第09章：属性集、量集、材料与分类系统

IFC 模型最有价值的不是几何，而是挂在几何之上的语义信息：属性集（Pset）、量集（Qto）、材料（Material）、分类（Classification）。本章系统讲解这些信息的数据结构以及在 Xbim 中的读写方式。

1. 属性集（Property Set）

1.1 IFC 数据结构

IfcRoot ──IfcRelDefinesByProperties──> IfcPropertySet
                                          ├── IfcPropertySingleValue
                                          ├── IfcPropertyEnumeratedValue
                                          ├── IfcPropertyTableValue
                                          ├── IfcPropertyListValue
                                          ├── IfcPropertyBoundedValue
                                          └── IfcPropertyReferenceValue

IfcPropertySet 表达”一组键值对的集合”，最常见的是 IfcPropertySingleValue（单值）。属性的”类型 + 单位”信息通过 IfcValue（如 IfcLengthMeasure、IfcText、IfcBoolean）显式携带。

1.2 标准 PSet 命名规则

buildingSMART 维护一份 Pset Definitions, 命名规则：

Pset_<Object>Common：通用属性（如 Pset_WallCommon、Pset_DoorCommon）；
Pset_<Object><Aspect>：特定方面（如 Pset_WallCladding）；
自定义集应避免 Pset_ 前缀，使用项目代号（如 Acme_Custom）。

1.3 在 Xbim 中读取

最简单的方式：用 Xbim.Ifc.Extensions 的扩展方法。

using Xbim.Ifc.Extensions;

bool? isExternal = wall.GetPropertySingleValue<IfcBoolean>("Pset_WallCommon", "IsExternal");
double? rating  = wall.GetPropertySingleValue<IfcReal>("Pset_WallCommon", "FireRating");

底层会查 IsDefinedBy → IfcRelDefinesByProperties → IfcPropertySet[Name] → HasProperties[Name]。

通用迭代：

foreach (var rel in wall.IsDefinedBy.OfType<IIfcRelDefinesByProperties>())
{
    if (rel.RelatingPropertyDefinition is IIfcPropertySet pset)
    {
        Console.WriteLine($"== {pset.Name} ==");
        foreach (var p in pset.HasProperties.OfType<IIfcPropertySingleValue>())
            Console.WriteLine($"  {p.Name} = {p.NominalValue?.Value} ({p.NominalValue?.GetType().Name})");
    }
}

1.4 在 Xbim 中写入

using var txn = model.BeginTransaction("Set Pset");
wall.SetPropertySingleValue("Pset_WallCommon", "IsExternal", true);
wall.SetPropertySingleValue("Pset_WallCommon", "FireRating", "REI60");
wall.SetPropertySingleValue("Pset_WallCommon", "ThermalTransmittance",
    new IfcThermalTransmittanceMeasure(0.27));
txn.Commit();

SetPropertySingleValue 的智能行为：

没有该 PSet 时自动创建 IfcPropertySet；
没有该属性时新增 IfcPropertySingleValue；
已有但值不同时更新；
没有 IfcRelDefinesByProperties 时自动建立。

1.5 类型属性 vs 实例属性

挂在 IfcWallType 上的 PSet 适用于该类型的所有实例（”该型号的墙都防火 60 分钟”），挂在 IfcWall 实例上的属性则覆盖类型默认值。读取时建议先看实例，再回退到类型：

public static T? GetEffective<T>(IIfcObject o, string pset, string name)
    where T : IIfcValue
{
    var v = o.GetPropertySingleValue<T>(pset, name);
    if (v != null) return v;

    var type = o.IsTypedBy.FirstOrDefault()?.RelatingType;
    return type?.GetPropertySingleValue<T>(pset, name);
}

2. 量集（Quantity Set）

2.1 数据结构

IfcRoot ──IfcRelDefinesByProperties──> IfcElementQuantity
                                          ├── IfcQuantityLength
                                          ├── IfcQuantityArea
                                          ├── IfcQuantityVolume
                                          ├── IfcQuantityCount
                                          ├── IfcQuantityWeight
                                          └── IfcQuantityTime

注意：IfcElementQuantity 是 IfcPropertySetDefinition 的子类，它和 IfcPropertySet 共用同一种关系实体 IfcRelDefinesByProperties。

标准量集名以 Qto_ 开头，例如 Qto_WallBaseQuantities、Qto_SlabBaseQuantities、Qto_SpaceBaseQuantities。

2.2 读取

double area = wall.GetQuantitySetValue<double>("Qto_WallBaseQuantities", "NetSideArea");
double vol  = wall.GetQuantitySetValue<double>("Qto_WallBaseQuantities", "NetVolume");
int    cnt  = space.GetQuantitySetValue<int>("Qto_SpaceBaseQuantities", "PerimeterAcousticRating");

通用：

foreach (var rel in wall.IsDefinedBy.OfType<IIfcRelDefinesByProperties>())
{
    if (rel.RelatingPropertyDefinition is IIfcElementQuantity qto)
    {
        Console.WriteLine($"== {qto.Name} ==");
        foreach (var q in qto.Quantities)
        {
            switch (q)
            {
                case IIfcQuantityLength l: Console.WriteLine($"{l.Name} = {l.LengthValue} mm"); break;
                case IIfcQuantityArea   a: Console.WriteLine($"{a.Name} = {a.AreaValue} mm²"); break;
                case IIfcQuantityVolume v: Console.WriteLine($"{v.Name} = {v.VolumeValue} mm³"); break;
                case IIfcQuantityCount  c: Console.WriteLine($"{c.Name} = {c.CountValue}"); break;
            }
        }
    }
}

2.3 写入

using var txn = model.BeginTransaction("Set Qto");
wall.SetElementPhysicalSimpleQuantity<IfcQuantityLength>("Qto_WallBaseQuantities", "Length",
    new IfcLengthMeasure(5000));
wall.SetElementPhysicalSimpleQuantity<IfcQuantityVolume>("Qto_WallBaseQuantities", "NetVolume",
    new IfcVolumeMeasure(2.5));
txn.Commit();

注意：量集的值必须用对应单位类型（IfcLengthMeasure、IfcAreaMeasure、IfcVolumeMeasure、IfcCountMeasure）包装。

3. 材料系统

材料体系比属性集复杂，因为同一构件可能由”多层 + 多种材质”组成（例如外墙的”内饰面–保温层–结构层–外饰面”）。

3.1 主要类型

实体	含义
`IfcMaterial`	单一材料（例如”C30 混凝土”、”100mm 岩棉”）
`IfcMaterialList`	多个材料的简单清单（IFC2x3 时代的简化方案）
`IfcMaterialLayerSet`	有顺序的多层材料（墙、板典型用法）
`IfcMaterialLayer`	单层（含厚度、IsVentilated、Priority）
`IfcMaterialLayerSetUsage`	LayerSet 在构件中的”位置”与”方向”（按厚度从内到外）
`IfcMaterialProfileSet` / `IfcMaterialProfile`	用于梁、柱（沿截面轮廓分配材料）
`IfcMaterialConstituentSet`	IFC4 通用材料组合（更灵活）

3.2 读取墙的多层结构

foreach (var assoc in wall.HasAssociations.OfType<IIfcRelAssociatesMaterial>())
{
    var mat = assoc.RelatingMaterial;
    switch (mat)
    {
        case IIfcMaterial m:
            Console.WriteLine($"single: {m.Name}");
            break;

        case IIfcMaterialLayerSet ls:
            foreach (var layer in ls.MaterialLayers)
                Console.WriteLine($"layer: {layer.Material?.Name}, t={layer.LayerThickness}");
            break;

        case IIfcMaterialLayerSetUsage lsu:
            Console.WriteLine($"usage: dir={lsu.LayerSetDirection}, sense={lsu.DirectionSense}");
            foreach (var layer in lsu.ForLayerSet.MaterialLayers)
                Console.WriteLine($"layer: {layer.Material?.Name}, t={layer.LayerThickness}");
            break;
    }
}

3.3 写入材料

using var txn = model.BeginTransaction("Material");
var concrete = model.Instances.New<IfcMaterial>(m => m.Name = "C30 Concrete");
var insul    = model.Instances.New<IfcMaterial>(m => m.Name = "Rockwool 100");

var layerSet = model.Instances.New<IfcMaterialLayerSet>(ls =>
{
    ls.MaterialLayers.Add(model.Instances.New<IfcMaterialLayer>(l => { l.Material = concrete; l.LayerThickness = 200; }));
    ls.MaterialLayers.Add(model.Instances.New<IfcMaterialLayer>(l => { l.Material = insul;    l.LayerThickness = 100; }));
});

var usage = model.Instances.New<IfcMaterialLayerSetUsage>(u =>
{
    u.ForLayerSet = layerSet;
    u.LayerSetDirection = IfcLayerSetDirectionEnum.AXIS2;
    u.DirectionSense    = IfcDirectionSenseEnum.POSITIVE;
    u.OffsetFromReferenceLine = 0;
});

var rel = model.Instances.New<IfcRelAssociatesMaterial>(r =>
{
    r.RelatingMaterial = usage;
    r.RelatedObjects.Add(wall);
});

txn.Commit();

4. 分类系统

IFC 用 IfcClassification + IfcClassificationReference + IfcRelAssociatesClassification 表达分类关系。常见分类标准：

Uniclass 2015（英国）
OmniClass（北美）
Masterformat / Uniformat II
国标 GB/T 51269（中国）
CCS / DIN 276（欧洲）

4.1 数据结构

IfcClassification (Source, Edition, Name)
   ↑
   │
IfcClassificationReference (Identification, Name, ReferencedSource)
   ↑
   │
IfcRelAssociatesClassification (RelatingClassification, RelatedObjects[])

4.2 写入

using var txn = model.BeginTransaction("Classification");
var classification = model.Instances.New<IfcClassification>(c =>
{
    c.Name = "Uniclass 2015";
    c.Source = "RIBA Enterprises";
    c.Edition = "2015";
});

var refer = model.Instances.New<IfcClassificationReference>(r =>
{
    r.ReferencedSource = classification;
    r.Identification = "EF_25_10";
    r.Name = "External walls";
});

model.Instances.New<IfcRelAssociatesClassification>(rel =>
{
    rel.RelatingClassification = refer;
    rel.RelatedObjects.AddRange(model.Instances.OfType<IIfcWall>().Where(w => w.IsExternal() == true));
});
txn.Commit();

4.3 读取

foreach (var rel in wall.HasAssociations.OfType<IIfcRelAssociatesClassification>())
{
    if (rel.RelatingClassification is IIfcClassificationReference r)
        Console.WriteLine($"{r.ReferencedSource?.Name} : {r.Identification} - {r.Name}");
}

5. 标识码 / 编号字段

除了上述结构化系统，IFC 还有一些”扁平”字段常被用于编号：

IfcRoot.GlobalId — 唯一 GUID；
IfcRoot.Name — 用户可见名称（避免依赖此字段做唯一标识）；
IfcObject.Tag — IFC4 之后用于”内部 ID”（很多软件用来存原生构件 ID）；
IfcRelAssignsToControl.RelatingControl — 编码、合同等。

6. 单位换算

属性/量集的数值都按模型默认单位（一般 mm、mm²、mm³、Hz、Pa）。如果要展示给用户，记得用 IModel.ModelFactors.LengthToMetresConversionFactor 把毫米换算为米：

double meterLen = mmLen * model.ModelFactors.LengthToMetresConversionFactor;

7. 常见反模式

把所有自定义属性塞进一个名为 Custom 的 PSet → 应当按”作用域 + 含义”切成多个 PSet；
用 Pset_ 前缀创建私有 PSet → 与 buildingSMART 标准冲突，会被 IDS 校验报错；
直接给 wall.Name 写中文长描述 → 应该用 Description 或 PSet；
用 IfcMaterial.Name 字符串拼接成”墙体: 200mm 砖” → 应当用 LayerSet 拆解。

8. 实战：导出”构件 + 属性 + 量”为 Excel/CSV

using var sw = new StreamWriter("walls.csv");
sw.WriteLine("GlobalId,Name,Length,Volume,IsExternal,FireRating");
foreach (var w in model.Instances.OfType<IIfcWall>())
{
    var len = w.GetQuantitySetValue<double>("Qto_WallBaseQuantities", "Length");
    var vol = w.GetQuantitySetValue<double>("Qto_WallBaseQuantities", "NetVolume");
    var ext = w.IsExternal();
    var fire = w.GetPropertySingleValue<IfcLabel>("Pset_WallCommon", "FireRating");
    sw.WriteLine($"{w.GlobalId},{w.Name},{len},{vol},{ext},{fire}");
}

把这种小工具串起来，就是一个轻量”IFC → BIM 报表”流水线。Xbim 还提供 Xbim.IO.TableStore 模块可以以可配置的方式生成 Excel。

9. 小结

属性集承载布尔/数值/字符串等离散信息；
量集承载几何派生的数值；
材料用 LayerSet/ProfileSet/ConstituentSet 表达多层构造；
分类通过 IfcClassification + IfcClassificationReference 关联标准；
这些都通过 IfcRelXxx 关系实体挂到对象上，Xbim 的扩展方法极大简化了访问。

下一章我们将深入”关系网络”本身：空间结构、构件的连接、洞口、装饰、群组等组织方式。