1-6 論文架構
第一章「前言」：研究背景、研究動機與目的、研究方法、論文架構。
第二章「工業基礎類別標準」：介紹BIM及IFC，分為背景、實體檔案格式組成、幾 何模型、語意模型等多方面詳細闡述並加以分析。
第三章「城市地理標記語言」：介紹GML及CityGML，分為背景、實體檔案格式組 成、幾何模型、語意模型等多方面詳細闡述並加以分析。
第四章「實作及成果展示」：比較IFC及CityGML在實體檔案格式、幾何模型、語意 模型等各方面組成的差異。另一部分為自IFC轉換到CityGML對應之定義，兩 格式的比較和轉換對應的呈現。
第五章「結論與建議」：研究成果總結與建議。
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第二章 工業基礎類別標準
buildingSMART（前身為International Alliance for Interoperability，IAI）於 1994 年開 始發展工業基礎類別標準（Industry Foundation Classes，IFC）這個語意模型，目前發布 的版本為2x4_beta2（buildingSMART, 2009）。
2-1 建築資訊模型介紹
電腦輔助繪圖設計系統（Computer-Aided Design and Drafting，CADD）主要以繪製 幾何圖形資訊為主，從這些輸出的幾何圖形中無法直接取得有意義的資訊，必須經由人 員判讀才能轉為有用的資訊，而BIM 系統能夠由資訊模型中直接取得所需資訊。
建築資訊模型（Building Information Modeling，BIM）的初步概念約在 1970 年代提 出，而其可以做為動詞或名詞解釋，做為動詞表示在一個一致且可共享的平台上去整合 設計、建造和維持建築資訊，同時包括幾何和非幾何資訊；做為名詞為經由軟體在電腦 上呈現出來的建築資訊，同時包括幾何和非幾何資訊，通常為三維且為物件導向概念
（buildingSMART, 2009）。
BIM 賦予沒有屬性的圖形物件建築元件名稱，建立建築元件的圖形資訊與實際建築 物件間的關係。BIM 綜合所有的幾何模型資訊、功能要求和建築元件性能，將一個建築 專案整個生命週期內的所有資訊整合到一個單獨的建築模型中，而且還包括施工進度、
建造過程、維護管理等相關資訊。
BIM採用參數化設計方式，操作的物件不是簡單的點、線及面，而是牆、門、窗、
梁及柱等建築元件。在螢幕上建立和修改的是由一個個建築元件組成的建築物整體，
整個設計過程就是建立和修改各種建築元件的參數。
BIM 軟體所創建的資訊模型都具有以下兩個特徵：
z 由參數定義的、互動的建築元件。
z 即時的二維、三維顯示和參數模型編輯。
BIM最關鍵的優勢是能夠把不同專業間的資訊統一到一個完整的數值模型當中，同
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（Autodesk Solutions for BIM, 2009）。
圖2-1、水立方體育館(左)，天津港郵輪國際碼頭(右)
相對於BIM是一個概念，IFC為一個語意模型，以IFC這個公開的標準格式為基礎實 現BIM的理念。BIM是引領建築業資訊技術走向更高層次的一種新技術，使設計和整個 工程的品質和效率顯著提高，成本降低。近年來BIM不僅僅侷限於建築物（building），
漸漸轉向包含公共建設（Build Infrastructure），表示另一個BIM時代的來臨。
2-2 工業基礎類別標準介紹 Autodesk Autodesk Revit Architecture 2010 Nemetschek VectorWorks 2010
(http://2008.sohu.com/shuilifang/，2009) (中國建築第二工程局有限公司，2009)
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2-2-1 工業基礎類別標準背景起源
buildingSMART 是一個國際性的非營利組織，主要的目標是訂定跨平台協同作業 國際標準及分享建築資訊模型。1994 年 8 月，12 家美國軟體公司聯合起來希望建立一 套標準。1995 年 10 月正式成立 IAI（International Alliance for Interoperability）組織，並 逐漸將他們的理想推廣到全世界，目前在全世界已擁有13 個分會、22 個會員國。IAI 已於2006 年改稱為 buildingSMART。IFC 是一種公開的資訊交換標準，目的在使整個建
築物生命週期所有資訊能夠整合在一個BIM 中，讓生命週期中所有軟體能夠共享及交
換資訊。
ISO 組織（International Organization for Standardization）已經接納 IFC 標準（ISO/PAS 16739，可出版應用版本）成為 AEC/FM 領域中的資料統一標準。作為應用於 AEC/FM 各個領域的資料模型標準，IFC 模型不僅僅包括實體的建築元素，如牆、梁、柱等等，
也包括抽象的概念，如計畫、空間、組織、造價等。
IFC 運用 BIM 概念實現建築生命週期資訊共用的基礎，此一標準解決資訊交換與 共用問題的出路。有統一的標準，資料就可以使用此共同語言在不同系統之間流通及 轉換（buildingSMART, 2009）。
2-2-2 工業基礎類別標準組成
IFC 標準由許多 Schema 所組成，這些 Schema 按照物件導向的觀念和原則，透過參 照與繼承關係，組成一個包含四個觀念層級（Conceptual Layers）的架構：資源層（Resource Layer）、核心層（Core Layer）、資訊交換層（Interoperability Layer）以及領域/應用層
（Domain Layer），每個層級只能引用本身或下層的資訊，如此上層資訊變動時就不會 影響到下層的資訊，可保持資訊的穩定，如圖2-2 所示（蔡志偉，2007）。
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圖2-2、IFC 結構圖（Liebich et al., 2009）
z 資源層（Resource Layer）
資源層為 IFC 架構之最低層級。所定義的類別為一般性的低階觀念與物件，提供較 高層次的實體參考資源層。
在IFC Release2.0中所制定的資源層綱目包含量測資料（measure）、輔助資料
（utility）、幾何資料（geometry）、物件性質（property）以及物件性質型別（property type）。
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z 核心層（Core Layer）
核心層為 IFC 架構的第二層級，定義 IFC 基礎的實體，此層的實體定義許多共同的 介面（interface），可由資訊交換層或專業領域層的實體參考或繼承。提供 IFC 物件模 型的基本結構並且定義大部份的抽象觀念。
此層又可細分內核層（Kernel）與產品延伸層（Product Extension）。內核層定義最 基礎的實體，這些實體不限定在AEC/FM領域，並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，繼承自內核層的 實體，而且都是屬於AEC/FM領域，例如：建築物實體。
z 資訊交換層（Interoperability Layer）
資訊交換層定義不同領域/應用層模型之間所共用的觀念或物件模組。包含共享建築 元件（IfcSharedBldgElements）及共享建築服務元件（IfcSharedBldgServiceElements）等 類別。此層定義能夠在AEC/FM 領域內做資訊交換的共同實體，例如：牆、樑、柱、
門、窗等資訊；並且各個專業領域可將其資訊附加於此層的實體上，例如：樑柱上可 能有材料資訊、施工/完工日期、結構分析結果等資料。
z 領域/應用層（Domain/Application Layer）
領域/應用層為 IFC 架構的最高層級，定義 AEC/FM 內各專業領域的實體，提供 營建和設施管理領域所需要的物件模型。最新的IFC 標準包含以下 9 個建築領域：建築 領域、結構分析領域、結構構件領域、電氣領域、施工管理領域、物業管理領域、暖通 空調系統（Heating, Ventilating and Air Conditioning，HVAC）領域、建築控制領域、管 道以及消防領域。
2-2-3 規範化數據描述
IFC標準本質上是建築物和建築工程數據的定義。採用EXPRESS語言做為數據描 述 語 言 ， 定 義 所 有 用 到 的 數 據 。EXPRESS 是 一 種 塑 模 語 言 （ Wilson,1998 ） ， 為 ISO10303-11標準的規範，如STEP（STandard for the Exchange of Product model data）、
CIS/2（CIMSteel Integration Standards/Version 2）和IFC都是以此為定義進行資料交換
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（NIST, 2009）。EXPRESS是為數據描述而設計的語言，著重點在數據描述和定義，
EXPRESS語言是不可以編譯執行的。
EXPRESS 塑模語言定義下四種資料型態：Defined Type、Enumeration、Select Type
及Entity（樊啟勇，2007）。
z Defined Type：用於表示基礎資料型態。
z Enumeration：用於表示狀態或類型，其值只能屬於定義的內容之一，所定義的 內容將以文字型式存在。
z Select Type：這是一種比較特殊的資料型態，必須屬於內容定義的資料型態之 一，與Enumeration不同的是，其內容就是一種資料型態，此資料型態可以為 Defined Type或是 Entity，而不是單純表示狀態的文字。
z Entity：它是IFC規格中最複雜也最重要的資料型態，可以視為物件導向的類 別，能包含各種屬性、繼承其他實體以及定義成抽象資料類型，並可以描述一 間的關係等（Liebich, 2009）。
2-2-4 實體檔案格式
與IFC 標準配套的數據文件格式有兩種，一為符合 IFC 標準的 STEP 中性格式文件，
定義於ISO 10303 Part21 中，二為 XML 文件格式的數據交換，兩者並無不同。IfcXML XSD schema 是由 EXPRESS 所產生，定義於 ISO10303-28ed2。一個 IFC 模型可由以下 三種資料類型進行讀取及編寫，如表2-2 所示。
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一般而言*.ifcXML 會比*.ifc 檔案大四到八倍，但因為 FZKViewer 等免費軟體可支 援讀取XML 語言，目前已經發布 ifcXML XSD_2X3。
為讓使用IFC描述的資訊模型能夠在軟體間進行資訊交換，故需要一個電子檔案格 式描述資訊模型。目前IFC的建築資訊模型有兩種主要的電子實體檔案格式: STEP實體 檔案及ifcXML格式，市面上支援IFC的軟體主要以STEP實體檔案為主，亦為本研究使用 的格式。*.ifc檔案分為標頭檔案（header）及資料檔案（data）（Häfele, 2008）。
標頭部份包含一些檔案的基本資料，有檔案敘述、作者、IFC版本等資料，主要分 為file_description、file_name、file_schema三大項目，實例如表2-3。
表2-3、IFC標頭檔實例（Häfele, 2008）
FILE_DESCRIPTION 例子 說明
description ViewDefinition[CoordinationView] 一般的view definition定義 implementation_level 2;1 詳見ISO10303-21，通常在IFC
檔案中寫為2;1。
FILE_NAME 例子 說明
name C:\IAI_Test_Building.ifc IFC輸出檔路徑。
time _stamp 2010-01-01T10:28:37 IFC輸出檔產生的時間。
author Anita Chen,
作者
organization Anita Chen 所屬組織的管理者，自行定義
preprocessor_version ECCO Toolkit Version V 3.2.1 產生IFC檔案之工具。
originating_system IfcExplorer Version 2.2a (Build 437) 使用軟體名稱
authorization Anita Chen IFC檔授權者
schema_identifiers IFC2X3 IFC schema名稱。
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在資料主體的部分，描述建築物的詳細資訊。檔案可以直接用文字編輯軟體開 啟，但是物件關係複雜，建議使用G.E.M.Team Solutions開發的IfcQuickBrowser，此軟 體可將IFC檔案以樹狀方式呈現，方便查找檔案。
每一行程式碼皆有一個不與其他行重複的id，而在等號的右邊則是描述此實體的詳 細資訊。對於（非必須）屬性，若其內容不存在，則使用“$”符號代替。如圖2-3為IFC 資料部分擷取內容，用以定義單位。
DATA;
#30= IFCSIUNIT(*,.LENGTHUNIT.,$,.METRE.);
#31= IFCSIUNIT(*,.AREAUNIT.,$,.SQUARE_METRE.);
#32= IFCSIUNIT(*,.VOLUMEUNIT.,$,.CUBIC_METRE.);
#33= IFCSIUNIT(*,.PLANEANGLEUNIT.,$,.RADIAN.);
#34= IFCMEASUREWITHUNIT(IFCPLANEANGLEMEASURE(0.017453293),#33);
#35= IFCDIMENSIONALEXPONENTS(0,0,0,0,0,0,0);ENDSEC;
圖2-3、IFC資料部分內容
2-2-5 空間結構
IFC建築模型的空間結構（IfcSpatialStructureElement）包含四個子類別：IfcProject、
IfcSite、IfcBuilding、IfcBuildingStorey，如圖2-4所示。彼此以IfcRelAggregates這個抽 象的屬性連接，如圖2-5所示，#10 IfcRelAggregates連接了#1 IfcProject與#3 IfcSite。
圖2-4、IFC空間結構組成圖（Liebich, 2009）
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圖2-5、IFC 空間結構中彼此連接關係（Liebich et al., 2009）
z IfcProject
表示一個建築專案的相關資訊，為IFC建築資訊模型最上層的實體，每個模型只能 擁有一個IfcProject。如表2-4所示，定義的重要資訊包含預設單位、世界坐標系統（絕對
表示一個建築專案的相關資訊，為IFC建築資訊模型最上層的實體，每個模型只能 擁有一個IfcProject。如表2-4所示，定義的重要資訊包含預設單位、世界坐標系統（絕對