数据存储模型（共8篇）
数据存储模型 篇1
1 引 言
随着全球信息技术的迅猛发展, 计算机网络技术越来越成熟, 网络上信息的规模正在以指数趋势上升。整个互联网每天都会产生海量的网页数据, 所以怎样高效地对海量网页数据进行存储已经成为人们越来越关注的问题。
传统的网页数据存储模型, 基于单机的或者集中式的存储方式已经不再适合于大规模网页数据存储[4]。最近几年, 云计算的概念越来越流行。云计算作为一种新的商业模式, 是由分布式处理, 并行处理和网格计算发展形成的。目前, 谷歌, 亚马逊, IBM, 微软, Sun等IT巨头都在寻求开发云计算的技术和产品[5]。例如, 谷歌一直 致力于推 动基于GFS[1]、MapReduce[2]和Bigtable[3]等的应用。
传统的集中式的存储方法由于每个存储节点的缺陷, 在存储和管理海量网页数据 ( TB级甚至是PB级) 的时候会出现很多的限制。比如用户会经常发现, 网页数据请求是很耗时的, 网页数据存储能力是有限的, 网页数据读取过程是低效率的。
为此, 本文设计并实现了一种基于云计算的存储模型, 该存储模型主要采用的技术有: Zookeeper[8]开源的同步协同系统确保文件数据写入的一致性、基于hadoop的HDFS文件系统以及基于HDFS文件系统的HBase等技术[8~10]确保实时、高效、稳定、可靠地读写和访问网页数据, 此外由于本文设计的存储模型是利用大量廉价的计算机组成的, 所以存储模型的成本较低。
2 相关的研究工作
文献[4]对海量视频网页数据的存储问题进行了研究, 提出了基于HDFS的HBase的存储框架, 也介绍了HDFS、hbase等技术的基本工作原理和工作特点; 文献[5]提出了一个基于开源的分布式网页数据库服务系统的云存储解决方案 , 它遵循一个阶层设计, 包括Web服务前端, 变换处理层和网页数据存储层; 文献[6]介绍了云计算和云存储的概念以及云存储的架构。然后, 分析了云网页数据存储技术 - GFS ( 谷歌文件系统) / HDFS ( Hadoop分布式文件系统) 应用于具体企业的例子; 文献[7]提出了一种高效的云存储模式, 用于异构云基础设施的存储; 文献[14]介绍了一个基于开源数据库的云存储系统, 阐述了相关技术和原理, 最终页实现了原型系统的架构; 文献[15]针对海量电网数据进行分析和设计出了基于hadoop的云存储模型架构; 文献[11]对Hadoop的基本原理和工作过程做了研究, 使用Hadoop分布式集群技术对分布式海量网页数据存储系统进行了相关的研究与设计, 作了一些有益的尝试和探索; 文献[12]也分析了海量网页数据存储问题, 怎样在电子商务环境下存储海量网页数据, 他们的想法是使用开源的基于Hadoop的分布式存储系统, 并在此基础上提出一种网页数据存储模型, 实现了电子商务海量网页数据的存储; 文献[13]研究并设计了海洋数据存储的一个管理系统, 使用了Hadoop技术, 同时也引入了HBase分布式网页数据库对海洋数据进行存储。
以上的这些研究者研究和分析了怎么存储海量网页数据, 并提出了一些适合各自领域的存储方法, 也对海量数据的计算问题进行了研究, 通过研究对比, 发现他们的研究中存在着一些不足:
( 1) 很多的研究者没有使用Hbase数据库, 读写效率低, 在扩展性、稳定性和可靠性方面都有所不足。
HBase是一个在HDFS文件系统之上运行的开源网页数据库, 它的优势就是能够支持海量网页数据实时高效地对其进行访问与存储, 此外它还是一个面向列的网页数据库, 具有很好的可扩展性、稳定性与可靠性。
( 2) 缺少Zookeeper同步协调工作系统, 不能保持存储节点中的数据写入的一致性。
Zookeeper是Google的Chubby一个开源的实现, 是高有效和可靠的协同工作系统, Zookeeper能够用来leader选举, 配置信息维护等, 在一个分布式的环境中, 需要一个Master实例或存储一些配置信息, 确保文件写入的一致性等。
( 3) 没有针对特定领域的海量数据进行存储的模型。
一般的存储模型都不是通用的, 设计应用到特定领域的模型才更加具有专业性和实用性。
为此, 本文在设计海量网页的云存储模型时, 引入基于HDFS的HBase数据库实现底层的存储架构, 达到高效实时有效的读写海量网页数据, 最后本文实现了一种基于云计算技术的海量网页数据存储模型。
3 存储模型的设计
海量网页数据有很多种形式, 有结构化的网页数据, 比如海量的文本数据, 还有非结构化的网页数据, 比如图片、视频、超媒体数据等等。由于HBase数据库存储的网页数据在默认的情况下都是字符串类型的, 所以对于海量结构化的文本数据, 我们就可以直接存储其对应的字符串, 以文件形式直接存储在HDFS中, 然后在Hbase中建立相应的元数据信息表和地址信息表, 这样做也是因为这样做更有利于表述内容信息和便于查询。
在此基础上, 针对不同类型的网页数据信息, 还可以对他们进行划分不同的次服务器进行存储, 例如建立专门的图片和视频次服务器、文本次服务器等。本文设计的存储模型如图1所示。
本文设计的存储模型最主要的组成部分是HDFS和HBase。
本文设计的针对海量网页数据的存储模型有一张网页数据表需要存储: 它所存储的内容包括crawldb: Nutch爬行的网页数据库, 用来存储爬虫需要爬行的URL地址、linkdb: URL超链接网页数据库, 它是用来存储每个URL超链接的链接地址, 包括初始的源地址和链接地址、segments: 被Nutch爬虫爬取的URL地址被称为一个独立的单元, 而一个segment就是一个独立的单元、indexs: 采用Lucene建立的索引、index: 建立的索引片段。
在如图2的存储模型的实现过程中, 关键的问题是如何对Nutch爬取到的网页数据进行存储、读写以及最后用户的查询。因为HDFS是擅长存储大型文件的, 所以对大量的小文件进行处理、索引和存储的效率是不高的。造成这一现象的原因是HDFS将文件系统全部存入Namenode结点的内存中, 因为每个集群中的Namenode结点只有一个, 它的内存容量是有限的, 所以如果存入的文件数目过多的话, HDFS很难及时的处理和存储。另一个问题是HDFS不允许修改文件的内容, 只能在文件中添加新的内容。
我们知道基于HDFS的HBase数据库是基于列的, 其中存储的网页数据表是由一个KEY/VALUE键值对和无限数量的列族组成的。这样的话, 在Nutch搜索引擎使用的过程中我们可以随时添加新的列, 这样就避免了修改表的结构。
综上所述, 如果我们将Nutch爬虫爬取回来的海量网页数据存入到HBase数据库中, 这样就能够有效地解决这个问题。
4 存储模型的实现
在实验室搭建了由三台相同配置的普通计算机服务器组成的Hadoop分布式集群, 经过多次实验比较了一台服务器节点组成的单机环境下运行和由三台服务器组成的三个节点hadoop分布式运行环境下写入网页数据和读取网页数据所用的时间关系。
图3显示了分别在单机运行的环境下和在三台服务器组成的hadoop集群环境下运行与不同线程个数的写入网页数据的时间关系。从图中可以看出, 集群中同时运行的线程越多, 写入网页数据所需要的时间明显低于单机情况下写入网页数据所需要的时间, 由此可见该存储模型具有高效的写入性。
图4显示了分别在单机和集群环境下同时运行的线程个数不同的情况下读取网页数据的时间关系。从图中可以看出, 随着集群中同时运行的线程数的增加, 集群的读取网页数据时间明显低于单机情况下读取网页数据的时间。由此可以发现本文设计的存储模型具有高效的读取性。
如图5所示, 读取网页数据所花的时间与集群中的节点数成反比, 计算机节点数增加, 读取网页数据的耗时减少, 由此验证了集群的扩展性比较好。
5 结束语与展望
本文设计的海量网页数据存储模型是建立在大量廉价的计算机之上的, 所以只要花很小的成本可以有效地存储海量的网页数据, 同时本文设计的存储模型有较强的扩展性, 通过增加机器节点, 可以在更大网页数据量的环境下运行。
本存储模型也有其不足之处, 整个集群的效率只有在节点数达到很庞大的时候才能真正的体现出来, 由于实验室设备的有限, 还有更多的实验需要进行测试, 这也是下一步的研究内容, 同时随着基于Hadoop平台和HBase分布式网页数据库的应用越来越多, Hadoop和HBase的存储性能方面需要进一步的改进, 这就需要我们更深入的研究和探索。
大数据商机：云存储 篇2
如果3000多年前商朝的史官穿越到今天这个时代，他们一定会产生一种对信息数据的眩晕感。
这是一个数据爆炸的世界，人类从未像今天这样随时随地地创造数据。有统计称，现在全球一天创造的数据相当于过去几百年创造的数据。我们可以在互联网上搜索、聊天、购物、摄影、看视频、听音乐、写文档……现在BAT（百度、阿里巴巴、腾讯）各自处理的数据量已达到100P（1P=1024T，1T=1024G））级别。据说淘宝和天猫每天新增的数据量，能让人连续不断地看28年高清电影。
随着数据量的与日俱增，如何方便、安全地存储信息就成了人们考虑的问题。在随处是“云计算”的“云时代”，人们纷纷将数据搬到云端。数据云端化趋势催热了存储市场，各种云存储产品纷纷落地。
“云计算”催热“云存储”
2002年左右，陈进才所在的研究团队正从事一项数字电视台研究，需要存储高清的数字电视信号，当时主流的硬盘大小只有几十“G”（1G=1024M），无法满足存储需求。陈进才想到的办法是，将几个小容量且便宜的硬盘组合成为一个磁盘阵列，每个磁盘阵列大小为1T，总共用了四个这样的磁盘阵列。
“现在在京东、淘宝上很轻易就能买到几‘T’大小的移动硬盘。”回想起12年前的存储条件，陈进才感叹道。计算机科学出身的陈进才现在是华中科技大学光电国家实验室信息存储与光显示功能实验室的科学家，专注于信息存储的基础研究工作。
“硬盘是信息存储历史上具有里程碑意义的发明。我最早使用的硬盘大小只有几十‘M’，现在几百‘G’、几‘T’容量的硬盘都很常见了。”陈进才的硬盘使用史大致与硬盘发展史相当。
不过现在，陈进才可能要跟硬盘说拜拜了。人们逐渐将数据搬到云端，而不是硬盘、U盘或者光盘，而这一切都拜“云计算”这个时髦词儿所赐。
“计算和存储是两个密不可分的概念。人们在计算什么？数据。计算的结果是什么？还是数据。只要是数据，都需要有一个场地，这就是存储。”陈进才说，“以前学术界和产业界对计算的投入较多，所以云计算才发展这么快，不过紧接着云存储又落地了，现在网盘已经走进了人们的生活。”
人们日常使用水、电，只要拧开水龙头、插上插头就可以用了，并不需要知道所使用的水和电来自何方。事实上，水、电来自不同的水厂、电厂，并纳入统一的水电供应网络中。云存储也是一样的道理。以前，人们知道一个文档存储在U盘、光盘、硬盘当中，现在数据走向云端，人们不知道数据究竟存储在哪里，但这并不妨碍人们随时随地使用数据。
云存储技术的出现是符合时代发展需要的。这是一个大数据时代，生活在这个时代的人跟商朝史官的最大不同是，人们能随时随地记录和保存自己的历史。人们记录个人历史的方式各式各样，产生的数据诸如文字、语音、照片、视频、消费记录、搜索记录等，五花八门。特别是智能硬件兴起以后，各种可穿戴设备正马不停蹄地记录我们身体的数据。个人拥有的数据量与日俱增，传统硬盘已经无法满足需求，云存储适时出现，缓解了存储压力。
这又是一个移动互联网时代，人们随时随地都在使用PC、笔记本、手机、平板等多种终端设备，而这些设备之间的数据同步和共享问题也日益突出。人们使用数据的场景日益丰富：工作时在单位的PC上办公，有时又需要在其他终端上查看数据；用手机拍摄了照片、视频，想在PC或者电视的屏幕上观看。传统的解决办法是用U盘、移动硬盘等存储介质转移数据，但使用起来总是不便。一旦终端设备或者U盘、硬盘损坏或丢失，造成的数据损失无法弥补。云存储技术则很好地解决了数据同步和共享，给用户带来便捷。
据思科公司发布的《思科全球云指数：2013-2018》报告预测显示，到2018年，全球将有78%的数据量会在云端存储和处理，只有22%的数据会在传统物理介质中存储和处理。对此，陈进才表示：“具体的比例我无法评价，但是数据云端化趋势是明显的，这个预测大方向是对的。”
云存储应用无处不在
正因为数据无处不在，所以云存储也无处不在。近两年，个人云、家庭云、企业云、行业云等各式各样的“云”纷纷问世。
对家庭来说，照片是最值得回忆的纪念。360云盘就打算把用户的照片作为未来发展的重点。“照片对用户来说是很重要的数据。我们想把用户的照片都备份到云盘中，避免用户手机、电脑故障时丢失照片的情况。以后用户也可以在手机的云盘或相册内看到这些照片，实现无障碍查看，且不占用手机存储空间。”360云盘产品经理刘航对《支点》记者说。
云存储的好处还在于能突破传统U盘物理时空的局限。比如人们拍摄了照片，将照片保存并分享到云存储，远在老家的爸妈可以瞬时查看这些照片。类似的使用照片数据的场景很多，而家庭云存储则能很好地满足家庭成员在不同地区、不同场景下查看照片的需求。
随着物联网建设的推进，家庭智能化也逐步实现。“一个家庭就是一个物联网系统。现在家里一般都有好几台移动设备，还有其他的智能设备，比如空调、电视、冰箱等。对这些智能设备的控制、需求都会产生信息数据，而有数据就需要存储配置。家庭云存储能够把这些电子设备共用起来，建立在一个共同的平台上，从而达到数据同步和共享的目的。”陈进才认为，家庭云存储前景广阔，“按照现有技术，家庭云存储很快就能够推广开来。”
云存储在智慧城市建设中也应用广泛。比如城市智慧交通，有了云存储，交警可随时在个人终端上查看道路交通信息。比如智能安防系统，由于要存储大量的高清监控视频，传统的存储方式根本无法满足。云存储不仅能存储大量视频，还能让用户随时随地调取视频数据。又比如在智慧医疗中，云存储平台将人们跟医院等健康机构联系起来。各种可穿戴设备记录人们身体的数据，并实时将数据上传到云端，医生则可随时查看数据并提出指导意见。
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类似的云存储技术应用还有很多，未来云存储将在智慧城市的各个细分领域都将得到长足发展。据IDC的《2020年的数字宇宙》报告预测，到2020年数字宇宙的规模将达到40万亿GB，其中40%的数据将会在云服务商那里被存储或处理，15%的数据将始终存储在云中。
业内混战跑马圈地
尽管云存储市场空间巨大，但无论是美国，还是中国，云存储行业还处于起步阶段，市场中还没有形成占绝对优势领头羊的局面。
比如在美国，不仅苹果公司推出iCloud云存储服务，其他巨头如谷歌、亚马逊和微软也纷纷角逐云存储市场。而Box这样的初创公司也开始与大牌公司Dropbox（世界上最大的云存储服务公司之一）抢市场。一时间，美国云存储市场好不热闹。
国内云存储市场也热闹非凡，互联网巨头和初创企业纷纷在云存储市场上跑马圈地，并没有哪一家处于很明显的优势地位。网盘作为针对个人用户的一种云存储产品，尤其受到青睐。百度云盘、360云盘、微云、天翼云、115网盘、金山快盘、华为网盘、新浪微盘，都在使出浑身解数，积攒人气。
“现在PC没落了，移动设备越来越普及。云存储可以备份终端设备中的重要资料，防止丢失，各个终端之间也可以同步和分享数据，给用户带来便利。另外，手机制造商也想用云存储黏住用户，资料备份在他们的云存储里，用户换品牌的机会就变少了。”刘航向《支点》记者解释了为什么云存储会引发起众多互联网公司的兴趣。
热闹归热闹，陈进才从热闹中看出了些门道。在他看来，目前国内的云存储服务提供商还处于聚集用户的初级阶段。“通过提供免费的大容量的网盘服务，达到聚集大量用户的目的，再通过提供增值服务收费，比如扩充存储容量等。”
“企业这么做也很无奈。毕竟云存储刚出现，消费者心里没底，如果一开始就收费的话，用户肯定不买账，免费则符合国内用户的心理。”陈进才认为，国内云存储服务提供商还需慢慢探索更有效的商业模式。
刘航也坦言，360云盘还没有找到有效的盈利模式，处于用户积累期。不过他坚持认为：“好的基础服务应该是免费的，未来我们也不会向云盘用户收费。”
陈进才建议，云存储服务商应转向企业级用户要利润。“企业有时会存储大量数据，所以迫切需要云存储。”当然企业可以自建私有云，但云存储技术门槛很高，需要企业投入大量资金购买存储硬件和软件设备建设云存储平台，还得请专业人员运营和维护这一平台，成本投入较大。当然企业也可以把这些工作交给专业的云存储服务商，这就给国内云存储服务商们带来了机会。
未来存储将生物智能化
人类自文明诞生以来，就一直在探索存储信息的方式。从结绳记事到龟甲兽骨，从莎草纸到竹简丝绸，从纸张到软盘，从硬盘到光盘，从U盘到云盘，信息存储能力在越来越强、越来越便捷的同时，人们也越来越注重存储的安全问题。
艾媒咨询在去年底发布的《2014中国个人云存储行业及用户行为研究报告》显示，80.3%的中国网民会选择用U盘存储文件，只有33.6%的网民会选择云存储产品存储文件，同时还显示，有59.6%的网民在选择云存储服务时比较关注存储的安全性。
安全的云存储对用户使用习惯的形成至关重要。一说到“云”，总给人一种虚无缥缈的感觉，用户对于云存储也有这样的感觉。跟U盘存储不一样，数据云端化以后，用户不知道数据究竟存储在哪里，从而对云存储的数据安全产生担忧。
云存储，究竟安不安全？去年闹得沸沸扬扬的好莱坞女星艳照门事件，不禁让人们对云存储安全性产生怀疑。女星的艳照就是从苹果公司的云存储服务iCloud中流出的。
刘航解释说，iCloud泄漏是因为苹果公司对iCloud账户登录没有限制，允许用户反复重试密码，黑客利用这个漏洞开发软件穷举各种密码，从而破解账户盗取文件。
刘航认为没有绝对的安全。要提高安全性能，一方面云存储服务商本身要将安全措施做到极致；另一方面用户也要提高自身安全意识。
陈进才认为，安全问题是目前云存储推广的最大障碍之一，但用户没有必要因此就排斥云存储。“以前我们去银行柜台存钱就觉得安全，而在网上交易则觉得不安全，可现在大家普遍都在网上转账、付款。请给云存储一点时间，未来云存储的安全体系会越来越先进。”陈进才对云存储的未来充满信心。
当然，云存储也并不是人类存储信息的最终形态，事实上云存储的数据依然存储在硬盘上。刘航认为，未来肯定会出现更为先进的存储技术，比如蛋白质存储器。据悉，一个蛋白质存储器的存储容量可达5万GB，与传统光盘相比访问数据的速度更快，且在无电源的情况下还能存储数据。
“互联网预言帝”凯文·凯利在《失控》一书中认为，人造事物和天生事物正在联姻。他说：“机器，正在生物化；而生物，正在工程化。”蛋白质存储器正是生物工程化的体现。未来，蛋白质存储器很有可能会成为继云存储以后存储市场新的增长点。
依靠存储技术，人类知识得以传承。毫不夸张地说，未来人类文明的延续，存储技术的进步至关重要。（支点杂志2015年3月刊）
数据存储模型 篇3
2015—12—29发布2016—01—01实施
中国铁路BIM联盟
前言
根据铁路工程建设信息化总体方案的部署, 以及中国铁路总公司建设管理信息化要求, 在铁路BIM标准框架指导下, 在IFC4x1的基础上进行扩展, 制订了本标准。
本标准涵盖和涉及铁路线路、轨道、路基、桥梁、隧道、站场、路基排水、地质8个专业领域。
本标准由中国铁路BIM联盟负责解释。在使用本标准过程中如发现需要修改和补充之处, 请及时将意见反馈给中国铁路BIM联盟。
本标准主编单位及人员:
本标准参编单位及人员:
铁路工程信息模型数据存储标准 (1.0版)
1总则
1.1编制原则
本标准的编制遵循以下原则:
(1) 兼容性原则。本标准与building SMART组织已发布的IFC (Industry Foundation Classes) 标准保持最大限度的兼容。
(2) 可移植性原则。本标准仅规范铁路工程领域的基础数据模型。该数据模型中的元素可以被不同技术平台的不同编码方式使用。
(3) 抽象性原则。本标准仅定义在国内外广泛应用, 且被整个领域共同认知与接受的重要铁路工程元素, 以使本标准的固定模型最小化。
(4) 可扩展性原则。本标准可与具体的信息分类、编码、字典相结合, 对本标准定义的元素进行进一步“修饰”或“限定”, 而不扩大和改变元素的基本含义, 从而满足特定用户的信息存储与交换需求。
(5) 可选择性原则。本标准中定义的任何元素在信息存储与交换需求中都是可选的。
(6) 可重复性原则。本标准中定义的任何元素在数据交换与存储的应用中都是可重复的。
(7) 易用性原则。本标准提供标准作者之间、作者与软件开发人员之间描述标准的形式化文件与可读性文件, 从而不给相关人员增加过多的工作负担。
1.2编制范围
本标准目前涵盖和涉及铁路工程线路、轨道、路基、桥梁、隧道、站场、路基排水、地质专业领域。
1.3适用范围
本标准适用于铁路工程BIM实施标准制定、BIM软件研发和BIM应用研究。
1.4引用规范
本标准引用以下标准和规范:
GB/T 16656.1—2008工业自动化系统与集成产品数据表达与交换第1部分:概述与基本原理 (ISO 10303—1:1994) 。
GB/T 16656.11—2010工业自动化系统与集成产品数据表达与交换第11部分:描述方法:EXPRESS语言参考手册 (ISO 10303—11:2004) 。
GB/T 16656.21—2008工业自动化系统与集成产品数据表达与交换第21部分:实现方法:交换文件结构的纯正文编码 (ISO 10303—21:2002) 。
ISO 16739:2013工业基础类平台规范。
building SMART Industry Foundation Classes IFC4x1。
building SMARTIndustry Foundation Classes IFC4x1 Alignment Extension。
2术语和缩略语
2.1术语
下列术语适用于本标准:
2.2缩略语
下列缩略语适用于本标准。
3铁路工程信息模型基础数据体系结构
3.1铁路工程信息模型基础数据体系结构
铁路工程信息模型基础数据体系结构是在IFC体系结构的基础上, 根据铁路工程需要进行扩展, 如图3.1所示。在资源层 (Resource Layer) 的几何资源中增加了线路中心线的部分定义。在核心层 (Core Layer) 的产品扩展 (Product Extension) 中扩展了IFC Alignment类, 用于表示铁路线路中心线。在共享层 (Interop Layer) 中增加了铁路工程共享模式的定义, 包括公用类型、公用空间结构、公用零件和公用属性集。在专业领域层 (Domain Layer) , 暂时扩展了线路、轨道、路基、桥梁、隧道、站场6个专业领域。
3.2铁路工程空间结构组成
铁路工程空间结构组成如图3.2所示。铁路项目 (Ifc Project) 可包含一条或多条铁路线 (Ifc Railway) 和一个或多个铁路枢纽 (Ifc Railway Terminal) 。铁路线 (Ifc Railway) 可包含一条或多条线路中心线 (Ifc Alignment) , 一条或多条轨道 (Ifc Track) , 一个或多个路基 (Ifc Subgrade) 、桥梁 (Ifc Bridge) 、隧道 (Ifc Tunnel) 、车站 (Ifc Railway Station) 、建筑 (Ifc Building) 工点。铁路枢纽 (Ifc Railway Terminal) 亦可包含一系列铁路线 (Ifc Railway) 和铁路车站 (Ifc Railway Station) 。
4铁路工程共享模式
4.1公用类型 (岩土零件类型)
4.2公用空间结构单元
4.2.1土木工程结构单元 (Ifc Civil Structure Element)
4.2.2铁路工程空间结构单元 (Ifc Railway Structure Element)
4.2.3铁路线 (Ifc Railway)
铁路线 (Ifc Railway) 用于定义一条铁路线路, 一般独立命名、非并行、工程内容需要单独计列的铁路线路宜单独定义为一个Ifc Railway对象。铁路线 (Ifc Railway) 对象可包含一条 (单线铁路) 、两条 (双线铁路) 或多条线路中心线;Ifc Railway对象可包含多个轨道 (Ifc Track) 、路基 (Ifc Subgrade) 、桥梁 (Ifc Bridge) 、隧道 (Ifc Tunnel) 、车站 (Ifc Railway Station) 、建筑 (Ifc Building) 等。Ifc Railway空间分解见表4.1;Ifc Railway空间包含实体见表4.2;Ifc Railway属性集见表4.3。
4.3公用零件
公用零件定义包括土木工程零件 (Ifc Civil Element Component) 、铁路零件 (Ifc Railway Element Component) 和岩土零件 (Ifc Geo Element Component) 。土木工程零件 (Ifc Civil Element Component) 继承自IFC中描述零件级概念的虚实体Ifc Element Component, 铁路零件 (Ifc Railway Element Component) 继承自土木工程零件 (Ifc Civil Element Component) , 岩土零件 (Ifc Geo Element Component) 继承自土木工程零件 (Ifc Civil Element Component) , 如图4.2所示。
4.3.1土木工程零件 (Ifc Civil Element Component)
4.3.2铁路零件 (Ifc Railway Element Component)
4.3.3岩土零件 (Ifc Geo Element Component)
岩土零件 (Ifc Geo Element Component) 定义了锚杆、钢架单元、土工织物、土钉等与岩土工程相关的零件。岩土零件的详细类型由Ifc Geo Element Component Type Enum枚举类型定义。Ifc Geo Element Component属性集见表4.4。
4.4公用属性集
5线路领域模式
building SMART于2015年发布IFC4x1 Alignment Extension标准, 本标准编制时尽可能保持与building SMART已发布标准的一致性, 以IFC4x1 Alignment Extension中的线路中心线为基础编制, 增加和修改的内容主要为里程系统和二维缓和曲线。
原IFC4x1 Alignment Extension标准定位方式采用ISO19148中的线性参考方法, 为了更好的适应中国铁路工程习惯, 本标准增加了里程系统的定义。
原IFC4x1 Alignment Extension标准定义了回旋线 (Ifc Clothoidal Arc Segment2D) 作为缓和曲线, 为了使Ifc Alignment能适应不同的缓和曲线类型, 本标准修改为缓和曲线类 (Ifc Transition Curve2D) 。
5.1模式定义
线路模式定义的全部信息模型见表5.1。
线路中心线 (Ifc Alignment) 定义了一个主要用于道路、铁路等线路工程组成元素定位的参考系统。由线路平面 (Ifc Alignment2DHorizontal) 、线路纵段面 (Ifc Alignment2DVertical) 和里程系统 (Ifc Chainage System) 组成, 线路空间曲线由线路平面和线路纵断面耦合而成。
线路平面 (Ifc Alignment2D Horizontal) 用于定义线路中心线在X/Y平面上的投影。线路平面 (Ifc Alignment2DHorizontal) 由一组有序、首尾相连的线路平面线段 (Ifc Alignment2DHorizontal Segment) 组成, 每个线路平面线段拥有一个二维曲线段 (Ifc Curve Segment2D) 对象, 二维曲线段对象分为二维直线段 (Ifc Line Segment2D) 、二维圆弧段 (Ifc Circular Arc Segment2D) 、二维缓和曲线 (Ifc Transition Curve2D) 三种。相邻线路平面线段间默认为切向连续, 也可为点连续 (非切向连续) 。
线路纵断面 (IfcAlignment2DVertical) 为沿线路平面展开的高程曲线。线路纵断面由一组有序、首尾相连的线路纵断面线段 (Ifc Alignment2DVertical Segment) 组成, 线路纵断面线段分为线路纵断面直线段 (Ifc Alignment2DVer Seg Line) 、线路纵断面圆曲线段 (Ifc Alignment2DVer Seg Circular Arc) 和线路纵断面抛物线段 (Ifc Alignment2DVer Seg Parabolic Arc) 三种。相邻线路纵断面线段间默认为切向连续, 也可为点连续 (非切向连续) 。
里程系统 (Ifc Chainage System) 由一组有序、首尾相接的里程段 (Ifc Chainage System Segment) 组成。
线路模式中各类的关系如图5.1所示。
5.2类型定义
5.2.1线路中心线线性参考类型 (Ifc Alignment Type Enum)
线路中心线的线性参考类型定义参考本线路中心线进行定位时应使用的参考方法。
5.2.2缓和曲线类型 (Ifc Transition Curve Type Enum)
5.3实体定义
5.3.1线路中心线 (Ifc Alignment)
5.3.1.1实体定义
线路中心线 (IfcAlignment) 定义了一个主要用于道路、铁路等线路工程组成元素定位的参考系统, 是IfcPositioning Element的子类。线路中心线由线路平面 (IfcAlignment2DHorizontal) 、线路纵段面 (IfcAlignment2DVertical) 和里程系统 (Ifc Chainage System) 组成。线路空间曲线一般由线路平面和线路纵断面耦合而成。线路平面在X/Y平面内定义, 相应的线路纵断面为沿线路平面的Z方向高程曲线。线路平面可以与多个线路纵断面耦合成不同的线路中心线。
根据实际应用需求, 线路中心线表达形式有以下五种类型:
由平面、纵断面、3D空间曲线 (几何表达) 组成的完整线路中线;
由线路平面、线路纵断面两部分组成;
仅含线路平面;
用简单的多段直线定义的平面 (几何表达) ;
只有3D空间曲线 (几何表达) 。
可以使用Ifc Group类将多条线路中线聚合成一个线路中心线系统。
5.3.1.2属性定义
线路中心线属性见表5.2
5.3.1.3 EXPRESS描述
5.3.2线路平面 (Ifc Alignment2DHorizontal)
5.3.2.1实体定义
线路平面是线路中心线在平面直角坐标系X/Y平面上的投影。线路平面 (Ifc Alignment2DHorizontal) 由一组有序、首尾相连的线路平面线段 (Ifc Alignment2DHorizontal Segment) 组成, 每个线路平面线段拥有一个二维曲线段 (Ifc Curve Segment2D) , 默认情况下相邻线路平面线段间是切向连续的, 也可为点连续 (非切连续) 。
5.3.2.2属性定义
线路平面属性见表5.3。
5.3.2.3 EXPRESS描述
5.3.3线路纵断面 (Ifc Alignment2DVertical)
5.3.3.1实体定义
线路纵断面 (Ifc Alignment2DVertical) 为沿线路平面展开的高程曲线。线路纵断面由一组有序、首尾相连的线路纵断面线段 (Ifc Alignment2DVertical Segment) 组成, 相邻线路纵断面线段间默认为切向连续, 也可为点连续 (非切向连续) 。
5.3.3.2属性定义
线路纵断面属性见表5.4。
5.3.3.3 EXPRESS描述
5.3.4线路二维线段 (Ifc Alignment2DSegment)
5.3.4.1实体定义
5.3.4.2属性定义
线路二维线段属性见表5.5。
5.3.4.3 EXPRESS描述
5.3.5线路平面线段 (Ifc Alignment2DHorizontal Segment)
5.3.5.1实体定义
线路平面由一组线路平面线段组成。线路平面线段是线路二维线段的子类, 位于X/Y平面空间。每个线路平面线段包含一个二维曲线段 (Ifc Curve Segment2D) , 用于自身的几何表达。
5.3.5.2属性定义
线路平面线段属性见表5.6。
5.3.5.3 EXPRESS描述
5.3.6线路纵断面线段 (Ifc Alignment2DVertical Segment)
5.3.6.1实体定义
5.3.6.2属性定义
线路纵断面线段属性见表5.7。
5.3.6.3 EXPRESS描述
5.3.7二维曲线段 (Ifc Curve Segment2D)
5.3.7.1实体定义
二维曲线段是一个抽象类, 作为二维圆弧段、二维缓和曲线、二维直线段的父类, 定义了通用几何属性。
5.3.7.2属性定义
二维曲线段属性见表5.8。
5.3.7.3 EXPRESS描述
5.3.8二维直线段 (Ifc Line Segment2D)
5.3.8.1实体定义
二维直线段定义一条有界的二维直线线段, 是Ifc Curve Segment2D类的子类。
5.3.8.2属性定义
属性均由Ifc Curve Segment2D继承而来, 没有特有属性。
5.3.8.3 EXPRESS描述
5.3.9二维圆弧段 (Ifc Circular Arc Segment2D)
5.3.9.1实体定义
二维圆弧段定义一条二维圆弧线段, 是Ifc Curve Segment2D的子类。
5.3.9.2属性定义
二维圆弧段属性见表5.9。
5.3.9.3 EXPRESS描述
5.3.10二维缓和曲线 (Ifc Transition Curve2D)
5.3.10.1实体定义
二维缓和曲线定义两个二维曲线段间的曲率过渡曲线, 是二维曲线段的子类。
5.3.10.2属性定义
二维缓和曲线属性见表5.10。
5.3.10.3 EXPRESS描述
5.3.11线路纵断面直线段 (Ifc Alignment2DVer Seg Line)
5.3.11.1实体定义
线路纵断面直线段定义线路纵断面上的直线坡段。
5.3.11.2属性定义
属性由Ifc Alignment2DVertical Segment继承而来, 没有特有属性。
5.3.11.3 EXPRESS描述
5.3.12线路纵断面圆曲线段 (Ifc Alignment2DVer Seg Circular Arc)
5.3.12.1实体定义
线路纵断面圆曲线段定义线路纵断面上的圆曲线型竖曲线, 是线路纵断面线段 (Ifc Alignment2DVertical Segment) 的子类。
5.3.12.2属性定义
线路纵断面圆曲线段属性见表5.11。
5.3.12.3 EXPRESS描述
5.3.13线路纵断面抛物线段 (Ifc Alignment2Dver Seg Parabolic Arc)
5.3.13.1实体定义
线路纵断面抛物线段定义线路纵断面上的抛物线型竖曲线, 是线路纵断面线段 (Ifc Alignment2DVertical Segment) 的子类。
5.3.13.2属性定义
线路纵断面抛物线段属性见表5.12。
5.3.13.3 EXPRESS描述
5.3.14里程系统 (Ifc Chainage System)
building SMART联盟发布的Ifc Alignment标准推荐采用ISO19148线性参考中绝对的方法进行定位。线性参考由参考线性元素 (Linear Element) 、参考方法 (Linear Refrencing Method) 和距离表达式 (Distance Expression) 三元素构成。其中, 参考方法分为绝对、相对和内插法。绝对的参考方法给定沿线路中心线距其起点的线路平面长度来定位, 是最简单的一种线性参考方法。
在国内, 由于多段落同步勘测定线、线路方案变化等原因, 同一条线路会出现多处里程不连续情况, 即断链。通过设置断链保证线路方案未变化区段里程值不变。采用绝对的线性参考方法, 在线路方案局部修改后, 同一物理位置线性参考的距离表达式会发生变化, 不利于工程参与各方沟通, 且无法与原有工程数据保持一致。为解决上述问题, 本标准引入里程系统, 使用线路中心线进行定位时应选择CHAINAGESYSTEM方法。
5.3.14.1实体定义
里程系统 (Ifc Chainage System) 由一组首尾相接的里程段 (Ifc Chainage System Segment) 组成, 每个里程段内里程连续, 相接处在不同里程段内里程值可以不同, 如图5.2所示。
5.3.14.2属性定义
里程系统属性见表5.13。
5.3.14.3 EXPRESS描述
5.3.15里程段 (Ifc Chainage System Segment)
5.3.15.1实体定义
里程段定义里程系统 (Ifc Chainage System) 中一段连续的里程段落。里程段范围内里程连续, 定义如下属性:
5.3.15.2属性定义
里程段属性见表5.14。
5.3.15.3 EXPRESS描述
5.4属性集
6地形领域模式
暂缺。
7地质领域模式
自土木构件 (Ifc Civil Element) 派生新的岩土体 (Ifc Rock Soil Mass) 类, 用于表达工程地质中的岩体和土体。岩土体的类型使用动态扩展的方法引用《铁路工程信息模型分类和编码标准》中“表60-地理信息”中的相关条目进行定义。
8路基领域模式
8.1模式定义
铁路路基BIM数据模型架构由空间结构单元 (Ifc Spatial Structure Element) 、组合件 (Ifc Element Assembly) 、构件 (Ifc Element) 组成。
路基空间结构单元 (Ifc Subgrade) 主要包括:路基本体 (Ifc Subgrade Structure Part Element) 、边坡防护 (Ifc Sub grade Slope Protection Element) 、支挡结构 (Ifc Subgrade Retaining Structure Element) 、地基处理 (Ifc Subgrade Subs oil Treatment Element) 、过渡段 (Ifc Subgrade Transition Section Structure Element) 。
路基组合件主要包括:路基支挡结构段 (Ifc Subgrade Retaining Structure Section Assembly) 、地基加固桩 (Ifc Sub grade Subsoil Reinforcement Pile Assembly) 。
路基构件 (Ifc Subgrade Element) 主要包括:路基支挡结构单元 (Ifc Subgrade Retaining Element) 、路基填筑体 (Ifc Subgrade Filling Works) 、边坡防护构件单元 (Ifc Subgrade Slope Protection Section Element) 、地基加固桩构件单元 (Ifc Subgrade Subsoil Reinforcement Pile Element) 、原地基加固 (Ifc Original Subgrade Subsoil Reinforcement) 、过渡段构件单元 (Ifc Subgrade Transition Section Element) 。
路基空间结构单元、组合件、构件间的关系如图8.1所示。
8.1.1路基空间结构单元
IFC4中定义了土木空间结构单元 (Ifc Civil Structure Element) , 本标准在Ifc Civil Structure Element下派生出路基结构 (Ifc Subgrade Structure Element) 作为路基工程中所有空间结构单元模型的父类。并进一步自Ifc Subgrade Structure Element下派生出路基 (Ifc Subgrade) 、路基本体 (Ifc Subgrade Structure Part Element) 、边坡防护 (Ifc Subgrade Slope Protection Element) 、支挡结构 (Ifc Subgrade Retaining Structure Element) 、地基处理 (Ifc Sub grade Subsoil Treatment Element) 、过渡段 (Ifc Subgrade Transition Section Structure Element) 。路基空间结构单元间的继承关系如图8.2所示。
路基结构 (Ifc Subgrade Structure Element) :是所有路基工程空间结构单元的父类。路基横断面及相关结构如图8.3所示。
路基 (Ifc Subgrade) :用于定义一段路基, 亦可称为一个路基工点。路基 (Ifc Subgrade) 从空间结构概念上进一步分解为路基本体 (Ifc Subgrade Structu re Part Element) 、边坡防护 (Ifc Subgra de Slope Protection Element) 、地基处理 (Ifc Subgrade Subsoil Treatment Eleme nt) 、支挡结构 (Ifc Subgrade Retaining St ructure Element) 、过渡段 (Ifc Subgrade Transition Section Structure Element) 。路基 (Ifc Subgrade) 通过预定义类型 (Pre Defined Type) 属性从填挖类型上将路基进一步细分为路堤 (EMBANKMENT) 、路堑 (CUTTING) 、半填半挖型路基 (CUTANDFILLSUBGRADE) 。路基 (Ifc Subgrade) 通过功能类型 (Function Type) 属性, 从路基功能的角度出发, 将路基进一步细分为铁路路基 (RAILWAYSUBGRADE) 、公路路基 (HIGHWAYSUBGRADE) 、道路路基 (ROADSUBGRADE) 。
路基本体 (Ifc Subgrade Structure Part Element) :用于定义路基主体部分, 路基本体由一个或多个路基填筑体构件 (Ifc Subgrade Filling Works) 组成。一个路基 (Ifc Subgrade) 中可有一个或多个路基本体 (Ifc Subgrade Structure Part Element) 。
边坡防护 (Ifc Subgrade Slope Protection Element) :用于分块组织路基坡面防护工程措施, 一个路基 (Ifc Subgrade) 中可有一个或多个边坡防护 (Ifc Subgrade Slope Protection Element) , 一般来说可以将路基两侧的边坡防护措施定义为两个边坡防护 (Ifc Subgrade Slope Protection Element) 对象。边坡防护由一个或多个边坡防护构件单元 (Ifc Subgrade Slope Protection Section Element) 组成。
地基处理 (Ifc Subgrade Subsoil Treatment Element) :用于分块组织路基地基处理工程措施。一个路基 (Ifc Subgrade) 对象中一般有一个地基处理 (Ifc Subgrade Subsoil Treatment Element) 对象。地基处理对象由一个或多个地基加固桩组合件 (Ifc Subgrade Subsoil Rei nforcement Pile Assembly) 或原地基加固构件 (Ifc Original Subgrade Subsoil Reinforcement) 组成。
支挡结构 (Ifc Subgrade Retaining Structure Element) :用于定义路基工程中挡土墙等支挡结构物, 如重力式挡土墙、衡重式挡土墙、悬壁式挡土墙等。一个支挡结构 (Ifc Subgrade Retaining Structure Element) 对象由一个或多个支挡结构段组合件 (Ifc Subgrade Retaining Structure Se ction Assembly) 组成。在图8.4 (a) 中, 两条相邻伸缩缝之间的部分为一个加筋土挡土墙墙段, 若干个墙段组合称之为加筋土挡土墙;在图8.4 (b) 中, 标号 (1) 和 (2) 部分为挡土墙构件中的锚固桩和挡土板, 标号 (1) 和 (2) 组合称为桩板式挡土墙墙段组合件, 若干个桩板式挡土墙段组成桩板式挡土墙。
过渡段 (Ifc Subgrade Transition Section Structure Element) :用于定义路基与结构物等衔接时需要特殊处理的地段, 由过渡段构件单元组成。图8.5中“级配碎石掺3%水泥”部分即为过渡锥体, 过渡锥体在纵断面上所经过的区段, 即图8.5中长度为L的路基纵向区段为路基过渡段。
8.1.2路基构件
路基构件 (Ifc Subgrade Element) :是所有路基构件的父类。路基构件Express-G如图8.6所示。
路基填筑体 (Ifc Subgrade Filling Works) :路基填方的组成部分, 包括基床表层 (TOPLAYERSUBBED) 、基床底层 (BOTTOMLAYERSUBBED) 、基床以下 (BELOWSUBBED) 以及基底换填 (REPSUBBASE) 。
边坡防护构件单元 (Ifc Subgrade Slope Protection Section Element) :边坡防护基本单元, 一段路基的边坡防护一般由多个边坡防护构件单元构成。边坡防护构件单元分为:拱形骨架 (ARCHEDFRAMEWORK) 、孔窗式护墙 (HOLETYPEPROWALL) 、浆砌片石 (MORTARRUBBLE) 、锚杆框架梁 (ANCHOREDFRAMEBEAM) 、方格形骨架 (GRIDFRAME) 、菱形骨架 (DIOMONDFRAME) 、人字形骨架 (HUMANSHAPEDFRAME) 、空心砖护坡 (HOLLOWBRICK) 、混凝土板实体护坡 (SOLIDSLOPEPROTECTION) 等类型。
地基加固桩构件单元 (Ifc Subgrade Subsoil Reinforcement Pile Element) :为改善支承建筑物的土或岩石组成的地基的承载能力而设置的桩基础单元, 主要包含桩身 (PILEBODY) 和桩帽 (PILECAP) 。
原地基加固 (Ifc Original Subgrade Subsoil Reinforcement) :采用夯实、压实、注浆等方法改善地基承载力的工程措施, 包括压实地基 (COMPACTION) 、夯实地基 (RAMMED) 、注浆加固 (GROUTING) 、袋装砂井 (SANDWICK) 、塑料排水板 (SHEETDRAIN) 等。
8.1.3路基组合件
路基组合件 (Ifc Subgrade Element Assembly) :是所有路基组合件的父类。路基组合件Express-G如图8.7所示。
路基支挡结构段 (Ifc Subgrade Retaining Structure Section Assembly) :由路基支挡结构单元构件组成, 通常是以伸缩缝为分界线的挡墙段落。
地基加固桩 (Ifc Subgrade Subsoil Reinforcement Pile Assembly) :由地基加固桩构件单元组成的单根桩。
8.2类型定义
8.2.1路基形式类型 (Ifc Subgrade Structure Type Enum)
8.2.2路基功能类型 (Ifc Subgrade Function Type Enum)
8.2.3路基本体类型 (Ifc Subgrade Structure Part Type Enum)
8.2.4边坡防护类型 (Ifc Subgrade Slope Protection Type Enum)
8.2.5支挡结构类型 (Ifc Subgrade Retaining Structure Type Enum)
8.2.6地基处理类型 (Ifc Subgrade Subsoil Treatment Type Enum)
8.2.7过渡段类型 (Ifc Subgrade Transition Section Structure Type Enum)
8.2.8路基支挡结构单元类型 (Ifc Subgrade Retaining Element Type Enum)
8.2.9路基填筑体类型 (Ifc Subgrade Filling Works Type Enum)
8.2.10边坡防护构件单元类型 (Ifc Subgrade Slope Protection Section Element Type Enum)
8.2.11地基加固桩构件单元类型 (Ifc Subgrade Subsoil Reinforcement Pile Element Type Enum)
8.2.12原地基加固类型 (Ifc Subgrade Original Subgrade Subsoil Reinforcement Type Enum)
8.2.13过渡段构件单元类型 (Ifc Subgrade Transition Section Element Type Enum)
8.2.14路基支挡结构段类型 (Ifc Subgrade Retaining Structure Section Assembly Type Enum)
8.2.15地基加固桩类型 (Ifc Subgrade Subsoil Reinforcement Pile Assembly Type Enum)
8.3实体定义
8.3.1路基结构 (Ifc Subgrade Structure Element)
8.3.2路基 (Ifc Subgrade)
Ifc Subgrade是指具有一定功能、有明确起终点的一段路基。Ifc Subgrade空间组成见表8.1;Ifc Subgrade空间分解见表8.2。
8.3.3路基本体 (Ifc Subgrade Structure Part Element)
路基本体 (Ifc Subgrade Structure Part Element) 用于定义路基主体部分, 路基本体由一个或多个路基填筑体构件 (Ifc Subgrade Filling Works) 组成。一个路基 (Ifc Subgrade) 中可有一个或多个路基本体 (Ifc Subgrade Structure Part Element) 。Ifc Subgrade Structure Part Element属性集见表8.3;Ifc Subgrade Structure Part Element空间组成见表8.4;Ifc Subgrade Structure Part Element空间包含实体见表8.5。
8.3.4边坡防护 (Ifc Subgrade Slope Protection Element)
边坡防护 (Ifc Subgrade Slope Protection Element) 模型用于分块组织路基坡面防护工程措施, 一个路基 (Ifc Subgrade) 中可有一个或多个边坡防护 (Ifc Subgrade Slope Protection Element) , 一般来说可以将路基两侧的边坡防护措施定义为两个边坡防护 (Ifc Subgrade Slope Protection Element) 对象。边坡防护由一个或多个边坡防护构件单元 (Ifc Subgrade Slope Protection Section Element) 组成。Ifc Subgrade Slope Protection Element属性集见表8.6;Ifc Subgra de Slope Protection Element空间组成见表8.7;Ifc Subgrade Slope Protection Element空间包含实体见表8.8。
8.3.5支挡结构 (Ifc Subgrade Retaining Structure Element)
支挡结构 (Ifc Subgrade Retaining Structure Element) 用于定义路基工程中挡土墙等支挡结构物, 如重力式挡土墙、衡重式挡土墙、悬壁式挡土墙等。一个支挡结构 (Ifc Subgrade Retaining Structure Element) 对象由一个或多个支挡结构段组合件 (Ifc Subgrade Retaining Structure Section Assembly) 组成。Ifc Subgrade Retaining Structure Element属性集见表8.9;Ifc Subgrade Retaining Structure Element空间组成见表8.10;Ifc Subgrade Retaining Structure Element空间包含实体见表8.11。
Pre Defined Type:预定义类型。具体可分为重力式挡土墙、衡重式挡土墙、悬壁式挡土墙、扶壁式挡土墙、钢筋混凝土桩板式挡土墙、锚杆挡土墙、加筋土挡土墙、预应力锚索加固、桩基托梁挡土墙、坞式挡土墙、短卸荷板式挡土墙、风沙地区挡风墙、土钉墙、锚定板挡土墙等。
8.3.6地基处理 (Ifc Subgrade Subsoil Treatment Element)
8.3.7过渡段 (Ifc Subgrade Transition Section Structure Element)
8.3.8路基构件 (Ifc Subgrade Element)
8.3.9路基支挡结构单元 (Ifc Subgrade Retaining Element)
Ifc Subgrade Retaining Element定义为组成支挡结构的基本单元, 若干路基支挡结构单元可组成路基支档结构段组合件。Ifc Subgrade Retaining Element属性集见表8.18;Ifc Subgrade Retaining Element被组合件包含见表8.19。
8.3.10路基填筑体 (Ifc Subgrade Filling Works)
Ifc Subgrade Filling Works定义为路基填方的组成部分, 可组成路基本体空间结构单元。Ifc Subgrade Filling Works属性集见表8.20;Ifc Subgrade Filling Works被空间包含见表8.21。
8.3.11边坡防护构件单元 (Ifc Subgrade Slope Protection Section Element)
Ifc Subgrade Slope Protection Section Element定义为边坡防护基本单元, 可组成边坡防护空间结构单元。Ifc Subgrade Slope Protection Section Element属性集见表8.22;Ifc Subgrade Slope Protection Section Element被空间包含见表8.23。
8.3.12地基加固桩构件单元 (Ifc Subgrade Subsoil Reinforcement Pile Element)
Ifc Subgrade Subsoil Reinforcement Pile Element是指为改善支承建筑物的土或岩石组成的地基的承载能力而设置的桩基础, 可组成地基加固桩组合件。Ifc Subgrade Subsoil Reinforcement Pile Element属性集见表8.24;Ifc Subgrade Subs oil Reinforcement Pile Element被组合件包含见表8.25。
8.3.13原地基加固 (Ifc Original Subgrade Subsoil Reinforcement)
Ifc Original Subgrade Subsoil Reinforcement定义为采用夯实、压实、注浆等方法改善地基承载力的工程措施, 可组成地基处理空间结构单元。Ifc Original Subgrade Subsoil Reinforcement属性集见表8.26;Ifc Original Subgrade Subsoil Rein forcemen被空间包含见表8.27。
8.3.14过渡段构件单元 (Ifc Subgrade Transition Section Element)
Ifc Subgrade Transition Section Element定义为过渡段基本单元, 可组成过渡段空间结构单元。Ifc Subgrade Transition Section Element属性集见表8.28;Ifc Subgrade Transition Section Element被空间包含见表8.29。
8.3.15路基组合件 (Ifc Subgrade Element Assembly)
8.3.16路基支挡结构段 (Ifc Subgrade Retaining Structure Section Assembly)
Ifc Subgrade Retaining Structure Section Assembly定义为由路基支挡结构单元构件组成, 若干路基支档结构段组合件组成支挡结构空间结构单元。Ifc Subgrade Retaining Structure Section Assembly被空间包含见表8.30;Ifc Subgrade Retain ing Structure Section Assembly实体组成见表8.31。
8.3.17地基加固桩 (Ifc Subgrade Subsoil Reinforcement Pile Assembly)
Ifc Subgrade Subsoil Reinforcement Pile Assembly定义为由地基加固桩构件单元组成, 可组成地基处理空间结构单元。Ifc Subgrade Subsoil Reinforcement Pile Assembly被空间包含见表8.32;Ifc Subgrade Subsoil Reinforcement Pile Asse mbly实体组成见表8.33。
8.4属性集定义
8.4.6 Pset_ANCBOLTRETWALL
9桥梁领域模式
9.1模式定义
本标准定义的信息模型基础数据领域包括梁桥、拱桥、刚构桥、斜拉桥、悬索桥、框架桥、涵洞及其主要组成部分。
桥梁信息模型基础数据架构由空间结构单元 (Ifc Spatial Structure Element) 、组合件 (Ifc Element Assembly) 、构件 (Ifc Element) 组成。
桥梁空间结构单元 (Ifc Bridge Structure Element) 包括:桥梁 (Ifc Bridge) 、桥梁结构组成 (Ifc Bridge Part) 。
桥梁组合件 (Ifc Bridge Element Assembly) 包括:桁架 (Ifc Bridge Truss) 、节点 (Ifc Bridge Joint) 、防落梁装置 (Ifc Beam Falling Prevention Device) 、横撑 (Ifc Cross Brace) 。
桥梁构件 (Ifc Bridge Element) 包括:桥梁杆件 (Ifc Bridge Member) 、加劲肋 (Ifc Stiffening Rib) 、桥梁板件 (Ifc Bridge Slab) 、梁段 (Ifc Bridge Girder Segment) 、锯齿块 (Ifc Bridge Gear Blocks) 、支承垫石 (Ifc Bridge Bedstone) 、桥墩节段 (Ifc Bridge Pier Segment) 、桥台节段 (Ifc Bridge Abutment Segment) 、索塔段 (Ifc Bridge Pylon) 、拱肋段 (Ifc Bridge Archrib) 、拱脚 (Ifc Bridge Archfoot) 、拱上立柱 (Ifc Bridge Stand Column) 、吊杆 (Ifc Bridge Suspender) 、斜拉索 (Ifc Bridge Cable) 、主缆 (Ifc Bridge Suspended Tendon) 、支座 (Ifc Bridge Bearing) 、伸缩装置 (Ifc Bridge Expansion Instal ation) 、防护墙 (Ifc Bridge Protecting Wal) 、框构节段 (Ifc Bridge Frame Segment) 、翼墙 (Ifc Bridge Wing Wall) 、涵洞节段 (Ifc Bridge Culvert Segment) 、帽石 (Ifc Bridge Hat Stone) 、盖梁 (Ifc Bridge Coping) 、预埋件基础 (Ifc Bridge Embedded Parts Foundation) 、避车台 (Ifc Bridge Refuge Platform) 。
桥梁空间结构单元、组合件、构件间的关系如图9.1所示。
9.1.1桥梁空间结构单元
首先在Ifc Civil Structure Element下派生出桥梁空间结构单元 (Ifc Bridge Structure Element) 作为桥梁工程中所有空间结构单元模型的父类。并进一步自Ifc Bridge Structure Element下派生出桥梁 (Ifc Bridge) 、桥梁结构组成 (Ifc Bridge Part) 。桥梁空间结构单元间的继承关系如图9.2所示。
桥梁结构 (Ifc Bridge Structure Element) :继承自土木结构 (Ifc Civil Structure Element) , 是所有桥梁空间结构单元的父类。
桥梁 (Ifc Bridge) :定义一座桥梁。Ifc Bridge定义的一座桥可以是一座单一结构桥梁, 也可以是一座由多个单一结构桥梁及桥梁结构组成组合成的复合桥梁。
单一结构桥梁一般由主梁、桥墩、基础、桥台等桥梁结构组成 (Ifc Bridge Part) , 和伸缩装置、支座等桥梁构件共同组成。
复合桥梁由一座或多座单一结构桥梁 (IfcBridge) , 和主梁、桥墩、基础、桥台等桥梁结构组成 (Ifc Bridge Part) , 及伸缩装置、支座等桥梁构件共同组成。
当Ifc Bridge是一座单一结构桥梁时, 其从Ifc Spatial Structure Element父类继承的Composition Type属性应取值为ELEMENT。当Ifc Bridge是一座复合桥梁时, 其从Ifc Spatial Structure Element父类继承的Composition Type属性应取值为COMPLEX。如图9.3所示。
Ifc Bridge通过预定义类型属性进一步细分为梁桥 (GIRDERBRIDGE) 、拱桥 (ARCHBRIDGE) 、刚构桥 (RIGIDFRAMEBRIDGE) 、斜拉桥 (CABLESTAYEDBRIDGE) 、悬索桥 (SUSPENSIONBRIDGE) 、框构桥 (FRAME BRIDGE) 以及涵洞 (CULVERT) 。
桥梁结构组成 (Ifc Bridge Part) :指从空间结构概念上组成Ifc Bridge的各部位。Ifc Bridge Part通过预定义类型属性进一步细分为梁 (GIRD) 、桥台 (ABUTMENT) 、桥墩 (PIRE) 、桥塔 (PYLONS) 、斜拉索系统 (CABLES) 、拱 (ARCH) 、吊杆系统 (SUSPENDERS) 、基础 (FOUNDATION) 、主缆系统 (SUSPENDEDTENDONS) 、桥面系 (BRIDGEFLOORSYSTEM) 。如图9.4所示。
9.1.2桥梁构件
在Ifc Civil Element下派生出桥梁构件 (Ifc Bridge Element) 作为桥梁工程中所有构件的父类。自Ifc Bridge Element下派生出桥梁杆件 (Ifc Bridge Member) 、加劲肋 (Ifc Stiffening Rib) 、桥梁板件 (Ifc Bridge Slab) 、梁段 (Ifc Bridge Girder Segment) 、锯齿块 (Ifc Bridge Gear Blocks) 、支承垫石 (Ifc Bridge Bedstone) 、桥墩节段 (Ifc Bridge Pier Segment) 、桥台节段 (Ifc Bridge Abutment Segment) 、索塔段 (Ifc Bridge Pylon) 、拱肋段 (Ifc Bridge Archrib) 、拱脚 (Ifc Bridge Archfoot) 、拱上立柱 (Ifc Bridge Stand Column) 、吊杆 (Ifc Bridge Suspender) 、斜拉索 (Ifc Bridge Cable) 、主缆 (Ifc Bridge Suspended Tendon) 、支座 (Ifc Bridge Bearing) 、伸缩装置 (Ifc Bridge Expansion Instal ation) 、防护墙 (Ifc Bridge Protecting Wal) 、框构节段 (Ifc Bridge Frame Segment) 、翼墙 (Ifc Bridge Wing Wal) 、涵洞节段 (Ifc Bridge Culvert Segment) 、帽石 (Ifc Bridge Hat Stone) 、盖梁 (Ifc Bridge Coping) 、预埋件基础 (Ifc Bridge Embedded Parts Foundation) 、避车台 (Ifc Bridge Refuge Platform) 。
桥梁构件间的继承关系如图9.5所示。
桥梁构件 (Ifc Bridge Element) :继承自土木工程构件 (Ifc Civil Element) , 是所有桥梁构件的父类。
桥梁杆件 (Ifc Bridge Member) :指组成桁架的杆件、纵梁、横梁等。考虑到桥梁杆件一般为主要受力构件, 构造比较复杂, 因此本标准未直接引用原IFC4中定义的Ifc Member。
加劲肋 (Ifc Stiffening Rib) :指U肋、板肋等加劲构造。
桥梁板件 (Ifc Bridge Slab) :指节点板、桥面板、拼接板等, 另外也指悬臂板、人行道板、腹板等, 厚度可以变化。原IFC4中定义的Ifc Slab主要指建筑中的天花板、底板以及楼梯板, Ifc Plate主要指厚度均匀的平面板, 均不能完全满足桥梁板件的要求, 因此本标准未直接使用Ifc Slab或Ifc Plate定义桥梁板件。
梁段 (Ifc Bridge Girder Segment) :指构成桥梁主梁的节段。未将主梁整体定义一个构件, 主要考虑主梁在施工过程中是分段施工, 并且不同位置截面尺寸是变化的。
锯齿块 (Ifc Bridge Gear Blocks) :指锚固预应力束的楔形构造。考虑到锯齿块一般单独设计, 因此定义单独的实体。
支承垫石 (Ifc Bridge Bedstone) :指放在桥墩或桥台顶部, 用于放置支座的构造。
桥墩节段 (Ifc Bridge Pier Segment) :指墩身节段、顶帽或托盘。未将桥墩整体定义一个构件, 主要考虑桥墩墩身在施工过程中是分段浇筑, 且墩身、顶帽、托盘间材料不尽相同。
桥台节段 (Ifc Bridge Abutment Segment) :指桥台的组成节段。未将桥台整体定义为一个构件, 主要考虑桥台在施工过程中是分段浇筑。
索塔段 (Ifc Bridge Pylon) :指构成桥塔的节段。未将桥塔整体定义为一个构件, 主要考虑桥塔在施工过程中是分段浇筑或拼装。
拱肋段 (Ifc Bridge Archrib) :指构成拱桥桥拱的节段。未将桥拱整体定义为一个构件, 主要考虑桥拱在施工过程中是分段浇筑或拼装。
拱脚 (Ifc Bridge Archfoot) :用于支撑拱肋与基础或者主梁的连接构造。
拱上立柱 (Ifc Bridge Stand Column) :指位于拱肋上, 用于支撑主梁的结构。
吊杆 (Ifc Bridge Suspender) :指连接悬索与桥面系或拱肋与桥面系的构件, 这里指单根吊杆, 其包含吊杆杆体、护套、套筒以及螺栓等所有结构。
斜拉索 (Ifc Bridge Cable) :指连接桥塔与桥面系的构件, 这里指单根斜拉索, 其包含斜拉索索体、护套、套筒以及螺栓等所有结构。
主缆 (Ifc Bridge Suspended Tendon) :指悬索桥主缆系统中单侧单根主缆, 其包含钢丝、护套等所有结构。
支座 (Ifc Bridge Bearing) :指用于支撑主梁, 传递上部结构荷载至桥墩的结构。一般是成套的产品。
伸缩装置 (Ifc Bridge Expansion Installation) :指为使车辆平稳通过桥面, 并满足桥梁上部结构变形的需要, 在桥梁伸缩处设置的由橡胶和钢质零件组成的装置。一般为成套的产品。
防护墙 (Ifc Bridge Protecting Wall) :指位于桥面用于保护行人及支挡道砟的结构。原IFC4中定义的Ifc Wall主要指建筑的墙, 为强调桥梁防护墙的特定语义, 因此未使用Ifc Wall定义防护墙。
框构节段 (Ifc Bridge Frame Segment) :指框架桥主体的一个节段。未将框架桥主体整体定义为一个构件, 主要考虑框架桥主体在施工过程中是分段浇筑或拼装。
翼墙 (Ifc Bridge Wing Wall) :指框架桥或涵洞进出口处为保证两侧路基边坡稳定并起引导河流作用而设置的一种挡土结构物。原IFC4中定义的Ifc Wall主要指建筑的墙, 为强调翼墙的特定语义, 因此未使用Ifc Wall定义翼墙。
涵洞节段 (Ifc Bridge Culvert Segment) :指涵洞主体的一个节段。未将涵洞洞身整体定义为一个构件, 主要考虑涵洞洞身在设计和施工过程中是分段设计和施工。
帽石 (Ifc Bridge Hat Stone) :指位于涵洞端翼墙上方, 用于支挡路基填料的结构物。
盖梁 (Ifc Bridge Coping) :指为支承、分布和传递上部结构的荷载, 在排架或者双柱式墩顶设置的横梁, 又称帽梁。
预埋件基础 (Ifc Bridge Embedded Parts Foundation) :指为其他构件放置在桥面或者桥墩上而预留的连接构造。
避车台 (Ifc Bridge Refuge Platform) :指在桥上为维修人员躲避列车而设置的平台。
9.1.3桥梁组合件
自土木工程组合件 (Ifc Civil Element Assembly) 下派生桥梁组合件 (Ifc Bridge Element Assembly) 作为桥梁工程中所有组合件的父类。自桥梁组合件 (Ifc Bridge Element Assembly) 派生出桁架 (Ifc Bridge Truss) 、节点 (Ifc Bridge Joint) 、防落梁装置 (Ifc Beam Falling Prevention Device) 、横撑 (Ifc Cross Brace) 。桥梁组合件间的继承关系如图9.6。
桥梁组合件 (Ifc Bridget Element Assembly) :继承自土木组合件 (Ifc Civil Element Assembly) , 是所有桥梁工程组合件的父类。它有4个子实体:桁架 (Ifc Bridge Truss) 、节点 (Ifc Bridge Joint) 、防落梁装置 (Ifc Beam Falling Preve ntion Device) 、横撑 (Ifc Cross Brace) 。
桁架 (Ifc Bridge Truss) :指由杆件等组成的桁架结构, 为钢桁梁桥的一部分。原IF4中已经有Tuss的定义, 但是其仅是组合件 (Ifc Element Assembly) 的一个类型枚举值。而桥梁结构中的桁架构造复杂, 是主要受力构件, 原有定义无法完整表达桥梁结构中桁架的概念, 因此特扩展出桁架 (Ifc Bridge Truss) 类型。
节点 (Ifc Bridge Joint) :指连接杆件的构造。由杆件、板件、加劲肋以及螺栓等构成。
防落梁装置 (Ifc Beam Faling Prevention Device) :指地震时防止主梁跌落的装置。一般由防震挡块以及支挡结构组成。
横撑 (Ifc Cross Brace) :指拱肋的横向连接构造。主要由杆件、板件及加劲肋等构成。
9.1.4其他
(1) 人行道栏杆、吊篮、检查梯采用原IFC4标准中的Ifc Railing类型。
(2) 钢筋、钢筋网分别采用原IFC4标准中的Ifc Reinforcing Bar、Ifc Reinforcing Mesh类型。
(3) 桩基、基础分别采用原IFC4标准中的Ifc Pile、Ifc Footing类型。
(4) 预应力束及锚具分别采用原IFC4标准中的Ifc Tendon、Ifc Tendon Anchor类型。预应力束波纹管参见本标准第4章节。
(6) 焊缝采用IFC4标准中Ifc FastenerWELD。
(7) 锚垫板采用IFC4标准中Ifc Discrete AccessoryANCHORPLATE。
(8) 电缆槽模型定义参见本标准第14章节。
(9) 排水管、急流槽、缓流井等桥梁排水设施模型定义参见本标准第11章节。
9.2类型定义
9.2.1桥梁结构类型 (Ifc Bridge Structure Type Enum)
Ifc Bridge Structure Type Enum是桥梁结构类型枚举, 从桥梁结构形式的角度定义桥梁结构类型。
9.2.2桥梁结构组成类型 (Ifc Bridge Structure Part Type Enum)
9.2.3桥梁杆件类型 (Ifc Bridge Member Type Enum)
9.2.4桥梁加劲 (板) 肋类型 (Ifc Bridge Stiffening Rib Type Enum)
9.2.5桥梁板件类型 (Ifc Bridge Slab Type Enum)
9.2.6梁段类型 (Ifc Bridge Girder Segment Type Enum)
9.2.7锯齿块类型 (Ifc Bridge Gear Block Type Enum)
9.2.8支承垫石类型 (Ifc Bridge Bed Stone Type Enum)
9.2.9桥墩节段类型 (Ifc Bridge Pier Segment Type Enum)
9.2.10桥台节段类型 (Ifc Bridge Abutment Segment Type Enum)
9.2.11索塔段类型 (Ifc Bridge Pylon Segment Type Enum)
9.2.12拱肋段类型 (Ifc Bridge Arch Segment Type Enum)
9.2.13拱脚类型 (Ifc Bridge Archfoot Type Enum)
9.2.14拱上立柱类型 (Ifc Bridge Stand Column Type Enum)
9.2.15吊杆类型 (Ifc Bridge Suspender Type Enum)
9.2.16斜拉索类型 (Ifc Bridge Cable Type Enum)
9.2.17主缆类型 (Ifc Bridge Suspended Tendon Type Enum)
9.2.18支座类型 (Ifc Bridge Bearing Type Enum)
9.2.19伸缩装置类型 (Ifc Bridge Expansion Installation Type Enum)
9.2.20防护墙类型 (Ifc Bridge Protecting Wall Type Enum)
9.2.21框构节段类型 (Ifc Bridge Frame Segment Type Enum)
9.2.22翼墙类型 (Ifc Bridge Wing Wall Type Enum)
9.2.23涵洞节段类型 (Ifc Bridge Culvert Segment Type Enum)
9.2.24帽石类型 (Ifc Bridge Hat Stone Type Enum)
9.2.25盖梁类型 (Ifc Bridge Coping Type Enum)
9.2.26预埋件基础类型 (Ifc Bridge Embedded Parts Foundation Type Enum)
9.2.27避车台类型 (Ifc Bridge Refuge Platform Type Enum)
9.2.28桁架类型 (Ifc Bridge Truss Type Enum)
9.2.29节点类型 (Ifc Bridge Joint Type Enum)
9.2.30防落梁装置类型 (Ifc Beam Falling Prevention Device Type Enum)
9.2.31横撑类型 (Ifc Cross Brace Type Enum)
9.3实体定义
9.3.1桥梁结构 (Ifc Bridge Structure Element)
9.3.2桥梁 (Ifc Bridge)
桥梁 (Ifc Bridge) :指一座桥梁。Ifc Bridge定义的一座桥可以是一座单一结构桥梁, 也可以是一座由多个单一结构桥梁及桥梁结构组成组合成的复合桥梁。Ifc Bridge空间组成见表9.1;Ifc Bridge空间分解见表9.2;Ifc Bridge属性集见表9.3;Ifc Bridge空间分解及空间包含见表9.4。
9.3.3桥梁结构组成 (Ifc Bridge Part)
9.3.4桥梁构件 (Ifc Bridge Element)
桥梁构件 (Ifc Bridge Element) 继承自Ifc Civil Element, 是桥梁工程中所有构件的父类。Ifc Bridge Element被空间包含见表9.8。
9.3.5桥梁杆件 (Ifc Bridge Member)
Ifc Bridge Member主要指构成结构的杆件等, 如组成桁架的杆件、纵梁、横梁等。Ifc Bridge Member被空间包含见表9.9。
9.3.6桥梁加劲肋 (Ifc Bridge Stiffening Rib)
Ifc Bridge Stiffening Rib主要指U肋、板肋等加劲构造。Ifc Bridge Stiffening Rib被空间包含见表9.10。
9.3.7桥梁板件 (Ifc Bridge Slab)
Ifc Bridge Slab主要是指节点板、桥面板、拼接板等, 另外也指悬臂板、人行道板等, 厚度可以变化。Ifc Bridge Slab被空间包含见表9.11。
9.3.8梁段 (Ifc Bridge Girder Segment)
Ifc Bridge Girder Segment指构成桥梁主梁的节段。Ifc Bridge Girder Segment被空间包含见表9.12;Ifc Bridge Girder Segment结构分解见表9.13。
9.3.9锯齿块 (Ifc Bridge Gear Block)
Ifc Bridge Gear Block指锚固预应力束的楔形构造。Ifc Bridge Gear Block被空间包含见表9.14。
9.3.10支承垫石 (Ifc Bridge Bedstone)
Ifc Bridge Bedstone指放在桥墩或桥台顶部, 用于放置支座的构造。Ifc Bridge Bedstone被空间包含见表9.15。
9.3.11桥墩节段 (Ifc Bridge Pier Segment)
9.3.12桥台节段 (Ifc Bridge Abutment Segment)
9.3.13索塔段 (Ifc Bridge Pylon Segment)
9.3.14拱肋段 (Ifc Bridge Arch Segment)
9.3.15拱脚 (Ifc Bridge Arch Foot)
9.3.16拱上立柱 (Ifc Bridge Stand Column)
9.3.17吊杆 (Ifc Bridge Suspender)
9.3.18斜拉索 (Ifc Bridge Cable)
9.3.19主缆 (Ifc Bridge Suspended Tendon)
9.3.20支座 (Ifc Bridge Bearing)
9.3.21伸缩装置 (Ifc Bridge Expansion Installation)
Ifc Bridge Expansion Installation指为使车辆平稳通过桥面, 并满足桥梁上部结构变形的需要, 在桥梁伸缩处设置的由橡胶和钢质材料构成的装置。Ifc Bridge Expansion Installation被空间包含见表9.28;Ifc Bridge Expansion Installation属性集见表9.29。
9.3.22防护墙 (Ifc Bridge Protecting Wall)
9.3.23框构节段 (Ifc Frame Segment)
9.3.24翼墙 (Ifc Bridge Wing Wall)
Ifc Bridge Wing Wall指框架桥或涵洞进出口处为保证两侧路基边坡稳定并起引导河流作用而设置的一种挡土结构物。Ifc Bridge Wing Wall被空间包含见表9.32。
9.3.25涵洞节段 (Ifc Bridge Culvert Segment)
9.3.26帽石 (Ifc Bridge Hat Stone)
9.3.27盖梁 (Ifc Bridge Coping)
9.3.28预埋件基础 (Ifc Bridge Embedded Parts Foundation)
9.3.29避车台 (Ifc Bridge Refuge Platform)
Ifc Bridge Refuge Platform指在桥上为维修人员躲避列车而设置的平台。Ifc Bridge Refuge Platform被空间包含见表9.37。
9.3.30桥梁组合件 (Ifc Bridge Element Assembly)
桥梁组合件 (Ifc Bridge Element Assembly) 继承自Ifc Civil Element Assembly, 是桥梁工程中所有组合件的父类。Ifc Bridge Element Assembly被空间包含见表9.38。
9.3.31桁架 (Ifc Bridge Truss)
Ifc Bridge Truss主要指由杆件等组成的桁架结构, 为钢桁梁桥的一部分。Ifc Bridge Truss实体组成见表9.39;Ifc Bridge Truss被空间包含见表9.40。
9.3.32节点 (Ifc Bridge Joint)
Ifc Bridge Joint主要指连接杆件的构造。Ifc Bridge Joint实体组成见表9.41;Ifc Bridge Joint被空间包含见表9.42。
9.3.33防落梁装置 (Ifc Beam Falling Prevention Device)
9.3.34横撑 (Ifc Cross Brace)
Ifc Cross Brace指拱肋的横向连接构造。Ifc Cross Brace实体组成见表9.45;Ifc Cross Brace被空间包含见表9.46。
9.4属性集定义
10隧道领域模式
10.1模式定义
本标准定义的信息模型适用于采用新奥法设计与施工的隧道及其组成单元。
隧道信息模型基础数据架构由空间结构单元 (Ifc Spatial Structure Element) 、构件 (Ifc Element) 、零件 (Ifc Element Component) 三种类型组成。其中零件定义参见“4.3公用零件”章节。
隧道空间结构单元主要包括:隧道 (Ifc Tunnel) 和隧道组成 (Ifc Tunnel Part) 。
隧道构件主要包括:超前支护 (Ifc Tunnel Advance Support) 、初期支护 (Ifc Tunnel Primary Support) 、系统锚杆 (Ifc System Ancher Bolt) 、系统钢架 (Ifc System Steel Frame) 、初支喷混 (Ifc Initial Support Shotcrete) 、衬砌结构 (Ifc Tunnel Lining Structure) 、洞门结构 (Ifc Tunnel Portal Structure) 、仰拱填充 (Ifc Tunnel Invert Filling) 、防水层 (Ifc Waterproof Layer) 、找平层 (Ifc Leveling Blanket) 、结构保护层 (Ifc Protective Layer) 、临时支护 (Ifc Temporary Support) 、护拱 (Ifc Protective Arch) 。
隧道空间结构单元、构件间的关系如图10.1所示。
10.1.1空间结构单元
首先从土木工程结构单元 (Ifc Civil Structure Element) 派生出隧道结构 (Ifc Tunnel Structure Element) 作为隧道工程中所有空间结构单元模型的父类。进一步自隧道结构 (Ifc Tunnel Structure Element) 派生出隧道 (Ifc Tunnel) 、隧道组成 (Ifc Tunnel Part) 。隧道空间结构单元间的继承关系如图10.2所示。
隧道结构 (Ifc Tunnel Structure Element) :继承自土木工程结构单元 (Ifc Civil Structure Element) , 是所有隧道空间结构单元的父类。
隧道 (Ifc Tunnel) :指一座隧道, 在空间上由若干个隧道组成 (Ifc Tunnel Part) 组成。隧道 (Ifc Tunnel) 通过预定义类型属性进一步细分为圆形隧道 (CIRCULARTUNNEL) 、曲墙拱形隧道 (CURVEDWALLANDARCHCROWNTUNNEL) 、直墙拱形隧道 (STRAIGHTWALLANDARCHCROWNTUNNEL) 、矩形隧道 (RECTANGULARTUNNEL) 、棚洞隧道 (THESHEDTUNNEL) 、明洞隧道 (THEOPEN-CUTTUNNEL) 。通过功能类型属性进一步细分为铁路隧道 (RAILWAYTUNNEL) 、公路隧道 (HIGHWAYTUNNEL) 、水工隧道 (HYDRAULICTUNNEL) 、市政隧道 (MUNICIPALTUNNEL) 、矿山隧道 (MINETUNNEL) 、辅助坑道 (SERVICEGALLERY) 。
隧道组成 (Ifc Tunnel Part) :指从空间结构概念上组成隧道 (Ifc Tunnel) 的各部分。隧道组成 (Ifc Tunnel Part) 通过预定义类型属性进一步细分为洞门 (PORTAL) 、明洞 (OPEN-CUTTUNNEL) 、暗洞 (UNDER-CUTTUNNEL) 、洞室 (TUNNELCHAMBER) 、棚洞 (SHEDTUNNEL) 。
10.1.2构件
隧道专业的构件实体类图如图10.3所示。
隧道构件 (Ifc Tunnel Element) :继承自土木构件 (Ifc Civil Element) , 是所有隧道构件的父类。
超前支护 (Ifc Tunnel Advance Support) :指在隧道开挖前对掌子面围岩进行预加固的支护, 这里指具有相同超前支护形式的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 亦包含在空间结构单元暗洞或洞室中。通过预定义类型属性进一步细分为超前管棚 (ADVANCEPIPE-ROOFSUPPORT) 、超前导管 (ADVANCEFOREPOLING) 、注浆 (GROUTING) 。
初期支护 (Ifc Tunnel Primary Support) :指开挖后立即施作的支护结构, 这里指具有相同初期支护形式的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 亦包含在空间结构单元暗洞或洞室中。
系统锚杆 (Ifc System Ancher Bolt) :指为使围岩整体稳定, 沿隧道周边按一定纵横间距布置的锚杆群, 这里指具有相同锚杆支护形式的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 包含在空间结构单元暗洞或洞室中。
系统钢架 (Ifc System Steel Frame) :指用型钢、钢轨或钢筋等制成的骨架支护结构, 这里指具有相同钢架形式的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 亦包含在空间结构单元暗洞或洞室中。
初支喷混 (Ifc Primary Support Shotcrete) :指利用压缩空气或其他动力, 将混凝土混合物以较高速度垂直喷射于受喷面, 依赖喷射过程中水泥与骨料的连续撞击, 压密而形成的一种混凝土构件, 这里指具有相同初支喷混形式的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 亦包含在空间结构单元暗洞或洞室中。
衬砌结构 (Ifc Tunnel Lining Structure) :指沿隧道洞身周边修建的永久性支护结构, 这里指具有相同衬砌结构的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 亦包含在空间结构单元暗洞、明洞或洞室中。通过预定义类型属性进一步细分为拱墙衬砌 (ARCHWALLLINING) 、仰拱衬砌 (INVERTLINING) 、管片 (SEGMENT) 、底板 (BASESLAB) 。
仰拱填充 (Ifc Tunnel Invert Filling) :指填充在隧道仰拱部位的混凝土, 这里指某一衬砌类型段中的仰拱填充。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 包含在空间结构单元洞门、明洞、暗洞中。
防水层 (Ifc Waterproof Layer) :指附加在衬砌上的防水结构, 也指施工缝、变形缝中的防水结构;当用作附加在衬砌结构上的防水结构时指具有相同防水结构的某一段, 当用作施工缝、变形缝中的防水结构时指某一道施工缝或变形缝中的防水结构。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 包含在空间结构单元洞门、明洞、暗洞中。
找平层 (Ifc Leveling Blanket) :指结构底部的垫层, 也指结构做防水等之前的结构找平层, 这里指具有相同形式的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 包含在空间结构单元洞门、明洞中。
结构保护层 (Ifc Protective Layer) :指洞门、明洞等结构回填土石之前做的一层保护层, 这里指具有相同形式的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 包含在空间结构单元洞门、明洞中。
临时支护 (Ifc Temporary Support) :指隧道开挖过程中为保持围岩的稳定性而临时施作的一些支护措施, 此部分支护需要拆除, 这里指具有相同临时支护形式的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 包含在空间结构单元暗洞中。
护拱 (Ifc Protective Arch) :指在隧道浅埋段不具备明挖条件时而设置的确保隧道暗挖安全的保护结构, 这里指具有相同护拱结构形式的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 包含在空间结构单元暗洞中。
10.2类型定义
10.2.1隧道类型 (Ifc Tunnel Type Enum)
10.2.2隧道功能类型 (Ifc Tunnel Function Type Enum)
10.2.3隧道组成类型 (Ifc Tunnel Part Type Enum)
10.2.4超前支护类型 (Ifc Advance Support Type Enum)
10.2.5初期支护类型 (Ifc Primary Support Type Enum)
10.2.6系统锚杆类型 (Ifc System Ancher Bolt Type Enum)
10.2.7系统钢架类型 (Ifc System Steel Frame Type Enum)
10.2.8初支喷混类型 (Ifc Initial Support Shotcrete Type Enum)
10.2.9衬砌结构类型 (Ifc Tunnel Lining Type Enum)
10.2.10洞门结构类型 (Ifc Portal Structure Type Enum)
10.2.11仰拱填充类型 (Ifc Invert Filling Type Enum)
10.2.12防水层类型 (Ifc Waterproof Layer Type Enum)
10.2.13找平层类型 (Ifc Leveling Blanket Type Enum)
10.2.14结构保护层类型 (Ifc Protective Layer Type Enum)
10.2.15护拱类型 (Ifc Protective Arch Type Enum)
10.2.16临时支护类型 (Ifc Temporary Support Type Enum)
10.3实体定义
10.3.1隧道结构 (Ifc Tunnel Structure Element)
10.3.2隧道 (Ifc Tunnel)
隧道 (Ifc Tunnel) 指一座隧道, 在空间上是铁路线 (Ifc Railway) 的一部分, 由若干个隧道组成 (Ifc Tunnel Part) 组成。隧道 (Ifc Tunnel) 通过预定义类型属性进一步细分为圆形隧道、曲墙拱形隧道、直墙拱形隧道、矩形隧道、棚洞隧道、明洞隧道, 通过功能类型属性进一步细分为铁路隧道、公路隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道、辅助坑道。Ifc Tunnel空间组成见表10.1;Ifc Tunnel空间分解见表10.2;Ifc Tunnel属性集见表10.3。
10.3.3隧道组成 (Ifc Tunnel Part)
隧道组成 (Ifc Tunnel Part) 是隧道 (Ifc Tunnel) 在空间结构上的分解, 其中包含各种隧道构件。隧道组成 (Ifc Tunnel Part) 通过预定义类型属性进一步细分为洞门、明洞、暗洞、洞室、棚洞。Ifc Tunnel Part空间组成见表10.4;Ifc Tunnel Part空间包含见表10.5;Ifc Tunnel Part属性集见表10.6。
10.3.4隧道构件 (Ifc Tunnel Element)
10.3.5超前支护 (Ifc Tunnel Advance Support)
超前支护 (Ifc Tunnel Advance Support) 指在隧道开挖前对掌子面围岩进行预加固的支护, 这里指具有相同超前支护形式的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 可包含在空间结构单元暗洞或洞室中。通过预定义类型属性进一步细分为超前管棚、超前导管、注浆。Ifc Tunnel Advance Support属性集见表10.7;Ifc Tunnel Advance Support被空间包含见表10.8。
10.3.6初期支护 (Ifc Tunnel Primary Support)
初期支护 (Ifc Tunnel Primary Support) 指隧道开挖后立即施作的支护结构, 这里指具有相同初期支护形式的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 包含在隧道组成 (Ifc Tunnel Part) 的预定义类型暗洞或洞室中。Ifc Tunnel Primary Support属性集见表10.9;Ifc Tunnel Primary Support被空间包含见表10.10。
10.3.7系统锚杆 (Ifc System Ancher Bolt)
系统锚杆 (Ifc System Ancher Bolt) 指为使围岩整体稳定, 沿隧道周边按一定纵横间距布置的锚杆群, 这里指具有相同锚杆支护形式的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 包含在暗洞或洞室中。Ifc System Ancher Bolt属性集见表10.11;Ifc System Ancher Bolt被空间包含见表10.12。
10.3.8系统钢架 (Ifc System Steel Frame)
系统钢架 (Ifc System Steel Frame) 指用型钢、钢轨或钢筋等制成的骨架支护结构, 这里指具有相同钢架形式的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 包含在暗洞或洞室中。Ifc System Steel Frame属性集见表10.13;Ifc System Steel Frame被空间包含见表10.14。
10.3.9初支喷混 (Ifc Initial Support Shotcrete)
初支喷混 (Ifc Primary Support Shotcrete) 指利用压缩空气或其他动力, 将混凝土混合物以较高速度垂直喷射于受喷面, 依赖喷射过程中水泥与骨料的连续撞击, 压密而形成的一种混凝土, 这里指具有相同初支喷混形式的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 包含在暗洞或洞室中。Ifc Initial Support Shotcrete属性集见表10.15;Ifc Initial Support Shotcrete被空间包含见表10.16。
10.3.10衬砌结构 (Ifc Tunnel Lining Structure)
衬砌结构 (Ifc Tunnel Lining Structure) 指沿隧道洞身周边修建的永久性支护结构, 这里指具有相同衬砌结构的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 包含在暗洞、明洞或洞室中。通过预定义类型属性进一步细分为拱墙衬砌、仰拱衬砌、管片、底板。Ifc Tunnel Lining Structure属性集见表10.17;Ifc Tunnel Lining Structure被空间包含见表10.18。
10.3.11洞门结构 (Ifc Tunnel Portal Structure)
洞门结构 (Ifc Tunnel Portal Structure) 指为维持洞口边、仰坡稳定, 引排坡上水流并装饰洞口而修建的门式建筑物, 这里指某一座洞门。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 包含在空间结构单元洞门中。通过预定义类型属性进一步细分为帽檐式洞门结构、喇叭口式洞门结构、直切式洞门结构、倒斜切式洞门结构、缓冲式洞门结构、端墙式洞门结构。Ifc Tunnel Portal Structure被空间包含见表10.19。
10.3.12仰拱填充 (Ifc Tunnel Invert Filling)
10.3.13防水层 (Ifc Waterproof Layer)
防水层 (Ifc Waterproof Layer) 既指附加在衬砌上的防水结构, 也指施工缝、变形缝中的防水结构;当用作附加在衬砌结构上的防水结构时指具有相同防水结构的某一段, 当用作施工缝、变形缝中的防水结构时指某一道施工缝或变形缝中的防水结构。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 包含在空间结构单元洞门、明洞、暗洞中。Ifc Waterproof Layer属性集见表10.21;Ifc Waterproof Layer被空间包含见表10.22。
10.3.14找平层 (Ifc Leveling Blanket)
找平层 (Ifc Leveling Blanket) 既指结构底部的垫层, 也指结构做防水等之前的结构找平层, 这里指具有相同形式的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 包含在空间结构单元洞门、明洞中。Ifc Leveling Blanket属性集见表10.23;Ifc Leveling Blanket被空间包含见表10.24。
10.3.15结构保护层 (Ifc Protective Layer)
结构保护层 (Ifc Protective Layer) 指洞门、明洞等结构回填土石之前做的一层保护层, 这里指具有相同形式的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 包含在空间结构单元洞门、明洞中。Ifc Protective Layer属性集见表10.25;Ifc Leveling Blanket被空间包含见表10.26。
10.3.16临时支护 (Ifc Temporary Support)
临时支护 (Ifc Temporary Support) 指隧道开挖过程中为保持围岩的稳定性而临时施作的一些支护措施, 此部分支护需要拆除, 这里指具有相同临时支护形式的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 包含在空间结构单元暗洞中。Ifc Temporary Support被空间包含见表10.27。
10.3.17护拱 (Ifc Protective Arch)
护拱 (Ifc Protective Arch) 多指在隧道浅埋段不具备明挖条件时而设置的确保隧道暗挖安全的保护结构, 这里指具有相同护拱结构形式的某一段。继承自隧道构件 (Ifc Tunnel Element) , 包含在空间结构单元暗洞中。Ifc Protective Arch被空间包含见表10.28。
10.4属性集定义
11排水领域模式
11.1模式定义
本模式定义的排水领域包含:排水沟、侧沟、天沟、截水沟、急流槽、检查井、集水坑、消能设施、路基面纵向排水槽、路基面横向排水槽 (管) 、公路排水槽 (管) 、立交桥下排水沟 (管) 等用于排除地表水的设施及其附属检修设备;隧道内中心沟、隧道洞口排水沟、隧道仰坡截水沟、隧道环向盲管、纵向盲管、横向排水管、竖向排水管等隧道排水设施;路基内排除地下水的排水盲沟和边坡渗沟等。
通过引用IFC4标准中Ifc Shared Bldg Service Elements模式中的Ifc Distribution System (配送系统) 、Ifc Pipe Segment (管线段) 、Ifc Distribution Chamber Element (检查设施) 模型, 并为上述模型补充定义排水设施相关属性集的方法实现排水模式的定义。
11.2排水沟
当排水管排除地下水时, Ifc Distribution System的预定义类型属性取值为“DRAINAGE (排水系统) ”, 如隧道内中心沟、隧道环向盲管、纵向盲管、横向排水管、竖向排水管、地下水路堑排水盲沟和边坡渗沟等。
为Ifc Distribution System新定义名称为“Pset_DS_Drainage Ditch Common”的属性集, 使用该属性集中的Type属性进一步说明排水沟的类型。Pset_DS_Drainage Ditch Common排水沟属性集属性列表见表11.1。
11.3排水沟段
使用Ifc Pipe Segment表达整条排水沟中的一段排水沟、槽、管, 并同时要求Ifc Pipe Segment的预定义类型属性取值为“GUTTER (重力流明渠) ”。
为Ifc Pipe Segment新定义名称为“Pset_PS_Ditch Segment Common”的属性集, 用于进一步标识排水沟段的类型和属性。Pset_PS_Ditch Segment Common排水沟段属性集属性列表见表11.2。
11.4检查设施
使用Ifc Distribution Chamber Element表达排水沟检查井, 并同时要求Ifc Distribution Chamber Element的预定义类型属性取值为“MANHOLE (人孔、手孔) ”。
使用Ifc Distribution Chamber Element表达排水沟上的集水坑, 并同时要求Ifc Distribution Chamber Element的预定义类型属性取值为“SUMP (集水坑、集水井) ”。
12轨道领域模式
12.1模式定义
本模式定义轨道工程领域信息模型的基础数据架构。轨道工程包括有砟轨道和无砟轨道结构的正线和站线轨道及其组成。
轨道信息模型基础数据架构由空间结构单元 (Ifc Spatial Structure Element) 、组合件 (Ifc Element Assembly) 、构件 (Ifc Element) 、零件 (Ifc Element Component) 四种类型组成。轨道空间结构单元、组合件、构件、零件间的关系如图12.1所示。
轨道空间结构单元主要包括:轨道 (Ifc Track) 、轨道段 (Ifc Track Part) 。
轨道构件主要包括:钢轨 (Ifc Track Rail) 、扣件 (Ifc Track Fastening) 、轨枕 (Ifc Track Sleeper) 、轨道板 (Ifc Track Slab) 、道床板 (Ifc Track Concrete Slab) 、隔离层 (Ifc Track Isolation Layer) 、弹性垫层 (Ifc Track Elastic Cushion) 、调整层 (Ifc Track Adjustment Layer) 、底座 (Ifc Track Base) 、道岔 (Ifc Track Turnout) 、道砟层 (Ifc Track Ballast Layer) 、钢轨伸缩调节器 (Ifc Track Expansion Joint) 。
轨道组合件主要包括:轨排 (Ifc Track Panel) 、有砟道床 (Ifc Ballast Bed) 。
轨道零件主要包括:钢轨接头 (Ifc Track Rail Joint) 、轨道加强设备 (Ifc Track Strengthening Equipment) 、轨道附属设备 (Ifc Track Accessory Equipment) 。
与轨道相关的铁路零件主要包括:接地端子 (Ifc Earthing Terminal) 。
12.1.1轨道空间结构单元
轨道的空间结构单元指轨道结构的空间主体以及它的主要组成结构。分为轨道 (I f c T r a c k) 和轨道段 (Ifc Track Part) 两类。轨道空间结构单元间的继承关系如图12.2所示。
轨道 (Ifc Track) 指具有一定功能、有明确起终点的一条股道, 也可指包含一条股道或多条股道的轨道工程。Ifc Track可以用于定义一段或几段正线轨道, 也可用于定义车站内一条或几条具有明确用途的站线股道。Ifc Track可由一个或多个Ifc Track组成, 也可由一段或多段Ifc Track Part组成。Ifc Track可包含在Ifc Railway和Ifc Railway Station中。
轨道段 (Ifc Track Part) 指组成Ifc Track的一段具有唯一轨道结构类型及功能类型的轨道段落。Ifc Track Part应包含在Ifc Track中。
12.1.2轨道构件
轨道构件指组成轨道结构的重要的常用构件。主要包含钢轨 (Ifc Track Rail) 、扣件 (Ifc Track Fastening) 、轨枕 (Ifc Track Sleeper) 、轨道板 (Ifc Track Slab) 、道床板 (Ifc Track Concrete Slab) 、隔离层 (Ifc Track Isolation Layer) 、弹性垫层 (Ifc Track Elastic Cushion) 、调整层 (Ifc Track Adjustment Layer) 、底座 (Ifc Track Base) 、道岔 (Ifc Track Turnout) 、道砟层 (Ifc Track Ballast Layer) 、钢轨伸缩调节器 (Ifc Track Expansion Joint) 。轨道构件单元间的继承关系如图12.3所示。
钢轨 (Ifc Track Rail) 指一段钢轨。钢轨是轨道的主要组成构件, 是直接支承和引导车轮的构件, 为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面, 引导机车车辆的前进, 承受车轮的巨大荷载, 并传递到下部结构上, 且还可兼做轨道电路之用。Ifc Track Rail可和扣件 (Ifc Track Fastening) 、轨枕 (Ifc Track Sleeper) 组合成轨排组合件 (Ifc Track Panel) 。Ifc Track Rail宜包含在Ifc Track Part中, 可包含在Ifc Track中。
轨枕 (Ifc Track Sleeper) 指一根轨枕。轨枕是支承钢轨、保持轨距并将荷载传布于道床的构件。Ifc Track Sleeper可和钢轨 (Ifc Track Rail) 、扣件 (Ifc Track Fastening) 组合成轨排组合件 (Ifc Track Panel) 。Ifc Track Sleeper宜包含在Ifc Track Part中, 可包含在Ifc Track中。
轨道板 (Ifc Track Slab) 是指一块轨道板。轨道板是预制的钢筋混凝土板或预应力钢筋混凝土板, 是板式轨道的主要构件, 把来自钢轨和扣件的荷载均匀的传递给下部结构, 并且把轨道纵横向荷载传递给限位结构。轨道板仅存在于无砟轨道结构中。Ifc Track Slab宜包含在Ifc Track Part中, 可包含在Ifc Track中。
道床板 (Ifc Track Concrete Slab) 指一块道床板。道床板是现场灌筑的埋设双块式轨枕、混凝土岔枕或其他轨枕的整体钢筋混凝土层。道床板仅存在于无砟轨道结构中。Ifc Track Concrete Slab宜包含在Ifc Track Part中, 可包含在Ifc Track中。
隔离层 (Ifc Track Isolation Layer) 指一块隔离层。隔离层是位于底座顶面, 可实现上部轨道结构特殊情况下的伤损修复, 同时协调温度变形的结构层。隔离层仅存在于无砟轨道结构中。Ifc Track Isolation Layer宜包含在Ifc Track Part中, 可包含在Ifc Track中。
弹性垫层 (Ifc Track Elastic Cushion) 是指一块弹性垫层。弹性垫层是为缓和纵横向荷载对轨道结构的冲击作用, 在底座凹槽侧面设置的垫层。弹性垫层仅存在于无砟轨道结构中。Ifc Track Elastic Cushion宜包含在Ifc Track Part中, 可包含在Ifc Track中。
调整层 (Ifc Track Adjustment Layer) 是指一个调整层。调整层是现场摊铺或浇筑的用于支承轨道板或混凝土道床板的混凝土层或砂浆层。调整层仅存在于无砟轨道结构中。Ifc Track Adjustment Layer宜包含在Ifc Track Part中, 可包含在Ifc Track中。
底座 (Ifc Track Base) 指一块底座。底座是现场浇筑的用于支承轨道板或道床板的钢筋混凝土基础。底座仅存在于无砟轨道结构中。Ifc Track Base宜包含在Ifc Track Part中, 可包含在Ifc Track中。
道岔 (Ifc Track Turnout) 指一组道岔。道岔是把一条轨道分支为两条或以上的设备。Ifc Track Turnout宜包含在Ifc Track Part中除WITHNOTURNOUT以外的所有类型中, 不应包含在Ifc Track Part中WITHNOTURNOUT类型中, 可包含在Ifc Track中。
道砟层 (Ifc Track Ballast Layer) 指一个道砟层。道砟层是由具有不同级配的碎石、卵石、砂子、矿砟等散粒体材料组成的结构层, 具有直接支承或固定轨枕位置, 传递荷载以及排水等作用。一个或一个以上Ifc Track Ballast Layer可组合成有砟道床组合件 (Ifc Ballast Bed) 。道砟层仅存在于有砟轨道结构中。Ifc Track Ballast Layer宜包含在Ifc Track Part中, 可包含在Ifc Track中。
钢轨伸缩调节器 (Ifc Track Expansion Joint) 指一组钢轨伸缩调节器。钢轨伸缩调节器是调节钢轨伸缩的设备。Ifc Track Expansion Joint宜包含在Ifc Track Part中, 可包含在Ifc Track中。
12.1.3轨道组合件
轨道的组合件指轨道结构中具备一定功能, 可以发挥具体作用的构件的组合或构件和组合件的组合。分为有砟道床 (Ifc Ballast Bed) 和轨排 (Ifc Track Panel) 两类。轨道组合件单元间的继承关系如图12.4所示。
有砟道床 (Ifc Ballast Bed) 是支承和固定轨枕, 并将其荷载传布于下部结构上表面的轨道组成部分。有砟道床仅存在于有砟轨道结构中。有砟道床组合件 (Ifc Ballast Bed) 可由一个及以上Ifc Track Ballast Layer组合而成。Ifc Ballast Bed宜包含在Ifc Track Part中, 可包含在Ifc Track中。
轨排 (I f c T r a c k P a n e l) 是用扣件将每节 (两股) 钢轨和轨枕连结在一起而组成的结构构件。轨排组合件 (Ifc Track Panel) 可由钢轨 (Ifc Track Rail) 、扣件 (Ifc Track Fastening) 和轨枕 (Ifc Track Sleeper) 组合而成。Ifc Track Panel宜包含在Ifc Track Part中, 可包含在Ifc Track中。
12.1.4轨道零件
轨道的零件指附加在轨道构件上或包含在轨道构件中, 起加固或连接等辅助作用的小物件。主要包含钢轨接头 (Ifc Track Rail Joint) 、轨道加强设备 (Ifc Track Strengthening Equipment) 和轨道附属设备 (Ifc Track Accessory Equipment) 。轨道零件单元间的继承关系如图12.5所示。
轨道加强设备 (Ifc Track Strengthening Equipment) 是指一个轨道加强设备。轨道加强设备是安装在轨道上的, 提高钢轨抵抗纵、横向移动能力的设备。通过预定义类型属性轨道加强设备进一步细分为防爬器 (TICREEPER) 、防爬支撑 (ANTICREEPSTRUT) 、轨距杆 (GAUGETIEROD) 、轨撑 (RAILBRACE) 等。Ifc Track Strengthening Equipment宜包含在Ifc Track Part中, 可包含在Ifc Track中。
轨道附属设备 (Ifc Track Accessory Equipment) 是指一个轨道附属设备。轨道附属设备是安装在轨道上或轨道旁的, 起密封、防护、吸附等特定效果的设备。通过预定义类型属性轨道附属设备进一步细分为轨枕间密封条 (SEALINGSTRIPBETWEENSLEEPERS) 、钢弹簧隔振器 (STEELSPRINGVIBRATIONISOLATOR) 、减振垫 (RUBBERDAMPINGPAD) 、吸音板 (SOUNDABSORBINGPANEL) 、护轨 (GUARDRAIL) 等。Ifc Track Accessory Equipment宜包含在Ifc Track Part中, 可包含在Ifc Track中。
12.1.5其他零件
其他零件指附加在轨道构件上或包含在轨道构件中, 或应用于其他工程中, 起加固或连接等辅助作用的小物件。主要包含接地端子 (Ifc Earthing Terminal) 。
接地端子 (Ifc Earthing Terminal) 指与接地体连接的端子。Ifc Earthing Terminal宜包含在Ifc Track Part中, 可包含在Ifc Track中。
12.2类型定义
12.2.1轨道类型 (Ifc Track Type Enum)
12.2.2轨道进路方向类型 (Ifc Track Route Direction Type Enum)
12.2.3轨道进路功能类型 (Ifc Track Route Function Type Enum)
12.2.4轨道段结构类型 (Ifc Track Part Structure Type Enum)
12.2.5轨道段功能类型 (Ifc Track Part Function Type Enum)
12.2.6钢轨类型 (Ifc Track Rail Type Enum)
12.2.7扣件类型 (Ifc Track Fastening Elasticity Type Enum)
12.2.8扣件结构形式类型 (Ifc Track Fastening Structure Type Enum)
12.2.9轨枕类型 (Ifc Track Sleeper Type Enum)
12.2.10轨道板类型 (Ifc Track Slab Type Enum)
12.2.11道床板类型 (Ifc Track Concrete Slab Type Enum)
12.2.12隔离层类型 (Ifc Track Isolation Layer Type Enum)
12.2.13弹性垫层类型 (Ifc Track Elastic Cushion Type Enum)
12.2.14调整层类型 (Ifc Track Adjustmentlayer Type Enum)
12.2.15底座类型 (Ifc Track Base Type Enum)
12.2.16道岔类型 (Ifc Track Turnout Type Enum)
12.2.17道砟层类型 (Ifc Track Ballast Layer Type Enum)
12.2.18钢轨伸缩调节器类型 (Ifc Track Expansion Joint Type Enum)
12.2.19有砟道床类型 (Ifc Ballast Bed Type Enum)
12.2.20轨排类型 (Ifc Track Panel Type Enum)
12.2.21钢轨接头类型 (Ifc Track Rail Joint Type Enum)
12.2.22轨道加强设备类型 (Ifc Track Strengthening Equipment Type Enum)
12.2.23轨道附属设备类型 (Ifc Track Accessory Equipment Type Enum)
12.2.24接地端子类型 (Ifc Earthing Terminal Type Enum)
12.3实体定义
12.3.1轨道 (Ifc Track)
Ifc Track指具有一定功能、有明确起终点的一条股道, 也可指包含一条股道或多条股道的轨道工程。Ifc Track可以用于定义一段或几段正线轨道, 也可用于定义车站内一条或几条具有明确用途的站线股道。Ifc Track可由一个或多个Ifc Track组成, 也可由一段或多段Ifc Track Part组成。Ifc Track空间组成见表12.1;Ifc Track空间分解见表12.2;Ifc Track空间包含见表12.3;Ifc Track属性集见表12.4。
12.3.2轨道段 (Ifc Track Part)
Ifc Track Part是指组成Ifc Track的一段具有唯一轨道结构类型及功能类型的轨道段落。Ifc Track Part空间组成见表12.5;Ifc Track Part空间包含见表12.6;Ifc Track Part属性集见表12.7。
12.3.3轨道构件 (Ifc Track Element)
12.3.4钢轨 (Ifc Track Rail)
Ifc Track Rail是轨道的主要组成构件, 是直接支承和引导车轮的构件, 为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面, 引导机车车辆的前进, 承受车轮的巨大荷载, 并传递到下部结构上, 且还可兼做轨道电路之用。Ifc Track Rail可和扣件 (Ifc Track Fastening) 、轨枕 (Ifc Track Sleeper) 组合成轨排组合件 (Ifc Track Panel) 。Ifc Track Rail属性集见表12.8;Ifc Track Rail被空间包含见表12.9。
12.3.5扣件 (Ifc Track Fastening)
Ifc Track Fastening是指将钢轨扣压在轨枕或其他轨下基础上的连接构件。Ifc Track Fastening可和钢轨 (Ifc Track Rail) 、轨枕 (Ifc Track Sleeper) 组合成轨排组合件 (Ifc Track Panel) 。Ifc Track Fastening属性集见表12.10;Ifc Track Fastening被空间包含见表12.11。
12.3.6轨枕 (Ifc Track Sleeper)
Ifc Track Sleeper是指支承钢轨、保持轨距并将荷载传递于道床的构件。Ifc Track Sleeper可和钢轨 (Ifc Track Rail) 、扣件 (Ifc Track Fastening) 组合成轨排组合件 (Ifc Track Panel) 。Ifc Track Sleeper属性集见表12.12;Ifc Track Sleeper被空间包含见表12.13。
12.3.7轨道板 (Ifc Track Slab)
Ifc Track Slab是指预制的钢筋混凝土板或预应力钢筋混凝土板, 是板式轨道的主要构件, 把来自钢轨和扣件的荷载均匀的传递给下部结构, 并且把轨道纵横向荷载传递给限位结构。轨道板仅存在于无砟轨道结构中。Ifc Track Slab属性集见表12.14;Ifc Track Slab被空间包含见表12.15。
12.3.8道床板 (Ifc Track Concrete Slab)
Ifc Track Concrete Slab是现场灌筑的埋设双块式轨枕、混凝土岔枕或其他轨枕的整体钢筋混凝土层。道床板仅存在于无砟轨道结构中。Ifc Track Concrete Slab属性集见表12.16;Ifc Track Concrete Slab被空间包含见表12.17。
12.3.9隔离层 (Ifc Track Isolation Layer)
Ifc Track Isolation Layer是位于底座顶面, 可实现上部轨道结构特殊情况下的伤损修复, 同时协调温度变形的结构层。隔离层仅存在于无砟轨道结构中。Ifc Track Isolation Layer属性集见表12.18;Ifc Track Isolation Layer被空间包含见表12.19。
12.3.10弹性垫层 (Ifc Track Elastic Cushion)
Ifc Track Elastic Cushion是为缓和纵横向荷载对轨道结构的冲击作用, 在底座凹槽侧面设置的垫层。弹性垫层仅存在于无砟轨道结构中。Ifc Track Elastic Cushion属性集见表12.20;Ifc Track Elastic Cushion被空间包含见表12.21。
12.3.11调整层 (Ifc Track Adjustment Layer)
Ifc Track Adjustment Layer是现场摊铺或浇筑的用于支承轨道板或道床板的混凝土层或砂浆层。调整层仅存在于无砟轨道结构中。Ifc Track Adjustment Layer属性集见表12.22;Ifc Track Adjustment Layer被空间包含见表12.23。
12.3.12底座 (Ifc Track Base)
Ifc Track Base是现场浇筑的用于支承轨道板或道床板的钢筋混凝土基础。底座仅存在于无砟轨道结构中。Ifc Track Base属性集见表12.24;Ifc Track Base被空间包含见表12.25。
12.3.13道岔 (Ifc Track Turnout)
Ifc Track Turnout是指把一条轨道分支为两条或以上的设备。Ifc Track Turnout属性集见表12.26;Ifc Track Turnout被空间包含见表12.27。
12.3.14道砟层 (Ifc Track Ballast Layer)
Ifc Track Ballast Layer是由具有不同级配的碎石、卵石、砂子、矿砟等散粒体材料组成的结构层, 具有直接支承或固定轨枕位置, 传递荷载以及排水等作用。一个或一个以上Ifc Track Ballast Layer可组合成有砟道床组合件 (Ifc Ballast Bed) 。道砟层仅存在于有砟轨道结构中。Ifc Track Ballast Layer属性集见表12.28;Ifc Track Ballast Layer被空间包含见表12.29。
12.3.15钢轨伸缩调节器 (Ifc Track Expansion Joint)
Ifc Track Expansion Joint是调节钢轨伸缩的设备。Ifc Track Expansion Joint属性集见表12.30;Ifc Track Expansion Joint被空间包含见表12.31。
12.3.16铁路组合件 (Ifc Railway Assembly)
12.3.17有砟道床 (Ifc Ballast Bed)
Ifc Ballast Bed是支承和固定轨枕, 并将其荷载传布于下部结构上表面的轨道组成部分。有砟道床仅存在于有砟轨道结构中。有砟道床组合件 (Ifc Ballast Bed) 可由一个及以上Ifc Track Ballast Layer组合而成。Ifc Ballast Bed被空间包含见表12.32;Ifc Ballast Bed实体组成见表12.33。
12.3.18轨排 (Ifc Track Panel)
Ifc Track Panel是用扣件将每节 (两股) 钢轨和轨枕连接在一起而组成的结构构件。轨排组合件 (Ifc Track Panel) 可由钢轨 (Ifc Track Rail) 、扣件 (Ifc Track Fastening) 和轨枕 (Ifc Track Sleeper) 组合而成。Ifc Track Panel属性集见表12.34;Ifc Track Panel被空间包含见表12.35;Ifc Track Panel实体组成见表12.36。
12.3.19轨道零件 (Ifc Track Element Component)
12.3.20钢轨接头 (Ifc Track Rail Joint)
Ifc Track Rail Joint是钢轨之间接头处所使用的连接零件。Ifc Track Rail Joint属性集见表12.37;Ifc Track Rail Joint被空间包含见表12.38。
12.3.21轨道加强设备 (Ifc Track Strengthening Equipment)
12.3.22轨道附属设备 (Ifc Track Accessory Equipment)
12.3.23接地端子 (Ifc Earthing Terminal)
Ifc Earthing Terminal指与接地体连接的端子。Ifc Earthing Terminal属性集见表12.43;Ifc Earthing Terminal被空间包含见表12.44。
12.4属性集定义
13站场领域模式
13.1模式定义
本标准定义的信息模型数据基础架构包括铁路枢纽、铁路车站及其各种组成部分。
站场信息模型数据基础架构由空间结构单元 (Ifc Spatial Structure Element) 、构件 (Ifc Element) 组成。
站场空间结构单元包括:铁路枢纽 (Ifc Railway Terminal) 、铁路车站 (Ifc Railway Station) 、铁路站台 (Ifc Railway Platform) 。
站场空间结构单元、构件间的关系如图13.1所示。
13.1.1站场空间结构单元
站场的空间结构单元指铁路站场的空间主体以及它的主要组成结构。分为铁路枢纽 (Ifc Railway Terminal) 、铁路车站 (Ifc Railway Station) 、铁路站台 (Ifc Railway Platform) 三类。站场空间结构单元间的继承关系如图13.2所示。
铁路枢纽 (Ifc Railway Terminal) 继承自铁路结构 (Ifc Railway Structure Element) , 表达由一个或多个车站 (Ifc Railway Station) 及线路 (Ifc Railway) 组成的空间结构。
铁路车站 (Ifc Railway Station) 继承自铁路结构 (Ifc Railway Structure Element) 。通常表达完成客货运作业或技术作业的一座车站。作为一个空间结构单元, 其内部包含各类铁路工程构件, 如信号设备 (Ifc Railway Signal Device) 、标志标牌 (Ifc Railway Denoter Device) 、安全设备 (Ifc Railway Safety Device) 、机械设备 (Ifc Railway Mechanical Equipment) 、建筑构件 (Ifc Building Element) 等。同时, 它通过关系对象 (Ifc Rel Aggregated) 分解为其他类别的对象, 包括轨道 (Ifc Track) 、路基 (Ifc Subgrade) 、桥涵 (Ifc Bridge) 、站台 (Ifc Railway Platform) 、建筑 (Ifc Building) 、道路 (Ifc Road) 等。
铁路站台 (Ifc Railway Platform) 继承自铁路结构 (Ifc Railway Structure Element) 。可以表达一座站台内部包含站台墙 (Ifc Railway Platform Wall) 、坡道 (Ifc Ramp) 、台阶 (Ifc Stair) 等建筑构件。
13.1.2站场构件
信号设备构件 (Ifc Railway Signal Device) 表示铁路上使用的信号显示设备。以此为父类可以派生出信号机 (Ifc Railway Signal) 与警冲标 (Ifc Railway Clearance Post) 两种构件。
调速设备构件 (Ifc Railway Speed Control Device) 表示在列车调车作业中调节列车运行速度的设施。以此为父类可以派生出减速器 (Ifc Railway Speed Reducer) 及减速顶 (Ifc Railway Retarder) 两种类型的构件实体。
标志标牌构件 (Ifc Railway Denoter Device) 表示设置在铁路线路附近用来指示各种信息的构件实体。
机械设备构件 (Ifc Railway Mechanical Equipment) 表示车站内用于客货运运输作业的各类机械设备, 目前暂时包括轨道衡 (Ifc Wagon Scale) 、汽车衡 (Ifc Truck Scale) 、超偏载仪 (Ifc Deflection Instrument) 等三类设备。
站台墙 (Ifc Railway Platform Wall) 表示支挡站台路基土方的构件实体。
平过道 (Ifc Railway Flat Aisle) 表示供人或车辆跨越铁路的平交设施。
站场构件间的继承关系如图13.3所示。
13.2类型定义
13.3实体定义
13.3.1铁路枢纽 (Ifc Railway Terminal)
Ifc Railway Terminal是由若干个车站、各种为铁路运输服务的设施及连接线等所组成的整体。Ifc Railway Terminal空间分解见表13.1。
13.3.2铁路车站 (Ifc Railway Station)
Ifc Railway Station表示一座车站。Ifc Railway Station空间组成见表13.2;Ifc Railway Station空间分解见表13.3;Ifc Railway Station空间包含见表13.4;Ifc Railway Station属性集见表13.5。
13.3.3铁路站台 (Ifc Railway Platform)
Ifc Railway Platform是指车站用于旅客上下车或货物装卸的设施。Ifc Railway Platform空间组成见表13.6;Ifc Railway Platform空间包含见表13.7。
13.3.4铁路信号设施 (Ifc Railway Signal Device)
13.3.5铁路信号机 (Ifc Railway Signal)
Ifc Railway Signal表示的是由调度台统一控制的带有色灯指示的铁路运行控制设备。Ifc Railway Signal属性集见表13.9。
13.3.6铁路警冲标 (Ifc Railway Clearance Post)
13.3.7铁路调速设备 (Ifc Railway Speed Control Device)
Ifc Railway Speed Control Device是在列车调车作业中调节列车运行速度的设施。包括减速器及减速顶两种类型的构件实体。Ifc Railway Speed Control Device被空间包含见表13.10。
13.3.8减速器 (Ifc Railway Speed Reducer)
13.3.9减速顶 (Ifc Railway Retarder)
13.3.10铁路标志标牌构件 (Ifc Railway Denoter Device)
Ifc Railway Denoter Device是设置在车站线路附近用来指示各种信息的构件实体。Ifc Railway Denoter Device被空间包含见表13.11。
13.3.11铁路安全设备构件 (Ifc Railway Safety Device)
Ifc Railway Safety Device是设置在车站线路上用来保证列车运行安全的构件实体。包括车挡、挡车器、脱鞋器、停车顶、铁鞋等类型的构件实体。Ifc Railway Denoter Device被空间包含见表13.12。
13.3.12铁路车挡 (Ifc Railway Car Bumper)
13.3.13铁路挡车器 (Ifc Railway Car Stopper)
13.3.14铁鞋 (Ifc Railway Iron Shoe)
13.3.15停车顶 (Ifc Railway Stop Retarder)
13.3.16停车器 (Ifc Railway Stop Device)
13.3.17脱鞋器 (Ifc Railway Iron Shoe Removing)
13.3.18站台墙 (Ifc Railway Platform Wall)
Ifc Railway Platform Wall表示的是支挡站台路基土方的构件实体。Ifc Railway Platform Wall被空间包含见表13.13。
13.3.19铁路平过道 (Ifc Railway Flat Aisle)
Ifc Railway Flat Aisle表示的是供行人或车辆跨越铁路的设施。Ifc Railway Flat Aisle被空间包含见表13.14;Ifc Railway Flat Aisle属性集见表13.15。
13.3.20铁路机械设备 (Ifc Railway Mechanical Equipment)
Ifc Railway Mechanical Equipment表示的是站内用于客货运运输作业的各类机械设备, 目前暂时包括轨道衡、汽车衡、超偏载仪等三类设备, 远期可以根据需要继续添加不同的设备。Ifc Railway Mechanical Equipment被空间包含见表13.16。
13.3.21铁路轨道衡 (Ifc Railway Wagon Scale)
13.3.22铁路汽车衡 (Ifc Railway Truck Scale)
13.3.23铁路超偏载仪 (Ifc Railway Deflection Instrument)
13.4属性集定义
14其他
14.1电缆槽
使用Ifc Distribution System表达电缆槽, Ifc Distribution System的预定义类型属性取值为“CONVEYING”或“USERDIFINED”。
使用Ifc Cable Carrier Segment表达一段电缆槽, 并同时要求Ifc Cable Carrier Segment的预定义类型属性取值为“CABLETRUNKINGSEGMENT”。
一种动漫游数据库存储模型设计 篇4
动漫游(Animation Comics Game-ACG)，就是对动画(Animation)、漫画(Comics)、游戏(Game)三者的简称。而由于电脑技术的发展，主要的动漫游产品便是动画片和动漫游戏。它们虽然不是同一时期的产物，并且单独出现时，还未能显现改写时代文化的巨大能力，但是在本质上他们有着高度的统一，那就是对于虚拟角色和虚拟环境的创造，在他们的受众之间建立了精神上的沟通渠道。在上世纪90年代的日本，此三项产业已经紧密的结合，而现在的中国，动漫游(ACG)相关产业还有待发展。
本文尝试从数据库的底层开始，重新构造数据库存储模型。建立一种适用于动漫游并且对多媒体数据进行实时操作的数据库存储模型。在本文数据模型设计中，主要涉及到的是Hash桶存储技术和T树索引技术。
1 需求分析
1.1 数据实时性需求
动漫游中数据大多数为多媒体数据，并且主要是图像、声音和动作，数据的大小从几十k到上百兆不等。而人肉眼认为对于在0.6秒内的图片切换是连续变化的，同时在游戏方面来说，玩家对于游戏人物操作，有许多外部的指令。每个动漫游的角色是由图像、动作和声音组成，在600毫秒之内，需要完成从发出指令到指令执行、编译以及最后到数据查找和读取，然而留给数据操作的时间在其中是很少的。
1.2 数据和表的需求
基于动漫游数据特点的分析，在数据库存储模型中，主要需要一个角色实体和多媒体数据的三类数据实体。
对于一个角色实体来说，它需要角色ID、角色名称、角色图片、角色声音、角色动作这几个属性。
一个多媒体数据实体需要数据名称、数据大小、数据类型、数据文件扩展名、在磁盘文件中的存储位置以及额外信息说明等属性。
角色与数据实体之间的关系为:角色调用多媒体数据。具体如图1所示。
如此则需要一个角色表和针对多媒体数据的数据说明信息表。角色表依次调用数据说明信息表中的图像说明信息，声音说明信息以及动作说明信息。最后通过数据说明信息表来具体调用磁盘上相应的多媒体数据。
1.3 内存信息表与磁盘数据映射需求
动漫游数据库存储模型中的多媒体数据是存储在磁盘的数据存储文件中，而有关于多媒体数据信息数据说明信息表则运行在内存中。在数据说明信息中查询数据信息，比如获取所需数据存储位置，再对磁盘数据进行实际的存取操作。如此，就需要建立数据说明信息表与磁盘存储的数据文件之间的映射关系，进而实现对原始数据的快速读取与维护操作，提高游戏的响应速度。同时可以通过数据说明信息表与原始数据的映射关系，快速定位相关多媒体数据的存储位置，便于开发人员通过数据说明信息表直接管理相关多媒体数据。
2 数据库存储模型设计
2.1 数据表设计
数据说明信息表:数据名，类型，大小，扩展名，存储位置，数据描述。
考虑到多媒体数据的特点，为了满足游戏的实时性需求，在数据库存储模型设计中，结合了内存数据库的设计，分别在数据库中建立图像、声音、视频等数据的原始数据存储区，同时在内存中建立一个针对图像、声音、视频等数据的数据信息表，每一条在该表中的元组代表了这一类的一个多媒体数据并且具有详细的描述，具体包括了数据名称、数据大小、数据类型、数据扩展名、在磁盘上的存储位置以及对于原始存储数据的描述信息。通过这个数据信息说明表，应用程序对与数据的查询、存储等过程将会直接在内存中进行，甚至于数据操作的中间结果也会保存在内存中。这样一来，减少了大量的磁盘I/O操作，同时提高了对于数据库的访问速度。通过数据说明信息表，有利于游戏开发人员对于相关地多媒体数据进行直接地管理。数据库存储模型中数据说明信息表的结构如图2所示。
2.2 表存储结构设计
设计一个结构体，成员包括个属性的元组值，将这一结构体对象作为一条记录。一个数据表中有多条记录，将这些记录设计成为成一个链表存储结构。当有新的记录需要添加时，只要重新生成一个关于该结构的新的对象，将该对象的各个成员变量进行赋值，然后将新的对象记录添加到链表的尾部即可。举例数据说明信息表存储结构如图3所示。
2.3 存储结构设计
由于多媒体数据是以“桶”式存储，分为三个目录，X个桶，Y个数据块。数据文件命名为三级命名“类型名＿分类名＿角色名”，在这里Hash函数是使用除留余数法来设计。同时对于文件名的数值转换，本文利用hashcode来实现，并保障数值的唯一性。由于用hashcode转化后的值有可能是负数，所以对于用hashcode转换的数值需要保证为正整数，即是用0x7FFFFFFF与转换值做与操作。
具体Hash函数设计如下:
(1)确定多媒体文件的类型:查找“类型名＿分类名＿角色名．jpg”，“目录”分为图片、声音、动作。根据“目录名”来确定多媒体存储文件的目录。
(2)一级Hash函数:
H1(分类名)=(hash(分类名)&0x7FFFFFFF)mod X=x
所以该文件存储在x号桶。
(3)二级Hash函数:
H2(含义名)=(hash(角色名)&0x7FFFFFFF)mod Y=y
所以该文件存储在x号桶中的的第y个数据块。
该文件的存储地址是Addr(文件名)=Addr(x桶)+y*Size(数据块)。
最后将该地址结果保存在相应多媒体的数据说明信息表中，作为该表的存储位置属性值，以后在存取操作是可以方便地查找。
对于Hash方法来说，最理想的是“一次性定位到关键词对应的地址”。但是利用Hash方法最常见的缺点就是对于不同关键字有可能产生冲突，就是当:
如此，产生冲突的key1和key2关键字被称为同义词。然而在Hash函数设计中，冲突的发生是无法避免的，所以只能尽量减少冲突发生的概率。
2.4 索引设计
对于数据的查找，主要是通过数据说明信息表的查找，而索引时数据说明信息表主要查找方式。索引与数据说明信息表如图4所示。
传统的T-树由插入算法实现，而T-树索引主要的挑战是结点操作时的平衡操作。快速构建是对原有算法的改进，其不需要多次旋转。快速构建算法:
(1)取出表中索引列和对应的行号，将其放入临时数组。
(2)按索引列增序对临时数组进行排序。
(3)去掉临时数组中的重复数据或其它的处理。
(4)将就序列分块并且将平均分配关键码到每块，有序块形成新的序列。
(5)按层构建T-树索引。先中间，在左子树，最后右子树。
该方法有利于按给定序列得到T-树，旋转起来更适合于只在已有树上的操作。
2.5 内存信息表与硬盘数据的映射
在内存中建立一个针对各类多媒体数据的数据说明信息表，该表保存了原始存储数据的说明信息数据，具体包括了数据名称、数据大小、数据类型、数据扩展名、在磁盘上的存储位置、以及对于原始存储数据的描述信息。在数据库存储模型底层，以图片文件为例，针对图片数据的插入、删除和查询操作，建立与存储在Resource目录下的资源文件如下的映射关系。最终实现通过数据库功能来保存和管理游戏需要的大量多媒体素材，使得游戏具有可伸缩性和变化性，以增强游戏的互动效果。因此，需要在数据库存储模型中建立多媒体数据和数据信息表的映射关系，具体映射关系如图5所示。
3 模型实现
3.1 索引实现
对于T＿tail索引来说，其具体的操作交由T＿tail类中的成员函数来实现，主要操作包括:添加(索引生成)、查询、删除以及平衡旋转操作。
查询操作算法包括对关键字的查询以及对界限结点的查询操作。平衡旋转操作包括对T＿tail索引结点的平衡性检查以及相应的旋转操作。而旋转操作包括左旋与右旋。
(1)索引添加算法
(1)获取经过Hash后的数据文件名以及其所在数据说民信息表中的元组记录指针，转步骤(2)。
(2)建立由获取的两个值为成员的关键类对象作为关键值，转步骤(3)。
(3)如果索引为空，将新建的关键值添加到索引，结束算法否则转步骤(4)。
(4)查找界限结点。
(5)如果没有找到界限结点，转步骤(6)否则转步骤(9)。
(6)判断查找路径上最后一个结点中是否有空间，如果有转步骤(7)否则转步骤(8)。
(7)将关键值升序插入此结点，转步骤(10)。
(8)重新生成新节点(针对步骤(5))或者Tail结点(针对步骤(9))，升序插入关键值，进行平衡性检查以及旋转，转步骤(10)。
(9)找到界限结点N，转步骤(6)。
(10)结束算法。
(2)界限结点查询算法(递归)
(1)获取关键字以及要查询的起始结点指针(初始值为头指针)，转步骤(2)。
(2)若指针为空值，返回NULL，转步骤(5)，否则转步骤(3)。
(3)当关键字小于当前结点的最小关键字时，对左孩子进行查找，转步骤(1)，否则转步骤(4)。
(4)当关键字大于当前结点的最大关键字时，对右孩子进行查找，转步骤(1)，否则转步骤(5)。
(5)当关键字大于当前结点的最小关键字并且大于当前结点的最大关键字时，找到界限节点，返回当前结点指针。
(6)结束算法。
(3)关键字查询算法
(1)获取关键字，转步骤(2)。
(2)若索引头指针为空值，返回NULL，转步骤(7)，否则转步骤(3)。
(3)查找界限结点，转步骤(4)。
(4)如果没有找到界限结点，返回NULL，转步骤(7)，否则转步骤(5)。
(5)在当前界限结点中查找关键字，如果指向当前结点的tail结点的指针不为NULL，则还要在当前结点的tail结点中查找，转步骤(6)。
(6)找到关键字，返回关键字所在数据说明信息表中的元组记录的指针，否则返回NULL，转步骤(7)。
(7)结束算法。
(4)索引删除算法
(1)获取关键字，查找界限结点转步骤(2)。
(2)如果没有找到界限结点，转步骤(10)，否则转步骤(3)。
(3)在当前界限结点中查找关键字，转步骤(4)。
(4)如果没有找到关键字，转步骤(10)，否则转步骤(5)。
(5)找到关键字，删除关键字所在关键值，转步骤(6)。
(6)若删除后，T节点为空，转步骤(7)否则转步骤(8)。
(7)t＿ptr不为空，将tail节点中最大值移入T结点，转步骤(10)。
(8)删除此界限结点，进行平衡性检查以及旋转，转步骤(9)。
(9)若tail节点为空，将t＿ptr赋值NULL转步骤(10)。
(10)结束算法。
3.2 界面管理系统实现
对于管理界面的开发工具，使用Visual Studio，开发语言为C++，工程项目为MFC。使用MFC对话框设计界面。管理界面主要功能有数据信息显示、添加数据、查询数据以及删除数据。所以对界面功能的实现主要集中于数据信息显示、添加数据、查询数据以及删除数据四个方面的实现。
(1)信息显示
通过MFC的List Control控件实现数据说明信息表的显示。在CpjlDlg::OnInitDialog()函数中对List Control控件进行初始化，将数据说明信息表的属性列初始化到List Control控件中。使用InsertColumn()函数添加列:Name、Size、Type、Extension、Path以及Describe。
(2)添加数据
在界面上添加Button1控件，将其命名为“添加”按钮。当单击“添加”按钮事件发生后，调用MFC自带的打开文件对话框。通过此对话框选择需要存储的原始数据打开，则通过Get PathName()函数立即获取原始数据文件的路径。并通过Manage类的对象将获得的原始数据文件的路径传入到Manage类的存储函数进行数据的存储操作。
(3)查询数据
在界面上添加Button2控件，将其命名为“查找”按钮;添加Edit Control控件，作为查找条件输入框，设为不可见;添加Button3控件，将其命名为“开始查询”按钮，设为不可见。当单击“查找”按钮事件发生后，显示Edit Control查找输入框以及“查找”按钮，当在查找输入框中输入文件名后，通过Get WindowText()函数获取输入值。然后点击“开始查询”按钮，就会通过Manage类的对象调用Manage类的查找函数进行数据的查询读取操作。
(4)删除数据
在界面上添加Button4控件，将其命名为“删除”按钮。当选择List Control控件中显示的某条数据说明信息表的元组记录，并且单击“删除”按钮时，通过GetSelectionMark()函数获取所选择Lis Control控件中记录行的行号，GetItemText()函数获取此行的第一列的数据，即数据文件名。然后通过Manage类的对象调用Manage类的删除函数进行数据的删除操作。
4 结束语
本文根据动漫游的特点，从数据库放入底层入手，进行数据库的物理结构设计，建立有关动漫游(ACG)的多媒体数据存取模型。该数据库存储模型的主要关注点以及设计特点就是一个字“快”，在运行于数据说明信息表上建立T-树索引，以实现对多媒体数据的快速定位工作;通过内存数据说明信息表与磁盘存储数据之间的映射机制实现多媒体数据的可视化操作，优化数据信息在磁盘中的组织方式、存储方式以及采用的相应的数据结构等实现数据的快速存取。
数据库管理界面主要是实现模型的可视化操作，主要实现的界面功能是添加、删除以及查询操作。经过界面的具体实现，与模型各功能相应的结合调试以及相关功能测试工作，已基本实现界面功能以及相应的模型功能。
参考文献
[1]黄金敢,潘敏.基于文件名的多媒体数据库管理系统开发[J].计算机工程与设计,2005,26(4):1048-1050.
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[3]Domenico Beneventano,PSonia Bergamaschi,PClaudio Sartori.Description logics for semantic query optimization in object-oriented database systems[J].ACM Transactions on Database Systems,2003,28(1):1-50.
[4]王珊,肖艳芹,刘大为,等.内存数据库关键技术研究[J].计算机应用,2007,27(10):2353-2357.
数据存储模型 篇5
关键词：TransRelational模型,TR,字段值表,记录重构表
1 概述
在科学领域里，不时会出现一些令人吃惊的新奇思想，由于新思想要好过目前已有的所有理论，因此可以称得上是一种突破。关系模型在数据库的世界里就是这样的一个明显的突破，而Steve Tarin发明的TransRelational模型(简称TR)则是另一个具有突破性的思想，可能会被证明为自35年前Codd发明关系模型以来数据库领域里最重大的发展。
TR并不是要成为关系模型的替代品，“TransRelational”中的Trans不是“translunar(超越)”的缩写，而是“transform(转换)”的缩写。TR和关系模型一样，也是一种数据的抽象模型，但TR是更为底层的模型，它更接近物理存储。实际上，TR是被设计用来作为一种关系模型的实现手段。这种全新的DBMS实现方法使得传统实现方法中许多关于底层的假设不再有效。
TR其实是一种通用技术上的特定应用程序，以其发明者命名，全称是Tarin Transform Method。它是美国的一项专利，是许多系统(不仅仅是DBMS)，如数据仓库、数据挖掘、SQL系统、Web搜索引擎、原生XML系统等重的数据存储和检索的实现技术。本文只局限在这一通用技术在关系系统中的应用。
下面开始进行技术的讨论。了解TR的一个好的方法就是从考虑数据的独立性开始，数据独立意味着数据在系统的物理层次和逻辑层次上存在着明显的差异，这种差异导致了数据需要在物理层次和逻辑层次进行转换。目前大多数的DBMS系统都采用了一种主码转换的方法，将物理存储上的关系变量映射到逻辑层次上具有相同主码的关系变量。在这样的系统中，物理存储上的数据可以近似的看做用户从逻辑视图上看到的数据的一个直接影像(如图1所示)。
从图中可以看出，这样的系统并没有真正提供太多的数据独立性，而且数据需要按照固定的顺序进行物理存储，如果需要以其他的顺序访问数据，就需要提供诸如索引之类的冗余数据结构，为了达到可接受的性能要就还需要提供优化技术，因此数据库管理员的工作难度远远超过了数据管理本身。
相比较而言，TR中的转换方法要灵活许多，其特点可以概括如下：
TR提供更高的数据独立性。
TR将数据以多种数据顺序进行有效的存储，不再需要像索引之类的冗余数据结构。
TR的优化技术要远比直接影像系统中的简单，对一种给定的关系操作往往只有这一种明显的最好现实方式。
TR的运行性能要优于直接影像系统。值得一提的是，连接操作的复杂度是线性的，也就是说20个表连接时间大致也等于10个表连接时间的两倍，如果真的需要连接20个表，那么TR将是首选技术，也就是说，TR系统是可扩展的。
TR系统更易于管理，因为它很少需要人的配置选择操作。
在整个TR系统的物理层次上没有像“存储关系变量”或者是“存储关系元组”之类的概念。
本文只给出TR工作的一个简单描述，不可能覆盖TR的方方面面，为了限定讨论的范围而省去了更新和二级存储;就是说我们假定数据库是只读和在主存中的，但不表示TR仅仅适合只读、主存数据库。
2 抽象的三个级别
可以认为使用TR技术实现的关系系统包含三个级别的抽象：关系级别(或用户级别)，文件级别和TR级别(如图2所示)。
在最高的级别上，数据被表示成关系表，由通常意义上的元组和属性组成。
在最低的级别上，数据被表示成一种称为表的TR内部结构，这种表也是由行和列组成。这种表以及行和列不是SQL结构中相应概念，它们之间也没有直接的对应关系。
中间级别在最高与最低级别的数据模式转换上起一个过渡的作用：高层的关系表被映射到这一层的文件，然后文件再被映射到底层的表结构。这一层的的文件由记录和字段组成;其中记录对应上层中的元组，字段对应上层的属性列。注意这里的文件不是物理的存储方式;它们仍然是物理存储的一种抽象，就跟关系变量一样(TR表结构也是这样)，但可以认为它们比关系变量要更接近物理存储(但与TR相比则要远一些)。
本文后面所提到的关系变量和关系默认为是指底层的关系变量和关系，除非作出显式的声明。
将关系变量映射到TR表示的第一步，就是将关系先映射到文件，按照元组对应记录，属性列对应记录字段的映射方式。如图3就表示了一种文件到我们常用的供应商信息表的映射方式。例如，图3就表示了一种文件到我们常用的供应商信息表的映射方式。
在文件中，如图中的记录号和字段号所示，记录从上到下排列，记录中的字段从左到右排雷。尽管如此，记录的次序和字段的次序实际上可以是任意的次序;因此，图3中的供应商信息表可以等价的映射到2880种不同的文件—5个记录的全排列合120种排法以及4个字段的全排列24种排法。从表示了相同的信息的角度来看，这2880个不同的文件是彼此等价的。因此，有时把它们看做是一个“相同文件”的2880个不同的版本会比较方便。
图3中所示的文件现在可以表示成TR层上的表结构，同时也可以从TR表结构中重构出来。实际上，相同文件的多个不同版本都可以从相同的TR表结构中轻松重构出来。在TR的表结构中，行按自上而下的次序组织，列按自左向右的次序组织。行和列的交点，我们称之为单元，可以通过[i, j]形式的脚注来表示，其中，i表示行号，j表示列号。
文件到TR表结构的映射细节在下一节给出。这里我们只是强调这种映射完全不同于第一节所讨论的直接影像的映射方式。TR表结构中的行和文件中的记录不存在一对一的关系，因此与关系中的元组也不存在一对一的关系。图4给出了与图4相对应的TR表结构—字段值表，对照图3，图4可以发现，图4中的行和图3中文件记录没有明显的对应关系。为了能够从图4中的字段值表重构出3中所示的文件，我们还需要另外一个表—记录重构表(如图5所示)。在图5的表格中的值不再是供应商的编号和状态值等，而是行的编号。
3 基本思想
TR模型下的重要思想可以归纳如下，令r表示某个文件中的一个记录：
r的存储形式中包括两个逻辑独立的方面，一个是记录中的字段值，一个是将这些字段值链接在一个的链接信息，对这两个方面有很多相应的存储方式。
在直接影像系统中，r的这两方面的信息是存放在一块的;也就是说，这样的系统中的链接信息是由物理存储上的邻近关系来表示的。在TR中，这两方面的信息是分离的—字段值存放在字段值表中，链接信息存放在记录重构表中。这种信息的分离正是TR技术能够带来各种好处的根基。
3.1 字段值表
字段值表中的每一列包含了文件中的相应字段的值，并按升序作了重新的排列。因此不论文件中的记录初始时是什么样的次序，我们都可以得到相同的字段值表。这种表带来如下直观的好处：
字段值表中每列的值都是有序的，可以直接用于回答用户带ORDER BY的查询要求。例如，一个按city名排列的查询请求就不需要在运行时间的排序操作，也不需要用到索引。
按city名逆序排序的查询请求同样如此，实现只需按自底向上的顺序处理字段值表即可。
相似的结论可以用到每个单一属性上;也就是说，字段值表同时有效地表示了多种不同的排序(每个属性上两个方向上的排序)。
查找特定值的查询—例如，查询London的供应商记录—可以使用有效的二分查找方法。这一点同样适用于每一个属性。
字段值表可以看作是在用户数据视图和TR内部结构之间的桥梁。字段值表是唯一包含用户数据的TR表—所有其他的TR信息都不是与用户直接相关或暴露给用户。
3.2 记录重构表
图6并排展示了图4的字段值表和图5的记录重构表。可以看出两个表是同型的，表格之间存在直接的一对一关系(也就是说两个表的行数和列数分别与图3中的记录数和记录中的字段数相等)。但正如第二节所提到的，在记录重构表中的数据不是表示供应商编号或是供应商名等，它们只是行编号，而且这些行编号可以被认为是指向字段值表或是记录重构表中某些行的指针，具体指向哪个表需要根据它使用的上下文环境来定。(因为这个原因，记录重构表的列不应该被标记上s#, SNAME等名称;但暂时标上这些标记有助于后面的解释。)
在解释记录重构表如何构建之前，我们先看看它是如何被使用的。如下操作过程：
第一步：从字段值表中的[1]单元中取出其值：也就是供应商名s1.这个值是供应商文件中某个记录的第一个字段值(s#字段值)。
第二步：从记录重构表中相同的单元([1]单元)中取出其值：也就是行编号5，这个行编号就是重构记录第二个字段(即SNAME字段)的值在字段值表中的位置，即位置[5, 2], 到字段值表的这个位置上取出存储值(即供应商名Smith)作为这个重构记录的SNAME字段值。
第三步：从记录重构表的[5, 2]单元中取出行编号3，即重构记录第三个字段(即STATUS字段)的值在字段值表中的位置，即位置[3, 3]，到字段值表的这个位置上取出存储值(即status 20)作为这个重构记录的STATUS字段值。
第四步：从记录重构表的[3, 3]单元中取出行编号3，即重构记录第四个字段(即CITY字段)的值在字段值表中的位置，即位置[3, 4]，到字段值表的这个位置上取出存储值(即city London)作为这个重构记录的CITY字段值。
第五步：从记录重构表的[3, 4]单元中取出行编号1。到此为止，供应商信息记录的下一个需要填充的字段应该是第五个字段，但供应商信息记录本身才四个字段，因此这第五个字段又循环返回到第一个字段。因此，重构的供应商记录的下一个字段(字段s#)值在字段值表的第一行—也就是单元[1]。而这个位置正是我们的出发点，因此处理过程结束。
前面的这个操作序列重构了供应商文件的一个记录，即图3中的第4个记录：
顺便指出，前面例子中所用到的行编号指针是构成一个封闭的环的，实际上是两个同构的环，一个是在字段值表中，一个是在记录重构表中。(如图7)这种环称为Z字环，重构算法也被称为Z字环算法。
下面重构另外一个供应商记录。如果你从字段值表中的单元[1,2]开始，你会得到图2-1的记录3;从单元[3, 1]开始，将得到记录5;从单元[4, 1]开始，将得到记录1;从单元[5, 1]开始，将得到记录2.如果按供应商编号自顶向下的次序处理整个字段值表—也就是说如果执行五次记录重构过程，按照单元[1], [1,2], [3, 1], [4, 1]和[5, 1]的次序从而能够重构出整个供应商文件的一个版本，并且文件中的记录按照供应商编号的升序排列。换句话说，实现了如下的SQL查询：
同样的，也实现了如下的查询：
SELECT S.S#, S.NAME, S.STATUS, S.CITYFROM SORDER BY S#DESC;
我们所要做的就是按供应商编号的逆序来处理字段值表，也就是按单元[5, 1]然后[4, 1]的次序来完成记录的重构过程。不需要作运行时间的排序，也不需要用到索引。
更进一步来说，因为记录重构表中的指针构成一个环，我们可以从环上任何一点进入到环中。因此当我们重构算法是，可以选择任意的起点单元。例如，从单元[1]—STATUS列的第一个单元开始，得到如下记录：
最终可以得到按status属性升序排列的供应商信息文件：
以同样的方式, 如果在SNAME属性列上执行记录重构过程, 可以得到按供应商姓名升序排列的文件;在CITY属性列上执行记录重构过程, 可以得到城市名升序排列的文件。也就是说, 记录重构表和字段值表在一起同时代表了所有的排序方式, 而且没有用到任何的索引和运行时间的排序。
考察如下查询, 它包含了一个简单的等值约束:
由于CITY属性列在字段值表中是有序的，因此可以使用二分查找法找出包含London的单元。以图6的字段值表为例，二分查找法找出的单元是[2]和[3, 4]。Z字环就可以从这两个单元开始的指针链构造出来。在这个例子中，构造出的Z字环如下：
将这些Z字环用相应字段值表中的值替换，可以得到查询结果记录：
除了简单的ORDER BY和等值约束外，字段值表和记录重构表一起还为许多其他的用户级操作提供了直接的支持。实际上，大多数的基本关系操作—选择，投影，连接等的实现算法都依赖于以某种次序访问数据的方法。以连接操作为例，归并排序时一种实现连接的好方法，但TR技术使我们可以不做排序，至少是不做运行时间的排序就能完成归并连接(在字段值表和记录重构表构建的过程中就已经完成了排序)。
4 结束语
综上所述，TR技术将大大简化优化系统的工作，访问路径的选择程序也将变的更加简单，在某些情况下是完全不需要的。TR技术也不再需要传统DBMS系统中的诸如索引，哈希表等辅助数据结构。因为省去了很多的选项，数据库系统的设计也变得更加简单，性能的调优也因此变得简单。
TR模型是一种实现关系DBMS的全新的方式。TR模型代表了一种更为通用的叫做Tarin转换法的特定应用，Tarin转换法是用于实现多种数据存储和检索系统的技术。
参考文献
[1]Date C J.Go Faster!The TransRelational Approach to DBMS Implementation.To appear.
数据存储模型 篇6
为提高云存储数据中心的信息安全性, 并保证一定的可用性, 本文提出了一种动态分块的数据存储服务模型。
1.1 模型说明
(1) 模型中的各个数据中心可以是采用云存储技术的同一大型数据中心的不同存储区域, 也可以是在整个云资源池中不同地域但通过网络连接的各个相对独立的数据中心。
(2) 该模型认为一个独立的数据存储区域 (或数据中心) 是不安全的。将用户的私有数据进行重新编码, 并随机分出1/n部分数据, 存储在异地存储区域, 剩余部分存储在本地。若本地存储区域数据泄露, 则无法获得全部数据内容;泄露数据经过了重编码, 在缺少部分数据的情况下无法对原始数据还原。
(3) 数据中心之间建立两条双向的传输链路, 业务链路进行相互间业务需求的传输, 包括私有数据分出的数据块, 以及相互间业务请求的认证信息;数据传输链路进行不同数据中心备份数据的传输, 本地数据在异地数据中心进行n:1数据备份, n≥1。设立两条传输链路的目的是为了提高数据传输速率, 防止在业务高峰期产生数据拥塞。业务链路进行各数据中心间的业务请求及数据传输, 建立专用的数据传输链路。
(4) 各数据中心拥有不同的编码方式, 一个数据中心不知道另外一个数据中心的编码及存储机制;本地数据中心只对本地数据进行编码, 只负责管理存储在本地的各类数据。
(5) 本地数据中心在向异地数据中心请求获取存储在异地的本地数据块, 需要进行身份验证。若未通过身份验证, 则认为对方处于不安全状态。
(6) 各数据中心存储区域分为私有数据存储区、公共数据存储区、异地分块数据存储区和异地备份数据存储区。公共数据存储区为存储对各个用户都可见的数据存储区域;私有数据存储区存储本地数据中心客户的私有数据;异地分块数据存储区存储的是异地私有数据拆分出来的数据块;异地备份数据存储区为异地数据进行备份。
1.2 客户终端写信息过程
(1) 身份认证和数据拆分。数据中心A的客户通过身份认证后, 将要存储的私有数据发送到数据中心, 数据中心A首先将数据进行编码和数据拆分。拆分出的1/m数据块通过业务链路分别传送到数据中心B和数据中心C, 并建立路由信息。
(2) 数据备份和数据传输。数据中心B和数据中心C将该数据块存储到本地的异地分块数据存储区, 两者互为备份。拆分后剩余的 (m-1) /m部分数据, 存储在本地私有数据存储区, 并通过数据传输链路传输到数据中心D进行备份。备份数据可以在n处数据中心进行备份, 但不能在存有拆分出的1/m数据块在同一数据中心中。
1.3 客户终端读信息过程
(1) 公共数据的读取。数据中心A的客户在读取其公共数据时, 首先由客户发送数据读取请求。客户请求通过验证后, 将请求发送到公共数据存储区, 并将请求读取的数据发送给客户终端。
(2) 私有数据的读取。数据中心A的客户在读取客户私有数据时, 由客户发送私有数据读取请求。客户请求通过验证后, 一是将请求发送到本地私有数据存储区, 读取存储在本地的私有数据;二是通过异地存储的分块数据路由信息, 向数据中心B发送读取异地分块数据的请求, 通过数据中心间的身份认证后, 数据中心B将存储在本地的1/m数据块经由业务链路发送到数据中心A。数据中心A通过将本地的 (m-1) /m的本地存储数据块和1/m的异地存储数据块进行数据整合, 经过解码后发给客户终端。
2、存储模型的性能分析
2.1 安全性分析
该存储模型的安全性能提升主要在于客户数据分为了两部分, 存储在不同的数据中心中, 若一个数据中心发生数据泄露, 则泄露出的数据是不完整的, 其数据还原仅仅利用泄露的部分数据是无法实现的。
若要获得全部信息, 必须获得被拆分出去的部分数据块。假设各个数据中心被攻破的难度一样, 整个云环境下的数据中心有n个, 分出的数据块有k个备份, 为满足上述安全模型, n≥4, k≥2。在最好的情况下, 第一次就攻破含有拆分出去的数据块的数据中心, 其几率为k/n。一般情况下, 在攻破i (i≥2) 个数据中心能够获得所需数据块的概率为p (i) :
则在一个云存储环境下, 在上述模型中, 在攻破一个数据中心的情况下, 要获得完整的数据信息, 还要再攻破云中数据中心的平均个数为M:
根据式 (2) , 取几组 (n, k) 取值进行分析比较如下:
表1不同 (n, k) 取值分析对比
由表可以看出, 当n一定, k越小, M越大;当k一定, n越大, M越大。即在上述云存储环境模型中, 数据中心越多, 客户私有数据异地存储数据块的备份数越少, 则其安全性就越高。
2.2 可用性分析
在上述模型中, 数据中心可以进行数据的冗余备份, 当本地数据中心遇到故障或误删除等操作失误时, 可以从异地的备份数据进行读取。但必须注意的是, 由于信息安全性要求, 备份的同一私人数据分出的本地存储数据块和异地存储数据块不能在同一数据中心中备份。
2.3 数据服务性能
数据存储模型 篇7
关键词：NOSQL,融合,存储模型,Mysql
1 引言
随着互联网的不断发展, 各种类型的应用层出不穷, 尤其在云计算时代, 对数据存储提出了更新、更多的要求。关系数据库长期以来在数据存储方面占据了不可动摇的地位, 但关系数据库有其扩展困难、读写慢、成本高、有限的支撑容量等天生的限制, 在解决新的海量数据存储需求时, 显得力不从心, 于是推出了新类型的“No SQL”数据类型, NOSQL可以弥补关系数据库在数据高并发地读写和海量数据存储的要求。
2 NOSQL与关系数据库融合的研究现状
在大数据迅猛发展的今天, 从关系数据库到NOSQL数据库, 有一个必不可少的环节, 那就是数据的过度和迁移[1]。在数据迁移过程, 需要对历史数据清洗、转换、并装载到新系统, 在这过程中面临着人工、数据安全、运维等潜在的危险, 在数据迁移后还面临着操作方式的转换等难题。NOSQL和关系数据库能融合的存储数据, 企业和数据管理者就可以免去这一风险。
目前关于NOSQL与关系数据融合的研究已经有了一些成功, 2011年Mysql关系数据库5.6.2版本推出了memcached功能, 他可以使得开发人员更加方便使用NOSQL和关系数据库, 可以直接在Inno DB之上提供NOSQL功能和Mysql共存。随后的第二年, Mysql又推出了Handler Socket的出现, 性能是Memcached的两倍时, 速率居然可以达到750000qps。接着Handler Socket成为No SQL领域谈论的焦点之一, 大量的人开始想要尝试, 并做过一些自己的性能测试。
Handler Socket可以直接提供No SQL的功能, 但是他没有和MYSQL一起发布, 可以通过Percona-Server来使用。My SQL关系数据库目前很关注NOSQL领域的应用, 在My SQL5.6.2版本中增加了Memcached协议, 同时也支持文本和二进制协议, 能更好处理Cache模式, 省去开发过程中使用Memcached来缓存数据, 并能更好的数据的可靠性和一致性。在开发过程中, 程序员既可以高效的使用Memcashed协议来操作数据, 同时也可以使用sql语句进行复制的查询操作, 使得No SQL和My SQL能有效的灵活的存储、查询数据。
3 No SQL与My SQL融合的优势
No SQL与关系数据库的融合, 在大数据环境下对数据存储带来很大的优势。以Mysql的Handler Socket为实例来说明。
支持大量的查询模式:Handler Socket支持主键/唯一性查询, 非唯一性索引查询, 范围扫描, LIMIT和INSERT/UPDATE/DELETE, 不支持未使用任何索引的操作, multi_get操作 (类似于in (1, 2, 3) ) -通过单一网络往返获取多行数据-也是支持的。
可以处理大量并发连接:Handler Socket连接是轻量级的, 采用了epoll () 和工作线程/线程池架构, 因此你可以建立上千或上万的网络连接, 稳定性不会受到任何影响等。
极好的性能:Handler Socket相对于其它No SQL阵容性能表现一点也不逊色, Handler Socket能在一台普通服务器上可以执行750000+次查询。
更小的网络数据包:Handler Socket协议和传统My SQL协议相比更简单, 更小, 因此整个网络的流量也更小。
没有重复的缓存:采用Handler Socket插件访问Inno DB存储引擎, 记录可以缓存在Inno DB缓冲池中, 这样其它SQL语句就可以重复使用它。
保证数据一致:由于数据只存储在一个地方 (Inno DB内) , 不需要在Memcached和My SQL之间检查数据一致性。
崩溃安全:后端存储是Inno DB, 它是事务性和崩溃安全的, 即使你设置innodb-flush-log-at-trx-commit!=1, 在服务器崩溃时也只会丢掉<1秒内的数据。
可以从My SQL客户端使用SQL:在许多情况下, 人们仍然希望使用SQL, Handler Socket仅仅是一个My SQL插件, 你可以从My S QL客户端发送S Q L语句, 当你需要高吞吐量时最好使用Handler Socket协议。
My SQL所有操作都将受益:Handler Socket在My SQL内部运行, 因此所有My SQL操作, 如SQL、在线备份、复制、通过Nagios/Enterprise Monitor监控都是支持的, Handler Socket可以使用普通的My SQL命令监控, 如SHOW GLOBAL STAUTS, SHOW EN-GINE INNODB STATUS和SHOW PROCESSLIST等。
不需要修改/重建My SQL:因为Handler Socket是一个插件, 它支持My SQL社区版和企业服务器版, 无需对My SQL做出任何修改就可以使用。
独立于存储引擎:Handler Socket可以和任何存储引擎交互。
4 结语
随着互联网与移动的流量呈现出爆发性的增长以及开源软件日趋成熟, No SQL数据库的得到了企业青睐, 登上了数据库的舞台。它虽可弥补关系数据库在扩展困难、读写慢、成本高等天生的限制, 但它绝不可能完全替代关系数据库在应用方面的优势。No SQL与关系数据结构融合就是未来数据库发展的趋势。
参考文献
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[2]沈姝.NoSQL数据库技术及其应用研究.南京信息科技大学, 2012 (6) :78-80.
[3]申德荣, 于戈.支持大数据管理的NoSQL系统研究综述.软件学报, 2013 (5) :42-44.
[4]姚林, 张永库.NoSQL的分布式存储与扩展解决方法.计算机工程, 2012 (3) :163-166.
数据存储模型 篇8
传感网中主要存储方式的优缺点。第一, 集中式存储。优点:与传统的数据存储思想吻合, 数据访问方便。缺点:当网络中的节点多时, 会有很多数据需要传输, 靠近存储点的节点会因转发数据而消耗能量太快。第二, 本地存储。优点:数据存储简单, 存储过程几乎没有通信开销。缺点:存储能力有限, 不能长期保存数据, 数据容易丢失。查询请求在网络中广播将占用大量网络资源, 所以, 不适用于查询请求频繁的网络。第三, 分布式存储。优点:与传感器网络本身的特性非常吻合, 中间件技术可以提供较为丰富的查询模式。缺点:无线传感器节点的存储和处理能力有限, 不能支撑大量的数据存储;系统需要为中间件提供额外的开销。
其中:n为传感器的个数 (假设传感器网络是均匀分布的) , M为产生数据的速率, Q为查询数据的速率, m为数据分布存储的点位数, 而O () 则为数据由传感节点传递到接受点的平均代价。
2 智能交通领域传感网的特点
2.1 智能交通领域的传感网数据的特点
第一, 传感器地理位置敏感。第二, 数据采集量巨大。第三, 数据兼有时效性强和长期保存的两方面特点。第四, 传感器工作存在明显的繁忙期与空闲期。第五, 需要进行区域的数据检索。
2.2 与智能交通特点相适应的网络结构与存储模型
第一, 结合分布式存储和集中式存储两种方法。在“繁忙”期, 数据主要沉积在传感器中, 而在“空闲”期中, 数据则通过网络传输到传感器接入网关中。第二, 数据处理结合面向文档的数据库和面向事务处理的数据库。使用Mongo DB数据库实现实时采集;采用My SQL数据库系统进行后期处理, 可以实现联机事务处理与联机事物分析。第三, 在云平台层和网关汇聚层之间, 设立逻辑抽象层。将用户的查询请求与物理存储的数据分割开来;同时, 屏蔽大量传感器设备的物理参数特性。第四, 云平台层实现存储和处理能力的弹性动态分配, 再结合面向文档的数据库管理系统Mongo DB, 就可以很好地实现对频繁更新海量数据的存储和处理。第五, 应用管控层主要对整个系统进行综合调控。
如图1、图2的系统架构有以下几方面优点:第一, 底层传感器中存储有最“新鲜”数据, 可以通过车载传感器和车联网系统, 动态、实时地接受这些传感器的数据。第二, 采用了在“繁忙”时存储、“空闲”时发送的策略, 很好地处理了数据的存储问题和数据的上传瓶颈问题。第三, 系统采用Mongo DB数据库处理“原始数据”, 能很好地实现数据的频繁更新插入及多种索引, 能够实现基于地理信息的范围所搜、自动数据分片等功能。采用关系数据库My SQL处理联机事物处理和联机事物分析。第四, 系统引入逻辑抽象层的概念, 使上层处理层中呈现更容易被程序员和用户所理解的描述, 使很多与传感器硬件相关的信息被屏蔽掉。
2.3 关键数据的Mongo DB存储实现
以采集数据集合和网关设备集合这两个集合做例子, 展示Mongo DB数据库的存储实现技术和地理空间查询技术的应用。
第一, 采集数据集合:ITS_Data
第二, 地理空间查询技术。
>db.ITS_Data.find ({“Dev Loca”:{“$within”:{“$geometry”:eareRect}}})
以上可以检索出在给出的地域范围内所有传感器发出的数据内容。
>db.ITS_Data.find ({“Dev Loca”:{“$near”:{“$geometry”:eareRect}}})
以上可以检索出在给出的地域范围附近所有的传感器发出的数据内容。
>db.ITS_Data.find ({“Dev Loca”:{“$within”:{“$geometry”:eareRect}}, “Dev Type”:”Temp”})
以上可以检索出在给出的地域范围内所有温度传感器发出的数据内容。
摘要：通过讨论智能交通领域的传感网具有的独特特性, 设计出一种数据存储和数据查询的模型, 应用MongoDB数据库的特点, 展现其在智能交通数据处理领域中数据检索的优势, 对智能交通中传感网的数据存储给出了解决方案。
关键词：MongoDB,智能交通,传感网,模型设计
参考文献
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