WP4-33: Systementwicklung 7.Semester Vorlesung 6: IFC Objektmodell II

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1 Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Bauinformatik, Prof. Dr.-Ing. Scherer WP4-33: Systementwicklung 7.Semester Vorlesung 6: IFC Objektmodell II Prof. Dr. Raimar J. Scherer 1

2 Übersicht IFC 1) Basis-Klassen 2) Objekte (IfcObject): grundlegende Objekttypen 1) Produkte (IfcProduct) 2) Proxy (IfcProxy) 3) Prozess (IfcProcess) 4) Akteur (IfcActor) 5) Projekt (IfcProject) 3) Einheiten (IfcUnit) 4) Prinzip der Objektbeziehungen 5) Grundlegende Beziehungsungstypen 1) Zuweisung 2) Gruppierung 3) Dekomposition 4) Projekt- und Gebäudestruktur 5) Assoziation 6) Verbindung 7) Definition 6) Typ und Ausprägung 7) Geometriekonzept 2

3 IFC sind in mehrere Schemata geordnet physikalische, konkrete Konzepte IFC-Schema Architektur-Layer Detaillierungsgrad allgemeine, abstrakte Konzepte 3

4 IFC Schemata Domain/ Application Interoperability Extension IFC besteht aus einer Menge von Schemata Jedes Schema gehört zu einem Layer der Inhalt jedes Schemas spezifiziert eine bestimmte Idee (Kosten, Geometrie, Prozess, Statik etc.) Kernel Resource 4

5 IFC-Schemata sind strukturiert in Ebenen (Layer) Das IFC-Schema sind hierarchisch geordnet Jede Klasse kann eine Klasse desselben oder eines tieferen Layers referenzieren, aber keine Klasse eines höheren Layers. Referenzen sind nur innerhalb des selben Layers und von jedem Layer zu den Ressourcen-Layer erlaubt. 5

6 Basis-Klassen des Kernel Der Kernel enthält die Basis-Klassen aller Dinge und ist ein Werkzeugkasten zum Bau von Schemata Wurzel-Klasse alle Klassen in IFC (außer Ressourcen-Klassen) sind Subklassen von IfcRoot IfcObject ist die Superklasse aller Dinge (bzw. Objekte) IfcPropertyDefinition ist die Superklasse aller Charakteristika die Objekten zugeordnet werden können IfcRelationship ist die Superklasse aller Beziehungen zwischen Dingen Anm.: Hauptarchitekt der IFC-Datenstrukturen ist Jeffrey Wix ( ). 6

7 Objekte Das IFC-Schema enthält 7 grundlegende Objekttypen: Produkte: sind materielle Objekte Prozesse: sind Aktivitäten (z.b. Ausschreibung, Bauausführung, FM) Steuerung (Controls): Konzepte, die andere Objekte steuern oder beschränken (z.b. Normen, Regularien) Ressourcen: Konzepte die die Nutzung eines Objektes innerhalb eines Prozesses beschreiben Akteure: Personen oder Organisationen Projekt: Durchführung von Aktivitäten die ein Produkt erzeugen Gruppe: frei wählbare Gruppierung von Objekten 7

8 Produkte IfcProduct umfasst alle materiellen Objekte die Teil eines Projektes sind (durch Lieferung, Herstellung oder aus mehreren Produkten aufgebaut sind) Objektplatzierung (ObjectPlacement) kann: absolut (relativ zum Weltkoordinatensystem) relativ (relativ zum lokalen KO-System eines anderen Produktes), oder bezogen auf ein Rastersystem (relativ zu Rasterachsen) erfolgen Representation (Darstellung) ist der Container für alle geometrischen Darstellungen eines Produktes alle geometrischen Darstellungen sind auf die Objektplatzierung bezogen, die das lokale KO-System definiert 8

9 Proxy IfcProxy ist eine spezielle Subklasse von IfcProduct, die für Objekte genutzt wird, welche nicht im IFC-Modell enthalten sind Ein Proxy-Objekt kann eine geometrische Darstellung und eine Platzierung (vererbt von IfcProduct) besitzen Proxy-Objekte können mittels PropertyDefinitions weiter spezifiziert werden 9

10 Prozess IfcProcess umfasst Aktivitäten - für Arbeit/Leistung die in einer bestimmten Zeit ausgeführt/erbracht wird - Prozesse können benannt und beschrieben werden - Prozesse können ein Maß für Produktivität beinhalten IfcProcess verbindet Objekte, auf denen der Prozess arbeitet als Input oder Output Vorgänger und Nachfolger definieren eine Beziehung, welche die Ausführungsreihenfolge beschreibt (IfcRelSequence) zu IfcProcess können Resourcen, wie Personal, Maschinen, material zugeordnet werden (IfcRelAssignsToProcess) 10

11 Akteur IfcActor beschreibt Personen oder Organisationen, die in einem Projekt aktiv sind. - Umfasst Informationen über: -Beteiligte in einem Projekt -Zukünftige Nutzer (in FM-Kontext) - Akteure können Namen, Adressen, Zugehörigkeit, Rollen, Zuordnug zu Objekten besitzen 11

12 Projekt IfcProject ist der Container für alle auszutauschenden Informationen In jeder IFC-Datei (oder Datenbank) kann nur ein Objekt der Klasse IfcProject enthalten sein IfcProject spezifiziert die globalen Informationen über ein Projekt (die nur einmal deklariert werden können): -Verwendete Standard-Einheiten -Welt-Koordinatensystem -Koordinatendimensionen -Verwendete Genauigkeit der geometrischen Darstellungen -Einnordnung bezogen auf das Weltkoordinatensystem 12

13 Einheiten Von Grundeinheiten abgeleitete Einheiten Geld ist eine spezielle Einheit SI-Einheiten, nationale Einheiten (z.b. inch), kontext-abhängige Einheiten (z.b. LKW-Ladung) 13

14 Prinzip der Objektbeziehungen > Relationen zwischen Klassen werden als Objekte abgebildet objektifizierte Relationen (s. Vorl. 1.Sem) 14

15 Objektbeziehungen Das IFC-Schema enthält 5 grundlegende Beziehungstypen: Ermöglicht einem Klient-Objekt die Dienste anderer Objekte anzuwenden. Es erlaubt Verknüpfungen zwischen den 7 Grundobjekttypen herzustellen Definiert eine Teil-von - Hierarchie bzw. Aufbau 15 Wendet eine Typdefinition oder eine Property-Set-Definition auf ein Objekt an Ermöglicht die Referenzierung externer Informationen (z.b. Klassifikationen, Bibliotheken, Dokumente) Definiert eine Verbindung zwischen Objekten

16 Objektbeziehungen: Zuweisung IfcRelAssigns ist die allgemeinste Form einer Objektbeziehung in IFC - sie erlaubt Beziehungen zwischen allen Objekttypen, die Subklassen von IfcObject sind, her zu stellen 16

17 Objektbeziehungen: Gruppierung IfcGroup führt mehrere Objekte zu einer logischen Einheit innerhalb eines Projektes zusammen -Ein einzelnes Objekt kann Teil mehrerer Gruppen sein -Eine Gruppe kann Teil einer anderen Gruppe sein (aber nicht Teil ihrer selbst) 17

18 Objektbeziehungen: Gruppierung Zuordnung eines Elementes nach Nutzungen z.b. Heizkörper Zuordnung eines Elementes nach Funktionen 18

19 Objektbeziehungen: Bsp. Tragsystem Raumsystem Brandschutzsystem Aussteifungssystem Vertikales Tragsystem Stockwerk A Stockwerk B Brandabschnitt A Raum A1 Raum A2 Wand A21 Wand A11 19

20 Objektbeziehungen: Projekt- u. räumliche Gebäudestruktur Übliche Gebäudestruktur Projekt Baugelände Gebäude Alternative Stockwerk Stockwerk Stockwerk Stockwerk Stockwerk Gebäude Stockwerk Stockwerk Gebäude Stockwerk Stockwerk Stockwerk 20

21 Objektbeziehungen: Dekomposition IfcRelDecomposes erlaubt Teil-Von -Beziehungen: -Verschachtelung (Nesting) zerlegt Objekte der selben Klasse -z.b. Zerlegung eines Systems IfcSystem in Sub-Systeme -Aggregation zerlegt Objekte unterschiedlicher Klassen 21

22 Objektbeziehungen: Projekt- u. räumliche Gebäudestruktur Dekompositions-Hierarchie der Projekt- u. Gebäudestruktur: 22

23 Objektbeziehungen: Assoziation IfcRelAssociates erlaubt Beziehungen zwischen Objekten und - (externen) Dokumenten - als Zeiger auf das Dokument als Container - einer oder mehrerer Klassifikationen - Bibliotheken 23

24 Objektbeziehungen: Verbindung Eine Verbindungs-Beziehung kann physikalisch oder logisch sein. IfcRelVoidsElement: definiert die Öffnet-Beziehung zwischen einer Öffnung und einem physikalischen Objekt IfcRelFillsElement: definiert die Füllt-Beziehungen zwischen einer Öffnung und einem physikalischen Objekt IfcRelContainedInSpatialStructure: definiert die hierarchische Verbindung zwischen unterschiedlichen räumlichen Strukturen (Baugelände, Gebäude, Stockwerk, Raum) und ihren Elementen IfcRelSpacceBoundary: definiert die Verbindung zwischen einem Raum und den umgrenzenden physikalischen Objekten IfcRelConnectsElements: definiert die physikalische Verbindung (als 1:1 Beziehung) zwischen Objekten (bspw. Wänden) IfcRelConnectsPorts: definiert die logische Verbindung zwischen Gebäudeserviceelementen und Anschlussstellen 24

25 Objektbeziehungen: Verbindung zwischen räuml. Strukturen Beispiel: Verbindung einer Treppe und zweier Wände zu unterschiedlichen Hierarchiestufen eines Gebäudes Jede Instanz von IfcElement kann einer räuml. Struktur (bzw. Gebäudestruktur) über IfcRelContainedInSpatialStructure zugeordnet werden. 25

26 Objektbeziehungen: Definition IfcRelDefines wird zur Beschreibung von Objekten mittels Eigenschaftsmengen (Property Sets) oder Typdefinitionen genutzt 26

27 Typ und Ausprägung Wiederkehrende, klassifizierte oder standardisierte Elemente werden in IFC über Typdefinitionen zusammengefasst. Instanzen typisierter Elemente werden über Referenzen zu diesen Typdefintionen beschrieben. Es wird dabei zwischen Typ- und Ausprägungsklassen unterschieden: - eine Typ-Klasse spezifiziert die Eigenschaften über alle Instanzen eines Typs - eine Ausprägungsklasse spezifiziert Informationen über die Objektposition und referenziert den Typ - eine Ausprägungsklasse definiert weiterhin alle instanz-spezifischen Informationen Beziehungs-Klasse Instanz Beziehungs-Klasse Typ-Daten Typ-Daten Typ-Daten Typ-Klasse Ausprägungs- Klasse Positions-Daten Instanz-Daten Instanz Typ-Klasse Typ-Daten Typ-Daten Typ-Daten Instanz Ausprägungs- Klasse Positions-Daten Instanz-Daten Instanz Ausprägungs- Klasse Positions-Daten Instanz-Daten 27

28 Typ und Ausprägung - Vererbung - Ausprägungsklassen sind Subklassen von IfcProduct und enthalten somit Informationen zur Objektpostion und ggf. Objektrepräsentation - Typklassen sind Subklassen von IfcTypeProduct - die mehrere Property Sets (Eigenschaftsmengen) enthalten können - die vordefinierte geom. Form-Repräsentationen nutzen können - Informationen zu Elementtypen sind normalerweise in Property Sets definiert und nicht direkt in den Attributen der Typklasse Position (Placement) Repräsentation (Representation) anwendbare Ausprägung tag vordef. Repräsentation Property Sets Ausprägungsklasse Typklasse 28

29 Typ und Ausprägung - Instanzen Position (Placement) Repräsentation (Representation) anwendbare Ausprägung tag vordef. Repräsentation Property Sets Die Instanz eines Boiler-Types wird für die Instanz eines Energieumwandlers eingesetzt, d.h. der Energieumwandler ist ein Boiler vom Typ Typ-Vererbungspfad geht eine Ebene tiefer 29

30 Geometriekonzept - Überblick IFC-Geometrie - ist eine adaptierte Version von ISO Teil 42 u. 43 (STEP) - ist robust, bewährt, häufig genutzt - beinhaltet eine große Bandbreite von Geometrie-Klassen für Volumenmodelle (CSG, B-rep), Oberflächenmodelle, Kurven, Boolesche Operatoren, Profile - beinhaltet eine große Bandbreite von Topologie-Klassen für Hüllen, Oberflächen (2-Mannigfaltigkeit), Schleifen, Kanten, Knoten/Ecken, Pfade - erlaubt multiple Darstellungen (Repräsentationen) der Form eines Objektes - kann Geometrien/Topologien in Representation Maps (vordefinierte Objektgeometrien analog zu Blocks in CAD-Systemen) zusammenführen - erlaubt die individuelle Referenzierung unterschiedlicher Form-Aspekte (Tür- Aspekt1:Türschwelle Form1; Aspekt2:Türöffnungsbogen Form2) 30

31 Konzept der Objektplatzierung Arten der Objektplatzierung: 1) absolut; relativ zum Weltkoordinatensystem 2) relativ; relativ zum lokalen KO-System eines anderen Objektes (Subklasse von IfcProduct) 3) raster-basiert; in Referenz (Schnittpunkt u. Richtung) zu den Achsen eines Rasters 31

32 Konzept der Objektplatzierung - jedes Objekt, das eine geom. Repräsentation besitzt muss auch eine Objektplatzierung (bzw. Position) besitzen - das lokale KO-System eines Objektes wird durch seine Objektplatzierung eindeutig bestimmt absolut relativ raster-basiert 32

33 Konzept multipler Form-Repräsentationen Die Form eines Objektes kann durch mehrere geom. Repräsentationen definiert werden: - jede Repräsentation kann sich auf einen anderen geom. Kontext (z.b. Modell-Sicht, Plan-Sicht) beziehen - jede geom. Repräsentation eines Objektes basiert auf seinem lokalen Objekt-KO- System 33

34 Konzept multipler Form-Repräsentationen Container für alle Repräsentationen eines Objektes (das Subklasse von IfcProduct ist) Container für alle Repräsentations-Elemente (representation-items), die für eine bestimmte Repräsentation genutzt werden Bsp: Rohr 3D (Extrusionskörper) 2D Topologie 34

35 Arten der Repräsentation Die Elemente einer Repäsentation können auf 3 verschiedene Arten beschrieben werden: 1) über ihre geometrische Repräsentation 2) über ihre topologische Repräsentation 3) über eine vordefinierte Repräsentation (analog der Typklassen) seit IFC2x2 zusätzlich Informationen über die graf. Präsentation eines Objektes möglich 3) 1) 2) 35

36 Arten der Repräsentation 1)-2) geometrisch-topologisch Anm.: Die topologische Repräsentation wird nicht direkt genutzt, sondern über die geometrische Repräsentation definiert. Bsp-Def.: Surface (Oberfläche) 36

37 Arten der Repräsentation 1)-2) geometrisch-topologisch Beispiele: Wand Rohr Proxy-Element Multiple: a) Achse: Curve2D (z.b. für Plansicht) b) Extrusionskörper: SweptSolid (z.b. für 3D- Modellsicht) Swept Surface (Extrusionsoberfläche) Boundary-Representation 37

38 Arten der Repräsentation 3) vordefiniert IFC erlaubt die Verwendung vordefinierter Repräsentationen. Dadurch können alle Instanzen eines Objekttyps eine Form-Definition nutzen. Eine vordefinierte Repräsentation - enthält eine bestimmte Menge geometrischer Elemente, die sich auf ein lokales ( Block -) KO-System beziehen - wird über eine Block -Referenz in das Modell eingefügt, die einen Operator für eine Koordinatentransformation und einen Skalierungsfaktor enthält - der Einsatz vordefinierter Repräsentationen führt zu einer signifikanten Verringerung der auszutauschenden Datenmenge 38

39 Arten der Repräsentation 3) vordefiniert Beispiel: Vordefinierte Repräsentation Instanzen auf Basis der vordef. Repräsentation Ref#3:KO-Trans3; Skal3 Ref#2:KO-Trans2; Skal2 Ref#1:KO-Trans1; Skal1 39