基于IFC的BIM火灾建模技术研究

为提高传统火灾模拟方法的信息化程度和数据管理能力，研究了如何将IFC标准描述的建筑构件几何和材料信息转换为火灾分析模型，并将火灾模拟结果存入IFC文件中。将IFC标准中的拉伸形体采用分层转化的方式转化为火灾模型，复杂的边界表达形体使用三角面篇的转换方式；IFC标准中材料的转换可采用直接法或材料数据库的方式，以材料数据库作为参照库可使用材料信息转换更为全面；火灾模拟结果可以组成属性集，通过反属性拓展方式与侯建关联，存入IFC文件中。

传统的火灾模拟分析主要是从平面图纸获取信息，在火灾数据交换与存储方面的相关研究较少。由于忽略多数的建筑细节，导致火灾分析模型精度低等问题。为了解火灾模拟分析中存在的问题，部分学者尝试将建筑信息模型（BIM）技术应用到火灾模拟分析中。从已有的研究成果可知，将BIM技术应用到火灾模拟分析，需要解决的主要问题是如何把BIM模型转换为火灾分析模型，尤其是复杂曲面形体和材料的转换，以及对火灾模型结果的存储与再利用。研究了如何将IFC标准描述的建筑构件的几何形体和材料信息转换为PyroSim火灾分析模型，并将火灾模拟分析结果存入IFC文件中。

1、IFC建筑构件的转换

在IFC标准中，建筑构件主要有边界表达模型和扫掠实体俩种表达方式。其中，边界表达模型是由若干个小三角面片或者气压多边形面片构成的实体，而扫掠实体是通过拉伸平面或是多一个带有开洞的平面进行扫掠获得的实体。在IFC标准中，拉伸实体使用IfcExtrudedAreaSoild实体表示，IfcExtrudedAreaSoild通过将固定的界面沿某条直线路径扫掠生成一个形体，该截面称为拉伸面，该路径称为拉伸路径。对拉伸实体的转换共分为三步。

1）、是将拉伸的边界线转换成网格形成，方法是找出与边界线相交的网格；

2）、将拉伸，面转换成OBST表示，即将边界线内部的区域也网格化；

3）、将整个拉伸实体转换为OBST表达，将拉伸实体转化为OBST表达的思路就将是实体分隔为若干层，每层都采用拉伸面的OBST表达方式。

将拉伸中心线分割点作为拉伸实体每一层的中心点，然后将拉伸面的实体以分隔点为中心复制到该层。IFC标准采用小面片（IfcFacetedBrep）来表示复杂曲面实体。对三角面片的转换共分为三步。

1）、是取三角形每个边作为立方体的两个相对的顶点将三条边全部转换为OBST表示；

2）、是找出上一步生成全部长方体中全部顶点的大距离对应的俩个坐标值，以这俩个坐标为顶点生成的长方体，及为容纳三角面片的小长方体；

3）、是将长方体按照网格进行分割，将与小长方体相交的网格加入到OBST表达中，获得三角面片的长方体表达。

2、IFC材料信息的转换

目前，多数BIM软件在输出IFC文件时忽略了材料燃烧信息等信息输出。为了使信息实现共享，可以采用建立外部材料库的方式，确保燃烧信息传递的准确性。采用外部材料库的材料转换方法时，从IFC文件IfcBuildingElement实体中获取到IfcMaterial属性，读取构建材料的名称，利用材料的名称与材料库的材料信息进行匹配查询。由于材料库中不仅包含了材料的基本定义，也包含了该材料的反应信息。通过这种方式可将IFC文件中表达的材料转换成FDS表达的材料。

3、火灾模拟分析结果的储存

在IFC标准中，建筑构件继承了若干个实体的直接属性、导出属性等，这些属性中存储大量构件信息，而这些属性所存储的内容在IFC标准框架之下已经被限定。此外，建筑构件还存在有许多反属性，反属性是通过关系(IfcRelationship)与构件相关联，用来表达信息。要在IFC文件中存储标准中没有规定的信息，可通过IfcRelationship将结构与需要存储的信息相关联。