面向建筑的工程设计数据库_diwei

ArcDB：建筑工程设计数据库管理系统课题简介

一、研究目标

本项目针对建筑工程设计领域数据管理应用的需求，对建筑工程设计数据管理中的关键技术进行研究，并以此为基础，设计、实现具有自主知识产权的国产建筑工程设计数据库管理系统。

项目的总体目标是针对建筑设计应用的特点，开发具有以下特征的建筑工程设计数据库管理系统：全面支持IFC（Industry Foundation Class）数据标准，具有灵活的面向对象数据建模能力，高效的IFC、XML数据存储、压缩与查询能力；强大的并发处理和安全控制能力；采用层次化的数据库体系架构，具备跨平台部署，适应分布式与机群环境的能力。

二、研究内容

1.IFC数据存储关键技术研究

作为建筑产品数据交换的国际标准，IFC在建筑设计数据管理领域具有与日俱增的重要作用。本项目将在关系数据库理论以及对象建模技术的基础上，对IFC数据的存储与管理的关键技术进行研究，主要包括IFC数据模式与关系数据库模式的映射与转换，IFC数据的压缩、存储与可视化发布技术等。

2．XML数据存储的关键技术研究

建筑工程设计数据库管理系统不仅是建筑设计环境中数据共享的基础，它还将在更加广泛的应用领域发挥重要作用，如在数字城市建设中的应用。因此，建筑工程设计数据库不仅需要对IFC数据的支持，还需要支持应用更为广泛的数据交换标准，如XML（Extensible Markup Language），XML已经成为基于Web的数据交换标准，同时XML也是描述IFC模型的一种重要语言，因此，本项目将研究IFC模型的XML描述语言，ifcXML、BlisXML 等的关系数据库存储方法以及在关系数据库中实现对上述XML语言的有效查询，如对XQuery查询语言的支持。

3．面向建筑工程设计的关系数据库管理技术的研究

由于关系数据库系统在理论与实践上都已非常成熟，因此本项目的核心数据管理系统将

是一个较为完整的关系数据库系统，具备：查询处理、事务管理、文件和缓冲区管理、系统备份、安全管理、索引机制、数据定义语言（DDL）编译器，数据操纵语言（DML）编译器等功能模块。由于建筑工程设计领域各类不同的任务要求和应用场景对数据库系统会提出不同性能指标与要求，如对于非并发设计的任务，用户往往要求较高的查询效率，没有并发控制与事务处理的要求，因此，数据库不需要提供事务管理能力，这样可以极大地提高系统的效率。而多用户协同设计时，数据一致性与并发控制就变成了必备条件，因此，数据库系统必须提供事务处理能力。因此，本项目提出具与可调配能力的分层的关系数据库管理系统体系框架：主要包括数据接口层，数据库任务管理层，数据存储引擎层等。各层之间通过统一的接口定义，实现数据库软件功能的可组合性与可伸缩性。即针对不同的应用，在上层模块相对固定的情况下可以开发如建筑设计XML数据存储引擎，机群数据存储引擎以及具有建筑事务处理特性的数据存储引擎，数据压缩存储引擎等，以适应不同任务的要求。因此，结合IFC和XML数据的特点，针对建筑工程设计应用的要求，将着重在以下几方面进行深入研究：

●层次化的关系数据库体系框架

●查询处理和查询优化研究

●并发处理研究：

●安全控制研究：

三、主要创新

1.面向建筑工程设计的关系数据库管理系统的层次化体系框架

2.IFC的EXPRESS以及XML数据的存储与发布技术

3.IFC查询优化技术

4.建筑工程设计中的复杂事务管理与多级安全控制机制

课题主要研究内容、拟解决的技术难点和主要创新点，现有研究基础

主要研究内容

本课题主要研究内容如下：

1. IFC数据管理关键技术

作为建筑产品数据交换的国际标准，IFC的应用越来越受到重视。通过IFC标准，可以在各应用系统，包括各类建筑CAD、工程管理，文档管理等系统间进行数据交换，实现建筑设计领域数据的共有化和相互利用，同时对其它设计系统提供进一步的便利。一栋建筑从规划、设计、施工，一直到后期的物业管理，涉及多个部门，若使用文件交换，同一建筑的信息将被保存到多个文件中，容易造成信息冗余和信息的不一致，并面临潜在的数据安全与控制等问题。因此，建立IFC数据库管理系统，将IFC数据统一保存在数据库中，通过数据库

的关系理论模型，可以保证数据的完整性与一致性，而数据库的并发管理，访问控制，查询优化机制等可以方便地实现建筑信息在广泛领域的有效共享。关系数据库模型是目前最成熟的数据模型，具有最广泛的应用背景。本项目将系统地研究如何构建针对建筑工程设计特点的关系数据库管理系统，以支持IFC数据的存储管理。

IFC是产品模型数据交换标准（STEP）面向建筑领域的一个裁剪。STEP中产品数据模型的标准化描述通过形式化的模式描述语言EXPRESS完成，要支持IFC数据的存储管理，需建立EXPRESS模式向数据库模式的映射。EXPRESS模式到关系模式的映射技术已经得到了较为充分的研究与实践，但是，IFC所拥有一些特点，如其对象结构分为四层，每层只能够应用同层或下层对象，无较难处理的多父类等问题。使得对IFC到关系模式的映射进行进一步的优化得意实现，从而最终提高系统存储与查询的效率。

2. XML数据的关键技术研究

建筑工程设计数据库管理系统建成后，所涉及的部门众多。因为不同部门可能不会就单一数据格式进行信息交换，要使应用程序相互交流需要进行大量工作。使用XML可以简化数据交换，不同应用程序可以将其使用的数据格式转换成XML，反之亦然。XML（Extensible Markup Language）目前正在成为各种数据交换特别是文档的首选格式，同时它可以用作描述IFC模型的一种主要方式，系统研究XML数据的关系数据库存储方法以及在关系数据库中对XML进行有效查询。

在数据库中存放XML数据可以采用2种实现方法：Native-XML数据库和转换为关系数据库表存储。对于工程设计行业来说，单一的Native-XML数据库显然不能满足需要，还要和其他关系型数据库结合使用。因此，系统研究在关系数据库中对XML的良好支持，针对需要存储的XML数据的schema定义、用户查询的分布特点和用户给出的存储代价上界的设定，生成有利于提高整体查询性能的关系数据库存储模式。

3. 关系数据库管理系统核心功能实现

具有自主知识产权的建筑工程设计数据库管理系统，除对IFC和XML做到有效支持外，其必须具备关系数据库的核心功能，包括查询处理器和存储管理器。在查询处理器中又包括数据定义语言（DDL）编译器，数据操纵语言（DML）编译器，嵌入式DML预编译器以及查询处理核心程序。存储管理器中包括事务管理，文件和缓冲区管理。以上功能在传统关系数据库中技术实现十分成熟，根据相关领域各类任务要求的不同，本项目将提出一个分层的关系数据库管理系统体系框架：包括数据接口层，数据库任务管理层，数据存储引擎层等。各层之间通过统一的接口定义，实现数据库软件功能的可组合性与可伸缩性。即针对不同的应用要求，在上层系统固定的情况下可以开发建筑XML数据存储引擎，机群数据存储引擎，具有建筑事务处理特性的数据存储引擎等。提高系统扩展与适应任务的能力。因此，结合IFC和XML数据的特点，针对建筑工程设计应用的要求，将着重在以下几方面进行深入研究：