我国有大量的古建筑，其中多数年代久远，建筑结构老化，年久失修。随着我国经济的发展，越来越多的人们开始将注意力转移到历史名胜古迹的保护。古建筑的维护通常面临着因年代久远而没有相关技术资料的问题，因此运用 BIM 技术、3D激光扫描和 3D GIS 数字化城市技术可以为整个古建筑提供为精准的可视化模型，成为当前古建筑修复的重要方法。

　　BIM（ building information modeling,建筑信息模型） 技术成为了解决建设领域信息交互的关键，BIM 技术的研究也成了众多高校及企业的研究热点。30 年前，美国 Chuck Eastma M 博士提出了 BIM思想： “建筑信息模型是包括全部的几何模型信息、构件性能和功能要求，并将一个建筑的所有全过程生命周期的信息整合到一个独立的建筑模型当中，涵盖建造过程、施工进度、维护管理等时间过程信息”[1].BIM 技术是一种三维建模技术，通过数据化管理，对建筑的各行各业以及各个环节进行详细的设计管理，其主要特征为： 信息集成性与完备性、模型信息的关联性及参数化设计[2].

　　同时工程项目是复杂且综合性极强的经营活动，参与者涉及众多专业与部门，同时每个专业所使用的设计软件又不相同，逐渐形成各自独立的数据源，难以实现 BIM 各阶段信息实时准确的信息交互。针 对 这 一 情 况，国 际 协 同 工 作 联 盟 IAI（ International Alliance for Interoperability） （ 2008 年之后更名为 Building SMART） 制定了信息表达和交换标准 IFC（ Industry Foundation Classes） ,经过这些年的发展，IFC 在国际上已经得到了广泛的采纳与推广。目前，国外众多学者从深度和广度多个方面对 IFC 标准进行了研究[3-9].

　　基于已有 IFC 数据标准研究成果，本文通过对IFC 建筑信息模型组成、特点的研究，在 3D3S 软件基础上研发了基于 IFC 建筑信息模型转换软件，软件可以完整提取模型的项目、场地、楼层及构件等信息，实现从 IFC 建筑信息模型到 BIM 平台软件转换，为结构分析与其他建筑设计阶段建立信息交互通道。同时结合 BIM 平台与施工过程管理软件，在某古建筑加固平移工程中展示 IFC 模型转换的应用。

　　1 IFC 空间模型

　　IFC 空间模型由 IfcSpatialStructureElement 实体描述，由以下概念组成： 工程（ project） （ 所有信息的最高存储者） 、场地（ site） （ 包含复杂场地或者部分场地） 、建筑物（ building） （ 包含复杂建筑或者部分建筑） 、建筑楼层（ building story） （ 部分建筑楼层） 、建筑空间（ space） （ 部分建筑空间） 组织起来，其中模型采用由上到下逐层包含的方式描述空间对象间的拓扑关系。本文通过 IFC 空间模型的结构特征，设计了提取 IFC 空间模型流程，如图 1 所示。流程图中的实体线框表示 IFC 建筑模型中主要实体类，实体类之间通过关系类 IfcRelAggregates 联系，其原理为通过提取某一建筑对象的反属性找到关系对象，然后根据关系对象找到该建筑对象相关的对 象 或 者 对 象 组。 其 中 IfcProject 属 性UnitsInContext 与 OwnerHistory 分别包含模型的全局单位与设计者等工程信息。IfcBeam,IfcWall 等构件实体通过关系类 IfcRelContainedinSpatialStructure与 IfcBuildStory 相关联。

　　2 基于 IFC 的建筑模型转换软件

　　基于 IFC 数据标准，以 AutoCAD 为开发平台，运用 ObjectARX 和 Visual C + + 等开发工具，在3D3S 软件基础上研发了 IFC 建筑模型转换软件。本文通过 IFC Engines 商业化的 IFC 数据解析接口进行 IFC 文件的解析，实现从 IFC 结构模型到一般软件结构模型的转化及 IFC 结构模型文件的输出，图 2 为软件框架图。

　　3D3S 软件具有多个模块，因每个模块设计功能的不同，不同模块中模型定义方式也不尽相同，软件接口开发的过程中一般有两种方式： ①针对每种模块开发独立于第三方软件信息交互的接口； ②将不同模块的模型转化成通用模型信息，在通用模型信息的基础上开发统一的第三方交互接口，如图 3所示。两种接口方式优缺点各不相同，第 1 种方式转换意义明确，直接使用各系统专属模型，但接口众多编程量巨大，第 2 种方式需要建立通用模型，虽然转换意义没有第一种方式清晰，但转换路径明确，不需重复建立接口。本文采用第 2 种方式开发结构模型信息转换应用平台，其中 CoreData 即为中间过渡转换通用模型的数据信息储存模块。从组织结构剖析 CoreData 模块可以将其主要分为3 个数据类 CoreData_Data,CoreData_Reactor 及 CoreData_Sector.CoreData_Data 主要用于通用结构分析模型信息的存储，CoreData_Reactor 主要存储模型信息行为实现模型数据之间的解析，CoreData_Sector 用于存储所有截面信息。

　　3 软件应用实例

　　玉佛禅寺为上海第一名刹，地处上海市普陀区安远路 170 号，为上海市优秀历史建筑。寺院分为前院和后院两部分，其中前院为修缮工程范围，为玉佛寺主要礼佛、参观等对外开放区域，主要建筑有天王殿、大雄宝殿（ 优秀历史建筑） 、玉佛楼等，建筑面积 31 566m2.玉佛寺庙鸟瞰图如图 4 所示。

　　本节结合上海玉佛禅寺平移项目介绍 IFC 的建筑模型转换软件在实际工程中的应用。玉佛禅寺是上海着名的佛教寺院，已有近百年历史，为了更好地保护古建筑，现将寺庙大雄宝殿加固、整体平移顶升。由于大雄宝殿建造年代久远，原始图纸缺失，采用 3D 三维扫描仪、水准仪、测厚仪、激光测距仪、卷尺等仪器设备，对大雄宝殿的建筑进行了现场测绘，形成建筑平面图纸。大雄宝殿的梁、柱、墙等受力构件受到不同程度损坏，通过木柱、砖墙强度测定，首先在结构分析软件 3D3S 中建立相应的结构分析模型，对整体结构进行分析，确定平移过程中的加固方案。然后通过上文介绍的基于 IFC 的建筑模型转换软件将 3D3S 结构模型转换成 IFC 文件，再将 IFC 文件导入 Revit 软件，结合施工过程管理软件 NavisWorks 进行施工模拟，减少了模型在不同设计阶段软件中重复建模的工作，从而实现结构分析阶段到施工阶段的信息交互。图 5 为 3D3S结构模型与 Revit 模型。

　　整个加固平移过程施工步骤主要分为： ①室内土方开挖； ②托换梁施工； ③木柱托换； ④下滑道梁土方开挖、施工； ⑤平移过程施工； ⑥顶升。木柱托换与平移过程为整个工程中的重点与难点。为顺利实现大雄宝殿的平移，需要改变原结构荷载传递路径。在托换前结构荷载传递路径： 上部结构荷载→青砖基础→地基土； 托换完成后结构荷载的传递路径为： 上部结构荷载→上托盘梁→下滑道梁。其具体施工过程： 首先在木柱鼓蹬四周的托盘梁上立4 根钢柱，然后在钢柱上立 2 根托换钢梁，用脱粘材料包住石鼓蹬，并用钢套箍把鼓蹬包住，钢套箍与脱粘材料间浇筑灌浆料密实，钢套箍预埋 4 根精轧螺纹钢。钢套箍与钢梁通过精轧螺纹钢连接在一起，拧紧精轧螺纹钢螺母，柱荷载传递通过钢梁托换至托盘梁上，最后形成托换体系，如图 6a 所示。

　　平移过程中，滑道梁设置了不锈钢板并抹润滑油，同时在每台支撑千斤顶的后方安装了一块钢板，钢板具有足够的刚度与强度，兼顾顶推和支撑的作用，水平滑动千斤顶紧贴钢板，水平力通过钢板作用于支撑千斤顶，避免滑动千斤顶直接作用于支撑千斤顶而造成偏心作用，如图 6b 所示。

　　为了更清晰地模拟整个平移过程，将模型导入Revit 后同时自定义了施工过程中所需要的千斤顶、柱托换装置等族类型，同时在 NavisWorks 软件中定义施工甘特图。图 7 为 NavisWorks 软件模拟的结构加固、结构柱底托换、结构平移及结构顶升阶段。

　　4 结语

　　1） 根据 IFC 模型的信息特征，提出了 IFC 建筑模型提取流程，为开发基于 IFC 标准的模型转换软件提供了理论方法。

　　2） 基于 IFC 数据标准，以 AutoCAD 为开发平台，运用 ObjectARX 和 Visual C + + 等开发工具，研发的 IFC 模型转换软件可以有效实现结构分析模型到 IFC 模型的转换。

　　3） 通过项目实例介绍了 IFC 模型转换软件的使用方法，实现了结构分析阶段到施工阶段的信息交互，减少了模型在不同设计阶段软件中重复建模的工作，为 BIM 全生命周期信息管理提供了思路。

　　参考文献：

　　[1] M E C. Building product models: computer environmentssupporting design and construction[M]. Boca Raton: FL: CRCPress,1999.

　　[2] 周曹俊。 基于 4D-CAD 的建筑工程可视化项目管理系统研究[D]. 南京： 东南大学，2007.

　　[3] Thomas Froese, Martin Fischer, Francois Grobler, et al.Industry foundation classes for project management-a trialimplementation[J]. ITcon,1999,1（ 4） : 17-36.

　　[4] Keunhyong Lee S C J K. A core system for design informationmanagement using industry foundation classes[J]. Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering,2003（ 18） : 286-298.

　　[5] Liebich T. Highlights of the development process of industryfoundation classes[J]. Durability of Building Materials andComponents,1999（ 8） : 275-280.