基于IFC认证的BIM建模软件选择方案研究

(1.华东建筑集团股份有限公司，上海 200041； 2.华建数创(上海)科技有限公司，上海 200070；3.上海大学—上海城建建筑产业化研究中心，上海 200072； 4.上海大学悉尼工商学院，上海 201800)

1 前言

BIM技术的应用，是对建筑信息的创建、集成、共享和管理的过程[1]。而这一过程是从 BIM 模型的创建开始的，BIM模型将成为项目BIM应用的主要信息载体。在信息化如此发展的今天，各大软件制造商紧跟BIM的潮流，推出多款BIM建模软件，其各自具有专业偏向性也各有不同。在众多BIM软件中，如何挑选一款适合项目特点的BIM软件，将决定BIM模型的信息存储与交换能力。

2 BIM模型

BIM 模型是参数化的数字模型[2]。一个构件所有实体和功能特征都参数化并以数字形式储存于数据库中，整个建筑模型和整套设计文件是个集成的数字化数据库，所有内容都是参数化和相互关联的。文件当中那些体现着项目全部要素的线条、图形以及文字，都不是传统意义上“画”出来的，而是通过 BIM 软件中的数据库，使用体现了项目全部要素的“智能构件”，以数字方式“建造”而成。智能构件在 BIM 环境下，会自动将自身信息从中央数据库加载至所有的平面图、立面图、剖面图、详图、明细表、立体渲染、工程量估计、预算、维护计划中。参数建模具有双向联系性和及时性，可以轻松协调所有的图形(如平、立、剖面图等)和非图形数据(如明细表等)。因为它们都是数据库下的视图表现。因此，BIM模型是性能化分析的数据基础，也是建筑全生命周期中重要的信息载体。

3 BIM建模软件

在信息化如此发展的今天，各大软件制造商紧跟BIM的潮流，推出多款BIM建模软件，其各自具有专业偏向性也各有不同。表1展示了当前国际上主要流行的BIM核心建模软件，以及对应的厂商及其功能所主要针对的专业。

表1 BIM核心建模软件

4 软件选择基准

在建筑信息化全生命周期中，BIM模型建立好后，将会继续交付给下游，并在全产业链过程中时刻进行信息的交换，而当前由于建筑物的生命周期长、涉及的专业众多，使得与建筑物相关的数据非常复杂，并且各个专业之间的交换数据中可能会由于没有及时更新而造成施工中的错误。这些数据完整性以及数据交换性的问题一直困扰着建筑产业，并且给建筑业造成了巨额的浪费。近些年随着人们对与建筑信息模型的日益关注，通过以建筑为基础的软件数据交换形成高效连续的工作流渐渐成为热门话题。

4.1 IFC数据标准

建筑对象的工业基础类(Industry Foundation Class IFC)数据模型标准是由国际协同联盟(International Alliance for Interoperability IAI)在1995年提出的标准，该标准是为了促成建筑业中不同专业，以及同一专业中的不同软件可以共享同一数据源，从而达到数据的共享及交互。通过IFC，在建筑项目的整个生命周期中提升沟通、生产力、时间、成本和质量，为全球的建筑专业与设备专业中的流程提升于信息共享建立一个普遍意义的基准。如今已经有越来越多的建筑行业相关产品提供了IFC标准的数据交换接口，使得多专业的设计、管理的一体化整合成为现实。IFC数据模型覆盖了AEC/FM中大部分领域，并且随着新需求的提出在不断地扩充。

因此，以IFC标准格式形成的BIM模型，可以在多种AEC工程软件中进行信息传递及交换。当前，不同的软件对IFC格式的支持范围及支持程度各不相同。软件对IFC的支持情况，关系着建立出BIM模型的信息存储与传递能力，本文将通过对软件的IFC支持情况进行分析，提出面向项目特点的软件选择方案。

4.2 Coordination View Certification 2.0协同视图认证

国际组织BuildingSMART已针对BIM软件的IFC支持情况进行了权威认证与测试——BuildingSMART通过Software Certification软件认证中的Coordination View Certification协同视图认证，对IFC2x3在对应BIM软件中的导入导出情况进行测试，并在分析后形成权威报告，以便软件商进行宣传以及消费者进行需求性选择。

2006年2月BuildingSMART发布了IFC2x3，作为 IFC2x2 基础上的一种质量改进版本。IFC2x3 是当前稳定的 IFC 版本，也是目前 BIM 软件支持的最为普遍的交互数据执行标准。2011年，BuildingSMART官方公布的通过 IFC 认证，支持 IFC 输入输出的工程应用软件有151 个，涵盖了设计、分析、施工、设备管理等多个领域，例如NEMETSCHEK公司的Allplan、ArchiCAD、Vectorworks，Autodesk公司的AutoCAD系列、Revit系列、Navisworks，Bentley公司的Bentley系列、AECOsim Building Designer系列以及Tekla公司的Tekla Structures等。通过软件认证，得出的最终结果展示了哪些IFC信息在软件中得以保留和传递，可以研究不同软件针对IFC信息的支持情况，也可以得出软件对不同IFC信息的支持情况。真正从用户需求的角度出发，为用户在不同项目中的BIM软件选择提供了参考。当前的Software Certification软件认证已测试了多款BIM软件针对IFC2x3文件协同试图认证(CV2.0)，分别对软件导入IFC2x3文件情况或软件导出IFC2x3格式情况进行测试，并形成对应测试报告。

5 软件选择方法论

如上文所述，本文将基于Coordination View Certification 2.0(以下简称CV2.0)的官方软件测试报告，对BIM建模软件的IFC支持情况进行对比分析，通过统计、整理与分析，形成基于CV2.0的软件IFC支持情况数据，并提供了针对项目特点进行软件选择的方法，为项目的BIM建模软件选择方案提供参考。

本文提供的软件选择方法论如图1所示，具体包括： 1)基于CV2.0的软件IFC支持情况数据处理；2)针对项目特点的BIM建模软件选择。

图1 基于IFC认证的软件选择方法论

基于CV2.0的软件IFC支持情况数据处理过程具体分为：数据源选择、数据预处理、支持度量化、同类元素合并、同软件模块合并。

针对项目特点的BIM建模软件选择方法具体分为：典型元素提取、权重设置、软件支持度计算、软件方案确定。

5.1 基于CV2.0的软件IFC支持情况数据处理

(1)数据源选择

参与CV2.0认证测试的软件众多，类型交广，功能涉及BIM建模、模型查看、BIM分析等。为了方便对BIM建模软件选择，避免冗余数据的干扰，实现从多个软件中快速筛选出适用于本文的应用软件，本文选取具有建模功能的BIM软件的测试报告进行分析

因此，本文选择了如表2所示的13款软件进行分析，这些软件均具有建筑、结构、机电中若干或者全部的建模功能，并基本参与了导入和导出测试，有利于对其IFC支持程度进行全方面分析。

表2 本文选取符合要求的建模软件列表

本文从BuildingSMART官方网站(http：//www.buildingsmart-tech.org)下载了这些软件的Coordination View Certification 2.0的官方软件测试文档，其中包括：

(1)导入测试报告10份：AECOsim Building Designer、Allplan、ArchiCAD、Autodesk Revit系列(Architecture、MEP、Structure)、RIB iTWO、Scia Engineer、Tekla Structures、Vectorworks)；

(2)导出测试报告14份：AECOsim Building Designer系列(Architecture、MEP、Structure)、Allplan、ArchiCAD、AutoCAD Architecture、Autodesk Revit系列(Architecture、MEP、Structure、LT)、DDS-CAD MEP、Scia Engineer、Tekla Structures、Vectorworks。

(2)数据预处理

为了方便统计和分析，本文对软件测试报告PDF文档进行数据化整理形成统计文档。在软件测试报告中，通过对各建筑元素中的片段(concept)进行测试，来表达该软件对于IFC2x3各建筑元素的支持情况。其中建筑元素测试的结果分为三种类型：支持(support)、有限制(restricted)、不支持(not support)，分别展示了建筑元素中各支持程度的片段个数。如图2所示，可见在Autodesk Revit Architecture的IFC2x3导入测试中，针对Beam-01/2x3类型的IFC2x3梁幕墙元素，共有10个片段信息参与检测，其中9个片段信息成功被该软件支持， 1个片段在导入过程中收到限制，只得到部分信息的支持， 0个片段未能得到软件的支持。

图2 Autodesk Revit Architecture软件CV2.0导入测试报告截图

本文按照导入和导出情况，对导入的10款软件数据进行整理，按照软件对IFC建筑元素导入支持情况，形成一份导入情况表； 同理，对导出的14款软件数据进行整理，按照软件对IFC建筑元素导出支持情况，形成一份导出情况表。其中，导入/导出情况表按照不同软件进行大列的划分，按照不同IFC建筑元素进行行的划分。每个软件大列中又按建筑元素对应的各支持程度片段个数，分为四个小列，具体为total列(灰色)、support列(绿色)、restricted列(黄色)、notsupport列(红色),如图3所示。

图3 软件对IFC导出支持情况表截图

(3)支持度量化

为方便进行对比研究，更直观地观察软件对IFC的支持情况，现提出传递率rate值。其中，传递率rate=(support×1+restricted×0.5+notsupport×0)/total，其中，support代表软件完全支持片段的个数，restricted代表软件部分支持片段的个数，notsupport代表软件不支持片段的个数，total为该建筑元素总共含有的片段个数。通过权重分配，设定完全支持权重为1，部分支持权重为0.5，不支持权重为0，因此某一建筑元素的rate值表达了该IFC建筑元素在某款软件中的支持程度，通过所有建筑元素的rate值，可以直观展示软件对IFC的支持情况，表中以蓝色列表示rate值，如图4所示。

图4 Revit Architecture软件对于钢筋建筑元素传递率rate计算

(4)同类元素合并

本文分析的24份CV2.0报告中，共测试67种IFC建筑元素，对于建筑元素众多的情况，为便于统计，将同一类型的建筑元素进行合并(表XX中同一行的建筑元素)。例如：将BEAM_01/2x3、BEAM_02/2x3、BEAM_01/2x3合并为BEAM_/2x3，并按各值总数计算BEAM_/2x3的rate值，代表上述三个BEAM IFC2x3元素的集合，从而降低重复构件冗余度，能更明显区别不同类型IFC建筑元素的软件支持情况，如图5所示。

表3 软件对于IFC建筑元素的导入传递率表

表4 软件对于IFC建筑元素的导出传递率表

经过同类元素合并处理，最终进行分析的IFC建筑元素共29类，包括：BeamColumn 4/2x3(梁柱)、Beam_/2x3(梁)、CharsetTest-/2x3(字符集检验)、Column_/2x3(柱)、CoveringFurnishing-01/2x3(家具)、CurtainWall-01/2x3(幕墙)、Door 1/2x3(门)、DoorWindow-02/2x3(门窗)、DuplexHouse_/2x3(复式房屋)、Grid 1/2x3(轴网)、Member_/2x3(构件)、Pile 1/2x3(桩基)、PlateFastener-01/2x3(固定板)、Ramp/2x3(斜坡)、RandomArch-/2x3(不规则建筑构件)、RandomMEP-/2x3(不规则机电构件)、RandomStruc-/2x3(不规则结构构件)、Reinforcement-01/2x3(钢筋)、ReplacementTest_/2x3(替换文字)、Roof/2x3(屋顶)、Site/2x3(场地)、Slab/2x3(板)、Space_/2x3(空间)、StairSlab-01/2x3(楼梯板)、UnitTest-/2x3(单元体检验)、Wall/2x3(墙)、WallSlab 3/2x3(墙板)、WallStandardCase/2x3(墙标准实例)、Window 1/2x3(窗)。

(5)同软件模块合并

由于一些软件拆分为适用于不同专业的单独模块进行测试，基于同软件之间格式的通用性，以及测试结果的相近性，将软件列表中的同软件不同模块数据进行合并，以完整软件代表各模块。如导出报告中AECOsim Building Designer-Arch、AECOsim Building Designer-MEP、AECOsim Building Designer-Struct三个模块的测试内容合并为AECOsim Building Designer软件的测试内容。通过此步骤，简化软件方案数据表，方便软件之间的分析比较。

通过上述五个步骤，形成软件对于IFC建筑元素的导入传递率表(如表3)以及导出传递率表(如表4)。

5.2 针对项目特点的BIM建模软件选择

(1)典型元素提取

根据实际项目类型特点，判断项目BIM应用中的构件、部件等类型，并根据表X-X筛选出对应的建筑元素，作为本项目的BIM建模软件选择分析中的典型元素。

(2)权重设置

表5 各软件对桥梁IFC建筑元素导入传递率表

表6 各软件对桥梁IFC建筑元素导出传递率表

由于具体项目中各构件、部件等的占比不同，对应模型中的建筑元素在全生命周期信息协同中的重要程度也不一致，导致各建筑元素影响软件支持度所占的权重也不一样，因此需要根据实际情况，通过对项目中构件、部件等的数量、体量、复杂程度、信息传递重要程度等进行综合分析，对相应的典型元素进行权重设置。

(3)软件支持度计算

①通过对各项建筑元素的rate值与权重相乘，得到单个建筑元素的实际传递率rate*，即：

rate*=rate×权重

②并将同一软件下的建筑元素的rate*相加，得到单个软件的IFC支持度Rate，即：

Rate=Σrate*

③同理，对IFC导入表中所有软件进行①②两步的计算，得到每个软件的IFC导入支持度Rate。

(4)软件方案确定

根据各软件的IFC导入和导出支出率图表直观对比，为项目提供直观的软件选择方案参考，并根据实际情况选择具体软件作为项目的BIM建模软件。

6 软件选择方法应用

本文以市政领域典型的桥梁项目为例，对上述软件选择方法进行应用。基于本文基于CV2.0的软件IFC支持情况数据处理中得出的表3与表4，本文将针对桥梁项目的特点，进行BIM建模软件选择，包括典型元素提取、权重设置、软件支持度计算与软件方案确定。

(1)典型元素提取

桥梁由上部结构、下部结构、支座系统和附属设施四个基本部分组成[3]，上部结构通常又称为桥跨结构，是在路线中断时跨越障碍的主要承重结构，包括主梁、连接系等； 下部结构包括桥墩、桥台、和基础； 桥梁附属设施包括桥面系、伸缩缝、桥头搭板和锥形护坡等，桥面系包括桥面铺装(或称行车道铺装)、排水系统、栏杆(或防撞栏杆)、灯光照明等。

因此，在IFC2X3中所对应的IFC元素有：代表主梁的Beam_/2x3，代表桥墩、桥台的Column_/2x3，代表桩基的Pile 1/2x3，代表桥头搭板的Slab/2x3，代表锥形护坡的Ramp/2x3，代表支座系统、连接系这类异形结构的RandomStruc-/2x3，代表桥面铺装、栏杆、伸缩缝这类异形建筑的RandomArch-/2x3，代表排水系统、灯光照明设施的RandomMEP-/2x3。此外，在桥梁项目的BIM建模过程中，还会涉及到构件的信息文本元素CharsetTest-/2x3，轴网元素Grid 1/2x3，桥梁的场地元素Site/2x3，构件中的(预应力)钢筋元素Reinforcement-01/2x3以及其他一些构件元素Member_/2x3，如悬索、拉索、桁架等。

因此，在所有建筑元素中，经过上述数据的筛选和处理，选择桥梁部件对应的13项建筑元素进行分析，结合参与测试的各软件方案，形成适用于装配式桥梁的软件选择分析表格。表5和表6分别表示了面向桥梁项目特点的IFC导入软件支持情况数据表和IFC导出软件支持情况数据表。

(2)权重设置

在上一步中，本文根据项目特点筛选出适用于桥梁的13项建筑元素，但由于桥梁项目中各组成部分的重要程度由其数量、体量、信息量以及在信息传递需求所决定，因此对应的各建筑元素影响软件支持度所占的权重也不一样。本文针对某桥梁项目，通过对BIM设计人员以及全周期各阶段专家进行调研并整理分析，按照桥梁BIM模型中各部分在全生命周期中的重要程度，对相应建筑元素权重进行分配，分配结果如表7所示。由于主梁、桥墩、桥台、桩基、(预应力)钢筋以及构件的属性文本信息在模型中的非常重要，给定的权重为9； 对于支座系统、连接系这类异形结构构件，桥面铺装、栏杆、伸缩缝这类异形建筑构件，排水系统、灯光照明设施这类异性机电构件，它们在模型中具有部分影响能力，给定的权重为3； 而例如轴网、场地、锥形护坡、桥头搭板以及其他构件这类信息内容简单，在全生命周期中起辅助作用的模型，给定的权重为1。

表7 某桥梁项目各建筑元素权重

图6 某桥梁项目中各软件IFC导入、导出支持度柱状图

通过对各建筑元素权重的分配，将重要的建筑元素影响程度放大、不重要的建筑元素影响程度减小，提高软件选择的准确性，保证BIM模型在具体应用过程中所存储的信息能够有效地进行传递与交互。

(3)软件支持度计算

按照上文给出的软件支持度计算公式，计算面向桥梁项目的各软件的IFC导入支持度与导出支持度，见表8与表9，并绘制成柱状图，见图6。

表8 某桥梁项目中各软件对IFC导入支持度

表9 某桥梁项目中各软件对IFC导出支持度

(4)软件方案确定

根据图6显示，Bentley公司的AECOsim Building Designer软件和Autodesk公司的Autodesk Revit系列软件对桥梁项目BIM建模所需的IFC建筑元素在导入方面有较高支持； 同时，AECOsim Building Designer软件对IFC建筑元素在导出方面的支持程度也较高。

具体BIM应用中，可基于此分析结果，结合软件市场占有率、成本等因素，选用合适的建模软件。

7 总结与展望

本文通过对BuildingSMART基于IFC2X3的Coordination View Certification 2.0软件认证官方数据的统计整理，提出面向项目特点的BIM建模软件选择方案，并以市政领域桥梁项目进行应用，为不同特点的项目BIM应用提供软件参考，促进IFC标准的发展以及BIM技术的普及。基于软件认证数据的选择方案研究具有现实意义，该研究未来将对各建筑元素(包括同类型建筑元素)及其对应的片段(concept)进行研究，并提出有效的权重设置方法，为项目提供更准确的软件选择参考。

参考文献

[1] 苗鹏， 赵秋萍.BIM技术在建筑工程中的应用[J].商品与质量， 2017(21).

[2] 王雪青， 张康照，谢银.BIM模型的创建和来源选择[J].建筑经济， 2011(09)： 90-92.

[3] 桥梁的组成、分类、施工技术及测量[EB/OL].http：//www.wendangku.net/doc/f09690450722192e4536f6e1-2.html.