Последнее время на территории России и не только все чаще можно слышать такие понятия как: информационное моделирование, BIM (Building Information Modeling), ТИМ, информационная модель, BIM-менеджер и другие. Это связано с модернизацией строительной отрасли в сторону цифровизации по поручению президента Российской Федерации. Непосредственно с термином «технология информационного моделирования» связано такое понятие как IFC.
В данной статье мы познакомимся с основополагающим форматом обмена данными в области информационного моделирования: откуда появился формат IFC, для чего предназначен данный формат, как его можно использовать при проектировании и при обмене данных согласно концепции openBIM, на примере BIM-системы Archicad.
Появление формата IFC
Итак, что же такое формат IFC? IFC - Industry Foundation Classes, формат данных с открытой спецификацией, которая хранит все основные характеристики, которые описывают общие и универсальные данные информационной модели (Рисунок 1). Формат IFC предназначен в основном для передачи информационной модели из одного программного обеспечения в другое путем настройки импорта/экспорта в этих программах. Но об этом чуть позже. Начнем с истории.
В начале девяностых годов была поставлена задача по созданию такого формата данных, который мог бы вместить в себя данные архитектуры и проектирования, которые бы не противоречили друг другу. Помимо этого, целью создания был свободный обмен данными между инженерами и архитекторами, занимающимися проектированием в разных программных комплексах. Данный формат был разработан изначально консорциумом International Alliance for Interoperability (IAI), который был создан в 1995 году европейскими и американскими архитектурными, конструкторскими и инженерными бюро в тесном взаимодействии с разработчиками программного обеспечения для лучшего взаимодействия между разными программными комплексами. С 2005 года формат IFC разрабатывается и поддерживается BuildingSMART International. Формат IFC был зарегистрирован Международной организацией по стандартизации (ISO) в 2005 году и принят в качестве официальной нормы в области информационного моделирования, но довольно часто он используется только для внутренних нужд компании, а в Российской Федерации пока используется в ограниченном числе проектов (Рис.2).
Стоит отметить, что консорциум BuildingSMART также был инициатором создания общего подхода к концепции совместного проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений на основе открытых стандартов и процессов – концепция openBIM. Данный формат взаимодействия обеспечивает универсальный подход к контролированию различной информации в проекте. openBIM в своей основе создает общий язык для широко используемых процессов. Также концепция openBIM предоставляет надежный набор процессов и схем данных для использования в течение всего жизненного цикла проекта, избегая в будущем возможных ошибок.
IFC в настоящее время является нейтральным форматом, то есть не принадлежит и не контролируется ни одним из производителей программного обеспечения в области САПР. Стоит отметить, что программа Archicad от венгерского разработчика GRAPHISOFT является первым из основных лидирующих BIM-систем, которая стала поддерживать формат IFC.
Формат IFC соответствует международному стандарту ISO 16739-1:2018. Также за формат IFC отвечают три стандарта (Рисунок 3):
- ISO 16739 (IFC) Отраслевые базовые классы. Данный стандарт определяет базовые классы для обмена информацией.
- ISO 12006-3 (IFD) Словари взаимосвязанных данных. Этот стандарт определяет какие данные будут храниться в структуре файла.
- ISO 29481 (IDM). Руководство по доставке информации. Рассматривает отдельные процессы и отображает их, чтобы понять, что и когда должно происходить. Стандарт определяет требования к информации, необходимой для конкретного процесса.
Основные задачи, которые можно решить с помощью формата IFC
Основная задача, которую решает формат IFC – передача данных между различными пользователями и программными комплексами без потери данных. Пользователи могут обмениваться данными в формате IFC на уровне моделей со смежными специалистами. Информационные модели зданий можно экспортировать в десятки других систем, поддерживающих IFC. IFC проявляется в этом контексте в качестве модели данных перевода, в формате, который «никому не принадлежит», доступном для определения объектов в сфере архитектурного и технического проектирования и строительства. Тем не менее, это не стандартизирует структуры данных в программных приложениях, и ограничивается только стандартизациями совместно используемой информации.
Еще одной из основных задач работы с IFC-форматом является контроль: сам формат данных файла позволяет контролировать информацию, время и сроки строительства, материальные средства. Контроль осуществляется максимально просто благодаря структуре файлов, заложенной международными разработчиками. Так как вся структура соответствует международным стандартам, то и выявить отклонение от нормы не составит большого труда.
Другая важная функция – это создание независимой изменяемой САПР-среды на самом объекте, который бы объединял большое количество подрядчиков. Различные проектировщики и архитекторы смогут использовать различные САПР – системы, собственные ERP – системы без потери каких-то важных данных, и, что более главное – информация будет унифицирована. То есть будет происходить эффективное взаимодействие между разными отделами проектирования.
Помимо вышеперечисленного можно легко контролировать зону ответственности и авторских прав. При передаче документов проекта на следующий этап разработки, будут передаваться лишь данные, необходимые на следующем этапе проекта, то есть данные, внесенные в формат до передачи, нельзя будет изменить, а лишь дополнить. Данная функция будет полезна при проектировании каких-то масштабных, международных проектов. (Рисунок 4)
Структура формата IFC
В формате IFC хранятся данные о геометрии проекта и о ее информационной составляющей. В описание геометрии включается большое количество атрибутов и дополнительных свойств. Каждый атрибут несет в себе информацию об определенном объекте (IfcWall – стена, IfcBeam – балка, всего 25 структурированных элементов). Помимо информации о самом объекте, может храниться информация и о свойствах объекта (Ifcmaterial – строительный материал), слоях (IfcPresentationLayerAssignment) и других характеристиках, которые не могут быть подвергнуты редактированию.
Каждый строительный элемент модели должен иметь свою сущность в формате IFC, для этого BIM-менеджеры разрабатывают специальные таблицы спецификаций, в которых учтены всевозможные типы и элементы с сопутствующими атрибутами для каждого элемента (Рисунок 5). Такая таблица в дальнейшем поможет при обмене данными между разными программными комплексами, поддерживающими работу с IFC форматом.
В готовом файле IFC формата будут храниться данные об объекте, с помощью которых можно провести анализ модели на разных жизненных циклах объекта. Эти данные не подразумевают под собой редактирование их напрямую из файла. То есть, если открыть файл формата IFC через текстовый редактор - мы увидим большое количество параметров (идентификаторов), заданных на английском языке. По большему счету это файл со структурированными данными по одному конкретному объекту. Информацию о любом объекте можно добавить в файл с форматом IFC, но для этого изначально нужно вручную работать со «схемой» проекта. Самое главное при внесении данных в структуру файла – это их единообразие и соответствие всем стандартам того или иного государства или предприятия. Технические данные элементов объекта должны одинаково интерпретироваться во всех процессах и программах. Для этого была создана специальная библиотека терминов и определений для строительной продукции Building Smart DATA Dictionary (bSDD), которая по сей день пополняется техническими терминами и определениями из стандартов различных государств. Специалисты bSDD вносят термины и определения, которые контролируются по правилам ISO 23386 & ISO 23387. Это делается для того, чтобы было единство понимания вне зависимости от региона строительства. Для добавления новых терминов и понятий необходимо, чтобы они полностью соответствовали высоким требованиям стандартов, а также могли поддерживаться в какой-либо схеме формата IFC. То есть разработчиками стандарт IFC изначально сформирован как динамически развивающаяся структура взаимосвязанных данных. С момента появления первой версии выпущено уже 13 вариантов.
В настоящее время существует несколько актуальных схем формата IFC. Самые распространенные из них IFC - 2х3 и IFC4 ADD2.
Чтобы открыть файл формата IFC подойдет даже текстовый редактор с поддержкой синтаксиса (notepad++). С помощью текстового редактора можно посмотреть на структуру файла и прочитать ее (Рисунок 3). Из примера можно понять, что проект хранит в себе элемент Колонна (тип IFCCOLUMN), которая имеет определенную форму и выполнена из определенного материала.
Но, разумеется, текстовый редактор является не основным инструментом для работы с форматом IFC. Чтобы увидеть графическое представление модели и информацию о каждом элементе – понадобятся специализированные BIM – системы, такие как Archicad, Revit, Tekla, либо такие IFC - просмотрщики, как Solibri, Trimble Connection, XbimXplorer, Nemtsechek IFC Viewer.
Все объекты в структуре IFC подвержены строгой иерархии. Так, самый верхний уровень – проект (IfcProject), его подуровень - местность (IfcSite), дальше следуют уровни здание и этаж (IfcBuilding, IfcFloor). Каждое прикладное программное обеспечение сможет распознать эти уровни. (Рисунок 8). И соответственно к каждому этажу принадлежат определенные сущности (Стены, Плиты перекрытия, колонны, балки).
Сферы применения формата IFC
На текущий момент формат IFC применяется в строительной отрасли при обмене информационными моделями между различными BIM - программами от различных разработчиков, например: Archicad, Nanocad, Tekla Structures, Revit, Renga и других. Файлы, экспортированные в формате IFC, могут быть импортированы в любую из программ, поддерживающих данный формат. Стоит отметить, что применение IFC нецелесообразно для будущих изменений в проекте, его неэффективно редактировать, так как в дальнейшем при импорте/экспорте могут возникнуть проблемы.
Разумеется, IFC может применяться на всем жизненном цикле капитального объекта: проектирование, закупки, строительство и эксплуатация. Но на практике формат IFC в первую очередь используется на стадии проектирования, и только постепенно вводится использование формата при строительстве и начинается использование на этапе эксплуатации. Чем больше будет использован формат IFC в проекте, тем шире будут возможности его применения. Это поможет моделировать ситуации, управлять информацией в реальном времени и быть готовым к предупредительным или капитальным ремонтам объектов и оборудования. С помощью различных программ можно проанализировать и контролировать определенные процессы. Эффективность метода будет довольно сильно зависеть от глубины проработки проекта для экспорта в формат IFC.
К сфере применения формата IFC также можно отнести государственную экспертизу. Уже существуют разработанные стандарты и требования по принятию информационной модели у Московской государственной экспертизы и Центра государственной экспертизы в Санкт-Петербурге, в которых регламентировано, что BIM-модели должны быть переданы в экспертизу в формате IFC с открытой спецификацией. При прохождении государственной экспертизы информационной модели переданные в формат IFC данные будут принимать непосредственное участие. Сами аудиторы не могут вносить изменения в формат, так как IFC является статичным. Таким образ, перед передачей проекта на экспертизу проектировщик должен подойти максимально ответственно к созданному структурированному файлу (Рисунок 9).
Работа с форматом IFC на примере BIM-системы Archicad
Рассмотрим работу с данным форматом на примере одной из самых популярных BIM-систем – Archicad. Archicad полностью поддерживает работу с форматом IFC как на импорт, так и на экспорт. При разработке проекта в программе в собственном формате PLN все созданные элементы могут быть переданы в формат IFC, т.е. можно быть уверенным, что смежные специалисты, которые работают в других BIM-системах смогут открыть и посмотреть информационную модель.
При работе с элементами в Archicad существует строгая классификация объектов. Каждый элемент в базе соответствует элементам в структуре IFC, то есть элемент созданный в Archicad, например «стена» - в структуре IFC также будет отображаться как «стена» (Рисунок 10).
И если открыть выгруженный IFC из Archicad, например в Solibri для проверки, то мы увидим, что программа поняла, что это стена и прочитала все заложенные свойства из этого элемента (Рисунок 11).
По необходимости пользователь может моделировать элементы любыми инструменты, а после его правильно классифицировать. Т.е. эта же стена может стать, например, колонной для других BIM-систем. Это удобно, например, в случае если лестница была смоделирована с помощью обычных перекрытий, но каждая BIM-система должна понять, что это именно лестница, а не перекрытие (Рисунок 12).
Также у каждого элемента будет свой определенный перечень свойств: свойства Archicad, свойства, которые настроил пользователь через Менеджер Свойств, и IFC-свойства. Все эти свойства могут быть переданы вместе с элементами в IFC. Чтобы предварительно увидеть весь перечень передаваемых свойств можно воспользоваться удобным инструментом Менеджер IFC проекта. Сам менеджер показывает ту самую иерархическую структуру файла, о которой мы говорили ранее. Менеджер проекта помогает глубоко настроить и редактировать схему IFC. При необходимости через Менеджер можно задавать новый свойства элементам или редактировать уже настроенные (Рисунок 13).
В проекте есть Стена, которая расположена на 1-ом этаже и которая имеет определенный набор свойств. Все эти свойства можно просмотреть в Менеджере.
Основные функции Менеджера IFC в программном комплексе Archicad:
- Просмотр иерархии всех определений IFC-модели, создаваемых на основе проекта Archicad (включая импортированные IFC-данные).
- Просмотр всех IFC-данных, доступных для элементов проекта.
- Созданием новых IFC-данных (специальных IFC-свойств и Ссылок на Классификацию) для любого элемента модели.
- Группирование элементов или назначение элементам определений (называемых IFC-назначениями) и управление их IFC-данными.
- Управление назначенными элементам Типами Продуктов IFC, а также их IFC-данными.
- Обновление IFC-модели в соответствии с изменениями проекта Archicad.
- Упрощенная навигация между моделями Archicad и IFC.
Помимо создания и редактирования новых свойств, в Archicad имеется возможность импортирования и экспортирования модели для дальнейшей передачи в другие программные комплексы без потери основных данных (Рисунок 14). Для этого существуют уже преднастроенные IFC-трансляторы, которые учитывают основные моменты в импорте/экспорте проекта, такие как: варианты IFC-схемы, преобразование геометрии, и другие. При необходимости трансляторы могут быть настроены пользователем вручную.
Файлы, которые можно получить при экспорте модели можно также проанализировать в просмотрщике файлов формата IFC. Файл IFC, который был создан в Archicad из какого-либо проекта можно с легкостью экспортировать в другой программный комплекс, который поддерживает работу с IFC-форматом, например nanoCAD СПДС. Все свойства, которые были заданы в Archicad, будут отображаться в структуре IFC файла в nanoCAD. При импорте данных nanoCAD преобразует IFC-объекты архитектуры в собственные библиотечные объекты СПДС (Рисунок 15).
Вывод
На основании вcего вышесказанного, хочется сделать вывод о том, что в настоящее время формат IFC является довольно востребованным в области промышленно-гражданского строительства, без него нельзя представить ни один программный комплекс, связанный с информационным моделированием. Каждая BIM-система не может считаться полноценной, если не имеет в своем функционале поддержки формата IFC, так как там хранятся основные данные, которые необходимы будут для дальнейшего проектирования, разработки инженерных систем или же архитектуры.
Формат IFC постоянно дорабатывается, в него добавляются новые атрибуты и свойства, которые будут передавать новую важную информацию. С каждым годом IFC показывает всю большую свою эффективность в создании проектов с применением информационного моделирования, является основным форматом для обмена данными в сфере проектирования. Также в дальнейшем необходимо развивать и внедрять этот формат при проектировании объектов на территории России при выполнении работ с использованием BIM-технологий.
Можно с уверенностью сказать, что IFC максимально прогрессивный формат для обмена данными, за которым стоит дальнейшее развитие информационного моделирования!