Day23：多元件建模自動化驗證與挑戰

17th鐵人賽 ifc ifcopenshell bim yolo

Yi-Ping, Fang

2025-08-23 13:39:25

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　　前篇透過「柱」單一物件的實作驗證，發現了自動化建模的可行性與挑戰。今天再來看看相同流程下，能否在多種不同元素類別下依然穩定運作。

23.1. AI辨識結果

　　本篇將會結合前面幾篇曾實作的「門」、「柱」物件，再加上「樓梯」元素來進行嘗試。首先，一樣從YOLO的物件辨識標註做起，本次採用「建築製圖應用—電繪項(乙/丙級)技術士技能檢定」的題庫圖像31張，每張同時有「門」、「柱」、「樓梯」的標註，擴增後共有104張圖。
　　文字辨識部分，因樓梯在圖面上並不會有特別編號標示，因此仍舊使用Day15和Day22所產出的「門/柱編號分群結果.xlsx」進行帶入。以下是實測結果：

圖23.1 門、柱、樓梯YOLO預測示例圖

23.2. 資料驅動建模

　　前面已有說明門、柱物件轉換為ifcdoor和ifccolumn的對應關係，本次加入了簡化後的樓梯ifcstair部分屬性，僅利用 YOLO 偵測樓梯中心點與長寬，以 IfcProductDefinitionShape 定義為單一方塊幾何，省略踏步、扶手等複雜細節，為快速驗證自動化建模的流程。

IfcRoot
 └─ IfcObjectDefinition
     └─ IfcObject
         └─ IfcProduct
             ├─ ObjectPlacement → IfcLocalPlacement      // 定位（X, Y, Z）
             ├─ Representation → IfcProductDefinitionShape // 幾何（box外形）
             └─ IfcElement
                 └─ IfcBuildingElement
                     └─ IfcStair
                         └─ [pset, storey, ...]          // （可選：屬性、樓層）

#30 = IFCSTAIR('S1', '樓梯1', $, $, 1000., 3000.);   // IfcStair，方塊樓梯主體，名稱S1
#31 = IFCLOCALPLACEMENT($, ...);                    // 定位（中心點、樓層）
#32 = IFCPRODUCTDEFINITIONSHAPE($, $, (#33));       // 幾何
#33 = IFCSHAPEREPRESENTATION(...);                 // 外形表示（box）
#34 = IFCBUILDINGSTOREY('Level 1', ...);          // 掛載於樓層

在參數設定部分，則是列出所有的標籤分類，並可同步定義尺寸等屬性：

# ===  參數設定 ===
# 類別名稱與尺寸屬性對照表
CLASS_CONFIG = {
    0: {"name": "D1", "type": "door", "label": "單開門", 
        "w_cm": 90,  "h_cm": 210, "thick_cm": 5},
    1: {"name": "D2", "type": "door", "label": "雙開門",
        "w_cm": 180, "h_cm": 210, "thick_cm": 5},
    2: {"name": "n/a", "type": "other"},
    3: {"name": "column", "type": "column", 
        "size_table": [(40,40), (40,70), (75,40)], "default_h_cm": 300},
    4: {"name": "column-hatch", "type": "column", 
        "size_table": [(40,40), (40,70), (75,40)], "default_h_cm": 300},
    5: {"name": "column-hidden", "type": "column", 
        "size_table": [(40,40), (40,70), (75,40)], "default_h_cm": 300},
    6: {"name": "column-visible", "type": "column", 
        "size_table": [(40,40), (40,70), (75,40)], "default_h_cm": 300},
    7: {"name": "stair", "type": "stair", 
        "size_table": [(100,200), (120,250)], "default_h_cm": 300},
}

# 建立 IFC 專案架構
def new_ifc_file(schema="IFC4"):
    ifc = ifcopenshell.api.run("project.create_file", version=schema)
    project  = ifcopenshell.api.run(
    "root.create_entity", ifc, ifc_class="IfcProject",  name="Project")
    site     = ifcopenshell.api.run(
    "root.create_entity", ifc, ifc_class="IfcSite",     name="Site")
    building = ifcopenshell.api.run(
    "root.create_entity", ifc, ifc_class="IfcBuilding", name="Building")
    storey   = ifcopenshell.api.run("root.create_entity", ifc, ifc_class="IfcBuildingStorey", name="Storey")
    ifcopenshell.api.run(
    "aggregate.assign_object", ifc, products=[site], relating_object=project)
    ifcopenshell.api.run(
    "aggregate.assign_object", ifc, products=[building], relating_object=site)
    ifcopenshell.api.run(
    "aggregate.assign_object", ifc, products=[storey], relating_object=building)
    length_unit = ifcopenshell.api.run(
    "unit.add_si_unit", ifc, unit_type="LENGTHUNIT", prefix="CENTI")
    ifcopenshell.api.run("unit.assign_unit", ifc, units=[length_unit])
    context  = ifcopenshell.api.run("context.add_context", ifc, context_type="Model")
    body_ctx = ifcopenshell.api.run(
        "context.add_context", ifc,
        context_type="Model", context_identifier="Body",
        target_view="MODEL_VIEW", parent=context
    )
    return ifc, storey, body_ctx

# 產生簡化的方塊幾何
def manual_box_representation_fixed(ifc, body_ctx, width, depth, height):
    cart0 = ifc.create_entity("IfcCartesianPoint", Coordinates=[0.0, 0.0, 0.0])
    zdir  = ifc.create_entity("IfcDirection", DirectionRatios=[0.0, 0.0, 1.0])
    xdir  = ifc.create_entity("IfcDirection", DirectionRatios=[1.0, 0.0, 0.0])
    prof2d = ifc.create_entity(
        "IfcRectangleProfileDef",
        ProfileType="AREA",
        XDim=float(width), YDim=float(depth),
        Position=ifc.create_entity(
            "IfcAxis2Placement2D",
            Location=ifc.create_entity("IfcCartesianPoint", Coordinates=[0.0, 0.0])
        )
    )
    solid = ifc.create_entity(
        "IfcExtrudedAreaSolid",
        SweptArea=prof2d, Depth=float(height),
        ExtrudedDirection=zdir,
        Position=ifc.create_entity("IfcAxis2Placement3D", Location=cart0, Axis=zdir, RefDirection=xdir)
    )
    body = ifc.create_entity(
        "IfcShapeRepresentation",
        ContextOfItems=body_ctx,
        RepresentationIdentifier="Body",
        RepresentationType="SweptSolid",
        Items=[solid]
    )
    return ifc.create_entity("IfcProductDefinitionShape", Representations=[body])

　　在 BIM 自動化開發中，建議將每一類建築元素（例如門、柱、樓梯等）分段依序建立於同一個 IFC 檔案物件中，也就是先建骨架，再分批加元素，最後統一寫檔，這樣可避免只會留下最後一個物件的 IFC 檔案，前面的全部被覆蓋的情況。

#//  依序建模門、柱、樓梯（每次都將新元素掛到同一個 ifc 物件）//

# 加門
for ... in door_data:
    ...  # 建 IfcDoor, 加幾何、加屬性、掛 storey

# 加柱
for ... in column_data:
    ...  # 建 IfcColumn, 加幾何、加屬性、掛 storey

# 加樓梯
for ... in stair_data:
    ...  # 建 IfcStair, 加幾何、加屬性、掛 storey

#// 等所有元素都建完，再最後統一寫檔//
ifc.write("all_objects.ifc")