基于IFC的公路隧道BIM建模方法_王镜越.pdf

-142-基于 IFC 的公路隧道 BIM 建模方法王镜越，杨智成（贵州省公路工程集团有限公司，贵州 贵阳 550000）摘要：针对 IFC 标准在公路隧道体系定义不完整而限制数据共享的现状，探索了用 IFC 标准表达公路隧道 BIM 模型的方法，借鉴 IFC 标准在建筑领域的定义，从空间结构和构件几何等方面拓展了隧道领域的 IFC 实体，并在此基础上提出了基于 IFC 公路隧道 BIM 建模方法。关键词：BIM 建模；IFC 标准；数据共享；公路隧道中图分类号：U452 文献标识码：ABIM modeling method of highway tunnel based on IFCWANG Jingyue,YANG Zhicheng（Guizhou Highway Engineering Group Co.,Ltd.,Guizhou Guiyang 550000 China）Abstract:In light of the limited definition of IFC Standard in the highway tunnel system,which restricts data exchange,this study explores utilizing IFC standard to express the BIM model of highway tunnel,draws lessons from the definition of IFC standard in the construction field,and expands the IFC entity in the tunnel field from the perspectives of spatial structure and component geometry.On this premise,an IFC-based BIM modeling approach for highway tunnels is proposed.Key words:BIM modeling;IFC;data exchange;highway tunnel引言IFC 格式是 BIM 普遍使用的建筑数据表示和信息交换格式。IFC 标准提供的统一开放的信息交换标准是 BIM 能够自由传递和共享信息的基础。基于 IFC标准，项目参与者根据相应的权限范围在项目实施的不同阶段按照一定的规则收集、创建、更新信息，便于其他参与者及时获取和使用信息。基于 IFC 的上述特点，不少学者的研究推动了 IFC 标准在隧道模型中的应用，高建新等1通过对 Revit 的二次开发，设计了输入参数即可自动建立隧道模型的界面程序，实现了参数化建模。赵龙国等2拓展了隧道空间结构、物理元素和属性集合的 IFC 标准，并借助 Revit 软件开发了建立隧道动态信息集成模型的方法。陈远和逯瑶3研究了使用 Java 语言读取 IFC 模型的空间结构组成和其容纳的建筑构件信息的方法，并通过一个三层框架结构建筑模型验证了此解析方法的可行性，为开发基于IFC标准的BIM软件提供了借鉴。姜谙男等4在集成多元监测信息和反馈分析信息的隧道模型中，引入反馈分析计算程序模块，运用 IFC Engine DLL 和Direct 3D 图形引擎，开发了具有 IFC 模型属性读写、格式解析和可视化展示功能的反馈分析管理信息系统。上述研究中对隧道构件等部分的 IFC 定义还不够全面，故需进一步展开相关研究。1 公路隧道模型的 IFC 描述和拓展1.1 隧道空间结构的描述在 IFC 文件中，空间结构定义：根据空间布局将项目分解为可管理的子集。它可理解为建筑构件的“容器”。由此派生得空间结构元素分为：场地（IfcSite）、建筑（IfcBuilding）、楼层（IfcBuildingStorey）和空间（IfcSpace）。由于 IFC 标准中不包含描述公路隧道的相关描述类，需要通过拓展定义隧道空间结构元素实体，因此，在原有的空间结构元素抽象基类下派生出两个实体：隧道（IfcTunnel）实体、隧道部件（IfcTunnelPart）实体，见图 1。通过这两个新增实体以及两类关系实体构成隧道空间结构的描述，是对隧道构件或其它信息进行合理组织的前提。1.2 隧道构件及几何的描述IfcElement 是描述物理结构元素的超类，它派生的建筑元素实体（IfcBuidlingElement）的子类可用于描述建筑构件的实体。当前的 IFC 标准中，土木元素实体下没有详细的子类表示桥隧领域的构件，因此，收稿日期：2022-07-26作者简介：王镜越（1984），男，贵州贵阳人，硕士研究生，高级工程师，研究方向为公路工程施工管理。2022 年第 6 期山东交通科技-143-扩展了一些子类来描述隧道的构件，如：二次衬砌（ifcConcreteLining）、钢架（ifcSteelRib）、初支喷射混凝土（ifcShotConcrete）和锚杆（ifcRockblot）。对于扩展的隧道构件实体，参照 IFC 标准的几何形状描述方法，结合隧道构件的特征，认为隧道初支、二衬的几何表达应该选用 IfcSectionedSolidHorizontal实体进行表达，锚杆选用 IfcExtrudedAreaSolid 实体进行表达，钢架选用 IfcSectionedSpine 实体进行表达。图 1 公路隧道空间结构的描述及释义ifcsteelRibifcConcreteLiningifcShotConcreteifcSteeelRibifcContainedln SpatialStructureifcContainedln SpatialStructureifcTunnelifcTunnelifcRelAggre qatesifcTunnel2 基于 IFC 文件的公路隧道 BIM 建模方法目前公路隧道的 BIM 建模软件主要包括：Revit、Catia 以及 Microstation 等 Bentley 公司旗下的软件。当各类模型在这些异构的 BIM 软件间进行数据交换和共享时，常出现信息损失的问题，限制了数据共享的程度。介绍一种基于 IFC 文件的公路隧道建模方法，此方法建立在对隧道模型准确的 IFC 描述基础上，本质是通过 IFC 读写工具包自动化集成 BIM 模型数据并生成 IFC 文件，该 IFC 文件不仅是整个隧道BIM 模型的数据载体，更尽可能地减少了各 BIM 软件读取该 IFC 文件产生的信息损失。2.1 Xbim 介绍方法依托于IFC开源框架Xbim，是一个基于.NET 开源软件的 BIM 工具包，允许开发人员以 IFC 格式读取、创建和查看建筑信息（BIM）模型，具有对IFC 模型“增、删、改、查”功能。2.2 空间结构建模隧道空间结构是容纳隧道构件的容器，在创建隧道线路和构件前，需要先建立空间结构，建立空间结构元素的 Xbim 代码。先是实例化隧道空间结构，然后使用 AddToSpatialDecomposition（）确立空间结构实例间的聚集关系；如若需要在空间结构实例容器内添加隧道构件，调用 IfcSpatialStructureElement.AddElement（）命令即可。2.3 隧道构件建模2.3.1 初支、二衬的建模步骤（1）采集隧道截面布置表，此表应包含隧道全线的截面分布数据，即每个截面的尺寸参数和每个截面的里程位置。（2）选取隧道中心线，利用程序代码自动读取隧道断面布置表，然后依据每个截面参数生成对应的 IfcTunnelProfile 实例，依据每个截面的里程位置信息生成对应的 IfcDistanceExpress 实例。按照此方法建立的构件模型见图 2。图 2 初支、二衬建模2.3.2 锚杆、钢架建模在隧道模型中，锚杆和钢架等构件会多次重复出现，若每个同类构件都生成一个 IFC 实例，则 IFC文件会产生大量冗余信息。对于形状相同的重复构件，它们的区别在于其局部坐标系相对于整体坐标系的坐标变换矩阵不同，在建立三维模型时，这相当于对构件进行平移、旋转、镜像等操作。使用表达映射实体（IfcRepresentationMap）可将一个几何实体通过平移、旋转等操作生成多个所需的几形状相同实体。锚杆、钢架等构件的建模步骤：（1）生成一个原始锚杆或钢架构件实例，并对构件进行几何描述。（2）根据实际数量生成对应个数的其他形状相同的构件实例，它们几何信息采用各自的 IfcMappedItem实例描述，每个 IfcMappedItem 实例的 MappingTarget属性包含了该映射构件的空间变换矩阵信息，变换矩阵是依据 CAD 图纸计算得出。建立的锚杆、钢架模型见图 3。图 3 锚杆、钢架建模3 结语（1）在公路隧道的三维 BIM 模型的 IFC 表达上，给出了空间结构和构件几何的描述手段，并通过对IFC 实体的扩展，弥补了 IFC 标准在隧道空间结构和构件描述方面的不足，实现了对公路隧道 BIM 数据存储标准的制定。（2）提出的基于 IFC 标准的公路王镜越，杨智成：基于 IFC 的公路隧道 BIM 建模方法-144-隧道 BIM 建模方法，依托于 IFC 的开源框架 Xbim 和Dynamo 工具，以及拓展的 IFC 实体，提高了隧道建模的自动化程度，减少了 IFC 文件信息冗余。参考文献：1 高建新,姜谙男,郑帅,等.基于BIM的参数化隧道标准建模方法J.中外公路,2021,41（4）:236-241.2 赵龙国,姜谙男,吴洪涛,等.基于IFC标准的隧道动态设计信息集成模型J.大连海事大学学报,2019,45（3）:66-74.3 陈远,逯瑶.基于IFC标准的BIM模型空间结构组成与程序解析J.计算机应用与软件,2018,35（4）:162-167，194.4 姜谙男,郑帅,赵龙国,等.基于IFC的隧道施工信息集成模型及管理信息系统J.土木工程与管理学报,2020,37（2）:34-40.（上接第 135 页）4.4 制定完善的铁路应急预案（1）同公安、应急、卫生、交通、城建、公路路政、民政、通信等部门，制定联勤联动高铁事故处置专项预案，组织消防救援人员学习高铁有关知识，并对辖区高铁地形，熟悉高架桥等周边沿线情况，尽可能掌握高铁周边的道路通行、消防水源等情况，为处置高铁事故灭火救援建立辅助决策数据。（2）同相关部门适时进行高铁事故应急演练，演练过程要充分体现出实战性和作战难度，以达到熟悉处置流程、提高应急救援能力、组织指挥能力、综合决策能力的目的。演练过程中发现的问题，要及时进行修正并在应急预案中体现出来，真正达到以演练促进实战的工作目标。（3）应急救援应该以预防为主，在高铁建设设计规划中，主动服务、提前介入，提出设置灭火救援通道、安全平台等建设性意见。5 结语随着高速铁路的大规模建成运营和技术的进步，在提高列车运行监测监控的基础上，努力减少高速铁路客运列车发生冲突、脱轨、颠覆、火灾、爆炸等交通事故发生。首先要在预防上做足功夫，关口前移，要综合研判运营风险隐患，及时整改消除隐患，其次要做足救援的准备，可以备而不用，但不能用而无备，汲取事故教训，加强应急救援处置对策研究，提高应对能力。参考文献：1康青春,姜自清,田亮本.抢险救援理论与实践M.北京:中国人民公安大学出版社,2005.2PAPAZOGLOU L A,CHRISTOU M D.A decision support system for emergency response to major nuclear accidents J .Nuclear Technology,1997（118）:97-122.3李建华.灾害抢险救援技术M.河北:中国人民武装警察部队学院,2005.4孙楠楠,李秀娟,巩竟,等.道路交通事故的应急救援体系现状与分析C.北京:解放军出版社,2006.