Arbeitspaket 4: Interoperabilitätsmethoden und Filtern von Informationen

Das Arbeitspaket AP4 erarbeitet die horizontalen Interoperabilitätsmethoden (Filtern, Mapping, Merging) für die Integration der Daten zwischen den verschiedenen Modellen einer Abstraktionsebene (Bauwerksmodell, Leistungsmodell, Kostenmodell etc.). Diese Methoden sind die Basis für die Gewährleistung eines effizienten Datenaustausches zwischen den Plattform-Services.

In den folgenden Abschnitten sind die wesentlichen Zwischenergebnisse aus dem Arbeitspaket AP4 im Hinblick auf die folgenden vier Projektphasen zusammengefasst:

Phase 4: Validierung und Demonstration

Die im Arbeitspaket AP4 entwickelten Filter- und Mappingkomponenten wurden bei der Ausarbeitung der unterschiedlichen Demonstrationsszenarien getestet und nochmals verbessert. Für die Generierung der jeweils erforderlichen Sichten auf die Multimodelle wurden zahlreiche Filterspezifikationen erarbeitet. Weiter ausgebaut wurden insbesondere die Filterfunktionen für IFC Gebäudemodelle, um die Qualität der Modelle zu prüfen, flexiblere Filteranfrage zu stellen und unterschiedliche Teilmodellen automatisch zu generieren.

Identifikation fehlender Brandschutzattribute durch die Qualitätsprüfung in der M2A2-Plattform, Institut für Bauinformatik, Technische Universität Dresden

Filterspezifikation
Zusätzliche Filterspezifikationen wurden zuerst für die Erstellung aufgabenspezifischer Sichten auf die Multimodelle definiert. Für die Generierung von Multimodellen zur Leistungsfeststellung und für Nachtragsangebote ermöglicht iTWO das Filtern von Mengenmodellen unter Berücksichtigung der Linkmodelle und der Mengenarten LV, VA, LE und RE (Vertragliche-Menge, Voraussichtliche Ausführungsmenge, Leistungsmenge, Rechnungsmenge) sowie von Leistungsmodellen unter Berücksichtigung der Linkmodelle und Positionsarten, wie Hauptauftrag oder Nachtrag.
Für das Projektcontrolling bietet GRANID verschiedene geometrische und ablauforientierte Sichten auf die verlinkten Modelle. Darüber hinaus können Soll-Ist-Vergleiche zwischen gleichen Fachmodellen, (z.B. mit LV- und RE-Mengen) sowie zwischen unterschiedlichen Fachmodellen (z.B. den Flächen im Gebäudemodell und dem Funktionsprogramm) erstellt werden.
In der M2A2-Plattform wurden u.a. Multimodell-Filter für die Erstellung von Analysemodellen zur Risikosimulation definiert. Diese kombinieren Modellinformationen aus Leistungs-, Termin- und Risikomodellen, um Mittelabflusspläne und potentielle Mehr-/Minderkosten und Terminänderungen zu ermitteln.

Filter- und Mappingdienste
Die Filterkomponenten für IFC Gebäudemodelle wurden für die flexiblere Anfrage, die Generierung und den Export von Teilmodellen sowie für die Modellprüfung erweitert.
Der Filterdienst BIMFit bietet neue Möglichkeiten gezielt nach Elementtypen (IfcTypeObject) und Attributsätzen (IfcPropertySets) zu filtern. Weiterhin können geometrische Operationen (z.B. Koordinatentransformation, Flächen-/ Volumenberechnung) und topologische Operationen (z.B. Nachbarschaft, Innen-/Außenlage) genutzt werden. Darüber hinaus können schemakonforme Teilmodelle exportiert werden. Für den MMC-Navigator wurden darüber hinaus Methoden für die geometrische Teilung Produktionseinheiten (z.B. Bauelementen oder zugehörige Mengen) implementiert.
In der Anwendung ViewEdit wurde das Mappingverfahrens zwischen einem EXPRESS Schema (genutzt für das Bauwerksmodell) und einem XML Schema (genutzt für die anderen Teilmodelle) umgesetzt. Basis der Entwicklung ist der Standard ISO-103030-28, der neben einer Standardkonfiguration auch Anpassungen der Mappingregeln ermöglicht.

Standardisierung
Die von AEC3 im Arbeitspaket AP4 entwickelte Beschreibungssprache für Schemafilter mvdXML ist inzwischen als allgemeiner Standard zur Beschreibung von partialen Fachmodellen von buildingSMART akzeptiert worden. International wurde ein beta-Testprogramm initiiert, um die Weiterentwicklung sowie die Nutzung des Standards zu beschleunigen. Neben der ausführlichen Dokumentation und der Bereitstellung von Beispielen wurde auch an der Umsetzung entsprechender mvdXML-Werkzeuge gearbeitet.

Phase 3: Systementwicklung und Testen

Das Arbeitspaket AP4 befindet sich zurzeit in der dritten Projektphase. Von den Projektpartnern wurden bisher die entwickelten Filter- und Mapping-Verfahren zur Auswahl, Verknüpfung und Weiterverwendung von Multi-Modell-Informationen für unterschiedliche Anwendungsbereiche umgesetzt. Darüber hinaus wurden verschiedene Möglichkeiten für die Bereitstellung und den Einsatz der Filter- und Mapping-Technologien auf der Mefisto-Plattform realisiert.

Mengenvergleiche auf Basis von Multimodell-Filterregeln, RIB Information Technologies AG


Die obige Abbildung zeigt exemplarisch das Ergebnis eines Multi-Modell-Filters zur Auswertung von Soll- und Ist-Mengen für bestimmte Bauwerksabschnitte und Leistungsbereichen.

Filter und Mappings für Multi-Modelle
Die Technologien für die Auswahl und den Einsatz von Planungsinformationen aus unterschiedlichen Multi-Modellen wurden von den Forschungs- und Softwarepartnern in unterschiedlichen Softwarekomponenten umgesetzt. Ein Schwerpunkt war dabei die Auswahl und Verknüpfung von Ifc-Bauwerkselementen und die Überführung zugehöriger Geometrie-, Mengen- und Qualitätsinformationen. Zusätzlich zu den Erweiterungen der Import- und Exportschnittstellen bei den Projektpartnern RIB und SOL wurden verschiedene Softwarekomponenten entwickelt für die, in der Bauablauf- und Baustellenplanung, in der Bauablaufsimulation, im Projektcontrolling und in der Risikosimulation benötigten Modelltransformationen.
Beim Projektpartner GIB wurde der Import von Bauwerksinformationen in Objektbücher und andere Fachmodelle beispielsweise durch konfigurierbare Transformationsregeln umgesetzt. Vom Projektpartner CIB wurde die Multi-Model Assembly and Analyzing Platform (M2A2) um grundlegende Schnittstellenfunktionen erweitert, welche für die Implementierung von Modellfiltern, Modell-Mappings und Objektselektionen bei IFC Bauwerksmodellen dienen. Beim Projektpartner RIB wurden weiterhin die Spezifikationen für dynamische Auswahlgruppen ergänzt und die entsprechenden Softwarekomponenten erweitert. Über ein Regelwerk werden Elemente des Bauwerksmodells dem Leistungs- und Vorgansmodell zugordnet und erlauben somit einen schnellen und effizienten Änderungsdienst.

Filter- und Mapping-Dienste
Zur Unterstützung der multi-modellbasierten Planung und Projektabwicklung können die Filter- und Mapping-Technologien über Webdienste auf der Mefisto-Plattform veröffentlicht werden. Mit der Bereitstellung von Modellfiltern und -Mappings durch zentrale Multi-Modell-Management-Dienste kann zum Einen die einheitliche Verarbeitung der Multi-Modelle z.B. bei der Erstellung bestimmter Modellsichten bei unterschiedlichen Projektpartnern gewährleistet werden. Zum anderen können einzelne Softwareanwendung durch die Einbindung der Dienste zusätzliche Import-/Export und Filterfunktionalitäten anbieten.
Für die Multi-Modell-Management-Dienste auf der Mefisto-Plattform wurde eine einheitliche Webservice-Schnittstelle definiert. Der Aufruf der Dienste sowie der Austausch der entsprechenden Quell- und Zielmodelle erfolgt dabei durch den Multi-Modell-Container, welcher hierfür um weitere Meta-Informationen zur Konfiguration der Filter- und Mapping-Funktionen erweitert wurde.

Filtern und Mappen von Fachmodellschemas
Für die Definition von Schemas für partiale Sichten oder alternative Formalisierungen der im Arbeitspaket AP1 erarbeiteten Fachmodelle wurden verschieden Entwicklungswerkzeuge überarbeitet und ergänzt. Das ViewEdit Werkzeug wurde vom Projektpartner AEC3 entsprechend der Erweiterungen der GMSD-Spezifikationen ergänzt, um sowohl die Generierung von Partialmodellen auf der Schemaebene als auch das Filtern von Modellsichten auf der Ebene der instanziierten Modelle zu unterstützen. Darüber hinaus wurde ein Mappingverfahren für die Überführung der gefilterten EXPRESS Schemas in ein entsprechendes XML Schema auf Basis des ISO-10303-28 Standards umgesetzt. Die umgesetzten Filter- und Mapping-Verfahren wurden bei der Definition der XML-Schemas für Vorgangsmodelle und Baustellenmodelle auf der Basis von IFC 2x4 erfolgreich getestet.

Standardisierung
Die Beschreibungssprache mvdXML für Schemafilter wurde durch den Projektpartner AEC3 bei der buildingSMART eingereicht, um als allgemeiner Standard zur Beschreibung von partialen Fachmodellen eingesetzt zu werden. Die Mappingmethode, die ein partiales und optimiertes XML Schema erzeugt, wurde als Simple ifcXML vorgestellt und wird als eine standardisierte Methode zur Erzeugung von Fachmodellen derzeit diskutiert.

Phase 2: Ausarbeitung und Spezifikation

Für das Filtern von Elementar- und insbesondere Multi-Modellen wurden einheitliche Verfahren zur Spezifikation und Ausführung von Filtern ausgearbeitet. Zur Umsetzung der Filter wurde von den Forschungs- und Softwarepartnern mit der Erweiterung bestehender Filtersprachen sowie mit der Anpassung und Implementierung von entsprechenden Filtermaschinen begonnen.

Elementarmodell-Filter in der M2A2-Plattform, Institut für Bauinformatik, Technische Universität Dresden


Innerhalb der M2A2-Plattform (TU Dresden) wurden Erweiterungspunkte geschaffen, um Filter für Elementarmodelle zu implementieren. Hierbei kann es sich um generische Filtermethoden wie bspw. XPath für XML-basierte Modelle (vgl. XPath-Abfrage für GAEB-XML, Fenster Mitte) handeln, aber auch um komplexe Filteralgorithmen wie parametrisierbare Typfilter für IFC-Modelle (vgl. rechtes Fenster). Korrespondierend zur Spezifikation der Multimodell-Struktur liefern alle Filter IDs der Ergebniselemente (vgl. Fenster Mitte und rechts, unterer Bereich) zur direkten Weiternutzung in Link-Modellen.

Filtermethoden
Von den Projektpartnern CIB und AEC3 wurden Erweiterungen der Filter-Sprache GMSD und des Filter-Editors ViewEdit vorgenommen. Neben dem Filtern von EXPRESS-basierten Fachmodellen auf Schemaebene wird damit sowohl das Filtern von Teildatenmodellen aus instanziierten Modellen als auch die Wiederverwendung vorgefertigter und parametrisierter Teilfilter unterstützt. Beim Projektpartner RIB können mit der Erweiterung des Verfahrens um dynamischen Auswahlgruppen darüber hinaus die gefilterten Elemente eines Fachmodells über ein Regelwerk einem anderem Fachmodell zugordnet werden. Im Mittelpunkt stand dabei insbesondere die Verlinkung von Bauwerk- und Mengeninformationen mit LV-, Kosten-, Termin- und Prozessinformationen.

Mappingmethoden
Für die Transformation von Fachmodellen wurde ein einheitliches Mappingverfahren entworfen. Als Grundlage für ihre Umsetzung wurden von den Forschungs- und Industrie-Projektpartnern verschiedene Mappingtechnologien für den interoperablen Austausch der Fachmodelle weiterentwickelt. Im Fokus der Arbeiten stand dabei weiterhin das Bauwerksmodell in IFC-SPF und sein alternativen internen (SolidWorks, GRANID) und externen (IFC-XML, CPI-XML) Repräsentationen.

Inhalte von Multi-Modellen
Parallel zu Entwicklung von Filter- und Mapping-Methoden wurde von den Praxispartnern überprüft, um welche Angaben die Fachmodelle ergänzt werden müssen um ein effektives Filtern und Transformieren zu gewährleisten. Ein Schwerpunkt war dabei der Einsatz von Filtern und Mappings als Interoperabilitätsmethoden zur Aufbereitung der Fachmodelle zur Logistik- und Montagesimulation.

Phase 1: Anforderungen und Konzeption

Ausgehend von den in den Anwendungsszenarien identifizierten horizontalen Modellabhängigkeiten wurden Anforderungen an die Filter- und Mapping-Methoden zur Erstellung und Verwendung von Multi-Modellen erarbeitet.

Systematik von Filterfunktionen, Institut für Bauinformatik, Technische Universität Dresden


Dabei wurden theoretische Grundlagen von Filtertechnologien herangezogen und erweitert. Die obige Abbildung zeigt die Systematik von Filterfunktionen und die Abhängigkeit der höherwertigen, anwendungsspezifischen Filterfunktionen von den generischen, datenstrukturspezifischen Filtermechanismen.

Filtern von Multi-Modellen
Erster Schwerpunkt der Untersuchungen war die Identifikation und Generierung von gefilterten Modellsichten, die für einzelne Nutzer gezielt ausgewählte Teile eines Fachmodells oder eines Multi-Modelles (Multi-Modell-Sicht) zusammenstellen. Auf der Basis der Anwendungsszenarien wurden für die unterschiedlichen Planungs- und Controlling-Prozesse zunächst die erforderlichen Eingangsinformationen für die einzelnen Fachmodelldomänen erarbeitet. Darüber hinaus wurde der Einsatz unterschiedlicher Methoden und Technologien zum Definieren (auf Klassenebene) und Filtern (auf Instanzebene) von entsprechenden Modellsichten für die unterschiedlichen Fach- und Multi-Modelle untersucht.

Mapping von Multi-Modellen
Untersuchungsschwerpunkt lag hier auf den erforderlichen Modelltransformationen für den Austausch von Fachmodellen zwischen unterschiedlichen Softwareanwendungen, wie beispielsweise der Austausch von Terminplänen beim AG, beim AN und in der Simulation sowie von Bauwerksmodellen zwischen den Anwendungen SolidWorks, GRANID und iTWO. Darüber hinaus wurden die Anforderungen an die Überführung von Modellinformationen in Fachmodelle weiterer Fachmodelldomänen, wie beispielsweise der Domäne der Ablaufsimulation ausgearbeitet.

Teilaufgaben des AP4

Anforderungen an die Interoperabilitätsmethoden

Ziel der zu entwickelnden Interoperabilitätsmethoden ist ein universell einsetzbares Verfahren, dass die selektive Modelltransformation unterstützt. Dabei ist zunächst eine geeignete Abstraktionsebene auf Meta-Modellebene unter Berücksichtigung des aktuellen Stands der Technik zu finden, die die konzeptionelle sowie technische Basis für die weiteren Entwicklungen bildet. Die abgeleiteten Anforderungen sollen auch Aussagen zur notwendigen bzw. erreichbaren Flexibilität des Gesamtverfahrens treffen, die mit der geforderten Funktionalität und Robustheit in Einklang zu bringen sind.

Entwicklung des Mappingverfahrens

Die Formalisierung und Umsetzung von Abbildungsvorschriften erfolgt auf Basis von Mapping-Mustern. Das Mappingverfahren konzentriert sich auf die Zerlegung in einzelne Mappingmodule, die hierfür notwendigen Schnittstellenspezifikationen, die Aufbereitung der Ergebnisse, die Entwicklung einer ausführbarer Mappingengine und die notwendige Softwareumgebung zur Ausführung der Mappingmodule in Form eines Mapping-Service.

Entwicklung des Filterverfahrens

Das zu entwickelnde Filterverfahren beschreibt die benötigten Informationen auf Basis des Zielmodells und bindet die hierfür notwendigen Mappingmodule in die Gesamtdefinition ein. Modellfilter werden sowohl für das Zielmodell (zur Beschreibung der Anforderungen) als auch für das Quellmodell (zur Auswahl relevanter Daten) benötigt. Für die Konfiguration der wiederverwendbaren Filter wird ein eigenständiges unterstützendes Werkzeug entwickelt, das die interaktive Filterdefinition und –validierung übernimmt.

Kombination der Mapping- und Filtermodule zu einem konfigurierbaren integrierten Interoperabilitätsmodul

Die entwickelten Mapping- und Filtermodule werden in dieser Teilaufgabe zu einem integrierten Interoperabilitätsmodul zusammengeführt, das in der Lage ist, die im Zielfilter definierten Datenanforderungen aus einem auszuwählenden Quellmodell in der gewünschten Datenstruktur bereitzustellen. Verschiedene Aspekte werden berücksichtigt.

Umsetzung für ausgewählte Datenstrukturen

Die entwickelten Filter und Mappingmethoden werden in der beigesteuerten Software verschiedener Projektpartner als Prototypen für die Verwendung im Testbed implementiert. Insbesondere handelt sich hier um den Abgleich der verschiedenen Sichten der Ausführungsplaner (SOL, SP), Bauherrn (GIB) und Bauunternehmer (RIB) auf horizontaler Ebene. Zudem wird eine Standardschnittstelle für externe Planer implementiert, auf der das zu Grunde liegende Bauwerksmodell als Kern-Teilmodell importiert wird.

AP-Leiter:

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Technische Universität Dresden
Fakultät Bauingenieurwesen
Institut für Baubetriebswesen
Kontakt:
Dr.-Ing. Peter Katranuschkov
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