工业基础类IFC—EXPRESS语言

文章目录

01 EXRESS建模语言
02 EXPRESS-G 图形表达
03 IFC物理文件解析
04 参考文献

01 EXRESS建模语言

IFC标准是参考STEP（Standard for the Exchange of Product Model Data，产品数据交换标准）标准进行开发并逐步完善的，EXPRESS建模语言是STEP格式最重要的产物，它采用了很多面向对象的概念，包括多重继承，所以IFC标准的整体架构同样也是以EXPRESS语言为基础的，并通过STEP物理文件完成对数据信息的描述。

EXPRESS是一种表达产品数据的标准化数据建模语言，它提供了对建筑信息模型和建设工程数据的详细描述，同时也提供了与这些对象有关的信息和约束的描述。原始建筑数据的最大特点是分散，实体构件的属性特征如几何尺寸、材料、颜色、创建日期、名称、编号等依赖于实体构件存在，不成体系，条理混乱。EXPRESS语言将构件以及构件的属性归纳为不同模块下的实体类，类与类之间通过关联关系（约束、指向、引用等）表达一个完整的构件。EXPRESS语言不同于C++和Java等面向对象的程序设计语言。与它们相比，EXPRESS语言看重信息描述方式的可读性，重视数据的定义和描述，而不是计算机对代码的可执行程度。EXPRESS语言的设计是为了实现计算机对大规模数据的可读性，其优势包括：

使用机器可读的建模语言—EXPRESS，而不是一般的文件格式；
该语言强调数据声明，且包括规则和约束的程序化功能；
该语言可以实现不同的数据映射，包括文本文件格式，数据库模式定义和XML模式；
参考子模型，它们是较大的标准模型的共享和重复使用的子集，可满足几何，测量，表示分类和其他一般需求。

作为用于数据描述的语言，EXPRESS语言对数据的定义与面向对象中的类的概念对应。在类的定义中，类从声名关键词ENTITY开始，到END_ENTITY结束。属性是类的特征表示（数据和行为关系），需要它们来支持对类的理解和使用。ESPRESS语言在定义IFC标准时使用了超类和子类的概念，这两个概念建立IFC实体之间的继承关系，形成IFC实体之间的层次关系。图1中的文本为EXPRESS定义IFC实体类的实例，该文本中定义3个IFC实体，通过超类和子类表明它们之间的继承关系。这三个实体分别为IfcRoot、IfcRelationship和IfcRelDefines，它们之间的继承关系表达为：IfcRoot是IfcRelationship的超类，IfcRelDefines则是IfcRelationship的一个子类。

图1 EXPRESS定义IFC实体的示例

02 EXPRESS-G 图形表达

EXPRESS语言非常适合计算机的数据读写和处理，但人工读取存在相当大的困难，如图2所示，为了提高内容的可读性，以关系图表为表达形式的EXPRESS-G视图得到普遍应用。

EXPRESS-G是由STEP开发的图表建模方法。如图3所示，在EXPRESS-G视图中，使用实线矩形框来表示IFC实体，利用多种关系连接线建立实体之间以及实体与属性之间的关系。当属性类型为聚合数据类型时，可直接在属性关系线上标出，使用聚合数据类型的第一个字母（即L/S/B/A）进行表示，例如“S[m：n]”表示该属性为一个集合（SET），其中 “m” 代表该集合的索引最小值，“n” 代表该集合的索引最大值，若 “n” 为 “?” 则表示集合中的元素数量是可变的，这里的索引表示实体和属性的基数关系，如果属性没有规定聚合，则基数关系为1。此外，存在部分被称为“抽象类”的实体，该类实体可以作为其他实体的超类，在实体前标注“(ABS)”表示该实体是抽象类。实体间有强制、可选、继承、选择四种关系。

图2 EXPRESS实体建模及其对应的EXPRESS-G图示

图3 EXPRESS-G图例

03 IFC物理文件解析

IFC物理文件可以直接用文本编辑器进行查看，文本内容以“ ISO-10303-21 ;”开头，以“END-ISO-10303-21;”结尾，其文件结构分为两个部分：头段和数据段。头段内容位于标识符“HEADER”和最先出现的标识符“ENDSEC”之间，主要给出关于文件本身的基本信息，包括文件描述、文件名、IFC框架版本；数据段则以关键字“DATA”作为开始标识，同样以“ENDSEC”作为结束标识，该部分是IFC数据模型的主要内容，包含了要交换的工程信息。

图4 IFC物理文件实例

图4中的文本为IFC文件的实例。从头段内容可以看出该文件为IFC4版本文件，数据段的内容通过 “#”+ 整数值的方式定义标示符，其中整数值并不一定连续，其它实体对象可通过该标识符来进行关联和引用。等号后面的内容由IFC实体类型名称和其属性定义组成，其中实体类型名称均采用大写，而括号内则是该实体的属性定义，不同属性之间以逗号分隔。不同的属性类型表示方法也不尽相同，具体如下：

① 当为单值类型时，可直接在其属性定义位置处给出相应的值；

② 当为枚举类型时，需在给出枚举类型值的同时，前后各加一个“.”，以便区分；

③ 当为聚合类型时，属性值需在半角字符的括号内，数据之间以逗号作为分隔符；

④ 当属性定义为引用对象时，则直接标明被引用对象的标识符即可；

⑤ 当属性定义为空时，以“$”表示。

04 参考文献

[1] 王平,李嘉璠. 一种产品数据的图形表达方法─EXPRESS-G(下)[J]. 计算机辅助设计与制造,1999,(10):40-42+50.

[2] 基于IFC的桥梁施工监控数据集成与可视化研究

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