Integration von Geobasisdaten nach BIM/IFC: ein Open-Source-Ansatz für die Daten der Amtlichen Vermessung Schweiz (cs2bim)

Im Forschungsprojekt «cs2bim» wird im Rahmen eines Direktauftrag ein open-source-Ansatz entwickelt, welches die Modelltransformation der amtlichen Vermessungsdaten der Schweiz von 2D nach 3D, flächendeckend für die Schweiz zur Verfügung stellt.

In der Bau- und Infrastrukturbranche verzeichnet Building Information Modelling (BIM) ein signifikantes Wachstum. Für den Datenaustausch innerhalb dieses Sektors hat sich Industry Foundation Classes (IFC) als Austauschformat durchgesetzt. Die Geodaten von Bund und Kantonen, insbesondere die Daten der amtlichen Vermessung (AV), sind aktuell jedoch nicht oder nur spärlich im IFC-Format verfügbar. Hauptherausforderungen für die Bereitstellung von Geodaten im IFC-Format sind die zumeist fehlende dritte Dimension sowie fehlende Standards für die Modelltransformation. In diesem Forschungsprojekt wird ein Ansatz vorgestellt, der darauf abzielt, den Austausch von Daten der amtlichen Vermessung zu vereinfachen und die Nutzbarkeit von Geodaten für BIM-Projekte deutlich zu verbessern. Als Basis für den Proof of Concept (PoC) wurde ein generisches Lösungskonzept für die Modelltransformation und eine offene Systemarchitektur entwickelt, welche im Prinzip auf beliebige Geodaten anwendbar ist. Für die Geometriekonvertierung wurde ein Ansatz entwickelt, der 2D-Geodaten auf das digitale Terrain projiziert und dadurch die Informationen der dritten Dimension wiederherstellt. Der im Rahmen eines PoC implementierte prototypische Dienst wurde auf den Geobasisdaten Grundstücke und Bodenbedeckung getestet und dessen Praxistauglichkeit deutlich demonstriert.

Die stetig zunehmende Anwendung der BIM-Methode im Baubereich erhöht die Notwendigkeit einer einfachen, hindernisfreien Integration von Geodaten in die BIM-Systeme. Geodaten sind eine wichtige Grundlage für alle Planungs- und Bauprojekte sowie auch für viele Betriebsaspekte von Bauwerken.

Der Bezug von Geobasisdaten (Art. 3 GeoIG) erfolgt aktuell vorwiegend über Stellen und Dienste, welche Teil der Nationalen Geodateninfrastruktur der Schweiz (NGDI) sind. Die NGDI ist ein System zur Bereitstellung von Geobasisdaten, welche politischen, institutionellen und technologischen Massnahmen auf allen Stufen der öffentlichen Verwaltung, insbesondere Bund und Kantone, umfasst (“BOTSCHAFT 06.077” 2006). Als Teil der NGDI wird von den Kantonen eine technische Plattform betrieben (“Geodienste.ch”), in welcher ausgewählte Geobasisdaten der Kantone harmonisiert bereitgestellt werden.

Der Betrieb von “Geodienste.ch” wird von der Konferenz der kantonalen Geoinformations- und Katasterstellen (KGK) sichergestellt.

Um die Geobasisdaten im Rahmen von BIM-Projekten nutzbar zu machen, sollen diese über die Plattform “Geodienste.ch” im offenen und weit verbreiteten Format IFC (Industry Foundation Classes, (ISO 16739-1 2024)) bereitgestellt werden. Die KGK, als Betreiberin der Plattform “Geodienste.ch”, hat daher einen Proof of Concept (PoC) mit dieser Funktionalität erarbeiten lassen. Zur Erreichung dieses Ziels stellen sich verschiedene Herausforderungen:

• 2D/3D: Die zentrale Herausforderung stellt die in der Regel fehlende dritte Dimension (3D) der Geodaten dar.
• Geometrie-Datentypen: Neben der Dimensionalität der Geometrieobjekte ist auch die Definition der Datentypen für Geometrieobjekte in GIS- und BIM-Systemen nicht einheitlich.
• Informationsanforderungen und Mapping IFC: Aktuell fehlen einheitliche Vorgaben, wie Geodaten im BIM-Kontext und insbesondere im Datenmodell von IFC bereitgestellt werden sollen.
• Standardisierung/modellbasierte Methode: Die in der Schweiz konsequent verfolgte modellbasierte Methode zur Beschreibung, Erfassung und Bereitstellung von Geodaten auf der Basis von INTERLIS (ECH-0031 ILIREFMAN 2024) hat zu einer systematischen und klaren Spezifikation der verfügbaren Geobasisdaten geführt.

Die nachfolgende Abbildung (Abb. 2) zeigt, die im PoC realisierte, konzeptuelle Systemarchitektur. Die einzelnen Komponenten werden nachfolgend detailliert erläutert. Der Programmcode der Applikation ist in Python geschrieben, wobei verschiedene spezialisierte Bibliotheken genutzt werden. Der ganze Dienst wird über einen Docker-Container verteilt und installiert.

Die zu transformierenden Geobasisdaten liegen in einer PostGIS-Datenbank vor. Die räumlichen Informationen werden als Well-Known Text (WKT) Repräsentation (ISO 19125-1 2006) direkt von der Datenbank bezogen. Der Zugriff auf diese Geodaten kann dank vollständiger Konfiguration für beliebige Geodatenstrukturen erfolgen und ist somit offen für eine Nutzung über die amtliche Vermessung hinaus. Die Bereitstellung der Geodaten in der Datenbank bedarf eines separaten Präprozess mit dem Standardwerkzeug ili2pg als Teil von ili2db (Eisenhut et al. 2024). Das Tool erlaubt den Import beliebiger Geodaten im INTERLIS-Format automatisiert in eine PostGIS Datenbank.

Das digitale Terrainmodell der Schweiz, swissALTI^3D (Bundesamt für Landestopografie swisstopo 2022b), liegt als gleichmässiges Punktraster im Abstand von 0.5m oder 2m über die gesamte Schweiz vor. Die Daten werden direkt über eine Web-API von einem zentralen Dienst der Bundesgeodateninfrastruktur als ASCII-Datei bezogen. Die bezogenen Daten werden nicht gespeichert, wodurch der Datenbezug für jede Verarbeitung erneut erfolgt.

Als wesentlicher Eingabeparameter wird ein Bearbeitungsperimeter als Flächenobjekt im WKT-Format übergeben. Der Perimeter dient als räumlicher Operator zur Ermittlung der zu verarbeitenden Daten der amtlichen Vermessung und des abzurufenden Ausschnitts des DTM. Zusätzlich zum Perimeter kann als weiterer Parameter die zu erzeugende IFC-Version bestimmt werden. Aktuell werden die Versionen 4 und 4.3 unterstützt. Ebenfalls kann ein Projektnullpunkt in Schweizer Landeskoordinaten (LV95/LN02, EPSG: 2056/5728) definiert werden. Wenn ein Projektnullpunkt übergeben wird, werden die finalen Geometrien um diese Translation reduziert. Die Spezifizierung einer Rotation des Koordinatensystems ist aktuell nicht möglich.

Des Weiteren kann durch Angabe eines maximal zulässigen Höhenfehlers definiert werden, wie stark die finalen 3D-Oberflächen vereinfacht werden sollen. Dies ist hinsichtlich der Nutzung der 3D-Oberflächen in BIM-Systemen, welche oft schlecht mit grossen Datenmengen umgehen können, von hoher Relevanz.

Der entwickelte Dienst ist unter dem folgenden Link öffentlich verfügbar: https://github.com/idibau/cs2bim

Paper Dreiländertagung 2025: folgt