Was ist IFC (Industry Foundation Classes) ?

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Was ist IFC (Industry Foundation Classes) ?

IFC steht für Industry Foundation Class und liegt aktuell (Stand 01.05.2016) in der Version 4 vor, welches jedoch noch nicht wie die Version IFC 2×3 vollumfänglich in die Softwareprodukte implementiert wurde. Dieses Dateiformat wird als digitales offenes Austauschformat zwischen Anwendungen im Bauwesen für die Building Information Modeling (BIM) Methode verwendet und ist als ISO Standard 16739 zertifiziert. Das IFC-Dateiformat wird durch buildingSMART, einer internationalen Organisation bestehend aus verschiedenen Firmen und privaten Personen, weiterentwickelt. Der Ursprung wurde im Jahr 1995 durch die Firma Autodesk mit dem Fokus auf einem unabhängigen Dateiformat für den kompletten Informationsaustausch zwischen Bausoftware gelegt. Die 1997 erschienene IFC-Version 1.0 wurde bis heute kontinuierlich weiterentwickelt. Mit diesem Dateiformat wird das Ziel verfolgt, den digitalen Informationsaustausch der Gebäudedaten zwischen den am Bau beteiligten Firmen und deren verschiedenen Softwareprogrammen ohne Verluste und so effizient wie möglich in verschiedenen Projektphasen vom Entwurf bis zur Bewirtschaftung der Gebäude (Facility Management) durchzuführen.

Einführung in das IFC-Schema

Das IFC-Schema wird mit Hilfe der EXPRESS-Sprache beschrieben und ist hierarchisch aufgebaut. Die EXPRESS-Sprache beschreibt die Verbindung zwischen Objekten durch Abhängigkeiten und Attributen, die zwischen verschiedenen Objekten vererbt werden. Diese Datenmodellierungssprache ist ebenfalls als ISO Standard zertifiziert (ISO 10303-11:2004). Die nachfolgende Abbildung zeigt den Aufbau des IFC-Schemas. Dieses ist durch vier verschiedene Ebenen (sog. Layer) charakterisiert.

Aufbau IFC Schema
Aufbau IFC Schema

Von der obersten Ebene (Domain-Layer) wird über die anderen Ebenen bis zur Resource-Ebene referenziert. Der Domain-Layer enthält für spezielle Bereiche des Bauwesens (Architektur,Bauausführung, konstruktiver Ingenieurbau etc.) Definitionen. Diese Definitionen werden im IFC-Datenmodell generell durch Typen (Type), Entitäten (Entity), Funktionen (Functions), Regeln (Rules), Eigenschaftenlisten (Property Sets) sowie Mengenlisten  (Quantity Sets) beschrieben. In der zweiten Ebene (Interoperability-Layer) stehen Informationen zu Klassen für den Austausch zwischen Domain- und Core-Layer zur Verfügung. Elemente aus dem Domain-Layer sind in der Lage, Elemente aus dem Interoperability Layer zu referenzieren, jedoch nicht umgekehrt. Die Grundstruktur wird im Core-Layer definiert, in dem die grundlegenden Beziehungen und Attribute der IFC-Struktur festgelegt werden. Alle Entitäten in den darüber liegenden Ebenen stammen direkt oder indirekt von der IFC-Klasse IFCRoot ab. Die zugehörigen Erweiterungen innerhalb des Core-Layers dienen zur Beschreibung von Steuerungsobjekten (Control Extension), physischen Objekten (Product Extension) und zur Abbildung von Aufgaben und Prozessen (Process Extension). Der Resource-Layer (unterste Ebene) ist von allen Ebenen und damit verbundenen Entitäten referenzierbar. Die Beschreibung von Materialien oder der Abbildung der Geometrie finden sich in dieser Ebene wieder. Das besondere Merkmal dieser Ebene ist, dass die in dieser Ebene vorhandenen Elemente nicht unabhängig existieren können, da sie keine eigene Identität (GUID = Globally Unique Identifier – Eindeutiger Bezeichner\Zahl zur Identifizierung eines Objekts) wie alle anderen Elemente in den anderen Ebenen besitzen. Diese Elemente können nur verwendet werden, wenn sie von der IFC-Klasse IfcRoot referenziert werden.

Wie ist eine IFC-Datei aufgebaut?

Im Folgenden wird der IFC-Dateiaufbau anhand einer in Autodesk Revit 2016 erstellen Wand und im Anschluss als IFC4 abgespeicherten Datei näher betrachtet. Die IFC-Datei ist in einen HEADER- und einen DATA-Abschnitt unterteilt. Im ersten Abschnitt (HEADER) stehen allgemeine Informationen zum IFC-Modell (nachfolgende Abbildung).

Header-Aufbau einer IFC-Datei Abschnitt in einer IFC-Datei
Header-Abschnitt in einer IFC-Datei

In diesem Header werden Informationen bezüglich Dateibeschreibung (FILE_DESCRIPTION), Angaben zu Dateinamen, Datum und Zeit, Ersteller sowie verwendeter Software (FILE_NAME) und zum verwendeten IFC-Schema (FILE_SCHEMA) bereitgestellt. Der Header Abschnitt befindet sich immer zwischen HEADER; und ENDSEC;. Der darauffolgende DATA-Abschnitt enthält die wichtigsten Daten des digitalen Gebäudemodells. Diese Daten setzen sich aus den verschiedenen Beziehungen der vier im IFC-Schema vorhandenen Ebenen zusammen. Zur Veranschaulichung wird ein Ausschnitt des Aufbaus der IFC-Datei in der nachfolgenden Abbildung dargestellt.

Aufbau einer IFC Datei DATA-Abschnitt in einer IFC-Datei
DATA-Abschnitt in einer IFC-Datei

Die Einträge in der Datei beginnen immer mit einer Entitäten-Nummer (z.B. # 1) gefolgt von einem im IFC-Schema gültigen Entitäten-Namen (hier z.B. IfcOrganization). Mit diesem Namen werden verschiedene Attribute (Klammerwerte) verknüpft. Wird auf andere Einträge referenziert und eine Beziehung hergestellt, enthält der Entitäten-Name in den Attributen eine Entitäten-Nummer (siehe Abbildung 11: # 5 referenziert auf # 1). Die in Revit 2016 erstellte Wand besitzt verschiedene Eigenschaften, die in der IFC-Datei wiederzufinden sind (nachfolgende Abbildung).

3D-Ansicht einer Wand in Revit und zugehörige Attribute in IFC
3D-Ansicht einer Wand in Revit und zugehörige Attribute in IFC

Die erzeugte Wand vom Typ Mauerwerk (24cm) und Wärmedämmung (12cm) wird in IFC als IfcWallStandardcase (Entitäten Nummer # 183) initiiert. Diese Entität enthält als Attribute eine Globally Unique Identifier (GUID), welche im Projekt einmalig ist und so jedes Objekt eindeutig zuordenbar ist, sowie Referenzen auf andere Entitäten, welche Angaben zur Position der Wand im Projekt geben. Durch eine Polylinie (IfcPolyline, # 148) in Verbindung mit Punkten (IfcCartesianPoint, # 146) wird die Abmessung der Wand in Längsrichtung (Länge 5m) erstellt. Die Höhe beträgt 3m und wird über IfcExtrudedAreaSolid (# 164) erzeugt. Materialen (Mauerwerk und Wärmedämmung) werden durch die Entität IfcMaterial (# 198 und # 216) gespeichert. Weitere Eigenschaften (z.B. Wärmedurchgangskoeffizient) werden in IfcPropertySingleValue gespeichert. Diese Entitäten werden anschließend in Eigenschaftenlisten (IfcPropertySet) zusammengefasst und gespeichert. Die nachfolgende Abbildung  veranschaulicht die Zusammenfassung von einzelnen Eigenschaften (Tragfähigkeit (# 249), extern liegend (# 251) und Wärmedurchgangskoeffizient (# 252)) zu einem Eigenschaftensatz (# 253), welches wiederum mit dem Objekt Wand (# 243) referenziert wird. Der DATA-Abschnitt liegt immer zwischen DATA; und ENDSEC;.

Darstellung IfcPropertySet
Darstellung IfcPropertySet

Die Darstellung der IFC-Datei wird über sogenannte MVD´s (Model View Definiton) gesteuert. Darunter fallen zum Beispiel IFC2X3 Coordination view, structural analysis view oder FM Handover view (auch bekannt als COBie (Construction Operations Building Information Exchange)). Das Thema der MVD´s wird in späteren Posts genauer betrachtet.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mit Hilfe des IFC-Formats ein Bauwerk in Form von Informationen und Geometrien beschrieben werden kann. Des Weiteren ermöglicht dieses Format den herstellerneutralen Datenaustausch zwischen Softwareprodukten und wird in Zukunft immer wichtiger. Dieses Format ist im Bereich von openBIM unerlässlich.

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