目前常用的BIM系統信息交換標準有哪些

今天咱們聊聊目前常用的BIM系統信息交換標準有哪些?為了讓不同BIM 系統能夠完整有效的進行信息交換，必須有一個描述建筑信息模型的信息交換標準，若此系統為BIM 的血肉，這個信息交換標準即為BIM 的靈魂，此標準必須能夠描述建筑物生命周期各階段所涵蓋的信息，并且受到各BIM 系統的支持。目前較被BIM系統開發公司接受的標準有：STEP(Standard for the Exchange of Product model data) 、IFC(Industry Foundation Classes)、CIS/2(CIMsteel Integration Standards Release 2)。

【一、STEP】

STEP(Standard for the Exchange of Product model data)為國際標準化組織(ISO, International Organization for Standardization)提出的產品信息交換標準，代號為ISO10303，目的在于提供一個機制以描述整個產品生命周期的相關信息，方便信息交換，STEP 能夠描述的產品范圍很廣，幾乎涵蓋整個制造工業，包含:營建、機電、造船、航空…等?，F由ISO:TC184/SC4(ISO Technical Committee184-Sub-committee 4)[2]負責維護，并定期召開會議修訂標準。STEP由許多部分標準(part standard)組成，并可分為9 個區塊。敘述如下:

1. 描述方法(Description methods Parts 1-19)定義STEP 的規格，其中part11 為EXPRESS 信息塑模語言(data modeling language)。EXPRESS 能夠運用面向對象的概念于信息描述，其信息描述語法很像PASCAL 程序語言，但基本上EXPRESS 所描述的信息是獨立于程序語言的，如同描述程序流程的偽碼。此描述語言也被運用于描述IFC 及CIS/2 的規格。

2. 實作方法(Implementation methods Parts 20-29)說明如何實現STEP 標準，其中part21定義STEP 實體文件格式(STEP Physical File)，將信息模型以實體檔案表示，IFC 及CIS/2 亦使用此方法表示信息模型。

3. 一致性測試方法及架構(Conformance testing methodology and framework Parts 30 -39)數據在設計完成后必須通過驗證才能符合STEP標準，這部份定義了驗證數據的方法及相關測試。

4. 整合性一般資源(Integrated generic resources Parts 40-49)定義了各領域的一般性資源，如形狀、尺寸、單位的描述方式。

5. 整合性應用資源(Integrated application resources Parts 100 – 199)根據一般性資源定義特定領域的資源，如營建領域定義了梁、柱墻等組件。

6. 應用協議(Application protocols Parts 200 – 299)規定特定領域實現標準的需求數據。

7. 抽象測試套件(Abstract test suites Parts 300 – 399)用來測試是否符合應用協議。

8. 應用解釋結構(Application interpreted constructs Parts 500 – 599)用于開發新的數據模型。

9. 應用模塊(Application Modules Parts 1000 – )為小型的信息模型，用于開發新的應用協議。

【二、IFC】

IFC(Industry Foundation Classes) 由IAI(International Alliance for Interoperability)國際組織[3]提出且維護，針對AEC/FM 領域設計的公開信息交換標準。目的在于讓建筑物生命周期所有軟件能夠藉由IFC 描述建筑信息，進而提高信息的交換性與再用性。IAI 推動的BuildingSmart計劃即是以IFC為基礎實現【BIM的理念】。IFC從1.5版開始釋出，目前最新版為2×3 Final，亦為本研究所使用的IFC版本。

【IFC標準】以面向對象(Object Oriented)為基本概念，參考引用了STEP 部分標準，為了實作考慮也參考了C/C++程序語言的一些特性。以架構而言可以分為四個層次，由下而上分別為:資源層(Resource Layer)、核心層(Core Layer)、信息交換層(Interoperability Layer)、專業領域層(Domain Layer)，每層分別定義了不同的種類的數據類型(Data Type)與實體(Entity)，分別敘述如下:

【資源層】

位于IFC架構的最底層，此層定義較一般性的實體，有點像是STEP 的整合性一般資源，通常它們都是被較高層次的實體參考，例如:幾何形狀被一個產品參考，也就是一個產品具有幾何形狀這個信息，當產品存在時它的幾何形狀才能被定義，但也有例外：工具資源(Utility)、量測資源(Measure)部份可以單獨存在。

【核心層】

此層定義IFC基礎的實體，此層的實體定義了許多共同的接口，它們可被信息交換層或專業領域層的實體參考或繼承。此層又可細分為兩層:內核(Kernel)層與產品延伸(Product Extension)層。內核層定義最基礎的實體，這些實體不被限定在AEC/FM領域，并只能參考資源層的實體，例如定義“產品”具有 “位置”與“形狀描述”這兩個屬性。產品延伸層定義較高階的實體，他們皆繼承自內核層的實體，而且都是屬于AEC/FM領域，例如:建筑物實體。

【信息交換層】

此層定義能夠在AEC/FM 領域內做信息交換的共同實體，例如:梁、柱、門、窗、空間…等信息;并且，各個專業領域可將其信息附加于此層的實體上，例如:梁柱上可能有材料信息、施工/完工日期、結構分析結果…等數據。

【專業領域層】

此層為定義AEC/FM 內各專業領域的實體，包含:建筑、結構分析、營建管理、設施管理、機電設備、水電空調、配管工程…等專業領域的實體，例如：結構分析的分析模型、結構分析的束制條件、營建管理的人力資源。目前此層定義尚未完備，由于牽涉到許多專業領域，故標準訂定有一定的困難。

IFC 2x 有一個基本的層與層間相互參考(reference)的原則，“重力原則”(Gravity Principle)，規定各層級的實體只能與相同層級的實體或低于此層級的實體相互參考，例如資源層的實體無法參考核心層的實體，所有IFC 的規格設計都緊緊遵循著此原則。目前已有多家軟件廠商認同IFC建筑信息交換標準，并努力讓自家軟件支持IFC建筑信息模型的輸入/輸出，也有不少軟件已通過IAI 的IFC 兼容性驗證，在IAI ISG(Implementer Support Group)網站上有建立兼容軟件數據庫，雖然各家軟件廠商支持程度不一，但隨著IFC規格的更趨成熟，相信支持度會愈來愈高。本研究在第三章會就IFC 的規格定義及實作方式做進一步的探討。

【三、CIS/2】

CIS/2(CIMsteel Integration Standards Release 2)，為NIST(National Institute of Standards and Technology)[9]提出，目的在提供鋼結構建筑物一套信息交換的標準。CIS/2 包含了整個鋼結構生命周期的信息，包括分析、設計、細部設計、制造。CIS/2 與IFC 同樣使用EXPRESS 語言描述規格。CIS/2 有三個主要的模型，分別敘述如下:

【分析模型(analysis model)】

一個分析模型包含許多節點(node)與元素(element)支持幾種靜態(static)與動態(dynamic)分析方法。

【設計模型(design model)】

一個設計模型包含許多設計組合(design assembly)，每個設計組合又可分解為更多的部分設計(design part)及鏈接系統設計(design joint system)。

【制造模型(manufacturing model)】

一個制造模型包含許多細部制造組合(manufacturing assembly)，用于細部設計、規劃、制造。

CIS/2 已被許多軟件支持，NIST 也致力于CIS/2與其他數據格式的交換，并開發了一個“CIS/2 to VRML and IFC Translator”軟件，允許將CIS/2 的檔案轉為IFC 或是VRML (Virtual Reality Modeling Language)。

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