Manual:BIM modeling/de

BIM steht für Bauwerksdatenmodellierung. Die exakte Definition, was damit gemeint ist, variiert, aber vereinfacht gesagt handelt es sich darum, wie Gebäude und andere große Strukturen wie Brücken, Tunnel, etc. heutzutage modelliert werden. BIM-Modelle basieren normalerweise auf 3D-Modellen und enthalten auch eine Reihe von zusätzlichen Informationsschichten, wie Materialinformationen, Beziehungen zu anderen Objekten oder Modellen oder speziellen Anweisungen für Gebäude oder Wartung. Diese zusätzlichen Informationen erlauben alle Arten von erweiterten Analysen des Modells, wie struktureller Widerstand (structural resistance), Kosten und geschätzte Bauzeit oder Berechnungen des Energieverbrauchs.

Der FreeCAD Arch-Arbeitsbereich enthält eine Reihe von Werkzeugen und Möglichkeiten für die BIM-Modellierung. Obwohl es einem anderen Zweck dient, arbeitet es in enger Integration mit dem Rest von FreeCAD: Alles, was mit einem anderen Arbeitsbereich erstellt wurde, kann zu einem Arch-Objekt oder Grundlage für ein Arch-Objekt werden.

Wie im PartDesign-Arbeitsbereich sind mit dem Arch-Arbeitsbereich erstellte Objekte für die reale Welt gedacht. Daher müssen sie solide (solid) sein. Die Arch-Werkzeuge achten normalerweise automatisch darauf und bieten auch Hilfswerkzeuge zur Prüfung der Gültigkeit von Objekten.

Der Arch-Arbeitsbereich enthält auch alle Werkzeuge des Draft-Arbeitsbereichs und verwendet das Raster und das Einrastsystem. Bevor wir anfangen, sollten wir vorher die Einstellungen von Arch und Draft ansehen und die Standardvorgaben an unsere Wünsche anpassen.

In diesem Kapitel werden wir sehen, wie dieses kleine Gebäude modelliert wird:



und einen Plan und eine Schnittansicht davon erstellen:




 * Erstelle ein neues Dokument und wechsle zum Arch-Arbeitsbereich.
 * Öffne das Menü Bearbeiten -> Einstellungen -> Draft -> Raster und einrasten und setze den Rasterabstand auf 1000mm, so dass wir ein Raster von 1 m haben, das passend zur Größe unseres Gebäudes ist.
 * In der Entwurfs-Einrastung-Symbolleiste muss der [[Image:Snap_Grid.png|16px]] Gitternetz umschalten-Button aktiviert sein, so dass wir das Raster so oft wie möglich nutzen können
 * Setze mit Ebene markieren die Arbeitsebene auf "XY"
 * Zeichne vier Linien mit dem [[Image:Draft_Line.png|16px]] Linie-Werkzeug. Du kannst die Koordinaten manuell eingeben oder einfach mit der Maus die Punkte auf dem Gitter wählen:
 * Von Punkt (0,0) zu Punkt (0,3)
 * Von Punkt (0,3) zu Punkt (4,3)
 * Von Punkt (4,3) zu Punkt (4,0)
 * Von Punkt (4,0) zu Punkt (0,0)



Beachte, dass wir immer in der gleichen Richtung gezeichnet haben (im Uhrzeigersinn). Dies ist nicht notwendig, stellt aber sicher, dass die Wände anschließend alle die gleichen rechts/links-Eigenschaften haben. Du könntest auch denken, dass wir einfach ein Rechteck hätten zeichnen können (was stimmt). Die vier Linien illustrieren aber besser, wie ein Objekt zu einem anderen hinzugefügt werden kann.

rechts/links-Richtungen vertauscht, so dass hier right eingestellt werden muss. Du hast nun vier sich kreuzende Wände innerhalb der Grundlinien:
 * Wähle die erste Linie, drücke dann den [[Image:Arch_Wall.png|16px]] Wand-Button.
 * Wiederhole dies für die anderen drei Linien, bis Du vier Wände hast.
 * Wähle die vier Wände und setze die Height-Eigenschaft auf 3,00 m und die Alignment-Eigenschaft auf left. Falls Du die Linien nicht in der gleichen Reihenfolge wie oben gezeichnet hast, sind bei einigen Wänden möglicherweise die



Jetzt müssen wir diese Wände miteinander verbinden, so dass sie sich sauber schneiden. Das ist nicht notwendig, wenn Deine Wände so gezeichnet sind, dass sie bereits sauber verbunden sind, aber hier müssen wir es tun, da sie sich überschneiden. Im Arch-Arbeitsbereich passiert das, indem eine Wand zum "Host" wird und die anderen als "Additions" hinzugefügt werden. Jedes Arch-Objekt kann eine beliebige Anzahl von "Additions" haben (Objekte, deren Geometrie zur Host-Geometrie hinzugefügt wird), und "Subtractions" (Objekte, deren Geometrie subtrahiert wird). Die "Additions" und "Subtractions" eines Objekts können jederzeit durch Doppelklick auf das Objekt in der Baumansicht verändert werden.
 * Wähle die vier Wände mit gedrückter -Taste, die letzte wird dann zum Host
 * Drücke den [[Image:Arch_Add.png|16px]] Komponente hinzufügen-Button. Die vier Wände sind nun zu einer geworden:



Die einzelnen Wände sind nach wie vor zugänglich, wenn die Wand in der Baumansicht expandiert wird.


 * Nun werden wir eine Tür einfügen. In FreeCAD sind Türen eine besondere Form von Fenster, deshalb verwenden wir das Fenster-Werkzeug.
 * Starte mit der Wahl der Wand. Dies ist nicht notwendig, sollte aber eine gute Angewohnheit werden. Wenn bei Aufruf des Fenster-Werkzeugs ein Objekt ausgewählt ist, dann wird das Fenster in dieses Objekt eingefügt, selbst wenn Du an ein anderes Objekt einrastest.
 * Setze mit Ebene markieren die Arbeitsebene auf auto, so dass wir nicht auf den Fußboden beschränkt sind.
 * Drücke den [[Image:Arch_Window.png|16px]] Fenster-Button.
 * Wähle im Fenster-Erstellungsdialog die "Simple door"-Vorgabe und setze Width" auf 0,9 m und Height''' auf 2,1 m.
 * Die [[Image:Snap_Near.png|16px]] Nähe-Einrastung? muss aktiviert sein, damit wir auf Flächen einrasten können
 * Platziere Dein Fenster ungefähr in der Mitte der Vorderansicht der Wand:




 * Nach dem Klicken ist unser Fenster auf der richtigen Fläche platziert, aber nicht exakt da, wo wir es wollen:




 * Durch Aufklappen des Wand- und des Fensterobjekts in der Baumansicht können wir nun die genaue Position festlegen. Dazu ist die Placement-Eigenschaft der Grundlinie unserer Tür zu ändern. Setze die Position auf x = 2m, y = 0, z = 0. Unsere Tür ist nun genau an der richtigen Stelle:




 * Wiederhole die Operation, um ein Fenster zu platzieren: Wähle die Wand, drücke das Fenster-Werkzeug, wähle die Open 2-pane-Vorgabe und platziere ein 1m x 1m-Fenster auf der gleichen Fläche wie die Tür. Setze die Placement-Eigenschaft der Grundlinie des Fensters auf x = 0.6m, y = 0, z = 1.1m, so dass die Oberkante des Fensters mit der der Tür übereinstimmt.



Fenster basieren immer auf Skizzen. Es ist einfach, maßgeschneiderte Fenster zu erstellen, indem zuerst eine Skizze auf einer Fläche erzeugt wird, die dann zu einem Fenster wird, wenn man den Fenster-Button drückt. Dann können nach Doppelklick auf das Fenster in der Baumansicht die Fenster-Erstellungsparameter, also welche Polygonzüge der Skizze und wie sehr diese zu extrudieren sind, verändert werden. Nun werden wir eine Decke erstellen:


 * Set the Working Plane to XY plane
 * Create a [[Image:Draft_Rectangle.png|16px]] rectangle with a length of 5m, a height of 4m, and place it at position x:-0.5m, y:-0.5m, z:0.
 * Select the rectangle
 * Click the [[Image:Arch_Structure.png|16px]] structure tool to create a slab from the rectangle
 * Set the height property of the slab to 0.2m and its normal direction to (0,0,-1) because we want it to extrude downwards. We could also simply have moved it 0.2m down, but it is always good practice to keep extruded objects at the same place as their base profile.
 * Set the Role property of the slab to slab. This is not necessary in FreeCAD, but is important for IFC export, as it will ensure that the object is exported with the correct IFC type.




 * Let's now use one of the structural presets to make a metallic beam. Click the [[Image:Arch_Structure.png|16px]] structure button, select a HEB 180 preset, and set its height to 4m. Place it anywhere:




 * Adjust its placement by setting its Angle to 90° in the (1,0,0) axis, and its position to x:90mm, y:3.5m, z:3.09m. This will position the beam exactly on one of the side walls:




 * We need now to duplicate this beam a couple of times. We could do that one by one using the [[Image:Draft_Clone.png|16px]] clone tool, but there is a better way, to do all the copies at once using an array:
 * Select the beam
 * Press the [[Image:Draft_Array.png|16px]] Array button
 * Set the Number X property of the array to 6, leave the Y and Z numbers to 1
 * Expand the interval X property, and press the small [[Image:Bound-expression-unset.png|16px]] expression icon at the right side of the X field. This will open an expressions editor:




 * Write (4m-180mm)/5 in the expression field, and press OK. This will set the x value to 0.764 (4m is the total length of our front wall, 180mm is the width of the beam, which is why it is called HEB180, and we want a fifth of that space as interval between each beam):




 * We can now easily build a simple slab on top of them, by drawing a rectangle directly on the top plane of the beams. Select a top face of one of the beams
 * Press the [[Image:Draft_SelectPlane.png|16px]] working plane button. The working plane is now set to that face.
 * Create a [[Image:Draft_Rectangle.png|16px]] rectangle, snapping to two opposite points of the border beams:




 * Select the rectangle
 * Click the [[Image:Arch_Structure.png|16px]] structure button and create a slab with a height of 0.2m.

That's it, our model is now complete. We should now organize it so it exports correctly to IFC. The IFC format requires that all objects of a building are inside a building object, and optionally, inside a story. It also requires that all buildings are placed on a site, but the IFC exporter of FreeCAD will add a default site automatically if needed, so we don't need to add one here.


 * Select the two slabs, the wall, and the array of beams
 * Press the [[Image:Arch_Floor.png|16px]] Floor button
 * Select the floor we just created
 * Press the [[Image:Arch_Building.png|16px]] Building button

Our model is now ready to export:



The IFC format is one of the most precious assets in a free BIM world, because it allows the exchange of data between any application and actor of the construction world, in an open manner (the format is open, free and maintained by an independent consortium). Exporting your BIM models as IFC ensures that anyone can see and analyze them, no matter the application used.

In FreeCAD, IFC import and export is done by interfacing with another piece of software, called IfcOpenShell. To be able to export to IFC from FreeCAD, the IfcOpenShell-python package must be installed on your system. Be sure to select one which uses the same python version as FreeCAD. The python version that FreeCAD uses is informed when opening the View -> Panels -> Python console panel in FreeCAD. When that is done, we can now export our model:


 * Select the top object you want to export, that is, the Building object.
 * Select menu File -> Export -> Industry Foundation Classes and save your file.
 * The resulting IFC file can now be opened in a wide range of applications and viewers (the image below shows the file opened in the free IfcPlusPlus viewer). Checking the exported file in such a viewer application before distributing it to other people is important to check that all the data contained in the file is correct. FreeCAD itself can also be used to re-open the resulting IFC file.



We will now place some dimensions. Unlike the previous chapter, where we drew all the dimensions directly on the Drawing sheet, we will use another method here, and place Draft dimensions directly in the 3D model. These dimensions will then be placed on the Drawing sheet automatically. We will first make two groups for our dimensions, one for the dimensions that will appear in the plan view, and another for those that appear on the elevation.


 * Right-click the "house" document in the tree view, and create two new groups: Plan dimensions and Elevation dimensions.
 * Set the Working Plane to XY plane
 * Make sure the [[Image:Snap_WorkingPlane.png|16px]] restrict snap location is turned on, so everything you draw stays on the working plane.
 * Draw a couple of [[Image:Draft_Dimension.png|16px]] dimensions, for example as on the image below. Pressing Shift and Ctrl while snapping the dimension points will give you additional options.




 * Select all your dimensions, and drag them to the Plan dimensions group in the tree view
 * Set the Working Plane to XZ plane, that is, the frontal vertical plane.
 * Repeat the operation, draw a couple of dimensions, and place them in the Elevation dimensions group.



We will now prepare a set of views from our model, to be placed on a Drawing page. We can do that with the tools from the Drawing Workbench, as we have seen in the previous chapter, but the Arch Workbench also offers an all-in-one advanced tool to produce plan, section and elevation views, called Section Plane. We will now add two of these section planes, to create a plan view and an elevation view.
 * Select the building object in the tree view
 * Press the [[Image:Arch_SectionPlane.png|16px]] Section Plane button.
 * Set its Display Height property to 5m, its Display Length to 6m, so we encompass our house (this is not needed, but will look better, as it will show naturally what it is used for), and its Placement position at x:2m, y:1.5m, z:1.5m.
 * Check the list of objects considered by the Section Plane by double-clicking it in the tree view. Section Planes only render specified objects from the model, not all of them. The objects considered by the Section Plane can be changed here.




 * Repeat the operation to create another section plane, give it the same display length and height, and give it the following Placement: position: x:2m, y:-2m, z:1.5m, angle: 90°, axis: x:1, y:0, z:0. Make sure this new section plane also considers the building object.




 * Now we have everything we need, and we can create our Drawing page. Start by switching to the Drawing Workbench, and create a new default [[Image:Drawing_Landscape_A3.png|16px]] A3 page (or select another template if you wish).
 * Select the first section plane, used for the plan view
 * Press the [[Image:Drawing_DraftView.png|16px]] Draft View button. This tool offers a couple of additional features over the standard Drawing View tool, and supports the Section Planes from the Arch Workbench.
 * Give the new view the following properties:
 * X: 50
 * Y: 140
 * Scale: 0.03
 * Line width: 0.15
 * Show Cut True
 * Show Fill: True
 * Select the other section plane, and create a new Draft View, with the following properties:
 * X: 250
 * Y: 150
 * Scale: 0.03
 * Rendering: Solid



We will now create two more Draft Views, one for each group of dimensions.


 * Select the Plan dimensions group
 * Press the [[Image:Drawing_DraftView.png|16px]] Draft View button.
 * Give the new view the following properties:
 * X: 50
 * Y: 140
 * Scale: 0.03
 * Line width: 0.15
 * Font size: 10mm
 * Repeat the operation for the other group, with the following settings:
 * X: 250
 * Y: 150
 * Scale: 0.03
 * Line width: 0.15
 * Font size: 10mm
 * Direction: 0,-1,0
 * Rotation: 90°

Our page is now ready, and we can export it to SVG or DXF formats, or print it. The SVG format allows you to open the file using illustration applications such as Inkscape, with which you can quickly enhance technical drawings and turn them into much nicer presentation drawings. It offers many more possibilities than the DXF format.

Downloads


 * The file produced during this exercise: https://github.com/yorikvanhavre/FreeCAD-manual/blob/master/files/house.FCStd
 * The IFC file exported from the above file: https://github.com/yorikvanhavre/FreeCAD-manual/blob/master/files/house.ifc
 * The SVG file exported from the above file: https://github.com/yorikvanhavre/FreeCAD-manual/blob/master/files/house.svg

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 * The Arch Workbench
 * The Draft working plane
 * The Draft snapping settings
 * The expressions system
 * The IFC format
 * IfcOpenShell
 * IfcPlusPlus
 * Inkscape