Bauinformatik Informationsmanagement - TU Dresden · TU Dresden - Institut für Bauinformatik - Prof. Raimar Scherer Bauinformatik Informationsmanagement 6. Semester . 3. Vorlesung

TU Dresden - Institut für Bauinformatik - Prof. Raimar Scherer

Bauinformatik Informationsmanagement

6. Semester 3. Vorlesung

Objekt-orientierte Datenstrukturen – BIM I Prof. Dr.-Ing. R. J. Scherer

Nürnberger Str. 31a 2. OG, Raum 204

Relationale und objektorientierte Datenstrukturen im Bauwesen


IFCProject

IFCSite

IFCBuilding IFCBuildingStorey

IFCColumn

BIM Building Information Model(ling)


Modell Transformationen

Fasaden-System Raum-System Stockwerke - Räume

Klima-Zonen-System

Gebäude-Model Alle phys. Element in 3D

1. Filtern 2. Konfigurieren 3. Transformieren (Mapping)

+


Verlinkung

LM

Stockwerke BIM Bauelemente OG 13-> BIM


Objekt-orientiertes Datenmodell

( = Objekte + Relationen )

Datenstrukturen


Daten stellen Information dar. Daraus ergibt sich: - propagieren - schlussfolgern - neue Daten-Netzwerke bilden, z.B. Architektur=Raum-orientiert Statik=Tragwerk-orientiert

Nicht nur Einheiten- oder Koordinatensystem-Transf.

Daten-Transformationen

sondern Daten-Transformationen


Bauobjekt

Wand Öffnung Raum

Generische Datenstruktur Alle Bauobjekte lassen sich durch die Oberklasse hierarchisch verbinden.

Vorteile: Vererbung von Daten + Algorithmen von oben nach unten über Vererbungs-Relationen Anm: Es ist sinnvoll die 3 Objekte in einer Ebene zu modellieren, wie später gezeigt wird.


R1

W2 W3 W4 W1

Ö1 Ö1 Ö1

= Topologie Relationen: 1) Zuordnung + 2) Anordnung

Instantiierte Datenstruktur Die Information Raum wird durch das Topologie-Netzwerk abgebildet.


Modelle in der Tragwerksplanung ein Beispiel für das Multi-Model

Gestaltungsmodell

Tragmodell

Mechanisches Modell

Numerisches mechanisches Modell

Nutzungsmodell

Umgebungsmodell

Lastmodell

Num. Lastmodell

Reaktionsmodell


Integrierte Planungsmodelle am Beispiel der Tragwerksplanung und des IFC-

Projektmodells

Gestaltungsmodell

Tragmodell

Mechanisches Modell

Numerisches mechanisches Modell

Nutzungsmodell

Umgebungsmodell

Lastmodell

Num. Lastmodell

Reaktionsmodell

Modellier- ungstiefe LoD


Übersicht

• Das IFC-Projektmodell - Objektorientierte Modellierung - Beschreibung einer gemeinsamen Begriffswelt (Schema, Klassen) mit den Sprachen

- EXPRESS-G - EXPRESS

- Implementierung der Schnittstelle in - C++ oder Java oder ……..

- Informationsaustausch mit dem STEP-Format - SPF (STEP-Physical-File Format)


IFC - Die Industry Foundation Classes

mit dem Ziel, ein Projektmodell für den reibungslosen Datenaustausch von „Bedeutungsinhalten“ zwischen den am Bau-Projekt beteiligten Fachplanern zu erstellen, wobei sich die Bemühungen auf das Produktmodell fokussierten.

Entwickelt von der buildingSMART, früher International Alliance for Interoperability (IAI)

Das dabei verwendete Projektmodell stellt eine objekt-orientierte Datenstruktur dar. Eine objekt-orientierte Datenstruktur definiert die "Bedeutungsinhalte" in sogenannten Klassen, woraus sich der Name Industry Foundation Classes ableitet.

- BIM: Building Information Model -


IFC-Projektmodell basiertes System

Architect

Structural Engineer

HVAC Engineer

Controls Engineer

Constr. Manager

Facilities Manager

Building Owner

Civil Engineer

ohne IFC Heute

Architect

Structural Engineer

HVAC Engineer

Controls Engineer

Constr. Manager

Facilities Manager

Building Owner

Civil Engineer

mit IFC

Zukunft


IFC - Die Industry Foundation Classes

Hinweis zur IFC Version:

Im weiteren wird die IFC Version 2x und ein darauf basierender Erweiterungsvorschlag für die Tragwerks-planung verwendet, der in IFC 2.3 übernommen wurde. Die IFC Version wird dabei verwendet, um die grundlegenden Konzepte zu erläutern.

- der gezeigte Einblick in die IFC weicht aus Gründen der Vereinfachung an verschiedenen Stellen von den IFC Version 2x ab -Derzeit aktuelle Version ist IFC 2x4, die als IFC 4.0 bezeichnet wird.


Objektorientierte Modellierung

• In Anlehnung an das menschliche Denken sollen die interessierenden Objekte entsprechend ihrer Eigenschaften in Klassen eingeteilt werden.

• Die Eigenschaften der Klassen werden durch Attribute und Beziehungen zu anderen Klassen beschrieben.

• Klassen können durch Unterklassen und über die sogenannte Vererbungsbeziehungen beliebig verfeinert werden.

• Damit ist es möglich, eine abgegrenzte Begriffswelt oder Fachbereich in einer Klassenstruktur zu beschreiben.

Idee:


Produkt

Unter dem abstrakten Begriff Produkt sollen alle Objekte mit einer Geometrie zusammengefasst werden.

Wand, Öffnung, Grundstück, ...

Man spricht von der Klasse Produkt. Wir haben diese Klasse im 1.Semester physikalisches Objekt genannt.


Bsp.:


Alle diese Objekte teilen sich die Eigenschaften, - einen eigenen Standort und - eine Darstellung zu besitzen.


Produkt Standort besitzt Standort

Geometrie besitzt Darstellung

Bsp.:


Wand, Öffnung, ... Die Klasse Produkt kann in einzelne

„speziellere“ Klassen untergliedert werden. Die dafür verwendete Beziehung nennt man Spezialisierung mit Vererbung.



Element Grundstück ...


Bsp.:


Diese Spezialisierung wird nun bis zu dem gewünschten Grad der Unter-gliederung fortgesetzt.

Gebäudeelement Öffnung



Element


Bsp.:


Die in allen Unterklassen neu auftretenden Attribute und Beziehungen werden dabei definiert.

Gebäudeelement

Material

besitzt Material

Öffnung



Element


Bsp.:


Gebäudeelement

Material

besitzt Material

Öffnung

Wand Stütze Fenster Balken



Element


Bsp.:


Objektorientierte Modellierung in den Industry Foundation Classes

In den IFC sind durch die IAI bereits eine Reihe von Klassen und deren Beziehungen und Attribute definiert.

Der aktuelle Stand umfasst die Fachbereiche Architektur, Technische Gebäudeausrüstung, die Bewirtschaftung von Gebäuden (Facility Management) und die Tragwerks-planung. Für weitere Bereiche existieren Erweiterungs-vorschläge.

Unsere Klassifizierung findet sich in den IFC mit geänderten Namen wieder.


Gebäudeelement

Material

besitzt Material

Öffnung

Wand Stütze Fenster Balken



Element


IfcLocalPlacement LocalPlacement

IfcBuildingElement

IfcMaterialSelect

HasMaterial

IfcOpeningElement

IfcWall IfcColumn IfcWindow IfcBeam

IfcProductRepresentation Representations

IfcElement

Auszug: IfcProduct


Die gezeigten Diagramme stellen vereinfachte Ausschnitte aus der IFC-Struktur dar!



• Das IFC-Projektmodell - Objektorientierte Modellierung - Beschreibung einer gemeinsamen Begriffswelt mit

- Grafischen Sprache: EXPRESS-G - Semantischen Sprache: EXPRESS - Programmiersprache Java, C++

- Informationsaustausch mit dem STEP-Format

Übersicht zu EXPRESS, EXPRESS-G und dem STEP Dateiformat


Übersicht zu EXPRESS, EXPRESS-G und dem STEP Dateiformat

• Für die Beschreibung einer gemeinsamen Begriffswelt, also die Einteilung in Klassen und die Definition von Attributen und Beziehungen, wird für die IFC die durch die ISO 10303, Part 11 genormte Sprache EXPRESS-G und EXPRESS verwendet.

• Wird in dieser Begriffswelt ein konkretes Gebäude beschrieben, d.h. von den Klassen werden Objekte mit konkreten Attributbelegungen und Beziehungen zu anderen Objekten erzeugt, so können diese Daten in dem STEP-Dateiformat (STEP Physical File, SPF, ISO 103030 Part 12 ) unter den Planern ausgetauscht werden.


EXPRESS-G

EXPRESS-G ist eine graphische Beschreibungssprache für objektorientierte Modelle und ist Teil der ISO-Norm 10303 (STEP). Mittels EXPRESS-G können wesentliche Informationen objektorientierter Modelle spezifiziert werden.

Vorteil: - übersichtlich und leicht verständlich; Anwendung: Modellierung der Objekte

(gewollter) Nachteil: - Nicht alle benötigten Informationen können mit EXPRESS-G beschrieben werden.


EXPRESS-G

LocalPlacement

Representations S[0:n]

HasMaterial

Modifiziertes Beispiel:

IfcLocalPlacement

IfcBuildingElement

IfcMaterialSelect

IfcOpeningElement

IfcWall IfcColumn IfcWindow IfcBeam

IfcProductRepresentation

IfcElement

IfcProduct


EXPRESS EXPRESS dient zur genauen Spezifikation objekt-orientierter Modelle. Die in EXPRESS-G beschriebene Klassenhierarchie wird in EXPRESS überführt und durch zusätzlich benötigten Information, die in EXPRESS-G nicht beschreibbar sind, ergänzt, um eine verbindliche Datenstruktur zu definieren.

ENTITY IfcProduct ABSTRACT SUPERTYPE SUBTYPE OF ( IfcObject ); LocalPlacement : IfcLocalPlacement; Representations : SET [0:n] OF IfcProductRepresentation; Classification : OPTIONAL IfcClassificationList; END_ENTITY;


Überführung der EXPRESS-Struktur in eine ausführbare Programmstruktur

Um mit der in EXPRESS definierten objekt-orientierten Struktur arbeiten zu können muss sie in eine ausführbare Programmstruktur überführt werden. Dafür bieten sich objekt-orientierte Programmiersprachen, wie z.B. Java oder C++, an. Die Datenstruktur kann hierbei auch um Verhalten (Funktionen) erweitert werden.

EXPRESS Programmiersprache


Überführung der EXPRESS-Struktur in eine ausführbare Programmstruktur

ENTITY IfcProduct ABSTRACT SUPERTYPE SUBTYPE OF ( IfcObject ); LocalPlacement : IfcLocalPlacement; Representations : SET [0:2] OF IfcProductRepresentation; Classification : OPTIONAL IfcClassificationList; END_ENTITY;

class IfcProduct : public IfcObject { private: IfcLocalPlacement* localPlacement; IfcProductRepresentation[2] representations; IfcClassificationList* classification; public: void setLocalPlacement(IfcLocalPlacement* lp); ... };

EXPRESS zu C++


Anwendung der IFC

Von den in den IFC definierten Klassen können konkrete Objekte, die sog. Instanzen einer Klasse, erzeugt werden.

D.h. die IFC-Datenbank wird mit Information gefüllt.

Dafür werden die Parameter mit Werten belegt und die Beziehungen zu den entsprechenden Instanzen hergestellt.

Dies erfolgt mittels eines CAD-Programms Und nicht durch alphanum. Eingabemasken

Diese Instanzen können auf eine Datei geschrieben und mit anderen Fachplanern ausgetauscht werden.

Als Dateiformat wird das STEP-Physical-File Format SPF verwendet.


Zusammenfassung

• Das IFC-Projektmodell - Objektorientierte Modellierung - Beschreibung einer gemeinsamen Begriffswelt mit

- EXPRESS-G - EXPRESS - C++ / JAVA

- Informationsaustausch mit dem SPF-Format

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