第三屆工程建設計算機應用創新論壇論文集上海.2011PAGEBIM技術在結構設計軟件中的應用黃吉鋒張漢義聶祺（中國建筑科學研究院北京100013）[摘要]勘察設計行業在建設領域中率先應用計算機技術，成為我國信息化建設起步早、發展快、效益高的行業。PKPM系列軟件是我國使用最廣泛的建筑軟件，它集結構計算與施工圖繪制于一體，方便快捷，提高了工作效率，節省了成本。但在目前不同軟件的信息交換與共享主要是由人工完成的，解決信息交換與共享問題的出路在于標準。有了統一的標準，也就有了系統之間交流的共同語言，數據自然在不同系統之間流轉起來。正是為了這個目的，才有了IAI組織及其研究的IFC標準。本文根據PKPM工程部開發經驗，主要介紹如何建立PKPM到IFC標準接口以及遇到的問題，供相關研究人員參考。[關鍵詞]IFC，PKPM，數據格式，交換1引言隨著計算機技術和互聯網技術的不斷發展進步，信息技術這個概念已經滲透到了人們生活的每一個角落。建筑行業的信息化也成為了一個炙手可熱的話題。目前，國際建筑行業信息化已經發展到了很高的水平，國內在近幾年也發展非常迅速。建筑工程項目是一個復雜的、綜合的經營活動，參與者涉及眾多專業，生命周期長達幾十年、上百年，所以建筑信息交換與共享是工程項目的主要活動內容之一。目前的建筑軟件只是涉及建筑全生命周期某個階段的、某個專業的領域應用，例如設計階段的建筑CAD軟件。沒有哪個開發商能夠提供覆蓋建筑物全生命周期的應用軟件系統，也沒有哪個工程是只使用一家的軟件產品完成的。但在大多數的情況下，信息的交換與共享是由人工完成的。也就是說，人成為了不同系統之間的接口，手工實現(重新錄人)了信息交換，這樣做的效率和質量大大降低了。BIM(BuildingInformmationModeling)“建筑信息模型”這個概念是由Autodesk公司于2002年開始推廣的概念，由于當時在我國的推廣力度不夠，實際上是到2004年，通過Autodesk的AutoCAD2005產品宣傳會，業界才逐漸開始認識它。隨著建筑業對BIM興趣的增加，互操作問題浮現出來。因為基于模型的不同軟件之間，要想集成在一起實現流暢并有效的工作流，互操作是一種途徑和方式。于是，互操作問題引起專家的關注。對于大多數建筑業者來說，互操作近似等同于IFC的工作。2基于IFC標準的PKPM軟件研究意義IFC(IndustryFoundationClasses)是由IAI(InternationalAllianceforInteroperability)針對建筑模型數據交換制定的國際標準。它是AEC(Architecture,,EngineeringandConstruction)的實體(如墻、窗戶等)類庫。IFC是建立在STEP(StandardfortheExchangeofProductmodeldata)的EXPRESS數據定義語言上，采用面向對象的方法，用類來封裝。這樣就可以直接借鑒STEP項目中的大量成熟研究成果。因為IFC是開放的，基于IFC建立的信息模型允許AEC工程師們共享，一旦一個工程師建立了模型，對于那些使用有IFC數據接口的軟件系統的AEC公司、業主、管理單位就不需要重新建模，這就提高了工作效率，節省了成本。應用IFC標準不要求軟件內部應用這套標準，而只要求在與其他系統交換信息時有一個IFC標準的接口。PKPM系列軟件(PMCAD,SpaSCAD,SATWE,PMSAP,TAT,JCCAD,STS,APM,DEC,GARLAND,ABD,STAT等)以中國建筑科學研究院工程部具有獨立自主版權的CFG圖形系統為基本開發平臺，有機結合了當今軟件開發的先進技術，以MFC作為用戶輸人、輸出界面開發工具，具有Windows系統下軟件的一致界面。該軟件在全國萬家以上設計單位使用，集結構計算與施工繪圖于一體，是國內建筑設計行業應用最廣泛的建筑工程軟件系統。為了把PKPM軟件系統推向國際市場，需要建立實現系統標準化協作應用平臺。本文主要介紹如何用國際建筑工業標準IFC建立這個協作應用平臺，從而把PKPM軟件的數據轉換成IF'C數據格式，與其他軟件系統共享信息。3PKPM歐洲版IFC接口介紹PKPM系統應用在國內已經非常普遍，國外市場(新加坡、香港、越南等)也已經推廣。為了進一步推廣PKPM，首先開發歐洲版的IFC接口，然后根據用戶的反應，最終實現所有版本的接口。3.1接口1.0版本功能3.1.1采用的是IFC2X3版本,而目前最新的是IFC2X4版本3.1.2結構模型初步轉換；實現對結構系統的構件截面、材料、幾何、位置的交換3.2轉換相關約定3.2.1截面轉換由于PM模型中截面類型眾多，目前限定可轉換截面為PMCAD中的梁柱截面1－6，9－11類型。譬如，因為有的截面(如鋼管混凝土截面、格構式組合截面、實腹式組合截面等)，IFC還沒有對應的語句來描述，對于任意封閉多邊型截面，IFC只能描述單連通截面，對于多連通截面沒有辦法描述，譬如PMCAD的9類型截面(角鋼組合截面)，目前IFC無法描述。IFC可以參數描述的截面如圖1～圖11所示：圖1IfcLShapeProfileDefL型截面(即角鋼截面)圖2IfcUShapeProfileDefU型截面(STS中的槽鋼類型32)圖3IfcCShapeProfileDefC型截面(STS中的薄型槽鋼類型72)圖4IfcZShapeProfileDefZ型截面(STS中的薄型Z型鋼73之一)圖5IfcTShapeProfileDefT型截面(STS中的對稱T型鋼14)圖6IfcCraneRailFShapeProfileDef吊車軌F截面(PM沒有對應截面)圖7IfcCraneRailAShapeProfileDef吊車軌A截面(PM沒有對應截面)圖8IfcCircleProfileDef圓形截面(PM截面3類型)圖9IfcEllipseProfileDef橢圓截面(PM沒有這個類型)圖10IfcRectangleProfileDef矩形截面(PM截面1類型)圖11IfcTrapeziumProfileDefT形截面(PM截面11類型)因此，在IFC轉換到PM模型時，有的截面無法轉換到對應的截面，本程序遇到這種情況，直接轉換成一個特定名稱的矩形截面，然后在轉換日志LOG上用文字說明。用戶可以在PMCAD或其它結構軟件系統，直接將該截面換成一個合適的截面。3.2.2材料轉換圖11材料轉換界面在PMCAD系統中，雖然材料類別可以允許若干種，但是我們經常使用的是混凝土和鋼。在PM轉換成IFC時，各種材料的輸出如下：混凝土：IFCMATERIAL('Concrete40');里面的名稱為混凝土的英文和混凝土標號。鋼：IFCMATERIAL('Steel2');里面的名稱為鋼的英文和鋼級別號。在IFC轉換到PMCAD結構系統時，如果IFCMATERIAL中的名稱無法得到材料信息的話，那么在轉換過程中，將彈出一個材料輸入對話框，由用戶來設置IFC中出現的材料名稱，賦予PMCAD中實際的材料信息，即給出材料是混凝土還是鋼，標號或者級別是多少。在某些情況，IFC沒有說明構件的材料信息，我們設定構件的材料是混凝土，標號25。3.2.3構件幾何形狀描述梁、柱，支撐幾何形狀都使用拉伸體的描述，不容許進行半無限空間進行BOOL操作。墻體幾何形狀的描述是拉伸體，容許一次半無限空間進行BOOL操作，不容許多次BOOL操作。幾何形狀的描述不容許使用BREP描述，即不容許使用表面模型(類似AutoCad的3Dface)來描述構件形狀。對于PM模型中的圓弧構件――圓弧梁和圓弧墻，使用直線段離散的辦法，變為逐段直線段描述。3.2.4荷載荷載轉換目前沒有完成，擬放在接口下個版本中實現。4結語IFC自從作為ISO標準頒布以來，在國際上發展很快，許多企業研發了基于IFC標準的現有建筑軟件的輸人/輸出接口，取得了可觀的經濟效益。我國起步比較晚，2004年6月中國建筑科學研究院才成立IFC課題研究，目前研究的探索階段已經完成，能夠實現歐洲規范版本與IFC標準的接口，為接下來最終實現所有版本的接口打下堅實的基礎。參考文獻[1]Step工業自動化系統與集成產品數據表達與交換。[2]IFC2X(Industr