它特征的属性和行为关系均需声明。类声明咦关键词ENTITY开始、以END-ENTITY结束。

属性

属性表示实体的基本特点性能和性质。可以用关系的名字和与其由关系的类来表示。存在三种属性：

  • 显式属性：生成引例时需显式定义的属性
  • 派生属性：通过某种方式计算间接获取值的属性。
  • 反向属性：如果另一实体已通过显式属性方式与当前实体建立了关系，则在当前实体范围内可使用反向属性来描述这种关系，或对关系做进一步限制。
领域规则

领域规则用于给出属性可能值的约束，用关键字"WHERE"定义。

例1，以下代码表示，若三个表具有相同成员个数，则实体存在。这确保了对每个厚度都给出了偏心和材料

例2，以下代码将一个窗户的周长限制为小于等于4米

构造数据类型

EXPRESS中构造数据类型分为枚举数据类型和选择数据类型。

  • 枚举数据类型：以名字的有序集合作为域，给名字表示枚举类型值。例：以下代码表示，一个空间类型是从枚举表（已建、在建、出售）中选出
- 选择数据类型：定义某定数据类型的“选择表”。

 

EXPRESS实体建模及对应EXPRESS-G图示：

最新详细信息参见:
http://ifc43-docs.standards.buildingsmart.org/IFC/RELEASE/IFC4x3/HTML/content/cover.htm
https://help.graphisoft.com/AC/23/int/_AC23_Help/115_IFC/115_IFC-48.htm#XREF_78642_IFC_Entity

1.5.1.3 IFC文件数据结构

在IFC对象模型中，实体分为有根和无根实体。有根实体从IfcRoot派生，具备身份唯一标识（GUID）、名称、描述以及版本控制；无根实体没有身份标识（GUID），实例只有直接或间接被引用时才存在。

细化讨论有根实体的结构，从IfcRoot派生出3个表示抽象概念的类：

  • IfcRoot
    • IfcObjectiDefinition : 定义实体对象
    • IfcRelationship : 定义实体对象之间的关系
    • IfcPropertyDefinition : 定义实体对象的特征属性
      image
IfcObjectDefinition
实体对象定义
IfcObject
表示实例化的对象
 IfcActor：表示人员和组织
IfcControl：表示时间、成本、质量管控规则
IfcGroup：表示特定用途的物件系统集合，例如电路
IfcProcess：表示时间过程，规划确定活动、事件和流程
IfcResource：表示有限制的资源，例如材料、劳动力、设备
IfcProduct：表示空间中的对象，例如各种实体建筑元素及其空间位置
IfcTypeObject
表示类型定义模板
...
 
IfcRelationship
实体对象关系定义
 IfcRelConnects（连接）：表示对象之间的连接，例如梁和楼板的连接、厚板支撑在隔墙上
IfcRelAssociates（关联）：表示对象的外部引用，例如包含某特定场景对象信息的外部IFC库文件
IfcRelDecomposes（分解）：表示对象的组成结构，概述元素分解与组合关系，例如将某结构框架拆分，看成梁和柱的集合
IfcRelDefines（定义）：表示实例关系,用属性集定义链接对象实例，这样一个IFC项目模型中不同窗户实例可以统一类型
IfcRelAssigns（分配）：表示分配关系，表示一个对象消耗另一个对象的服务，例如分配给任务的劳动力资源或分配给建筑元素的任务

image

 

构架样例：

一道墙体至下而上的树状图表示

1.5.1.4 IFC文件数据格式规范

buildingSMART在官网上详细列出了各种IFC数据格式规范和组件，主要包括HTML、EXPRESS、XSD/XML、OWL文档(TTL/RDF)等

格式 描述
.ifc 基于 ISO STEP 物理格式 (SPF) 标准的默认文件格式
.ifc-xml 基于 XML 语言的编码
.ifc-zip 这些格式之一的压缩档案
.ttl 基于 ifcOWL 语言的编码
.rdf 基于 ifcOWL 语言的编码

 

官网数据列表截图

【IFC Specifications Database】
https://technical.buildingsmart.org/standards/ifc/ifc-schema-specifications/

1.5.1.5 其他：例如，数据格式间是否可以相互转换、转换方式

1.5.2 数据采集/获取方式

从技术方法上分, IFC信息获取可以有两种手段：

  • 通过标准格式的文件交换信息
  • 通过标准格式的程序接口访问信息

1.5.2.1 标准格式文件-SPF(STEP Physical File)文件

IFC SPF(STEP Physical File)文件是 IFC 标准所使用的主要数据交换文件。STEP标准Prat 21规定了正文文件的结构，文件包括两段

SPF文件
纯文本格式
 从"ISO-10303-21;"开始
头段
 从"HEADER;"开始
文件相关信息（文件描述、IFC标准版本等）
到"ENDSEC;"结束
数据段
 从"DATA;"开始
需交换的工程信息（实例数据等）
到"ENDSEC;"结束
到"END-ISO-10303-21;"结束
  
ISO-10303-21;

HEADER;
/******************************************************************************************
* STEP Physical File produced by: The EXPRESS Data Manager Version 5.01.0100.02.64mod : 6 Jun 2012
* Module:                         EDMstepFileFactory/EDMstandAlone
* Creation date:                  Thu Jun 27 16:37:58 2019
* Host:                           hkgi-PC
* Database:                       C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\{9CFC66D6-8A28-41DB-BCCC-A3D3104CADAA}\ifc
* Database version:               5507
* Database creation date:         Thu Jun 27 16:37:57 2019
* Schema:                         IFC2X3
* Model:                          DataRepository.ifc
* Model creation date:            Thu Jun 27 16:37:57 2019
* Header model:                   DataRepository.ifc_HeaderModel
* Header model creation date:     Thu Jun 27 16:37:57 2019
* EDMuser:                        sdai-user
* EDMgroup:                       sdai-group
* License ID and type:            5605 : Permanent license. Expiry date: 
* EDMstepFileFactory options:     020000
******************************************************************************************/
FILE_DESCRIPTION(('ViewDefinition [CoordinationView]'),'2;1');
FILE_NAME('\X2\987976EE7F1653F7\X0\','2019-06-27T16:37:58',(''),(''),'The EXPRESS Data Manager Version 5.01.0100.02.64mod : 6 Jun 2012','20130308_1515(x64) - Exporter 2014.0.2013.0308 - Default UI','');
FILE_SCHEMA(('IFC2X3'));
ENDSEC;

DATA;
#1= IFCORGANIZATION($,'Autodesk Revit 2014 (CHS)',$,$,$);
#5= IFCAPPLICATION(#1,'2014','Autodesk Revit 2014 (CHS)','Revit');
#6= IFCCARTESIANPOINT((0.,0.,0.));
#9= IFCCARTESIANPOINT((0.,0.));
#11= IFCDIRECTION((1.,0.,0.));
#13= IFCDIRECTION((-1.,0.,0.));
#15= IFCDIRECTION((0.,1.,0.));
#17= IFCDIRECTION((0.,-1.,0.));
#19= IFCDIRECTION((0.,0.,1.));
#21= IFCDIRECTION((0.,0.,-1.));
#23= IFCDIRECTION((1.,0.));
#25= IFCDIRECTION((-1.,0.));
#27= IFCDIRECTION((0.,1.));
#29= IFCDIRECTION((0.,-1.));
#31= IFCAXIS2PLACEMENT3D(#6,$,$);
#32= IFCLOCALPLACEMENT(#429,#31);
#35= IFCPERSON($,'','Administrator',$,$,$,$,$);
#37= IFCORGANIZATION($,'','',$,$);
#38= IFCPERSONANDORGANIZATION(#35,#37,$);
#41= IFCOWNERHISTORY(#38,#5,$,.NOCHANGE.,$,$,$,0);
#42= IFCSIUNIT(*,.LENGTHUNIT.,.MILLI.,.METRE.);
#43= IFCSIUNIT(*,.LENGTHUNIT.,$,.METRE.);
#44= IFCSIUNIT(*,.AREAUNIT.,$,.SQUARE_METRE.);
#45= IFCSIUNIT(*,.VOLUMEUNIT.,$,.CUBIC_METRE.);
#46= IFCSIUNIT(*,.PLANEANGLEUNIT.,$,.RADIAN.);
#47= IFCDIMENSIONALEXPONENTS(0,0,0,0,0,0,0);
#48= IFCMEASUREWITHUNIT(IFCRATIOMEASURE(0.0174532925199433),#46);
#49= IFCCONVERSIONBASEDUNIT(#47,.PLANEANGLEUNIT.,'DEGREE',#48);
#50= IFCSIUNIT(*,.MASSUNIT.,.KILO.,.GRAM.);
#51= IFCSIUNIT(*,.TIMEUNIT.,$,.SECOND.);
#52= IFCSIUNIT(*,.THERMODYNAMICTEMPERATUREUNIT.,$,.KELVIN.);
#53= IFCDERIVEDUNITELEMENT(#50,1);
#54= IFCDERIVEDUNITELEMENT(#52,-1);
#55= IFCDERIVEDUNITELEMENT(#51,-3);
#56= IFCDERIVEDUNIT((#53,#54,#55),.THERMALTRANSMITTANCEUNIT.,$);
#58= IFCDERIVEDUNITELEMENT(#43,3);
#59= IFCDERIVEDUNITELEMENT(#51,-1);
#60= IFCDERIVEDUNIT((#58,#59),.VOLUMETRICFLOWRATEUNIT.,$);
#62= IFCSIUNIT(*,.POWERUNIT.,$,.WATT.);
#63= IFCUNITASSIGNMENT((#42,#44,#45,#49,#50,#51,#52,#56,#60,#62));
#65= IFCAXIS2PLACEMENT3D(#6,$,$);
#66= IFCDIRECTION((2.,6.12303176911189E-17,1.));
#68= IFCGEOMETRICREPRESENTATIONCONTEXT($,'Model',3,1.00000000000000E-5,#65,#66);
#71= IFCGEOMETRICREPRESENTATIONSUBCONTEXT('Axis','Model',*,*,*,*,#68,$,.GRAPH_VIEW.,$);
#73= IFCGEOMETRICREPRESENTATIONSUBCONTEXT('Body','Model',*,*,*,*,#68,$,.MODEL_VIEW.,$);
#74= IFCGEOMETRICREPRESENTATIONSUBCONTEXT('Box','Model',*,*,*,*,#68,$,.MODEL_VIEW.,$);
#75= IFCGEOMETRICREPRESENTATIONSUBCONTEXT('FootPrint','Model',*,*,*,*,#68,$,.MODEL_VIEW.,$);
#76= IFCGEOMETRICREPRESENTATIONCONTEXT($,'Annotation',3,1.00000000000000E-5,#65,#66);
#77= IFCGEOMETRICREPRESENTATIONSUBCONTEXT($,'Annotation',*,*,*,*,#76,0.01,.PLAN_VIEW.,$);
#79= IFCPROJECT('1NRr9jkFTE4hOJz7NTfk1r',#41,'\X2\987976EE7F1653F7\X0\',$,$,'\X2\987976EE540D79F0\X0\','\X2\987976EE72B66001\X0\',(#68,#76),#63);
#85= IFCPOSTALADDRESS($,$,$,$,('\X2\8BF757286B6459048F93516557305740\X0\'),$,'','','','\X2\4E2D56FD53174EAC\X0\');
#89= IFCBUILDING('1NRr9jkFTE4hOJz7NTfk1q',#41,'',$,$,#32,$,'',.ELEMENT.,$,$,#85);
#95= IFCCARTESIANPOINT((0.,0.,-4600.));
#97= IFCAXIS2PLACEMENT3D(#95,$,$);
#556= IFCRELCONNECTSPATHELEMENTS('17Z0jV8aH2tgKd3p90Ojvi',#41,$,$,$,#312,#386,(),(),.ATSTART.,.ATEND.);
#430= IFCSITE('1NRr9jkFTE4hOJz7NTfk1t',#41,'Default',$,'',#429,$,$,.ELEMENT.,(39,54,57,601318),(116,25,58,795166),0.,$,$);
#102= IFCCARTESIANPOINT((0.,0.,-4300.));
#104= IFCAXIS2PLACEMENT3D(#102,$,$);
#551= IFCRELCONNECTSPATHELEMENTS('327X5fp$zBKvjc4ZwR6VRA',#41,$,$,$,#175,#312,(),(),.ATSTART.,.ATEND.);
#429= IFCLOCALPLACEMENT($,#428);
/*
	以下省略
	实体实例格式：#<integer value> = <entity name> (<attribute values>);
*/
ENDSEC;

END-ISO-10303-21;

1.5.2.2 相关建模软件导出

使用个软件完成建模后，导出ifc格式文件，即可获得目标数据

1.5.3 相关软件和数据集及说明

目前在国内BIM应有行业产生一定影响的分类法大致有三种：

  • 何氏分类法
  • AGC分类法
  • 厂商、专业分类法

1.5.3.1 相关软件

1.5.3.1.1 何氏分类法

由国内知名BIM应用专家何关培先生，在其2010年9月新浪博客上创建。其博文基于对在全球具有一定市场占有率、且在国内市场具有一定影响力和知名度的BIM软件（包括能发挥BIM价值的软件），进行梳理和归纳，提出各类型BIM软件总体相互关系图如下：

BIM核心建模软件

主流上提供BIM核心建模软件的公司分为四大类

公司
BIM代表软件
介绍
选用建议
Autodesk
Revit系列软件
 该公司是三维设计、工程及娱乐软件的领导者，其产品和解决方案被广泛应用于制造业、工程建设行业和传媒娱乐业。它在国内民用建筑市场上携此前AutoCAD广布之天然优势，已再次占用很大市场份额。 单纯民用建筑（多专业）设计、建筑师事务所
Bentley
Bentley系列软件
 该公司系列产品在工业设计（石油、化工、电力、医药等）和市政基础设施（道路、桥梁、水利等）领域，具有无可争辩的优势。 工业或市政基础设施设计、建筑师事务所
Nemetschek & Graphisoft
ArchiCAD
AllPLAN
VectorWorks
 ArchiCAD作为一款最早的、具有一定市场影响力的BIM核心建模软件，最为国内同行熟悉。但其定位过于单一（仅限于建筑学专业），与国内“多专业一体化”的设计院体制严重不匹配，故很难实现市场占有率大突破。AllPLAN主要市场在德语区，VectorWorks则多见于欧美等工业发达国家市场。 建筑师事务所
Dassault
&
Gery Technology
CATIA
Digital Project
 CATIA是全球最高端的机械设计制造软件，在航空、航天、汽车等领域占据垄断地位，且其建模能力、表现能力和信息管理能力，均优于传统建筑类软件，但与工程建设行业尚未能顺畅对接。Digital Project则是在CATIA基础上开发的一个专门面向工程建设行业的应用软件（二次开发软件）。 严重异形的设计项目、购置预较充裕

image

BIM可持续分析软件

可持续（或绿色）分析软件可使用BIM模型信息，对项目进行日照、风环境、热工、景观可视度、噪音等方面的分析和模拟。

主要软件有国外的Echotect、IES、Green Building Studio以及国内的PKPM等。

BIM机电分析软件

水暖电或电气分析软件。国内产品有鸿业、博超等，国外产品有Designmaster、IES Virtual Environment、Trane Trace等。

BIM结构分析软件

结构分析软件是目前与BIM核心建模软件配合度较高的产品，基本上可实现双向信息交换，即可使用BIM核心建模软件的信息进行结构分析，通过分析结果调整结构，反馈至BIM核心建模软件自动更新模型。

主要软件有国外的ETABS、STAAD、Robot等以及国内的PKPM。

BIM深化设计软件

Xsteel作为目前最具影响力的基于BIM技术的钢结构深化设计软件，可使用BIM核心建模软件提交的数据，对钢结构进行面向加工、安装的详细设计，即生成钢结构施工图（加工图、深化图、详图）、材料表、数控机床加工代码等。

BIM模型综合碰撞检查软件

模型综合碰撞检查软件基本功能包括集成各种三维软件（包括BIM软件、三维工厂设计软件、三维机械设计软件等）创建的模型，并进行3D协调、4D计划、可视化、动态模拟等，其实也属于一种项目评估、审核软件。

主要软件有Autodesk Navisworks、Bentley Projectwise Navigator和SolibriModel Checker等。

BIM造价管理软件

造价管理软件利用BIM模型提供的信息进行工程量统计和造价分析。它可根据工程施工计划动态提供造价管理需要的数据，亦即所谓BIM技术的5D应用。

主要软件有国外的Innovaya、Solibri和国内的鲁班。

BIM运营管理软件

美国国家BIM标准委员会认为，一个建筑物完整生命周期中的75%成本发生在运营阶段（使用阶段），而建设阶段（设计及施工）的成本只占25%。因此可断言，BIM模型为建筑物运营管理阶段提供服务，将是BIM应用的重要推动力和主要工作目标。

ArchiBUS是最有市场影响的软件之一，而FacilityONE也将提供有关帮助。

二维绘图软件

从BIM技术发展前景来看，二维施工图应该只是BIM模型其中的一个表现形式或一个输出功能而已，不再需有专门二维绘图软件与之配合。但是国内目前情形下，施工图仍然是工程建设行业设计、施工及运营所依据的具有法律效应的文件，而BIM软件的直接输出结果，还不能满足现实对于施工图的要求，故二维绘图软件仍是目前不可或缺的施工图生产工具。

在国内市场较有影响的二维绘图软件平台主要有Autodesk的AutoCAD、Bentley的Microstation。

BIM发布审核软件

发布审核软件把BIM成果发布成静态的、轻型的、包含大部分智能信息的、不能编辑修改但可标注审核意见的、更多人可访问的格式（如DWF/PDF/3D PDF等），供项目其他参与方进行审核或使用。

常用BIM成果发布审核软件包括Autodesk Design Review、Adobe PDF和Adobe 3D PDF。

image

BIM软件信息互用关系汇总
1.5.3.1.2 AGC分类法

AGC（Associated General Contractors of American）是指美国总承包商协会。其关于BIM软件分类方法，由何关培先生在其2011年7月博文中予以翻译、诠释及推介。

AGC把BIM软件（含BIM相关软件）分成八大类：

  • （1）概念设计和可行性研究软件（Preliminary Design and Feasibility Tools）
  • （2）BIM核心建模软件（BIM Authoring Tools）
  • （3）BIM分析软件（BIM Analysis Tools）
  • （4）加工图和预制加工软件（Shop Drawing and Fabrication Tools）
  • （5）施工管理软件（Construction Management Tools）
  • （6）算量和预算软件（Quantity Takeoff and Estimating Tools）
  • （7）计划软件（Scheduling Tools）
  • （8）文件共享和协同软件（File Sharing and Collaboration Tools）
1.5.3.1.2 厂商、专业分类法

较为零散的分类方式，不详述

1.5.3.2 数据集

 

BIM 数据集 命名 大小
Architecture Model Version 2.0, Autodesk Revit Architecture (.RVT) 53.3 MB
Electrical Model Version 2.0, Autodesk Revit MEP (.RVT) 12.5 MB
Mechanical Model Version 2.0, Autodesk Revit MEP (.RVT) 18.9 MB

 

IFC 数据集 命名 大小
Merged IFC Model
(Incl. all systems)		 Version 2.0, IFC Format (.IFC) 30.3 MB

[source] http://www.simaud.org/datasets/

1.5.4 应用场景

1.5.4.1 BIM在设计阶段的应用

设计阶段BIM应用目标是减少设计错误、优化设计、提高设计品质。设计阶段BIM应用内容宜包含：场地分析、参数化设计、性能化分析、设计方案比选、制图表达、量化统计、管线综合、可视化、装配式建筑等。

土方平衡分析

武汉天河机场T3航站楼是一座规模大、功能复杂的交通综合体建筑，建筑面积49.5万m2。项目建设用地地势不平，呈西高东低、南高北低，西侧有自然湖泊，洪水设防水位25.4 m。场地区域大。每改变1cm的标高带来的是大量土方调整和投资增加。在项目设计阶段，我们通过创建整体场地模型，将不同地形高程区间分为蓝、绿、黄、红四种颜色方案:

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BIM软件快捷获取各设计标高所产生的土方量，将这些高程数据结合最高洪水设防水位，通过对比三个不同方案土方工程量和经济成本后，确定建筑地坪标高以及场地坡度:

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净高分析与管线综合

铁投·碳汇大厦是一个综合办公大厦，建筑面积7.85万m2，项目在管理上采用以设计为龙头的EPC总承包模式，对统筹规划和协同运作有较高的要求。在设计阶段，跟据净高控制表对BIM模型进行净高分析，并将净高分析结果形成报告和模型提交至建设方审核，根据审核意见修改，提前发现可能不满足净空要求的位置，及时对设计进行优化。

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基于BIM模型进行三维管线综合排布，合理的对整个空间管线进行优化，解决管线碰撞问题，区别于传统二维中通过对点位分析来代替整个区域，减少各方协调周期，减少施工过程中因管线排布不合理而带来的损失。

标准化设计

武汉雷神山医院建筑面积7.99万m2，整体规划按照最高标准的传染病医院设计，是一个专为新冠病毒肺炎重症患者建造的全国最大规模的抗疫应急医院。

  • 医院整体采用装配式钢结构设计建造。在非常有限的时间内，设计团队充分利用装配式建筑的特点优化项目总体平面布局，在装配式建筑的结构系统、外围护系统、设备管线系统和内装系统上，按照工业化快速建造的要求完成了模块一体化集成设计，运用BIM信息化管理技术，在各参建方的共同努力下，顺利完成了特殊工程项目建设
  • 根据医疗建筑的特点，利用BIM技术将医疗建筑中的功能模块进行拆分和标准化设计，将设计转化为成熟的产品，有利于提升设计质量和效率。

image

武汉雷神山医院标准化设计

1.5.5 模型深度等级

美国建筑师学会（American Institute of Architects,AIA)为了规范BIM参与各方及项目各阶段的界限，使用模型深度等级（Level of Development,LOD，也称为Level of Details)来定义BIM模型中的建筑元素的精度。通过使用LOD规范，架构师、工程师和其他专业人员之间的沟通可以更加顺畅，从而提高工作质量和效率

模型深度等级共分五阶段，各分别为LOD 100、LOD 200、LOD 300、LOD 400、LOD 500。

LOD分级
概述
LOD 100
Conceptual
概念化
 该等级等同于概念设计，此阶段的模型通常为表现建筑整体类型分析的建筑体量，分析包括体积，建筑朝向，每平方造价等等。通常不考虑任何实际上项目细节，只考虑量体发展
LOD 200
Approximate geometry
近似构件
 该等级等同于方案设计或扩初设计，此阶段的模型包含了普遍性系统包括的大致数量、大小、形状、位置以及方向等信息。
LOD 300
Precise geometry
精确构件
 该等级等同于传统施工图和深化施工图层次。此阶段模型应当包括业主在 BIM 提交标准里规定的构件属性和参数等信息，模型已经能够很好地用于成本估算以及施工协调(包括碰撞检查、施工进度计划以及可视化)。
LOD 400
Fabrication
加工装配
 此阶段的模型可以用于模型单元的加工和安装,如被专门的承包商和制造商用于加工和制造项目构件。
LOD 500
As-built
竣工
 该阶段的模型表现了项目竣工的情形。模型将包含业主 BIM 提交说明里制定的完整的构件参数和属性。模型将作为中心数据库整合到建筑运营和维护系统中去。

image

对LOD的理解:LOD有两种解释，一种是Level of Detail，一种是Level of Development，这两种解释代表了两种非常不同的思想和操作方法。

LOD解释为Level of Detail时，单纯表示外观细节等级。这种LOD思想的核心在于依据观察者视觉细节随观察远近而降低，减少建模时外观表示的精度。

LOD解释为Level of Development时，其含义深化为模型发展等级。此时将BIM模型的图形精细度扩展到了BIM模型在不同阶段、不同方面信息的精度。其中Development一词意指一个BIM模型从初步设计到施工再到交付运维，不同发展阶段携带信息的发展变化。

1.5.6 模型集成应用

随着BIM应用逐步走向深入，单纯应用BIM的项目越来越少，更多的是将BIM与其他先进技术集成或与应用系统集成，以期发挥更大的综合价值。

1.5.6.1 与项目管理(PM)集成

BIM与项目管理（Project Management,PM）集成应用，是通过建立BIM应用软件与项目管理系统之间的数据转换接口，充分利用BIM的直观性、可分析性、可共享性及可管理性等特性，为项目管理的各项业务提供准确及时的基础数据与技术分析手段，配合项目管理的流程、统计分析等管理手段，实现数据产生、数据使用、流程审批、动态统计、决策分析的完整管理闭环，以提升项目综合管理能力和管理效率。

  • 为项目管理提供可视化管理手段。例如，4D管理应用可直观反映出整个建筑的施工过程和形象进度，帮助项目管理人员合理制订施工计划、优化使用施工资源。

  • 为项目管理提供更有效的分析手段。例如，针对一定的楼层在BIM集成模型中获取收入、计划成本，在项目管理系统中获取实际成本数据，并进行三算对比分析，辅助动态成本管理。

  • 为项目管理提供数据支持。例如，利用BIM综合模型可方便快捷地为成本测算、材料管理以及审核分包工程量等业务提供数据，在大幅提升工作效率的同时，也可有效提高决策水平。

1.5.6.2 与云计算(CC)集成

云计算（Cloud Computing,CC）是一种基于互联网的计算方式，以这种方式共享的软硬件和信息资源可以按需提供给计算机和其他终端使用。BIM与云计算集成应用，是利用云计算的优势将BIM应用转化为BIM云服务，目前在我国尚处于探索阶段。

  • 基于云计算强大的计算能力，可将BIM应用中计算量大且复杂的工作转移到云端，以提升计算效率。

  • 基于云计算的大规模数据存储能力，可将BIM模型及其相关的业务数据同步到云端，方便用户随时随地访问并与协作者共享。

  • 云计算使得BIM技术走出办公室，用户在施工现场可通过移动设备随时连接云服务，及时获取所需的BIM数据和服务等。

1.5.6.3 与物联网(IoT)集成

物联网（Internet of Things）是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议将物品与互联网相连进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

BIM与物联网集成应用，实质上是建筑全过程信息的集成与融合。BIM技术发挥上层信息集成、交互、展示和管理的作用，而物联网技术则承担底层信息感知、采集、传递、监控的功能。二者集成应用可以实现建筑全过程“信息流闭环”，实现虚拟信息化管理与实体环境硬件之间的有机融合。目前BIM在设计阶段应用较多，并开始向建造和运维阶段应用延伸。物联网应用目前主要集中在建造和运维阶段，二者集成应用将会产生极大的价值。

  • 工程建设阶段，可提高施工现场安全管理能力，确定合理的施工进度，支持有效的成本控制，提高质量管理水平。例如，在BIM系统中精确定位高空作业人员的安全帽、安全带、身份识别牌上安装的无线射频识别，从而实时发觉危险作业人员防护不到位的隐患并报警提示。

  • 建筑运维阶段，可提高设备的日常维护维修工作效率，提升重要资产的监控水平，增强安全防护能力，并支持智能家居。

1.5.6.4 与地理信息系统(GIS)集成

地理信息系统是用于管理地理空间分布数据的计算机信息系统，以直观的地理图形方式获取、存储、管理、计算、分析和显示与地球表面位置相关的各种数据。BIM与GIS集成应用，是通过数据集成、系统集成或应用集成来实现的，可在BIM应用中集成GIS，也可以在GIS应用中集成BIM，或是BIM与GIS深度集成，以发挥各自优势，拓展应用领域。目前，二者集成在城市规划、城市交通分析、城市微环境分析、市政管网管理、住宅小区规划、数字防灾、既有建筑改造等诸多领域有所应用，与各自单独应用相比，在建模质量、分析精度、决策效率、成本控制水平等方面都有明显提高。

  • 提高长线工程和大规模区域性工程的管理能力。BIM的应用对象往往是单个建筑物，利用GIS宏观尺度上的功能，可将BIM的应用范围扩展到道路、铁路、隧道、水电、港口等工程领域。

  • 增强大规模公共设施的管理能力。现阶段，BIM应用主要集中在设计、施工阶段，而二者集成应用可解决大型公共建筑、市政及基础设施的BIM运维管理，将BIM应用延伸到运维阶段。

  • 拓宽和优化各自的应用功能。导航是GIS应用的一个重要功能，但仅限于室外。二者集成应用，不仅可以将GIS的导航功能拓展到室内，还可以优化GIS已有的功能。如利用BIM模型对室内信息的精细描述，可以保证在发生火灾时室内逃生路径是最合理的，而不再只是路径最短。

当前，BIM和GIS不约而同地开始融合云计算这项新技术，分别出现了“云BIM”和“云GIS”的概念，云计算的引入将使BIM和GIS的数据存储方式发生改变，数据量级也将得到提升，其应用也会得到跨越式发展。

1.5.6.5 与虚拟现实(VR)集成

BIM技术的理念是建立涵盖建筑工程全生命周期的模型信息库，并实现各个阶段、不同专业之间基于模型的信息集成和共享。BIM与虚拟现实技术集成应用，主要内容包括虚拟场景构建、施工进度模拟、复杂局部施工方案模拟、施工成本模拟、多维模型信息联合模拟以及交互式场景漫游，目的是应用BIM信息库，辅助虚拟现实技术更好地在建筑工程项目全生命周期中应用。

  • 提高模拟的真实性。虚拟现实技术可展示一栋活生生的虚拟建筑物，使人产生身临其境之感。可以将任意相关信息整合到已建立的虚拟场景中，进行多维模型信息联合模拟。可以实时、任意视角查看各种信息与模型的关系，指导设计、施工，辅助监理、监测人员开展相关工作。

  • 有效提升工程质量。在施工之前，将施工过程在计算机上进行三维仿真演示，可以提前发现并避免在实际施工中可能遇到的各种问题，如管线碰撞、构件安装等，以便指导施工和制订最佳施工方案，从整体上提高建筑施工效率，确保工程质量，消除安全隐患，并有助于降低施工成本与时间耗费。

  • 提高模拟工作中的可交互性。在虚拟的三维场景中，可以实时地切换不同的施工方案，在同一个观察点或同一个观察序列中感受不同的施工过程，有助于比较不同施工方案的优势与不足，以确定最佳施工方案。同时，还可以对某个特定的局部进行修改，并实时地与修改前的方案进行分析比较。此外，还可以直接观察整个施工过程的三维虚拟环境，快速查看到不合理或者错误之处，避免施工过程中的返工。

1.5.7 参考资料

[1] https://zh.wikipedia.org/wiki/建築信息模型

[2] https://zhuanlan.zhihu.com/p/103293120

[3] https://www.cnblogs.com/baby123/p/10897334.html

[4] https://biblus.accasoftware.com/en/ifc-file-all-you-need-to-know/

[5] https://zhuanlan.zhihu.com/p/205107260

[6] 郭红领, 周颖, 叶啸天, 罗柱邦, 薛帆. IFC数据模型至关系型数据库模型的自动映射[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2021, 61(2): 152-160.

[7] https://cloud.tencent.com/developer/news/453715

[8] https://zhuanlan.zhihu.com/p/114991910

[9] https://www.zhihu.com/question/26448329

[10] 魏欣,刘熠.民用建筑设计BIM应用实践与反思[J].湖北工业大学学报,2021,36(04):91-94.

[11] https://help.graphisoft.com/AC/23/int/_AC23_Help/115_IFC/115_IFC-48.htm

[12] 唐春凤,***波,王利锋. IFC文件的一般结构和EXPRESS语言介绍[A]. 中国土木工程学会计算机应用分会.2004:6.

posted @ 2021-10-09 00:22  Xlucidator  阅读(1398)  评论(0)  编辑  收藏  举报