Schnittstelle zur BIM-Welt

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• Die Industry Foundation Classes (IFC) sind das wichtigste Standard-Datenformat für den softwareübergreifenden Austausch von BIM-Bauwerksdatenmodellen.
• Allerdings kommt es in der Praxis aufgrund mangelnder BIM-Modellqualitäten, falscher Export- und Importeinstellungen, mangelnden Know-hows, aber auch wegen diverser Unzulänglichkeiten des IFC-Standards immer wieder zu Problemen.
• Dennoch können IFC-Modelle eine brauchbare Grundlage für die weitere Planung sein, wenn Modellier-Regeln oder IFC-Exporteinstellungen beachtet werden und die Schnittstellenqualität der beteiligten Programme stimmt. .

Der TGA-Planer erhält vom Architekten digitale Projektdaten, die sich allerdings nicht oder nur fehlerhaft in das eigene CAD-Programm einlesen lassen. Deshalb werden sie notgedrungen neu erstellt und mit gebäudetechnischen Informationen ergänzt. Diese gehen an den Architekten zurück, werden von ihm geprüft und wichtige Informationen manuell in das eigene CAD-Programm übernommen …

Ein Szenario aus frühen EDV-Zeiten? Leider nicht – dass in digitaler Form transferierte Pläne von Fachplanern neu gezeichnet werden, ist eher die Regel als die Ausnahme. Weil Fehler beim Import entstehen oder Daten verloren gehen und eine Anpassung der Importdaten an das eigene Programm aufwendiger als eine Neueingabe wäre, geschieht das Jahr für Jahr viele tausend Male. Schätzungen zufolge könnten bis zu 20 % an Planungskosten eingespart werden, gäbe es leistungsfähigere Schnittstellen und Datenaustauschformate.

Keine Kooperation ohne Datenaustausch

Datenaustauschformate sorgen dafür, dass ein Programm eines bestimmten Herstellers die Daten eines anderen Programms eines anderen Herstellers lesen, gegebenenfalls kommentieren und ändern kann. Austauschformate haben allerdings ein Problem: Sie müssen sich als „Vermittler“ zwischen zwei unterschiedlichen Programmwelten auf einen kleinsten gemeinsamen Nenner einigen, damit der Datenaustausch klappt. Deshalb ist er prinzipiell mit Datenverlust verbunden und die ausgetauschten Informationen verfügen nicht mehr über die Qualität und „Intelligenz“ des Quellformats.

Beim Austausch von Texten oder Bildern ist das weniger problematisch, bei CAD- oder BIM-Daten aber sehr wohl. Aktuelle CAD- und BIM-Programme sind objektorientiert – Bauwerksmodelle bestehen nicht aus „dummen“ Linien, Flächen oder 3D-Körpern, sondern aus „intelligenten“ Objekten, wie Wänden, Stützen, Decken, Versorgungsleitungen und anderen Bauteilen. Sie sind parametrierbar, kennen ihre wechselseitigen Beziehungen, wissen, was sie sind, welche technischen Kennwerte sie haben, was sie kosten und so weiter. Überträgt man diese Bauteile mit den herkömmlichen CAD-Austauschformaten, wie DXF, DWG oder DGN, gehen diese Informationen verloren, weil diese Datenformate nur geometrische 2D- und 3D-Informationen speichern.

Objekt- statt Geometriedatenaustausch

Mit der BIM-Planungsmethode stehen nicht mehr Pläne im Zentrum des Informationsaustauschs, sondern Gebäudedatenmodelle. Deshalb wurde ein neues Austauschformat notwendig, das neben der Grafik auch Bauteil- oder Objektdaten übertragen kann. 1996, noch lange vor BIM, wurde mit den Industry Foundation Classes (IFC) ein offener, internationaler Standard für den softwareübergreifenden Austausch von Bauwerksdatenmodellen vorgestellt, ursprünglich von der Industrieallianz für Interoperabilität, heute bekannt als buildingSmart International.

Hervorgegangen ist das IFC-Datenformat aus dem STEP-Standard (Standard for the Exchange of Product Data), einem in der Maschinenbau- und Automobilindustrie verbreiteten Format zum Austausch produktdefinierender Objektdaten. Seit 2017 ist IFC mit DIN EN ISO 16 739 ab der Version 4 auch offiziell das europäische Datenformat für den Austausch von Geometrien und Bauteileigenschaften eines BIM-Modells zwischen Softwareanwendungen verschiedener Hersteller.

Vom IFC-Datenformat abgebildet werden Gebäudestrukturen und logische Wechselbeziehungen, zugehörige Eigenschaften (Attribute) sowie Geometrien. Ausgetauscht werden IFC-Informationen über Dateien mit der Endung IFC, die über einen ASCII-Editor geöffnet, gelesen und modifiziert werden können. Gebräuchlich sind auch gezipte IFC-Dateien (IFCZIP) und IFC-Dateien im XML-Standard (IFCXML) für den Austausch mit Berechnungsprogrammen, die kein IFC unterstützen.

Seit Einführung des IFC-Standards wurden sukzessive neue Versionen entwickelt, wovon in der Praxis erst die Version IFC 2x3 eine nennenswerte Verbreitung gefunden hat. Sie wird inzwischen von den meisten Programmen für CAD, Tragwerksplanung, Gebäudetechnik, Mengen- und Kostenermittlung, Bauphysik oder CAFM unterstützt und daher am häufigsten verwendet. Der 2014 eingeführte Nachfolger IFC 4 enthält viele Verbesserungen und Erweiterungen, etwa von IFC-Klassen, von Model View Definitions (siehe unten) etc. IFC 4 wird derzeit zwar nur von einigen Software-Anbietern unterstützt, soll IFC 2x3 aber sukzessive ablösen. In Vorbereitung ist bereits die Version IFC 5, die Erweiterungen vor allem für den Infrastrukturbau enthalten soll.

Wie sind IFC-Daten aufgebaut?

IFC-Daten beschreiben Gebäudemodelle nach einer vordefinierten, logisch aufgebauten, baumartigen Struktur: ifcProject (Projekt), ifcSite (Grundstück), ifcBuilding (Gebäude), ifcBuildingStorey (Geschoss), ifcBuildingElements (Gebäudebauteile). Gebäudebauteile werden wiederum in sogenannte Modellelemente oder IFC-Klassen strukturiert.

Zu den Architektur-Modellelementen gehören beispielsweise ifcWall (Wand), ifcSlab (Decke) oder ifcStair (Treppe). Beispiele aus der TGA sind ifcBoiler (Heizkessel) oder ifcPipeSegment (Rohr) und aus der Tragwerksplanung ifcReinforcingBar (Bewehrungsstab) oder ifcReinforcingMesh (Bewehrungsmatte).

Daneben existieren auch allgemeine IFC-Klassen, zum Beispiel ifcBuildingElementProxy für nicht definierte, individuelle Bauteile. Da es hinsichtlich des Datenvolumens und der Verarbeitungsgeschwindigkeit sinnvoll ist, in IFC-Dateien nur jene Bauwerksinformationen abzubilden, die auch tatsächlich benötigt werden, beschreiben Model View Definitions (MVD) eine Teilmenge der umfangreichen IFC-Datenstruktur. Sie dienen dazu, die in der Praxis auftretenden unterschiedlichen Austauschszenarien zu unterstützen. Eingesetzt werden sie in Form von Einstellungen beim Export- und Import von IFC-Daten.

MVDs entscheiden darüber, für welchen Zweck eine IFC-Datei verwendet wird. Für die TGA-Planung werden beispielsweise Informationen zu Elementen der Gebäudetechnik, wie Heizungs-, Lüftungs-, Klima- und Elektrotechnik, benötigt, thermische Simulationen setzen Daten zu Raumvolumen, Außenwänden und Wärmedämmwerten und CAFM-Systeme vor allem Raum- und Bauteilinformationen zu Nutzungsflächen, zum Brandschutz oder zur Wartung voraus. MVDs werden gemeinsam mit der IFC-Version für den Datenaustausch festgelegt. Die aktuell am häufigsten verwendete MVD ist die IFC 2x3 Coordination View 2.0 für den Austausch von Gebäudemodellen zwischen Architekten, Gebäudetechnikern und Tragwerksplanern.

Herausforderungen beim Austausch

In der Praxis kam und kommt es insbesondere beim Austausch über ältere IFC-Versionen immer wieder zu Übertragungsfehlern: Komplexere Bauteile wie mehrschichtige Wände, Wanddurchbrüche, Treppen oder Rampen etc. werden falsch, unvollständig oder überhaupt nicht übertragen.

In einigen Fällen resultieren Fehler allerdings nicht aus den durchaus vorhandenen Unzulänglichkeiten des IFC-Datenformats, sondern aus unsauber modellierten oder editierten Bauteilen. Das fängt schon bei der Wand an: Wo beginnt und wo endet sie? Wie sieht der Wandanschluss im Detail aus? Sind Raumgeometrien oder Raumflächen und ihre Eigenschaften korrekt definiert? Gilt das auch für Installationsschächte, Hohlräume unter abgehängten Decken etc.?

Werden diese und weitere Details bei der BIM-Modellierung nicht beachtet, kommt es zwangsläufig zu Auswertungs- und Übergabefehlern. Auch eine nicht regelkonforme Bearbeitung eines Standard-Bauteils kann schnell zu Fehlern führen, etwa wenn nicht mit den dafür vorgesehenen Werkzeugen in eine Geschossdecke eine Öffnung oder ein Gefälle eingefügt wird. Geometrien werden dann beim IFC-Export oder -Import falsch interpretiert und sind dadurch nicht mehr mit den gewohnten Werkzeugen bearbeitbar oder auswertbar.

Häufig fehlen BIM-Programmen auch wichtige Standard-Bauteile, die vom Anwender dann durch andere Bauteile oder frei definierte Objekte ersetzt werden. Als Folge werden beim IFC-Export falsche Elementtypen übertragen. Deshalb bieten manche CAD/BIM-Programme die Möglichkeit, Bauteilen den gewünschten IFC-Typ zuzuordnen. Einige Hersteller von CAD/BIM-Software haben für Anwender zusätzlich BIM-Modellierungsregeln entwickelt, die sich teilweise an Richtlinien, etwa an VDI 2552 Blatt 3 orientieren. Diese erläutern, mit welchen Werkzeugen und Klassifizierungen Bauteile zu modellieren sind, damit man ein Modell erhält, das von anderen Programmen für bestimmte Zwecke weiterverwendet werden kann. Ein Beispiel ist die Graphisoft-Modellierungsrichtlinie (www.graphisoft.de/open-bim/open-bim-funktioniert).

Tipps für den IFC-Export und -Import

Die Qualität des IFC-Datenaustauschs hängt neben der Modellqualität auch von der Qualität der IFC-Schnittstelle ab, von der IFC-Version, von den programmspezifischen Export-Einstellungen, von den Model View Definitions und so weiter. Eine gewisse Sicherheit für den Anwender über die Qualität einer IFC-Schnittstelle geben auch die seit 2010 nach dem überarbeiteten Verfahren 2.0 durchgeführten buildingSmart-Zertifizierungen für die Version IFC 2x3, die nach IFC-Import und -Export, beim Export zusätzlich nach Fachdisziplinen unterschieden werden. Eine aktuelle Übersicht über bisher zertifizierte Softwareprodukte findet sich hier: www.buildingsmart.org/compliance/certified-software

Für die Wahl der richtigen Einstellungen beim Exportieren einer IFC-Datei ist entscheidend, dass bereits vorher der Verwendungszweck feststeht: Wird sie „nur“ für Koordinationszwecke eingesetzt oder muss sie in einer anderen BIM-Software weiterbearbeitet werden? Auch der Detaillierungsgrad spielt eine Rolle. Bauteile sollten nur in speziellen Fällen mit einem hohen geometrischen Detaillierungsgrad exportiert werden, da der Datenumfang dann erheblich ansteigt. In den meisten Fällen genügt ein niedriger Detailierungsgrad.

Für die Planung und Koordination von Durchbrüchen hat sich die Nutzung von Platzhaltern bewährt, den sogenannten „Provision for Void“-Objekten. Diese lassen sich zwischen Fachmodellen inklusive aller notwendigen Informationen sowie Abmessungen austauschen. Für die Übertragung komplexer Geometrien empfiehlt sich die Design Transfer View der Version IFC 4 mit Verbesserungen im Bereich der Geometrieübersetzung. Die IFC 4 Reference View wurde speziell für Referenz-Arbeitsabläufe konzipiert, beispielsweise für Kollisionskontrollen.

Grundsätzlich gilt: Bevor eine IFC-Datei an Planungspartner weitergeben wird, ist es sinnvoll, das Exportergebnis vorher zu überprüfen. Dazu werden spezielle IFC-Viewer angeboten, mit denen die Bauwerksstruktur, An- oder Aufsichten, das 3D-Modell und die Eigenschaften von Bauteilen betrachtet werden können (z. B. Autodesk Navisworks, BIM Vision, FZK Viewer, Solibri Model Viewer oder Tekla BIM-Sight).

Die Einstellungsmöglichkeiten beim IFC-Import beschränken sich auf den Import in das native Format des jeweiligen BIM-Programms oder als Referenz respektive Link. Während ersteres eine Weiterbearbeitung der Importdaten ermöglicht, aber auch länger dauert, aufwendiger und fehleranfälliger ist, wird der schnellere und fehlertolerantere Link-Import vor allem für die Koordination von BIM-Fachmodellen genutzt. Manche BIM-Programme bieten zusätzlich die Möglichkeit, Teile des verlinkten Modells nativ zu importieren und weiterzubearbeiten. Diese und weitere Hinweise sind meist auch in den Handbüchern der jeweiligen CAD/BIM-Programme enthalten, inklusive vieler Tipps und Tricks zum IFC-Export und -Import. Beispielhaft sei hier das Revit IFC-Handbuch von Autodesk genannt [2].

Open BIM kann funktionieren, …

… wenn sich alle Beteiligten an die Regeln halten. Zwar ist der Datenaustausch per IFC, wie über alle anderen Austauschformate, an sich kein idealer Prozess, da das ursprüngliche Bauwerksmodell beim Export in das IFC-Format einen Teil seiner Intelligenz einbüßt. Außerdem werden beim IFC-Export Daten dupliziert, was Redundanzfehler begünstigt. Dennoch kann ein importiertes IFC-Modell eine brauchbare Grundlage für die weitere Planung sein, wenn Modellier-Regeln und IFC-Exporteinstellungen beachtet werden.

Dass Open BIM per IFC funktionieren kann, hat kürzlich der CAD-AVA-Datenaustausch-Test von Graphisoft belegt, der fast ausschließlich über das IFC-Austauschformat realisiert wurde (www.graphisoft.de/open-bim/open-bim-funktioniert).

Schwächen hat das IFC-Format noch im Austausch zwischen Programmen unterschiedlicher Kategorien und Fachdisziplinen, aber auch zwischen Programmen derselben Disziplin, etwa zwischen verschiedenen Architektur-, TGA-CAD- und CAFM-Programmen. Die Entwicklung neuer IFC-Versionen und die Optimierung der programmspezifischen IFC-Schnittstellen verspricht aber Besserung. Marian Behaneck

Literatur, Links

[1] Hausknecht, K.; Liebich, T.: BIM-Kompendium. Building Information Modeling als neue Planungsmethode. Stuttgart: Fraunhofer IRB Verlag, 2. überarbeitete und erweiterte Auflage, 2019

[2] Autodesk (Hrsg.): Revit IFC Handbuch. Ausführliche Anleitung für den Umgang mit IFC-Dateien. München: Eigenverlag, 2018, Download auf www.autodesk.de

[3] www.blogs.autodesk.com/bimblog/ifc IFC-Basisinfos

[4] www.baunetzwissen.de/bim Baunetz Wissen BIM

[5] www.buildingsmart.de buildingSmart Deutschland

[6] www.buildingsmart.org buildingSmart International

Die TGA-Planer Rudolph & König Ingenieure Partner aus Rostock haben bisher nur negative Erfahrungen mit IFC. Geschäftsführer Dipl.-Ing. Olaf König resümiert: „Eine Weiterverwendung von Informationen aus einer IFC-Datei der Version 2x3 ist uns bisher nicht gelungen, respektive es ist den Architekten nicht gelungen, eine brauchbare IFC-Datei zu erzeugen. Wir erhalten zwar eine erkennbare Gebäudestruktur, doch ist diese für die weitere Verarbeitung durch die von uns verwendete Software Revit nicht nutzbar. Beispielsweise benötigen wir sogenannte MEP-Räume. Das setzt voraus, dass eine geschlossene Raumhülle mit Wänden, Fenstern, Türen, Fußboden, Decke und Dach aus IFC importiert werden kann. Das funktioniert zwar bei einfachen Räumen. Bei komplexen oder individuellen Konstruktionen, Bauteilen, Wandverschneidungen etc. erhalten wir jedoch keine geschlossenen Räume und somit keine MEP-Räume. Sollte das wider Erwarten doch einmal funktionieren, sind wir skeptisch im Hinblick auf später notwendige Änderungsprozesse. Eigentlich ist ein Datenaustausch per IFC für uns immer gleichbedeutend mit einem Nachzeichnen der gesamten Gebäudestruktur. Das entspricht gegenüber einer funktionierenden Datenschnittstelle zwar einem Mehraufwand von etwa 20 %, aber nur so sind wir in der Lage, alle TGA-relevanten Daten zu erzeugen und an unsere Berechnungsprogramme zu übergeben. Wir versuchen deshalb, künftig nur noch mit Architekturbüros zusammenzuarbeiten, die ebenfalls Revit einsetzen. Das ist zwar nur Closed BIM, aber es funktioniert ohne Probleme: Wir müssen nur noch die zu übertragenden Parameter definieren. IFC ist für uns momentan nur eine nette Möglichkeit, Architektur und TGA zusammenzuführen und auf Kollisionen zu prüfen. Open BIM stellen wir uns aber anders vor. Zum jetzigen Zeitpunkt ist Open BIM mit der derzeitigen Qualität der IFC-Schnittstelle praktisch nicht realisierbar.“

Welche Praxiserfahrungen haben Sie mit dem IFC-Datenaustausch und Open BIM gemacht? Schreiben Sie uns an tga@tga-fachplaner.de. Wir werden die Zuschriften auswerten und nach Rücksprache mit den Einsendern in einer der nächsten TGA-Ausgaben veröffentlichen.