目前常用的BIM系统信息交换标准有哪些

为了让不同BIM系统能够完整有效的进行信息交换，*有一个描述建筑信息模型的信息交换标准，若此系统为BIM 的血肉，这个信息交换标准即为BIM 的灵魂，此标准*能够描述建筑物生命周期各阶段所涵盖的信息，并且受到各BIM 系统的支持。目前较被BIM系统开发公司接受的标准有：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)为国际标准化组织(ISO, International Organization for Standardization)提出的产品信息交换标准，代号为ISO10303，目的在于提供一个机制以描述整个产品生命周期的相关信息，方便信息交换，STEP 能够描述的产品范围很广，几乎涵盖整个制造工业，包含:营建、机电、造船、航空...等。现由ISO:TC184/SC4(ISO Technical Committee184-Sub-committee 4)[2]负责维护，并定期召开会议修订标准。STEP由许多部分标准(part standard)组成，并可分为9 个区块。叙述如下:

1. 描述方法(Description methods Parts 1-19)定义STEP 的规格，其中part11 为EXPRESS 信息塑模语言(data modeling language)。EXPRESS 能够运用面向对象的概念于信息描述，其信息描述语法很像PASCAL 程序语言，但基本上EXPRESS 所描述的信息是独立于程序语言的，如同描述程序流程的伪码。此描述语言也被运用于描述IFC 及CIS/2 的规格。

2. 实作方法(Implementation methods Parts 20-29)说明如何实现STEP 标准，其中part21定义STEP 实体文件格式(STEP Physical File)，将信息模型以实体档案表示，IFC 及CIS/2 亦使用此方法表示信息模型。

3. 一致性测试方法及架构(Conformance testing methodology and framework Parts 30 -39)数据在设计完成后*通过验证才能符合STEP标准，这部份定义了验证数据的方法及相关测试。

4. 整合性一般资源(Integrated generic resources Parts 40-49)定义了各领域的一般性资源，如形状、尺寸、单位的描述方式。

5. 整合性应用资源(Integrated application resources Parts 100 - 199)根据一般性资源定义特定领域的资源，如营建领域定义了梁、柱墙等组件。

6. 应用协议(Application protocols Parts 200 - 299)规定特定领域实现标准的需求数据。

7. 抽象测试套件(Abstract test suites Parts 300 - 399)用来测试是否符合应用协议。

8. 应用解释结构(Application interpreted constructs Parts 500 - 599)用于开发新的数据模型。

9. 应用模块(Application Modules Parts 1000 - )为小型的信息模型，用于开发新的应用协议。

【二、IFC】

IFC(Industry Foundation Classes) 由IAI(International Alliance for Interoperability)国际组织[3]提出且维护，针对AEC/FM 领域设计的公开信息交换标准。目的在于让建筑物生命周期所有软件能够藉由IFC 描述建筑信息，进而提高信息的交换性与再用性。IAI 推动的BuildingSmart计划即是以IFC为基础实现【BIM的理念】。IFC从1.5版开始释出，目前较新版为2x3 Final，亦为本研究所使用的IFC版本。

【IFC标准】以面向对象(Object Oriented)为基本概念，参考引用了STEP 部分标准，为了实作考虑也参考了C/C++程序语言的一些特性。以架构而言可以分为四个层次，由下而上分别为:资源层(Resource Layer)、核心层(Core Layer)、信息交换层(Interoperability Layer)、专业领域层(Domain Layer)，每层分别定义了不同的种类的数据类型(Data Type)与实体(Entity)，分别叙述如下:

【资源层】

位于IFC架构的较底层，此层定义较一般性的实体，有点像是STEP 的整合性一般资源，通常它们都是被较高层次的实体参考，例如:几何形状被一个产品参考，也就是一个产品具有几何形状这个信息，当产品存在时它的几何形状才能被定义，但也有例外：工具资源(Utility)、量测资源(Measure)部份可以单独存在。

【核心层】

此层定义IFC基础的实体，此层的实体定义了许多共同的接口，它们可被信息交换层或专业领域层的实体参考或继承。此层又可细分为两层:内核(Kernel)层与产品延伸(Product Extension)层。内核层定义较基础的实体，这些实体不被限定在AEC/FM领域，并只能参考资源层的实体，例如定义“产品”具有 “位置”与“形状描述”这两个属性。产品延伸层定义较高阶的实体，他们皆继承自内核层的实体，而且都是属于AEC/FM领域，例如:建筑物实体。

【信息交换层】

此层定义能够在AEC/FM 领域内做信息交换的共同实体，例如:梁、柱、门、窗、空间…等信息;并且，各个专业领域可将其信息附加于此层的实体上，例如:梁柱上可能有材料信息、施工/完工日期、结构分析结果…等数据。

【专业领域层】

此层为定义AEC/FM 内各专业领域的实体，包含:建筑、结构分析、营建管理、设施管理、机电设备、水电空调、配管工程…等专业领域的实体，例如：结构分析的分析模型、结构分析的束制条件、营建管理的人力资源。目前此层定义尚未完备，由于牵涉到许多专业领域，故标准订定有一定的困难。

IFC 2x 有一个基本的层与层间相互参考(reference)的原则，“重力原则”(Gravity Principle)，规定各层级的实体只能与相同层级的实体或低于此层级的实体相互参考，例如资源层的实体无法参考核心层的实体，所有IFC 的规格设计都紧紧遵循着此原则。目前已有多家软件厂商认同IFC建筑信息交换标准，并努力让自家软件支持IFC建筑信息模型的输入/输出，也有不少软件已通过IAI 的IFC 兼容性验证，在IAI ISG(Implementer Support Group)网站上有建立兼容软件数据库，虽然各家软件厂商支持程度不一，但随着IFC规格的更趋成熟，相信支持度会愈来愈高。本研究在第三章会就IFC 的规格定义及实作方式做进一步的探讨。

【三、CIS/2】

CIS/2(CIMsteel Integration Standards Release 2)，为NIST(National Institute of Standards and Technology)[9]提出，目的在提供钢结构建筑物一套信息交换的标准。CIS/2 包含了整个钢结构生命周期的信息，包括分析、设计、细部设计、制造。CIS/2 与IFC 同样使用EXPRESS 语言描述规格。CIS/2 有三个主要的模型，分别叙述如下:

【分析模型(analysis model)】

一个分析模型包含许多节点(node)与元素(element)支持几种静态(static)与动态(dynamic)分析方法。

【设计模型(design model)】

一个设计模型包含许多设计组合(design assembly)，每个设计组合又可分解为更多的部分设计(design part)及链接系统设计(design joint system)。

【制造模型(manufacturing model)】

一个制造模型包含许多细部制造组合(manufacturing assembly)，用于细部设计、规划、制造。

CIS/2 已被许多软件支持，NIST 也致力于CIS/2与其他数据格式的交换，并开发了一个“CIS/2 to VRML and IFC Translator”软件，允许将CIS/2 的档案转为IFC 或是VRML (Virtual Reality Modeling Language)。