（计算机软件与理论专业论文）基于ifcxml的建筑数据共享平台的研究与设计.pdf

复旦大学硕士论文基于i f c x m l 的建筑数据共享平台的研究与设计 摘要 日益进步的计算机信息技术对社会各行各业的发展与变革都产生了深刻的 影响。在建筑设计行业，现代信息技术同建筑设计技术全面而深入的融合，正 引领着建筑设计行业新的里程碑式的发展。在这种趋势下，国际上各种工程数 据标准与技术层出不穷，其中最值得关注的是i a i ( i n t e r n a t i o n a la l l i a n c ef o r i n t e m p e r a b i l i t y ) 提出的i f c ( i n d u s t r yf o u n d a t i o nc l a s s e s ) 标准，它已成为国际 建筑业事实上的工程数据交换标准，也是建筑软件交换和共享信息的共同语言。 i f c 标准在国际上已得到高度重视与广泛应用，大量大学和公司的实验室 对其展开了深入的研究，但是，我国目前还还处于起步阶段。这一现状无疑将 制约我国建筑设计领域应用软件的发展。因此，对i f c 技术进行研究非常有意 义和价值。 本文在基于i f c 标准的建筑设计数据管理方面做了一些研究与探索，着重 对i f c 模型数据的关系数据库存储和i f c 局部模型查询的处理技术进行了研究， 提出了i f c 模式到关系模式的映射算法，新的支持逻辑相关性的i f c 建筑局部 模型查询语言p m q l - 2 以及相应的查询处理算法，从而能有效得支持建筑局部 模型的抽取，在此基础上，我们设计实现了一个基于i f c x m l 的i f c 建筑模型数 据共享平台的原型系统。 本文的主要成果归纳如下； 1 基于对用户查询的分析，通过改进h y b r i di n l i n i n g 算法，将其从d t d 扩展到x m l s c h e m a ，提出了基于查询分析和代价估算的x m l 模式到 关系模式的映射技术，并以此为基础，结合珥c x m l 数据的特点，提 出了针对i f c 局部对象模型查询集q 的从c x m l 模式到关系模式的 混合映射技术。 2 结合当前应用的需求，以仅支持i f c 文档结构关系查询的局部模型查 询语言p m q l 为基础，提出了支持文档结构关系查询和逻辑相关性查 询的局部模型查询语言p m q l - 2 。 3 提出了基于i f c 逻辑模式树的图形化的查询描述方式，用以自动生成 p m q l - 2 的查询描述。 4 提供了一个p m q i ，2 到s o l 语言的映射转化算法，以支持将查询描述 自动转化为s q l 查询语句，从而实现用户需求的局部模型的数据抽取。 关键词：i f c 标准。i f c x m li f c 局部模型，p m q l ，建筑数据共享 复旦大学硕士论文 基于i f e x m l 的建筑数据共享平台的研究与设计 a b s t r a c t w i t ht h et r e m e n d o u sd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , i t se f f e c to i l c o n s t r u c t i o ni n d u s t r yh a sb e c o m em o r ea n dm o g es i g n i f i c a n t c o m b i n e db y i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , c o n s t r u c t i o ni n d u s t r yw i l le x p e r i e n c ear a p i da n dl a n d m a r k d e v e l o p m e n t i f c ( i n d u s t r yf o u n d a t i o nc l a s s e s ) s t a n d a r d w h i c hw a sd e f i n e db yi a i ( i n t e m a t i o n a la l l i a n c ef o ri n t e r o p e r a b i l i t y ) i si nf a c tt h es t a n d a r do fp r o j e c td a t a e x c h a n g ei ni n t e r n a t i o n a lc o n s t r u c t i o ni n d n s t r y , w h i c ha l s op m v i d e sac o m m o n l a n g u a g eb e t w e e nc o n s t r u c t i o n s o f t w a r ea n d s h a r i n gi n f o r m a t i o n e x t e n s i v e a p p l i c a t i o n sb a s e do ni f cs t a n d a r d h a v e b e e ni m p l e m e n t e da b r o a d h o w e v e r , s u p p o r t i n gp l a t f o r mf o rc o n s t r u c t i o nd e s i g nh a sn o te m e r g e di nc h i n ay e t , w h i c h u n d o u b t e d l yr e s t r i c t st h ed e v e l o p m e n to fc h i n e s ec o n s t r u c t i o ns o f t w a r e t h i sp a p e rw i l li n t r o d u c ei f cs t a n d a r df i r s t t h e nf u r t h e rr e s e a r c ho na p p l i c a t i o n o fi f cw i l lb ee x p l o r e d , w h i c hc o n t a i n si f cr e l a t i o n a ld a t a b a s ea n dp r o c e s s i n g t e c h n o l o g yo fi f cp a r t i a lm o d e lr e q u i t i n g f i n a l l y , as y s t e mo fd a t as h a r i n gp l a t f o r m b a s e do ni f cc o n s t r u c t i o nm o d e lh a sb e e nd e s i g n e d t h em o s tp a r to ft h i sp a p e ri s a b o u tt h ei m p l e m e n t a t i o nw h i c hh a sb e e na c h i e v e dr e l a t e dt ot h i ss y s t e m t h em a i nf i n d i n g si nt h ea r t i c l ec a nb ec o n c l u d e sa sf o l l o w s ： 1 b a s e do i lc u s t o m e re n q u i r i n ga n a l y s i sa n dr e f i n e dh y b i r di n l i n i n ga l g o r i t h m e x t e n d i n gd t d t ox m l s c h e m a , m a p p i n gt e c h n o l o g yf r o mx m l m o d e lt or e l a t i o n a l m o d e li si l l u s t r a t e d w i t ht h ec o n s i d e r a t i o no fp r o p e r t i e so fi f c x m ld a t a , m i x e d m a p p i n gt e c h n o l o g y f r o mi f c x m lt or e l a t i o n a lm o d e l 2 t oc a t e rf o rt h ed e s i r eo f p r e s e n ta p p l i c a t i o n ，p m q l - 2 i ss u g g e s t e dg r o u n d e do n p m q l l a n g u a g e 3 t h eg r a p h i c a lm e h o do fq u e r y i n gd e s c r i p t i o nw h i c hi sb a s e do ni f cm o d e l l o g i c a l - t r e e ，i sd i s c u s s e d ，w h i c hg e n e r a t ed e s c r i p t i o no fp m q i , - 2a u t o m a t i c a l l y 4 am a p p i n ga l g o r i t h mo ft r a n s f o r m i n gf r o mp m q l - 2t os q li sp r o v i d e dt o s u p p o r tt r a n s f o r m i n gq u e r yd e s c r i p t i o nt os q lc o m m a n d i no r d e rt or e a l i z et h ed a t a e x t r a c t i o nf r o mp a r t i a lm o d e l k e y w o r d ：i f cs t a n d a r d ，i f c x m l , i f cp a r t i a lm o d e l ，p m q l , s h a r eo fc o n s t r u c t i o n d a t a 复旦大学硕士论文 基于f f c x m l 的建筑数据共享平台的研究与设计 第一章绪论 1 1 共享平台背景简述 随着计算机信息技术( i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ) 的日新月异，不断发展， 其对整个建筑领域的影响也越来越大，通过利用数据库、计算机网络等先进的 信息化手段，可以对建筑工程项目进行有效的资源配置，实现进度、质量、成 本等各方面全方位控制，提高劳动生产率，进而提高建筑行业的综合实力。 建筑工程项目是种复杂的、综合的经营活动，参与者涉及众多行业，生 命周期可达几十年、上百年，所以建筑工程信息的交换与共享是建筑工程项目 的主要活动内容之一 1 。 目前的建筑软件只是涉及建筑全生命周期的某个阶段的、某个专业的领域 应用。没有哪个开发商能够提供覆盖建筑物全生命周期的应用系统，也没有哪 个工程是只使用一家的软件产品完成的。因此，建筑信息的交换就显得非常重 要，而大多数情况，信息的交换与共享是由人工完成。其结果是，工程项目将 花很长时间设计和建造，并且建造和经营的成本比规划需要的高。英国的一份 建筑行业报告( l a t h a mr e p o r t1 9 9 9 ) 指出一个建筑项目成本的大约3 0 会丢失 损失在建筑工程项目的破碎过程和通讯上 2 。建筑在线网( 黼b u l l d - o n l i n e 。 c o m ) 的调查结果也显示，通常由于丢失文件和缺乏沟通使施工成本增加2 0 3 0 ，而由于网站的使用英国建筑市场每年可以节约大量资金，同时施工工期缩 短1 5 3 。由此可见，解决信息交换和共享问题对建筑行业而言异常重要。 而解决信息交换与共享问题的关键在于标准。有统一标准，也即有了系统 之间交流的共同语言，数据自然可在不同系统之间流动。因而，随着应用的发 展，各种数据交换标准不断产生。 s t e p 标准( t h es t a n d a r df o rt h ee x c h a n g eo fp r o d u c tm o d e ld a t a ) 是一个计算机可理解的关于产品数据表达和交换的国际标准，是在p d e s ( p r o d u c td a t ae x c h a n g es p e c i f i c a t i o n ) 的基础上发展起来的，其i s 0 标准 号为1 0 3 0 3 。其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，不仅适合用于文 件交换，而且可以作为实现和共享产品数据库及产品数据长期保存的基础。但 是，其有体系过于庞大的问题。针对该问题，很多组织借用s t e p 的标准框架和 资源制订了自己的标准，如国际协同工作联盟i a i 组织的i f c 标准。 国际i a i ( i n t e r n a t i o n a la 1 l l a n c ef o ri n t e r o p e r a b i l i t y ) 组织制定的 建筑业国际工业标准 f c ( i n d u s t r yf o u n d a ti o nc l a s s e s ) 是国际建筑业事实 3 一 复旦大学硕士论文 基于i f c x m l 的建筑数据共享平台的研究与设计 上的工程数据交换标准，也成为了建筑软件交换和共享信息的共同语言。其使 建筑物全部生命周期内各阶段各方面、各应用的不同软件得以共享数据。一栋 建筑从规划、设计、施工，一直到物业管理的整个生命周期内，都可采用统一 的数据标准。通过使用i f c 标准，可以在各应用系统，包括大量建筑c a d 系统 问进行数据交换，实现建筑设计领域数据的共享和相互利用，更进一步看，i f c 标准在建筑物信息的全生命周期管理、异构系统集成、规范检查、物业管理等 领域都具有很好的应用前景。 但是，仅仅有了支持信息交换与共享的数据标准i f c 并不能解决问题。当 前建筑行业内，大量数据资源分散在各个部门，无法在建筑行业网络内有效地 共享。“建筑信息资源共享利用不足”问题普遍存在。以文件形式的数据交换与 共享在一定程度上可以缓解这种问题。但是由于大量无效信息的传输，文件格 式的考虑，以及有效信息获取困难等诸多问题造成工作效率低下。而以i f c 标 准支持的建筑模型的形式进行数据交换与共享则无上述弊端。 因此，建筑行业正需要为各类应用系统的数据交换提供一个统一的、规范 化的、遵循i f c 标准的、基于建筑模型的应用数据交换系统，提供一个信息共 享和数据整合的平台。基于这一现状，我们对采用i f c 标准的建筑数据共享中 的一些关键问题进行了研究，如i f c 模型数据的关系数据库存储和i f c 局部模 型查询的处理技术，提出了i f c 模式到关系模式的映射算法，新的支持逻辑相 关性的i f c 建筑局部模型查询语言p m q l - 2 以及相应的查询处理算法，从而能 有效得支持建筑局部模型的抽取。在此基础上设计并实现了一个i f c 建筑模型 数据共享平台，有机地结合了数据库技术、i f c 标准、x m l 标准和虚拟现实技 术等多种技术，为建筑领域的数据交换提供支持。 总体来看，建筑模型数据共享平台，是为建筑行业中的数据交换、数据存 储、数据查询、数据表现提供一个集成的系统，为建筑领域内同部门、同单位、 或者各合作伙伴间提供了一个信息平台。进一步看，该共享平台的作用还可延 伸到建筑领域之外，为消防、急救等社会事业提供必要信息。 我们的建筑模型数据共享平台有机地结合了数据库技术、i f c 标准、x m l 标准等多种技术，通过互相协作，实现平台功能。通过数据库技术，则可以实 现数据的集中存放，提高数据存储和查询的效率，实现建筑行业的信息共享。 通过i f c 标准，利用s p f 文件，x m l 文件的相互转化避开了文件格式的问题。 使用s p f 文件格式，x m l 文件格式来进行模型数据传输，使用v r m l 虚拟现 实技术，将电子文档中的建筑物信息在虚拟空间中构建为可视可交互实体图像， 便于用户的使用。 在整个建筑模型数据共享平台来看，数据库系统处于核心地位，建筑模型 4 复旦大学硕士论文基于i f c x m l 的建筑数据共享平台的研究与设计 数据的导入和存储，用户的查询支持和处理，以及用户需求的建筑模型的导出 和处理是系统的关键部分。在本文中，我们将主要介绍i f c x m l 模式到关系模 式的映射问题，i f c 建筑模型数据如何导入到数据库中，用户如何实现建筑模型 查询需求的描述，查询的处理问题，以及整个建筑模型数据共享平台的设计方 案。 1 2 相关研究工作 。 i 2 1i f c 、s t e p 标准 随着技术的不断发展，两大国际数据标准s t e p 和w c 已经在越来越多的 地方得到认同，很多为建筑领域设计的软件和系统也已开始支持这两个标准。 随着标准的广泛应用，数据格式和数据结构造成的数据兼容性问题将一去不返。 ( 1 ) s t e p 标准： i s o1 0 3 0 3 一l 【4 】对s t e p 标准的总体框架和基本原则进行了阐述。在文【5 】中， 作者主要针对s t e p 标准的实现方法作了较为深入的分析，提出了利用数据库实 现方法实现数据交换的较新的技术解决方案，解决了数据库中产品信息存取操 作这一关键问题并给出了具体的应用程序实例。其与我们的平台研究有一定相 关性。由于i f c 标准与s t e p 标准之间的渊源关系，从对s t e p 标准的熟悉，也 有助于i f c s p f 文件的格式有所了解。其他还有更多关于s t e p 标准的研究和实 现，可参看文【6 】f 7 】等。 ( 2 ) i f c 标准 i f c 标准是一个在不断修订和发展中的国际标准，存在许多不同的版本，有 些版本之间存在显著的差别，当前应用的主要版本为i f c 2 x ，i f c 2 x 2 。 【8 1 ，【9 1 是i a i 组织提供给所有想要实现i f c2 x 或2 x 2 版本的团体或个人的 指导手册，其中对i f c 数据模型中的所有概念( c o n c e p t ) 进行了详细地说明， 包括对应的实体( e n n l y ) 及其各属性的取值范围和意义等。可以在其网站 ( w w w i a i - i n t e r n a t i o n a l o r g ) 自由获得。同样，文1 1 0 1 ，【1 l 】也是来自i a i 官方的指导 文件，【1 0 】解释了如何从使用e x p r e s s 语言描述的i f c 实体定义，转换到对应 的x m l s c h e m a 定义，从而间接地规定了i f cs p f 文件对应的i f c x m l 文件的内 容形式。【1 1 】具体阐述了i f c x m l 的应用和前景，并详细介绍了i f c x m l 的特点， 应用开发指导等内容。 复旦大学硕士论文基于i f c x m l 的建筑数据共享平台的研究与设计 1 2 2 相关科研项目 当前，i f c 标准在国际上得到越来越多的企业和大学实验室的关注，在i a i 组织的官方网站上可以查到大量相关实验室及其软件原型产品的信息和网站， 具体可查看网址：h t t p ：w w w i a i - i n t e r n a t i o n a l o r g r e s o u r c e s r a n d d _ o r g a n i s a t i o n s h t m l 。从中我们可以看到大量的i f c 标准的相关科研项目，例如联邦科学 工业研究机构( c o m m o n w e a l t hs c i e n t i f i ca n di n d u s t r i a lr e s e a r c ho r g a n i s a t i o n ) 的研 究项目“3 dc i t yd a t a b a s e ”，“c i bw 1 0 6g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m s ”，澳 大利亚d e a k i n 大学的研究项目“b u i l d i n gc o n t r o ls y s t e m s ”， 美国斯坦福大学集 成设备工程中心( c e n t e rf o ri n t e g r a t e df a c i l i t ye n g i n e e r i n g ) 的科研项目“p r o d u c t m o d e l & 4 dc a d ”等。 其中s e c o mc o l t d 和v r r 的研究同我们关于i f c 建筑模型数据共享平台 的研究有一定的相关性。我们下面将简单阐述其的建筑信息共享系统原型i f c m o d e ls e r v e r 。 该项目的研究主体是s e c o mc o ，l t d 和y r rb u i l d i n ga n dc o n s t r u c t o n 。项 目的主要目标是开发一个i f cm o d e ls e v e r 0 m s v r ) 的框架，使用数据库系统来 存储i f c 对象模型，并且运行于网络上。随着i f c 在世界范围内的广泛应用， 支持i f c 的模型服务器的重要性日益显著，因为如果不使用此类服务器，则支 持i f c 的应用系统之问的i f c 数据共享将被限制于基于文件的数据交换【1 1 】。而 基于文件的数据交换有诸如大量无效数据的传输，有效信息获取困难，文件格 式等诸多问题。 i f cm o d e ls e r v e r 的系统主要有三层构成，分别是数据存储层( d s ic ) ， 数据访问层( d a l c ) 和w e bs e r v i c e 层( w s u 回，具体框架内容参见 1 3 1 、【1 4 1 、 【1 5 】。其结构如图1 - 1 所示： 睇m o d d s m fw s l co l c 匦魁圈t i o g a 嘲瞬蕊磊态磊溺蛐 幽翠竺蛐 翻鬻铡 。舡啭谚m k 匦西蛰陛酽 r 匦圄圆陋 同iil 图1 - 1 i f cm o d e ls e r v e r 的系统框架图【1 3 】 复旦大学硕士论文基于f f c x m l 的建筑数据共享平台的研究与设计 数据存储层( d s l c ) 主要涉及到i f c 数据存储的关系模式设计，具体的关系模 式设计及实现方式请参见 1 6 、1 7 、1 8 。数据访问层( d a l c ) 主要涉及到i f c 数据的有效存取。具体设计与实现参见 1 9 、2 0 、2 1 、2 2 。w e bs e r v i c e 层( w s l c ) 主要用于实现对数据库各类操作的w e bs e r v i c e 方式的支持，具体设计与实现可 参见f 2 2 】。 综合看来，i f cm o d e ls e r v e r 实现了i f c 建筑模型数据共享平台的部分功能， 但是其存在着如下缺点： 支持的数据格式未包括i f cs p f 格式，不能很好的达到数据共享目的。 在局部模型查询中，仅基于文档的结构进行查询，而不支持建筑模型 间的逻辑相关性，故不能很好的满足用户的查询需求。 关系模式针对所有的i f c 对象建表，造成系统的关系表数目巨大，系 统效率不高。 本文在对i f c 建筑模型数据共享平台的研究与设计中，针对i f cm o d e l s e r v e r 的缺点进行了考虑和改进。平台有机地结合了数据库技术、i f c 标准、 v r m l 技术、x m l 标准等多种技术，通过互相协作，实现了一个建筑行业的支 持数据交换、数据存储、数据查询、数据表现的集成的信息系统。 1 2 3 其他相关研究 近年来，建筑行业的信息化水平不断提高，建筑领域中应用软件的功能也 越来越全面，软件出现了由独立系统向集成系统发展的趋势，集成意味着将分 散的异构部件联合在一起形成一个协同的整体，从而实现更强的功能，完成各 个部分独自不能完成的任务【2 3 】，因此，建筑行业的信息集成系统开始受到极大 的关注。 同时，建筑师和工程师们也已经充分认识到信息化建筑模型( b u i l d i n g i n f o r m a t i o nm o d e l ，b i m ) 在生产率、质量和协调性方面的优势，因此b i m 应用 程序也越来越受到业界群体的青睐。但在建筑行业信息化的过程中也不断遇到 各类问题。如a u t o d e s k 公司的白皮书信息化建筑建模的障碍指出：信息化 建筑模型( b i m ) 应用的主要障碍之一就是业务流程的改进【2 4 】。 在建筑业信息化的基础上，虚拟化技术正在飞速发展。虚拟现实( v i r t u a l r e a l i t y ，v r ) 是j a r o nl a n i e r 在2 0 世纪8 0 年代提出的概念。虚拟现实技术综 合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种学科的 技术，它为人机交互对话提供了更直接和真实的三维界面，并能在多维信息空 间上创建一个虚拟信息环境，使用户具有身临其境的沉浸感。虚拟现实技术对 复旦大学硕士论文 基于i f c x m l 的建筑数据共享平台的研究与设计 建筑行业有着重要的意义，如在施工过程未实际开始时就可以预先观看有关设 计的立体虚拟模型，体验其完成后的整体效果，并分析和计算各种设计方案对 建筑物各方面物理性能、投资、工期等指标的定性或定量的影响，以改进设计、 制定最佳实施计划，从而更好地实现项目目标 2 5 1 。v r m l 是描述虚拟环境场景 的一种模型语言，同时也是一种i n t e r n e t 上的开放式语言标准。更多v r m l 信 息可参看【2 6 1 。 1 3 本文主要贡献 本文的主要贡献有： 1 基于对用户查询的分析，通过改进h y b r i di n l i n i n g 算法，将其从d t d 扩展到x m l s c h e m a ，提出了基于查询分析和代价估算的i f c x m l 模式 到关系模式的映射技术，并以此为基础，结合i f c x m l 数据的特点， 提出了针对i f c 局部对象模型查询集q 的从i f c x m l 模式到关系模式 的混合映射技术。 2 结合当前应用的需求，以仅支持i f c 文档结构查询的局部模型查询语 言p m q l 为基础，提出了支持文档结构关系查询和逻辑相关性查询的 局部模型查询语言p m q l - 2 ，并提出了基于i f c 逻辑模式树的图形化 的查询描述方式，用以自动生成p m q l - 2 的查询描述。 3 提供了个p m q l - 2 到s q l 语言的映射转化算法，以支持将查询描述 自动转化为s q l 查询语句，从而实现用户需求的局部模型的数据抽取。 4 最后，本文提出并实现了一个基于i f c x m l 的建筑模型数据共享平台 的系统框架。 1 4 文章结构框架 在接下来的章节中，文章是如下安排的： 在第二章中，我们将首先介绍i f c 建筑模型数据共享平台涉及到的各种 基础技术，包括：i f c 标准、i f c x m l 技术、x m l s c h e m a 。 在第三章中，我们将阐述x m l i f c x m l 到关系模式的新的映射技术。 本章主要介绍本文提出的基于查询分析和代价估算的x m l 模式到 8 复旦大学硕士论文基于i f c x m l 的建筑数据共享平台的研究与设计 关系模式的映射技术，并以此为基础，结合i f c x m l 数据的特点，提 出了针对i f c 局部对象模型查询集q 的从i f c x m l 模式到关系模式的 混合映射技术。 在第四章中，我们将阐述i f c 局部对象模型查询的处理技术。 本章首先介绍了当前i f c 局部模型查询处理的相关研究现状以及 i f c 局部模型查询语言p m q l 。结合当前的应用需求，以p m q l 语言为 基础，本文提出了支持逻辑相关性查询的局部模型查询语言p m q l - 2 。 并提出了基于i f c 逻辑模式树的图形化的查询描述方式，用以自动生成 p m q l - 2 。最后本章提供了p m q l - 2 到s q l 语言的映射转化算法，以支 持将查询描述转化为s q l 查询语句，从而实现用户需求的局部模型的 数据抽取。 第五章将阐述本文设计的基于i f c x m l 的建筑模型数据共享平台的系 统框架。 第六章是总结与展望，对未来的研究和后续工作做了一定的规划。 复旦大学硕士论文基于i f c x m l 的建筑数据共享平台的研究与设计 第二章i f c 相关技术基础 如在第一章中提到的，本文提出的基于i f c x m l 的建筑模型数据共享平台 是把i f c 标准、x m l 标准、数据库技术和虚拟现实技术等多种技术有机地结合 在一起，通过各种技术的互相协作，有效的实现建筑模型共享平台的数据交换、 数据存储、数据查询、数据表现功能。 本章主要介绍i f c 建筑模型数据共享平台涉及到的各种基础技术，包括： i f c 标准、i f cs f f 文件、i f c x m l 文件。 2 1i f c 标准 建设工程项目涉及的数据量巨大，因此数据的兼容性显得越来越重要。过去， 由于数据格式和数据结构的各自为政，浪费了极大的人力物力解决数据兼容性 问题。值得庆幸的是，目前建筑业中已出现了两大国际标准，即i a i ( i n t e r n a t i o n a l a l l i a n c ef o ri n t e r o p e r a b i l i t y ，国际互用联盟1 的i f c ( i n d u s t r yf o u n d a t i o nc l a s s e s ， 行业基准类) 标准和i s o ( i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r do r g a n i z a t i o n ，国际标准化组织) 的 s t e p ( s t a n d a r df o r t h ee x c h a n g eo f p r o d u c tm o d e ld a t a ，产品模型信息交换) 标准， 并已得到越来越多国家的认同，并得到越来越广泛的采用，很多建筑业中的软 件已开始根据这两个标准编制。但是s t e p 标准体系过于庞大，针对这个问题， 很多组织借用s t e p 的标准框架和资源制订了自己的标准，如国际协同工作联盟 i a i 组织的i f c 标准( i n d u s t r yf o u n d a t i o nc l a s s e s ) 就是针对于建筑业的信 息标准a 【2 7 1 国际协同工作联盟i a i 组织制定的建筑业国际工业标准i f c 已经成为国际 建筑业事实上的工程数据交换标准，也成为了建筑软件交换和共享信息的共同 语言。其使建筑物全部生命周期内各阶段各方面、各应用的不同软件得以共享 数据。更进一步看，i f c 标准在建筑物信息的全生命周期管理、异构系统集成、 规范检查、物业管理等领域都具有很好的应用前景。 2 1 1i f c 的整体框架 i f c 标准描述了建筑产品各方面的数据信息，是目前对建筑物信息描述的 范围最广、最详尽的数据描述标准，其包含的信息量巨大而丰富。为了便于用 户更清晰的了解整个i f c 体系，标准开发人员利用了面向对象的分析和设计方 复旦大学硕士论文摹于i f c x m l 的建筑数据共享平台的研究与设计 法，为i f c 标准设计了一个总体框架和若干原则，将所有信息包容进来，这即 i f c 标准的整体框架。 i f c 的总体框架是分层和模块化的，整体分为四个层次，从下到上分别是 信息资源层、信息框架层、信息共享层和领域层。每个层次都包含一些信息描 述模块，并且遵守一个原则：每个层次只能引用同层次和下层的信息资源，而不 能引用上层资源。这样，上层资源变动时，下层资源不受影响，保证信息描述 的稳定性，下面简单叙述每个层次包含的内容： 信息资源层描述标准中用到的基本信息，如人员信息、文档信息、几何 拓扑信息等。这些基本信息不针对于建筑工程与设备管理，而且是无整 体结构的分散信息，它们将作为信息描述的基础，应用于整个信息模型。 信息框架层描述建筑工程信息的整体框架，它将资源层的信息用一个整 体框架组织起来，使他们相互联系和连接，组成一个整体，真实反映现 实世界的结构。 信息共享层解决领域信息交互的问题，并且在这个层次，各个系统的组 成元素细化。 领域层深入各个领域的内部，形成各个领域的专题信息。 每个层次内包含了若干模块。对于一般应用开发人员不需要了解i f e 标准 的全部内容，在清楚整体框架和核心结构的情况下，只需了解对应部分既可。 i f c 标准的全部规范都可以在其官方网站下载。其采用了e x p r e s s 语言作为 数据描述语言，定义所有用到的数据。e x p r e s s 语言是i s o 中s t e p ( s t a n d a r df o r t h ee x c h a n g eo fp r o d u c tm o d e ld a t a ) 项目的研究成果。因此，s t e p 项目中的 大量成熟研究成果可以直接得到借鉴，例如，s t e p 中的几何定义和建筑工程核 心模型。同时，全世界基于e x p r e s s 的领先研究成果都可以很容易引入到i f c 标准中 2 8 。需注意的是，e x p r e s s 是为了数据描述而设计的语言，它的侧重点 在数据描述和定义。c + + 、j a v a 等面向对象程序设计语言虽然也具有一定数据描 述能力，但他们的侧重点在描述操作，以便于编译系统将这些操作转换成机器 可执彳亍的代码。所以，e x p r e s s 语言是不可以编译执行的，但它的规范性可以帮 助人们理解和阅读它的代码，也可以被自动化的识别程序处理 2 9 。 2 1 2i f c 的文件格式 格式。 当前，w c 标准涉及到的文件格式主要是i f cs p f 文件格式和i f c x m l 文件 i f c 标准所使用的数据交换文件主要是i f c s p f ( s t e p p h y s i c a l f i l e ) 文件。 复旦大学硕士论文 基于i f c x m l 的建筑数据共享平台的研究与设计 为了减少数据存储所需的空间和提高数据交换的效率，i f cs p f 文件的内容形式 十分紧凑，无冗余信息，但却非常不利于人类直接阅读理解和修改。而i f c x m l 文件的最大特点就是利于阅读。 可扩展标记语言x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 具有一种开放的、可 扩展的、可自描述的语言结构，已经成为网上数据和文档传输的标准，几乎在 软件开发的每个方面都产生了巨大的影响。i a i 组织希望通过提供i f c 标准的 x m l 数据文件格式，以吸引更多的团体对i f c 标准的注意和兴趣，使i f c 标准 在更多领域得到应用，于是在i f c2 x 规范中，定义了整个i f c 模型e x p r e s s 语 言到x m l 模式定义语言的映射，从而也就定义了s p f 格式之外的另一种i f c 数据交换文件，i f c x m l 格式文件。这样，同样的i f c 模型数据既可以通过i f c s p f 文件，也可以通过i f c x m l 文件进行表示。下面分别对其进行简单阐述。 2 2i f cs p f 文件 i f c s p f ( s t e p p h y s i c a l f i l e ) 文件是i f c 标准所使用的主要数据交换文件。 内容形式十分紧凑，无冗余信息。从结构看，i f cs p f 文件可分为两部分： 标头段部分。主要描述整个文档的相关信息。 数据段部分。包括所有i f c 对象的具体描述信息，所有的i f c 对象及其 间关系即构成了整个i f c 建筑模型。 具体可看下例： i s o 1 0 3 0 3 2 1 ；+ 一i f c 文俘开始语句 h e a d e r ；+ 一标头段：歼始 f i l ed e s c r i p t i o n ( o f c 2 x 2e x c h a n g ef n e l 2 1 + 一兹据凝窖稀 h l e - n a ( g 、a r 】【 ，o r k s p a c c 忱d l t 、) 翻) ，z p z d ，2 0 0 4 - 1 0 - 2 2 t 9 ：1 ：1 6 5 9 ，c z h a n g h a n y i ， g e s o n g p e i ， z h a n g j i a n t a u , d a n g c h e n g f e n g ) , ( c h i n aa c a d e m y o f b u i l d i n g r e s e a r c h i n s t i t u t eo fb u i l d i n g e n g i n e e r i n gs o f t w a r e ，q s i n g h u au n i v e r s i t y ，| b e i j i n gu n i v e r s i t y0 f a e r o n a u t i c s a s 拓o n a u t i a ，t z d f i l e t o h c l 0 v e r s i o n ， p k p m o f c a b r , i f c g r o u p o f p k p m 3 ； f i l es c h e m a ( ( j i f c 2 x 2f 矾a l g ) ；一l c 模式描述 e n d s e c ；一标头殴结束 d a t a ；+ 一数据段舜始 # 1 = i f c s i u n i t ( * , t i m e u n i t ，$ ，s e c o n d ) ； t 虻2 = i f c s i u n i t ( * , m a s s u n i t ，$ ，g r a m ) ； 数据部分 e n d s e c ；七一数据段结束 e n d i s o 1 0 3 0 3 2 1 ；一i f c 文付结寐 复旦大学硕士论文 基于i f c x m l 的建筑数据共享平台的研究与设计 上文展示了标头段的主要内容，下面简述i f c 数据段的一般体系结构，其通常 先描述各种i f c 建筑对象，然后再描述其间的关系，i f c 建筑对象，i f c 关系对 象共同构成了i f cs p f 文件的数据段。i f c 建筑对象的常见关系如图2 - 1 。 图2 - 1i f c 对象常见逻辑关系 下面列出了部分数据段实例： 下面是项目、建筑、建筑楼层的各自描述。 # 1 = i f c p r o j e c t ( a b c d e f g h i j l d n m o p q r s l 0 1 ，# 1 0 1 ，p r i m a ，$ ，$ $ ，$ ， 1 0 0 0 ) , # 1 0 1 0 ) ； # 3 = i f c s l t e ( a b c d e f g h i j l d n m o p q r s l 0 3 , # 1 0 3 ，$ ，$ ，$ $ ，$ ，e l e m e n t ，$ ，$ ，$ ，$ ，$ ) # 4 = i f c b u i l d i n g ( a b c d e f g h i i k l n m o p q r s l 0 4 滞l 峨$ ，$ ，$ $ ，$ e l e m e n t ，$ $ ，$ ) ； # 6 = i f c b u i l d i n g ( a b c d e f 自m i k l m n o p q r s l 0 6 , # 1 0 6 ，$ ，$ ，$ ，$ ，$ ，p a r t i a l ，$ ，$ ，$ ) ； 胛= i f c b u l l d 矾g ( a b c d e f g h i j k l m n o t m r s l 0 7 , # 1 0 7 ，$ ，$ ，$ $ ，$ ，p a r r i a l ，$ ，$ ，$ ) # 2 1 = i f c b u i l d i n g s t o r y ( a b c d e f e h k l m n o p q r s l 2 1 , # 1 2 1 ，$ ，$ ，$ ，$ ，$ ，$ ，e l e m e n t ，$ ) ； 下面则是项目、建筑、建筑楼层之间关系的描述。 # 1 0 = i f c r e l a g g r e g a t e s ( a b c d e f g h i j k l m n o p q r s l l 0 ，# 1 1 0 ，$ ，$ ，撑1 ，( 档) ) # 1 1 = i f c r e l a