第10章：空间结构、构件与 IfcRelationship 关系网络

IFC 的特色不在于”有 IfcWall”，而在于用关系实体显式表达构件之间几乎所有的关联。本章把这张关系网逐条拆开，并给出在 Xbim 中对应的访问/构造方式。

1. 关系实体的总览

IFC 标准把关系归为三大类（按 IFC4 命名）：

IfcRelationship
├── IfcRelDecomposes              组成 / 分解
│   ├── IfcRelAggregates          聚合（项目→场地→楼层…）
│   ├── IfcRelNests               嵌套（带顺序的子集合）
│   └── IfcRelProjectsElement     建筑要素的"投射"（凸出）
├── IfcRelConnects                连接（拓扑或语义连接）
│   ├── IfcRelContainedInSpatialStructure   构件被空间容器包含
│   ├── IfcRelConnectsElements              元素直接连接
│   ├── IfcRelConnectsPathElements          线性元素端到端连接
│   ├── IfcRelConnectsWithRealizingElements 通过中间元素连接（焊缝、插销）
│   ├── IfcRelInterferesElements             干涉关系
│   ├── IfcRelVoidsElement                  开洞
│   ├── IfcRelFillsElement                  填充开洞
│   ├── IfcRelCoversBldgElements / IfcRelCoversSpaces 覆盖装饰
│   ├── IfcRelSpaceBoundary                 空间边界
│   └── IfcRelReferencedInSpatialStructure  跨空间引用
└── IfcRelAssociates / IfcRelDefines / IfcRelAssigns  语义关联（属性/类型/角色等）

按用途分类，可以归结为：

用途	主要关系
组装层级	`IfcRelAggregates`、`IfcRelNests`
空间层级	`IfcRelContainedInSpatialStructure`、`IfcRelReferencedInSpatialStructure`
类型/属性	`IfcRelDefinesByType`、`IfcRelDefinesByProperties`
材料/分类	`IfcRelAssociatesMaterial`、`IfcRelAssociatesClassification`
几何拓扑	`IfcRelVoidsElement`、`IfcRelFillsElement`、`IfcRelCoversBldgElements`、`IfcRelSpaceBoundary`
任务/资源	`IfcRelAssignsToProcess`、`IfcRelAssignsToActor`、`IfcRelAssignsToGroup`

2. 空间结构：IfcRelAggregates 链

IfcProject
  └─ IfcRelAggregates ─→ IfcSite (1..n)
      └─ IfcRelAggregates ─→ IfcBuilding (1..n)
          └─ IfcRelAggregates ─→ IfcBuildingStorey (1..n)
              └─ IfcRelAggregates ─→ IfcSpace (0..n)

任何 IfcSpatialStructureElement 都能再往下嵌套（楼层下分区、空间下分子空间、公园下分小品）。

2.1 在 Xbim 中遍历

var project = model.Instances.OfType<IIfcProject>().Single();
foreach (var dec in project.IsDecomposedBy.SelectMany(r => r.RelatedObjects).OfType<IIfcSite>())
{
    PrintTree(dec, 0);
}

void PrintTree(IIfcObjectDefinition o, int depth)
{
    Console.WriteLine($"{new string(' ', depth*2)}{o.ExpressType.Name}: {o.Name}");
    foreach (var child in o.IsDecomposedBy.SelectMany(r => r.RelatedObjects))
        PrintTree(child, depth + 1);
}

Xbim.Ifc.Extensions 中有 Sites()、Buildings()、BuildingStoreys() 等扩展方法可直接拿到对应层级。

2.2 构件挂到空间

storey.AddElement(wall);   // 创建 IfcRelContainedInSpatialStructure

跨楼层引用（一根贯通柱穿过 3 层）则用 IfcRelReferencedInSpatialStructure：

foreach (var s in storeys)
    s.ReferencesElements.Add(model.Instances.New<IfcRelReferencedInSpatialStructure>(r =>
    {
        r.RelatingStructure = s;
        r.RelatedElements.Add(column);
    }));

3. 类型化：IfcRelDefinesByType

把”具体实例”和”类型/族”绑定。一个类型可被多个实例引用：

using var txn = model.BeginTransaction("Type");
var wallType = model.Instances.New<IfcWallType>(t =>
{
    t.Name = "WT-200";
    t.PredefinedType = IfcWallTypeEnum.STANDARD;
});

// 让多面墙共用一个类型
foreach (var w in walls)
    w.AddDefiningType(wallType);   // 创建 / 复用 IfcRelDefinesByType

AddDefiningType 是 Xbim 扩展方法。底层会复用同一个 IfcRelDefinesByType（其 RelatedObjects 是集合）。

4. 开洞与门窗

4.1 数据流

墙先有几何（实体扫掠）；
创建 IfcOpeningElement（开口几何）；
用 IfcRelVoidsElement 把开口”挖掉”墙；
创建 IfcDoor / IfcWindow；
用 IfcRelFillsElement 把门窗填进开口。

var opening = model.Instances.New<IfcOpeningElement>(/* 几何与位置 */);
model.Instances.New<IfcRelVoidsElement>(r =>
{
    r.RelatingBuildingElement = wall;
    r.RelatedOpeningElement   = opening;
});

var door = model.Instances.New<IfcDoor>(d => d.Name = "D-1");
model.Instances.New<IfcRelFillsElement>(r =>
{
    r.RelatingOpeningElement = opening;
    r.RelatedBuildingElement = door;
});

4.2 读取

foreach (var w in model.Instances.OfType<IIfcWall>())
foreach (var voidRel in w.HasOpenings)
{
    var op = voidRel.RelatedOpeningElement;
    foreach (var fillRel in op.HasFillings)
        Console.WriteLine($"Wall {w.Name} 上有 {fillRel.RelatedBuildingElement.ExpressType.Name} '{fillRel.RelatedBuildingElement.Name}'");
}

5. 空间边界

IfcSpaceBoundary 描述”墙、板等围合空间的关系”，是能耗/CFD 分析的关键。

foreach (var sb in space.BoundedBy)   // INVERSE
{
    Console.WriteLine($"Space {space.Name} 边界 {sb.RelatedBuildingElement.Name} ({sb.PhysicalOrVirtualBoundary}, {sb.InternalOrExternalBoundary})");
}

PhysicalOrVirtualBoundary 区分实墙边界与”虚拟边界”（房间隔断的概念分隔）。InternalOrExternalBoundary 区分内/外边界。

6. 群组（Group）

IfcGroup 用来表达”系统”、”装配”等无空间意义的集合：

var fanGroup = model.Instances.New<IfcGroup>(g => g.Name = "排风系统");
model.Instances.New<IfcRelAssignsToGroup>(r =>
{
    r.RelatingGroup = fanGroup;
    r.RelatedObjects.AddRange(allFans);
});

子类 IfcSystem、IfcDistributionSystem、IfcZone 等表达不同语义。

7. 任务、过程与资源

施工进度（4D）通过 IfcTask + IfcRelAssignsToProcess + IfcRelSequence 实现。预算/资源（5D）用 IfcCostItem、IfcResource、IfcRelAssignsToControl 等。

简单示例：

var task = model.Instances.New<IfcTask>(t =>
{
    t.Name = "拆除外墙";
    t.PredefinedType = IfcTaskTypeEnum.DEMOLITION;
});
model.Instances.New<IfcRelAssignsToProcess>(r =>
{
    r.RelatingProcess = task;
    r.RelatedObjects.AddRange(externalWalls);
});

8. 嵌套（IfcRelNests）

与 IfcRelAggregates 的区别：嵌套是有顺序的（例如管道系统中阀门、弯头按线路顺序排列）；而聚合是无序的”整体–部分”。

9. 局部坐标系统（IfcLocalPlacement）

虽然不属于”关系实体”，但本质上构件的”父子坐标系链”也是一种关系，由 PlacementRelTo 串联：

IfcLocalPlacement( wall )
  PlacementRelTo → IfcLocalPlacement( storey )
    PlacementRelTo → IfcLocalPlacement( building )
      PlacementRelTo → IfcLocalPlacement( site )
        PlacementRelTo → null  (世界坐标系)

最终的全球变换矩阵是这条链的相乘。Xbim 提供 IfcProduct.ToWorldCoordinateSystem() 一步算好。

10. 工业惯例：什么挂在哪一级

以下惯例是大多数 BIM 软件遵守的，写代码时尽量照做以保证模型可被 Revit、ArchiCAD、Tekla 等正确读懂：

内容	一般挂位置
项目级单位、坐标系、地址	`IfcProject`
项目北、楼层标高、高程	`IfcSite` / `IfcBuildingStorey`
楼栋名、地址	`IfcBuilding`
房间编号、面积	`IfcSpace`
普通构件	`IfcBuildingStorey.AddElement(...)`
跨层柱、立管	`IfcBuildingStorey.ReferencesElements`
类型属性（防火、热工）	挂在 `IfcXxxType` 上
实例属性（位置编号、备注）	挂在 `IfcXxx` 上
几何 `Body` / `Axis` / `FootPrint`	`IfcShapeRepresentation.RepresentationIdentifier`

11. 校验完整性的小工具

写完模型后跑一遍下面的”基本完整性检查”是个好习惯：

foreach (var p in model.Instances.OfType<IIfcProduct>())
{
    if (p is IIfcSpatialStructureElement) continue;

    var contained = p.ContainedInStructure.Any();
    var referenced = p.ReferencedInStructures.Any();
    if (!contained && !referenced)
        Console.WriteLine($"[警告] {p.ExpressType.Name} #{p.EntityLabel} 未挂到任何空间");

    if (string.IsNullOrEmpty(p.GlobalId))
        Console.WriteLine($"[错误] {p.ExpressType.Name} #{p.EntityLabel} 缺 GlobalId");

    if (p.ObjectPlacement == null)
        Console.WriteLine($"[警告] {p.ExpressType.Name} {p.Name} 缺 ObjectPlacement");
}

12. 小结

IFC 用关系实体显式表达构件之间所有关联：聚合、空间包含、类型、属性、材料、分类、开洞、群组、任务、空间边界…
每条关系都是 IfcRoot 子类，本身有 GUID/属性，可被进一步描述；
Xbim 通过反向引用、扩展方法、类型化集合，让你能用面向对象方式自然遍历这些关系；
写出”合规、能被各家软件读懂”的 IFC，关键在于正确建立关系，而不是堆砌实体。

下一章开始我们进入 Xbim 的另一半重头戏 —— 几何引擎 XbimGeometry。