BIM und GIS Merkmale, Gemeinsamkeiten, Transformationen

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1 BIM und GIS Merkmale, Gemeinsamkeiten, Transformationen Institut für angewandte Informatik KIT Universität von Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum der Helmholtz Gemeinschaft

2 Gliederung Einleitung Einführung in die Datenmodelle IFC und CityGML Vergleich der Datenmodelle Integration und Transformation Zusammenfassung Ausblick: Teilautomatisierte Bauantragsprüfung auf Basis von BIM- und GIS-Daten Juni 2017

3 Präzisierung des Themas Thema sind Datenmodelle bzw. Austauschformate im BIM- und GIS- Bereich Beschränkung auf die Modellierung von Gebäuden Beschränkung auf offene und herstellerneutrale Formate: IFC CityGML Juni 2017

4 IFC Industry Foundation Classes IFC ist ein herstellerneutrales, offenes Datenformat für detaillierte digitale Modelle einzelner Gebäude im Bereich Architektur, Ingenieurund Konstruktionswesen. Im Sinne des BIM-Ansatzes sollen durch IFC alle technologischen Aspekte eines Gebäudes (z.b. Architektur, Haustechnik, Statik, Brandschutz, ) abgebildet werden, alle Phasen des Gebäude-Lebenszyklus unterstützt werden (Planung, Ausführung, Betrieb, ), und die Struktur und die Objekte des Gebäudes mit allen relevanten Aspekten (Geometrie, Sachdaten, topologische Beziehungen) modelliert werden. IFC zielt primär auf den Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Gewerken (z.b. Architektur Haustechnik), und weniger auf den Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Applikationen Juni 2017

5 buildingsmart Ziel von buildingsmart International ist es, den modellbasierten Ansatz für die Optimierung der Planungs-, Ausführungs- und Bewirtschaftungsprozesse im Bauwesen im Rahmen der buildingsmart-initiative (Stichwort: Bauwerksmodell) zu etablieren. Internationale Non-Profit Organisation 18 regionale Chapters, mehr als 800 Organisationen in über 30 Ländern 5 Basisstandards (IFC, IDM, BCF, bsdd, MVD) Dokumentation und Verbreitung Änderungsmanagement Zertifizierung Juni 2017

6 IFC - Versionen IFC 2x3 Wird von vielen CAD-Systemen unterstützt Zertifizierung von Import- und Export-Schnittstellen IFC 4 (seit März 2013, bisher 2 Überarbeitungen) Wird aktuell von einigen Systemen unterstützt ISO 16739:2013 Viele Verbesserungen gegenüber Version 2x3, insbesondere auch im Bereich der Geo-Referenzierung Zertifizierung in Vorbereitung Juni 2017

7 Übersicht IFC 4 Basiert auf EXPRESS IFC Instanzdokumente STEP Physical File (SPF - STEP Part 21) XML-Datei (STEP Part 28) IFC-OWL 776 Entities 506 Eigenschaftssätze Bel. selbstdefinierte Eigenschaftssätze Einschränkung der Komplexität durch Model Views Reference View Design Transfer View Juni 2017

8 Struktur eines IFC Modells Projekt Grundstück Gebäude Stockwerk Räume Bauelemente vereinigt Gebäude vereinigt Projekt Grundstück vereinigt vereinigt Stockwerke enthält vereinigt Gebäudeelemente Räume Juni 2017

9 Geometrie in IFC Gebäude und Stockwerke haben in den offiziellen View Definitionen keine Geometrie. Geometrie an Gebäudeelementen (Wand, Decke, Dach,..) und Räumen. In der Regel Verwendung von Volumengeometrie Jedes Element kann in mehrere geometrische Repräsentationen haben Parametrische Repräsentationen (z.b. Extrusion) Oberflächenmodelle Constructive Solid Geometry Verwendung lokaler Koordinatensysteme 0,30 m 0,20 m Juni 2017

10 Geo-Referenzierung in IFC 4 (neu) Definition beliebiger projizierter Koordinaten-Referenzsysteme Name (z.b. EPSG-Code) Geodätisches Datum Höhenbezugssystem Lage des Projekt-Koordinatensystems relativ zu einem Koordinaten- Referenzsystem Rechtswert, Hochwert und Höhe vom Ursprung des Projekt-Systems Drehung um die vertikale Achse Skalierung der Koordinaten-Achsen Juni 2017

11 IFC Beispiele Architektur Wände Dächer Decken usw. Haustechnik Heizung Lüftung Sanitär Elektro Inkl. Anlagentopologie Statik Stahlbau Tragwerke Inkl. Ersatzmodell Inkl. Lasteintrag Juni 2017

12 CityGML CityGML ist ein offenes, XML-basiertes Datenformat für Speicherung und Austausch virtueller 3D Stadtmodelle. CityGML definiert Klassen und Relationen für die relevanten topographischen Objekte in Stadt- und Regionalmodellen mit ihren geometrischen, topologischen, semantischen und darstellungsbezogenen Eigenschaften. Der Standard wird herausgegeben und gepflegt vom Open Geospatial Consortium (OGC). Aktuelle Version ist CityGML 2.0, Version 3.0 ist (seit mehreren Jahren) in der Entwicklung Juni 2017

13 Übersicht CityGML 2.0 Relief Application Domain Extensions (ADE) Generics Appearance Building Tunnel Bridge WaterBody Transportation Vegetation CityGML Core GML CityFurniture LandUse CityObjectGroup GML Anwendungsschema 13 Module (4 praktisch relevant) 33 Feature Typen 15 komplexe Datentypen Keine explizite Repräsentation topologischer Beziehungen Stockwerksinformation nur attributiv (Anzahl, Höhen) Mechanismen zur Öffnung und Erweiterung des Datenmodells Generisches Objekt Generische Attribute Application Domain Extensions (ADE) Juni 2017

14 Übersicht CityGML Relief Application Domain Extensions (ADE) Generics Appearance Building Tunnel Bridge WaterBody Transportation Vegetation CityGML Core GML CityFurniture LandUse CityObjectGroup GML Anwendungsschema 13 Module (4 praktisch relevant) 33 Feature Typen 15 komplexe Datentypen Keine explizite Repräsentation topologischer Beziehungen Stockwerksinformation nur attributiv (Anzahl, Höhen) Mechanismen zur Öffnung und Erweiterung des Datenmodells Generisches Objekt Generische Attribute Application Domain Extensions (ADE) Juni 2017

15 Struktur eines CityGML Modells Gebäude Äußere Begrenzungsflächen Räume Innere Begrenzungsflächen Gebäudeinstallationen Gebäudeteile Gebäudeinstallationen Wird begrenzt Äußere Hülle Gebäude Hat Räume Räume Wird begrenzt Wird begrenzt Deckenfläche Wandfläche Dachfläche Innere Wandfläche Bodenfläche Juni 2017

16 Geometrie in CityGML Gebäude, Gebäudeteile, Räume und Gebäudeinstallationen können explizite Geometrie haben (Volumen, Fläche, Linien), und gleichzeitig auf Begrenzungsflächen verweisen Geometrieobjekte können mehrfach verwendet werden Begrenzungsflächen (Gebäudeelemente) mit Flächengeometrie und optionalen Relationen auf Öffnungen (Fenster, Türen) Öffnungen mit Flächengeometrie CityGML Objekte können gleichzeitig in bis zu 5 verschiedenen Level of Detail (LOD) repräsentiert werden Linien 0,0 m Juni 2017

17 Geo-Referenzierung in CityGML Ausschließliche Verwendung globaler Koordinatensysteme Spezifikation der Koordinaten-Referenzsysteme für Lage und Höhe srsname (z.b. EPSG-Code, ALKIS-Kennung, ) Geographische (Länge/Breite) oder projizierte (kartesische) Koordinaten-Referenzsysteme Juni 2017

18 CityGML Beispiele Karlsruhe LOD 1* Karlsruhe LOD 2* GeoRes LOD 3 KIT LOD 4 * Mit freundlicher Genehmigung der Stadt Karlsruhe Juni 2017

19 Vergleich IFC - CityGML Aspekt IFC CityGML Anwendungsbereich Einzelne Gebäude Quartiere, Städte Erfassungsmethode Modellierung Automatische Ableitung Modellumfang 776 Entities 506 Eigenschaftssätze Geo-Referenzierung ja ja 33 Feature Typen 15 komplexe Datentypen Stockwerke ja Nur attributiv Primärer Geometrietyp Parametrische Geometrie Oberflächenmodelle Geometrie Gebäude Nein (Standard-Views) Ja Geometrie Bauelemente Volumen Fläche Explizite Topologie ja nein Level of Detail Eingeschränkt (Stand.-Views) 5 feste Stufen Modell-Einschränkungen Standard MVD-XML Nur informell Modell-Erweiterungen Nur Eigenschaftssätze Erweiterungsschema (ADE) Juni 2017

20 Integration IFC und CityGML KIT Campus Nord Juni 2017

21 Integration IFC und CityGML IFC Modelle Juni 2017

22 Transformation IFC CityGML IFC CityGML Semantik 776 Entities 33 Feature Typen Sachdaten 506 Eigenschaftssätze 15 komplexe Datentypen Darstellungseigenschaften Farben, Texturen Farben, Texturen Topologie Unterstützt Nicht unterstützt Geometrie Parametrisch, Volumen Explizit, Flächen Juni 2017

23 Transformation IFC CityGML Semantik, Sachdaten Im Regelfall tritt ein Verlust von Information ein Kann durch Verwendung generischer Objekte / Attribute oder eine ADE begrenzt werden Darstellungseigenschaften Zumindest Farben können übernommen werden Topologische Beziehungen Keine Abbildung auf CityGML möglich Geometrie Problem 1: Aufteilung der Oberfläche volumetrisch repräsentierter Gebäudeelemente in außen und innen liegende Flächenteile Problem 2: Geometrische Generalisierung der Gebäude-Außenhülle Juni 2017

24 IFC CityGML LoD 1 IFC CityGML LoD Juni 2017

25 IFC CityGML LoD 2 IFC CityGML LoD Juni 2017

26 IFC CityGML LoD 3 IFC CityGML LoD Juni 2017

27 Transformation CityGML IFC Semantik, Sachdaten Abbildung problemlos möglich Darstellungseigenschaften Übernahme von Farben ist möglich Geometrie CityGML LoD können prinzipiell auf IFC Repräsentationen abgebildet werden. Gebäudegeometrie: Repräsentation in IFC ist prinzipiell möglich, aber keine Unterstützung durch die Standard-Views. Flächenhafte Grenzflächen und Öffnungen: Repräsentation in IFC als Gebäudeelemente ist prinzipiell möglich, wird von CAD-Systemen in der Regel aber nicht unterstützt Juni 2017

28 Zusammenfassung Es wurden die zentralen Eigenschaften der Datenformate IFC und CityGML präsentiert und verglichen. Die Formate weisen viele Gemeinsamkeiten, z.b. in der Grundstruktur und der Geo-Referenzierung auf, es bestehen aber auch wesentliche Unterschiede, vor allem bei der geometrischen Repräsentation sowie den Erfassungsmethoden. Transformationen zwischen den Formaten sind prinzipiell möglich, aber derzeit noch nicht kommerziell verfügbar. Idealerweise sollten Applikationen entwickelt werden, die beide Datenformate verarbeiten und in einem gemeinsamen Modell integrieren können Juni 2017

29 Digitales Assistenzsystem Bauantragsprüfung auf Basis standardisierter Datenmodelle Juni 2017

30 Juni 2017

31 Building Information Modeling gbxml CityGML IFC AEC* BIM GIS* ALKIS *AEC Architecture, Engineering, Construction *GIS Geographisches Informationssystem Juni 2017

32 IFC CityGML - Motivation IFC Model Thermische Grenzflächen IFC Model Gebäude- Kubatur IFC Model Generalisierte Außenhülle Juni 2017