Arch tutorial/de

Einleitung
Dieses Tutorial zeigt Ihnen die Grundlagen für das Arbeiten mit dem Arbeitsbereich Arch. Ich werde versuchen alles so einfach zu beschreiben, sodass keine Vorkenntnisse in FreeCAD notwendig sind. Vorliegende Erfahrungen mit 3D oder Gebäudedatenmodellierung sind jedoch von Vorteil. Unabhängig davon sollten Sie bei Bedarf weitere Informationen über FreeCAD im dazugehörigen Wiki nachschlagen. Besonders wichtig ist die Seite Erste Schritte, die sich FreeCAD-Anfänger unbedingt durchlesen sollten. Weiterhin empfehlenswert sind die Tutorien und die dazu passenden Videos auf Youtube.

Der Zweck des Arbeitsbereichs Arch ist es, alle notwendigen Arbeitsschritte für die Gebäudedatenmodellierung in FreeCAD zusammenzufassen. Da die Software momentan noch in der Entwicklungsphase ist, ist das Angebot an Werkzeugen im Vergleich zu kommerziellen Alternativen wie Revit oder ArchiCAD kleiner. Andererseits ist FreeCAD für einen größeren Aufgabenbereich als diese Programme nutzbar, was beim Arbeiten mit dem Arbeitsbereich Arch einige nützliche Möglichkeiten mit sich bringt, die klassische BIM-Programme nur selten bieten können.

Im Folgenden sind einige Merkmale des Arbeitsbereichs Arch gelistet, die nur selten in anderen BIM-Programmen zu finden sind:


 * Architekturobjekte sind stets Festkörper. Dies ist in Hinsicht des streng technischen Hintergrundes von FreeCAD sehr wichtig. Bool'sche Operationen werden wesentlich fehlerfreier ausgeführt. Dies ist auch in Bezug auf Schnitterstellung ein wichtiger Punkt, da 3D-Objekte durch 2D-Flächen geschnitten werden.


 * Architektonische Objekte können grundsätzlich jede beliebige Form haben. Wände müssen nicht vertikal sein und Decken müssen nicht wie welche aussehen. Jeder beliebige Volumenkörper kann ein architektonisches Objekt sein. Sehr komplexe Dinge, die in anderen BIM Programmen normalerweise nur schwer zu beschreiben sind, z.B. eine Bodenplatte, die sich nach oben krümmt und in die Wand übergeht, stellen in FreeCAD kein besonderes Problem dar.


 * Ihnen stehen die gesamten Möglichkeiten von FreeCAD zur Verfügung. Sie können Ihre Objekte in jedem Arbeitsbereich von FreeCAD erstellen (z.B. PartDesign) und hinterher in Architekturobjekte konvertieren. Das Objekt behält dabei seine Modellierungsgeschichte und seine Eigenschaften können nach wie vor geändert werden. Der Arbeitsbereich Arch erbt zudem viele Funktionalitäten des Arbeitsbereichs Draft, wie z.B. Draft Snap oder Ebene markieren.


 * Der Arbeitsbereich Arch unterstützt auch Modelle aus Polygonnetzen. Sie können das gewünschte Modell in einer 3D-Grafiksoftware, die mit Polygonnetzen arbeitet (z.B. Blender oder SketchUp), erstellen und hinterher in FreeCAD importieren. Wenn das Modell sorgfältig erstellt wurde und keine Überschneidungen von 3D-Körpern aufweist, dann ist nur ein Klick notwendig, um daraus ein Architekturobjekt zu erzeugen.

Zum momentanen Zeitpunkt, zu dem ich das Tutorial schreibe, besitzen FreeCAD und auch der Bereich Arch einige Einschränkungen. An den meisten davon wird gearbeitet und sie werden wohl in der Zukunft verschwinden.


 * FreeCAD ist keine 2D-Anwendung, sondern wurde für 3D gemacht. Es gibt zwar in den Arbeitsbereichen Draft und Sketcher eine vernünftige Menge an Werkzeugen für das Zeichnen und Bearbeiten von zweidimensionalen Objekten, doch das Programm wurde nicht für die Verarbeitung von sehr großen (und manchmal schlecht gezeichneten) zweidimensionalen CAD-Dateien ausgelegt. Im Normalfall können solche Dateien zwar mit FreeCAD geöffnet werden, aber man sollte dabei besser keine hohe Leistungsfähigkeit des Programms erwarten. Sie wurden gewarnt.


 * Momentan keine Unterstützung von Materialien. FreeCAD wird irgendwann ein vollständiges System von Materialien bekommen, das die Definition von komplexen Materialien mit all ihren Eigenschaften erlaubt. Der Arbeitsbereich Arch wird diese natürlich auch verwenden können, wenn es soweit ist.


 * Nur eingeschränkte Unterstützung des offenen Standards IFC. Die dazugehörigen IFC-Dateien lassen sich zwar schon importieren, wenn IfcOpenShell auf dem PC installiert ist, aber das Exportieren wird momentan offiziell noch nicht unterstützt. Die Entwickler von FreeCAD und IfcOpenShell arbeiten gemeinsam daran, sodass eine vollständige Unterstützung in der Zukunft zu erwarten ist.


 * Die meisten Werkzeuge im Arbeitsbereich Arch sind noch in Entwicklung. Deshalb können viele der Werkzeuge zum automatischen Generieren von komplexen Strukturen, wie z.B. Arch Roof oder Arch Treppe, bislang nur bestimmte Objekte erzeugen. Andere Werkzeuge mit Voreinstellungen, z.B. Arch Struktur oder Arch Fenster, bieten bisher nur wenige Voreinstellungen zur Auswahl. Der Umfang dieser Werkzeuge wird mit der Zeit sicherlich noch wachsen.


 * Verknüpfungen zwischen Objekten in FreeCAD sind immer noch nicht offiziell verfügbar. Ein Beispiel dafür ist die Verknüpfung zwischen einem Fenster und der dazugehörigen Wand. Diese Verknüpfungen sind momentan nur mit temporären (und somit eingeschränkten) Methoden in FreeCAD implementiert. Es werden sich viele neue Möglichkeiten ergeben, wenn dieses Programmmerkmal irgendwann vollständig verfügbar ist.


 * Einheiten werden noch in FreeCAD implementiert, was die Arbeit mit jeder beliebigen Einheit ermöglichen wird. Momentan ist die Implementierung jedoch noch nicht abgeschlossen und der Arbeitsbereich Arch unterstützt sie noch nicht. Die Arbeit geschieht also einheitenlos.

Typische Vorgehensweise
Die Arch Workbench ist hauptsächlich für zwei Vorgehensweisen ausgelegt:


 * Erstellen Sie das Modell mit einem schnelleren, auf Polygonnetzen basierendem Programm (z.B. Blender oder SketchUp) und importieren Sie das Modell anschließend in FreeCAD, um Pläne zu extrahieren und Schnittansichten zu erstellen. FreeCAD wurde für eine hochpräzise Modellierung ausgelegt, wie sie im Architekturbereich nur selten notwendig ist, sodass die Modellierung von Architekturobjekten unter Umständen langsam und schwerlich verläuft. Aus diesem Grund hat eine Vormodellierung mit 3D-Grafiksoftware mitunter große Vorteile. Ich habe dies in diesem Artikel in meinem Blog beschrieben. Wenn Sie wirklich präzise modellieren wollen (sauber, Volumenkörper, ohne Überschneidungen der Polygonnetze), dann wird Ihnen diese Vorgehensweise dieselbe Präzision und Geschwindigkeit bringen wie die andere.


 * Erstellen des Modells direkt in FreeCAD. Diese Vorgehensweise wird in diesem Tutorial vorgestellt. Dabei benutzen wir hauptsächlich die drei Arbeitsbereiche Arch, Sketcher und Draft. Die Werkzeuge von Draft sind bereits in Arch integriert, sodass kein Wechsel des Arbeitsbereichs notwendig ist. Es ist in diesem Fall zweckdienlich, eine eigene Werkzeugleiste im Arbeitsbereich Arch zu erstellen (Menü: Werkzeuge → Benutzdefiniert) und die häufiger verwendeten Werkzeuge des Arbeitsbereichs Sketcher hinzuzufügen. Meine benutzerdefinierte Werkzeugleiste sieht wie folgt aus:



In diesem Tutorial werden wir ein Haus dreidimensional modellieren, basierend auf zweidimensionalen Zeichnungen, die wir aus dem Internet herunterladen.

Vorbereitung
Um Zeit zu sparen, werden wir das Projekt nicht von Grund auf neu erstellen, sondern ein bereits existierendes Beispielprojekt verwenden. Ich habe dafür das wundervolle Haus des berühmten Architekten Vilanova Artigas ausgewählt, weil ich in der Nähe davon lebe und weil es ein wunderbares Beispiel für die erstaunliche modernistische Architektur São Paulos ist. Die dazugehörigen .dwg-Dateien sind in gepackter Form frei verfügbar (erfordert kostenlose Registrierung). Alternativ kann eine dxf-Version davon hier heruntergeladen werden.

Wir werden die 2D-Zeichnungen in der oben verlinkten dwg-Datei als Basis für unser Modell nutzen. Nach dem Entpacken der Datei sollte die resultierende dwg-Datei mit einer passenden Software wie z.B. DraftSight geöffnet werden. Alternativ kann die Datei auch mit der Software Teigha File Converter in eine dxf-Datei umgewandelt werden. Wenn der Converter installiert ist und sein Pfad in den Einstellungen von Arch richtig konfiguriert ist, dann lassen sich mit FreeCAD dwg-Dateien auch direkt importieren. In der Regel ist es jedoch besser, die Dateien zuerst mit einer 2D-CAD-Software zu öffnen und von unnötigen Details zu bereinigen.

Hier habe ich alle Detailzeichnungen, Überschriften und Seitenlayouts entfernt, habe ungenutzte Instanzen beseitigt, die Abschnitte passend zur realen Lage neu angeordnet und alles zum Nullpunkt (0,0) verschoben. Danach kann die Datei ziemlich schnell von FreeCAD geöffnet werden. Prüfen Sie die verschiedenen Optionen in Bearbeiten → Einstellungen → Import/Export → DXF/DWG, denn diese beeinflussen wie und wie schnell FreeCAD solche Dateien importiert.

So sah die Datei nach dem anschließenden Öffnen in FreeCAD aus. Ich habe zudem die Dicke der Wände der Gruppe "muros" geändert und einige der Türen mit dem Werkzeug Scale umgedreht, weil diese mit der falschen X-Skalierung importiert wurden.



Die Importfunktion für dxf-Dateien, die auch beim Importieren von dwg-Dateien zur Anwendung kommt, gruppiert die importierten Objekte nach Ebenen. Es gibt zwar keine Ebenen in FreeCAD, aber es gibt Gruppen. Gruppen bieten eine ähnliche Form der Organisation von Objekten, haben jedoch keine spezifischen Eigenschaften, die auf alle enthaltenen Objekte angewandt werden (wie bei Ebenen in AutoCAD). Gruppen lassen sich jedoch innerhalb anderer Gruppen platzieren, was sehr hilfreich sein kann. Was wir nun als Erstes tun möchten, ist das Erstellen einer neuen Gruppe im Modellbaum, indem wir per Rechtsklick das Dokument "artigas" anklicken und dann auf Gruppe erstellen klicken. Die neue Gruppe sollte in "base 2D plans" umbenannt werden und alle anderen Gruppen im Modellbaum sollte in diese Gruppe hinein verschoben werden.

Einfügen der Wände
Ebenso wie die meisten anderen Objekte in Arch, können auch Wände mit Hilfe vieler anderer Objekte erstellt werden: Linien, Polylinien, Skizzen, Oberflächen oder Volumenkörper (oder auch von Grund auf, d.h. durch Angabe von Höhe, Breite und Länge). Die resultierende Geometrie der Wand hängt von der Geometrie der eben genannten Hilfsobjekte und ihren Attributen (z.B. der Breite) ab. Wie Sie sich wohl denken können, wird eine Wand, die auf einer Linie basiert, diese Linie für die Ausrichtung nutzen, während eine Wand, die auf einer Oberfläche basiert, diese Oberfläche als Grundfläche verwendet. Bei Volumenkörpern als Hilfsmittel nimmt die Wand die Gestalt des Volumenkörpers an. Folglich können Wände jede beliebige Form annehmen.

Es gibt in FreeCAD mehrere mögliche Strategien zum Konstruieren von Wänden. Eine davon ist es, alle vorgesehenen Wände zunächst mit dem Werkzeug Sketcher zu zeichnen und dann ein einzelnes, großes Wandobjekt daraus zu erstellen. Dies funktioniert zwar, hat aber den Nachteil, dass alle Wände dieselbe Wandstärke (Dicke) haben werden. Alternativ kann jede Wand einzeln skizziert und umgewandelt werden. Am besten ist jedoch ein Mittelweg: Für jede Art von Wand eine Polylinie zeichnen und in ein Wandobjekt umwandeln. Diesen Weg werden wir im Folgenden nehmen.



Wie Sie in der Abbildung sehen können, habe ich Betonwände rot (Vergleichsbilder), die äußeren Ziegelwände grün und die Innenwände blau gezeichnet. Die Wände schneiden dabei die Türen, weil diese erst im Nachhinein eingefügt werden. Wände können außerdem auch links- oder rechtsbündig oder mittig auf ihrer Basislinie platziert werden, sodass es nicht wichtig ist, auf welcher Seite man die Basislinie zeichnet. Ich habe mich außerdem bemüht, Überschneidungen der Linien bestmöglich zu vermeiden, weil unser Modell damit sauberer werden wird. Wir werden uns später nochmal mit Überschneidungen beschäftigen.

Wenn dies erledigt ist, sollten alle erstellten Linien in einer Gruppe abgelegt werden. Anschließend sollten alle Linien gleichen Typs bei gedrückter Strg-Taste ausgewählt werden und das Werkzeug Wand verwendet werden. Hinterher müssen noch die Wandstärken korrigiert werden (Außenwände: 25 cm, Innenwände: 15 cm) und einige Ausrichtungen korrigiert werden. Das Ergebnis sollte wie folgt aussehen:



Wir hätten unsere Wände auch von Grund auf erstellen können. Wenn Sie den Wand-Button ohne gewähltes Objekt drücken, können Sie auf dem Bildschirm zwei Punkte anklicken, um eine Wand zu zeichnen. Unter der Haube allerdings wird das Wand-Werkzeug eine Linie zeichnen und eine Wand darauf bauen. In diesem Fall fand ich es didaktischer, Ihnen zu zeigen, wie die Dinge arbeiten.

Haben Sie bemerkt, dass ich großen Wert darauf gelegt habe, dass sich die Wände nicht kreuzen? Dies wird uns später einige Kopfschmerzen ersparen, wenn wir zum Beispiel unsere Arbeit an andere Anwendungen exportieren, die so etwas nicht mögen. Ich habe nur einen Schnittpunkt, wo ich zu faul war, zwei kleine Liniensegmente zu zeichnen und stattdessen eine große Polygonzugkreuzung gezeichnet habe. Das muss korrigiert werden. Glücklicherweise haben alle Arch-Objekte eine großartige Eigenschaft: Sie können eins mit einem anderen verbinden. Dabei werden ihre Geometrien miteinander vereint, sie sind aber immer noch unabhängig voneinander änderbar. Um eine der kreuzenden Wände mit der anderen zu verbinden, wählen Sie einfach eine, dann die andere bei gedrückter -Taste und wählen das Komponente hinzufügen-Werkzeug:



Links sind die beiden sich kreuzenden Wände, rechts das Ergebnis nach dem Hinzufügen der einen zu der anderen.

Ich hätte beispielsweise alle meine obigen Grundlinien zeichnen können, ohne mich um Kreuzungen zu kümmern, und dies später mit dem Komponente hinzufügen-Werkzeug reparieren können. Allerdings hätte ich die Komplexität meines Modells sehr erhöht, ohne etwas zu gewinnen. Es ist also besser, es gleich von Anfang an richtig zu machen und sie aus sehr einfachen Teilen der Geometrie zu erstellen.

Nachdem unsere Wände nun in Ordnung sind, müssen wir ihre Höhe anheben, bis sie das Dach schneiden. Weil das nicht automatisch passiert, wenn Wandobjekte auf Dächer treffen (das wird irgendwann in der Zukunft möglich sein), werden wir ein "Dummy"-Objekt erstellen, das der Dachform folgt, das dann von unseren Wänden subtrahiert wird.

Beim Blick auf unsere 2D-Zeichnungen sehen wir, dass der höchste Punkt des Daches 5,60 m über dem Boden ist. Deshalb werden wir unseren Wänden eine Höhe von 6 m geben, um sicherzustellen, dass sie von unserem Dummy-Dach-Objekt abgeschnitten werden. "Warum 6 m und nicht 5,60 m?" werden Sie vielleicht fragen. Wenn Sie bereits mit Boole'schen Operationen (Vereinigung, Differenz, Schnittmenge) gearbeitet haben, dann wissen Sie, dass diese Operationen "Face-to-Face"-Situationen nicht besonders mögen. Sie ziehen klar und eindeutig kreuzende Objekte vor. Mit dem Längenüberschuss erreichen wir das.

Um die Höhen unserer Wände zu verändern, wählen Sie alle (vergessen Sie nicht die eine, die wir zur anderen hinzugefügt haben) in der Baumansicht und ändern Sie den Wert der "Height"-Eigenschaft.

Bevor wir das Dach machen und die Wände abschneiden können, müssen wir noch die übrigen Objekte erstellen, die abzuschneiden sind: die Wände des obigen Studios und die Säulen. Die Wände werden auf dem höher gelegenen Grundriss auf die gleiche Art gemacht wie vorher, aber auf einer Höhe von 2,60 m. Damit also die Oberkante auf 6 m ist, bekommen sie eine Höhe von 3,40 m. Sobald dies getan ist, werden wir unsere Wände auf 2,60 m anheben: Wählen Sie beide, wechseln in die Frontansicht (Ansicht → Standardansichten → Vorne), drücken den Verschieben-Button, wählen einen ersten Punkt, geben dann 0, 2,6, 0 als Koordinaten ein und drücken Enter. Ihre Objekte sind nun 2,60 m hoch gesprungen:



Jetzt verschieben wir die Wände horizontal an ihre richtige Position. Da wir Punkte zum Einrasten haben, ist es einfacher: Wählen Sie beide Wände, drücken das Verschieben-Werkzeug und bewegen sie von einem Punkt zum anderen:



Schließlich habe ich die Farbe einiger Wände in eine backsteinähnliche Farbe geändert (damit sie einfacher zu unterscheiden sind) und eine kleine Korrektur durchgeführt: Einige Wände gehen nicht bis zum Dach, sondern enden in einer Höhe von 2,60 m. Ich habe die Höhe dieser Wände korrigiert.

Anheben der Struktur
Jetzt, da wir unsere Wände mit Hilfe eines Differenzkörpers abschneiden wollen, können wir auch nachsehen, ob es nicht weitere Objekte gibt, die auf diese Weise behandelt werden müssen. Bei einigen Säulen ist das so. Dies ist eine gute Gelegenheit, ein zweites Arch-Objekt einzuführen: die Struktur. Strukturobjekte verhalten sich mehr oder weniger wie Wände, aber sie sind nicht gemacht, um einer Grundlinie zu folgen. Stattdessen basieren sie auf einem Profil, das extrudiert wird (entlang einer Profillinie oder nicht). Jedes flache Objekt kann ein Profil für eine Struktur sein, mit nur einer Voraussetzung: Sie müssen eine geschlossene Form bilden.

Bei unseren Säulen werden wir eine andere Strategie als bei den Wänden verwenden. Anstatt auf den 2D-Plänen zu "zeichnen" werden wir direkt Objekte daraus benutzen: Die Kreise, die die Säulen in der Planansicht darstellen. In der Theorie können wir einfach einen von ihnen wählen und den Struktur-Button drücken. Wenn wir das tun, werden wir allerdings nur ein "leeres" strukturelles Objekt erzeugen. Das liegt daran, dass man nie ganz sicher sein kann, wie gut die Objekte einer DWG-Datei gezeichnet wurden, und oftmals sind es keine geschlossenen Formen. Bevor wir sie also tatsächlich in Säulen umwandeln, werden wir sie durch zweimaligen Aufruf des Hochstufen-Werkzeugs in Flächen umwandeln. Beim ersten Mal entstehen daraus geschlossene Polygonzüge (Polylinien), beim zweiten Mal werden die Polygonzüge zu Flächen konvertiert. Der zweite Schritt ist nicht zwingend erforderlich, aber wenn Sie eine Fläche haben, dann können Sie absolut sicher sein, dass sie geschlossen ist (anderenfalls kann keine Fläche entstehen).

Nachdem alle Kreise zu Flächen konvertiert wurden, benutzen wir das Struktur-Werkzeug, und passen die Höhe an (einige haben 6 m, andere nur 2,25 m):



Auf dem obigen Bild sehen Sie zwei Säulen, die immer noch so sind wie in der DWG-Datei, zwei, die zu Flächen wurden, und zwei, die zu strukturellen Objekten mit einer Höhe von 6 m bzw. 2,25 m wurden.

Beachten Sie, dass all diese verschiedenen Arch-Objekte (Wände, Strukturen, und die anderen, die wir noch entdecken werden) eine Vielzahl von Dingen gemeinsam haben (z.B. können alle zusammengefügt werden, wie wir das bereits bei den Wänden gesehen haben, und jedes von ihnen kann zu einem anderen konvertiert werden). So ist es mehr eine Frage des Geschmacks, wir hätten unsere Säulen auch mit dem Wand-Werkzeug erstellen und sie bei Bedarf konvertieren können. Tatsächlich sind einige Wände aus Beton, wir könnten sie daher später zu Strukturen konvertieren.

Subtraktionen
Jetzt ist es Zeit, unseren Differenzkörper zu erstellen. Der einfachste Weg ist, das Profil auf der Seitenansicht zu zeichnen. Dann drehen wir es und platzieren es an der richtigen Position. Verstehen Sie, warum ich die Ansichten auf diese Weise platziert habe? Es ist sehr bequem, um Dinge dort zu zeichnen, und sie dann an die richtige Position des Modells zu verschieben.

Lassen Sie uns einen Körper zeichnen, größer als das Dach, der von unseren Wänden subtrahiert wird. Um das zu tun, zeichnete ich zwei Linien auf die Basis des Daches und erweiterte sie ein wenig mit dem Trimex-Werkzeug. Dann zeichnete ich einen Polygonzug, auf diesen Linien einrastend und über unsere 6 m hinaus. Außerdem zeichnete ich eine blaue Linie auf dem Boden (0,00), die unsere Rotationsachse ist.



Nun kommt der knifflige Teil: Wir werden das Drehen-Werkzeug benutzen, um unser Profil um 90° nach oben in die richtige Position zu drehen, damit es extrudiert werden kann. Um das zu tun, müssen wir zuerst die Arbeitsebene auf die YZ-Ebene setzen. Sobald dies getan ist, wird die Drehung in dieser Ebene stattfinden. Wenn wir es aber so machen würden wie ein wenig zuvor und die Ansicht auf die Seitenansicht setzen würden, wäre es schwierig zu sehen und unser Profil zu wählen, und zu wissen, wo der Basispunkt ist, um den gedreht werden muss, stimmt's? Dann müssen wir die Arbeitsebene manuell setzen: Drücken Sie den Arbeitsebene-Button (er ist im "Aufgaben"-Reiter in der Baumansicht) und setzen Sie ihn auf YZ (welches die "Seiten"-Ebene ist). Sobald Sie die Arbeitsebene manuell auf diese Weise gesetzt haben, wird sie sich nicht mehr abhängig von Ihrer Ansicht ändern. Sie können nun Ihre Ansicht drehen, bis Sie einen guten Blick auf die Dinge haben, die Sie auswählen müssen. Um die Arbeitsebene später wieder zurück auf den "automatischen" Modus zu setzen, drücken Sie den Ebene markieren-Button erneut und wählen "Automatisch".

Jetzt ist die Drehung einfach: Wählen Sie das Profil, drücken den Drehen-Button, klicken auf einen Punkt der blauen Linie, geben 0 als Startwinkel (Base angle) an und 90 als Drehung (Rotation):



Jetzt müssen wir nur noch das Profil etwas näher an das Modell heranschieben (setzen Sie die Arbeitsebene auf XY, falls nötig) und extrudieren Sie es. Dies kann entweder mit dem Extrudieren-Werkzeug oder Trimex geschehen, das ebenfalls die spezielle versteckte Macht hat, um Flächen zu extrudieren. Stellen Sie sicher, dass Ihre Extrudierung größer als alle Wände ist, die davon subtrahiert werden sollen, um Face-to-Face-Situationen zu vermeiden:



Nun kommt das Gegenteil des Komponente hinzufügen-Werkzeugs zum Einsatz: Komponente entfernen. Wie Sie vielleicht vermutet haben, macht es ebenfalls ein Objekt zum Kind eines anderen, aber die Form wird vom Host-Objekt subtrahiert anstatt damit vereinigt. Jetzt sind die Dinge einfach: Wählen Sie den zu subtrahierenden Körper (ich habe es in "Roof volume to subtract" umbenannt in der Baumansicht, damit es einfach zu finden ist), wählen bei gedrückter -Taste eine Wand und drücken den Komponente entfernen-Button. Nachdem die Subtraktion durchgeführt wurde, sehen Sie, dass der zu subtrahierende Körper aus der 3D-Ansicht und der Baumansicht verschwunden ist. Das liegt daran, dass er als Kind der Wand markiert und von der Wand "verschluckt" wurde. Wählen Sie die Wand, expandieren Sie diese in der Baumansicht, und dort ist unser Körper.

Wählen Sie nun den Körper in der Baumansicht, wählen bei gedrückter -Taste die nächste Wand und drücken Komponente entfernen. Wiederholen Sie das für die verbleibenden Wände, bis alle sauber abgeschnitten sind:



Denken Sie daran, dass sowohl für Komponente hinzufügen als auch Komponente entfernen die Reihenfolge bei der Auswahl der Objekte wichtig ist. Der Host ist immer das Letzte, wie in "Entferne X von Y" oder "Füge X zu Y hinzu".

Die Dächer erstellen
Um die Struktur zu vollenden, müssen wir jetzt nur noch das Dach und die kleineren inneren Decken erstellen. Wieder ist der einfachste Weg, die Profile mit dem Polygonzug-Werkzeug auf der Schnittansicht zu zeichnen. Hier habe ich drei Profile übereinander gezeichnet (ich habe sie im folgenden Bild voneinander getrennt, damit man sie besser sehen kann). Das grüne wird für die seitlichen Begrenzungen der Decken benutzt, dann das blaue für die Seitenteile und das rote für das Mittelteil, das über dem Badezimmerblock sitzt:



Dann müssen wir die Drehungsoperation wiederholen, um die Objekte in eine vertikale Position zu drehen und sie dann an ihre richtigen Plätze zu verschieben, und einige kopieren, die zweimal extrudiert werden müssen. Mit dem Verschieben-Werkzeug und gedrückter -Taste werden Kopien des aktuellen Objekts angelegt anstatt es zu verschieben. Ich habe auch noch zwei weitere Profile für die Seitenwände der Badezimmeröffnung hinzugefügt.



Wenn alles an der richtigen Stelle ist, werden die Teile mit dem Trimex-Werkzeug extrudiert und anschließend zu Struktur-Objekten konvertiert.



Danach sehen wir einige Probleme auftauchen: zwei der Säulen rechts sind zu kurz (sie sollten bis zum Dach reichen), und es gibt es eine Lücke zwischen der Decke und den Wänden des Studios rechts außen (die 2,60 m-Bemaßung in der Schnittansicht war offenkundig falsch). Dank der parametrisierten Objekte ist all dies sehr einfach zu korrigieren: Ändern Sie bei den Säulen die Höhe einfach auf 6 m, holen Sie den Differenzkörper aus der Baumansicht und subtrahieren Sie ihn von den Säulen. Bei den Wänden ist es noch einfacher: Verschieben Sie diese ein wenig nach unten. Da der Differenzkörper am gleichen Platz bleibt, passt sich die Geometrie automatisch an.

Nun muss noch ein letztes Teil korrigiert werden, eine kleine Decke im Badezimmer, die einige Wände schneidet. Lassen Sie uns einen neuen Differenzkörper erstellen und diesen von den Wänden subtrahieren. Eine weitere Funktion des Trimex-Werkzeugs, das wir zum extrudieren von Teilen benutzt haben, ist die Möglichkeit, nur eine einzelne Fläche eines Objekts zu extrudieren. Dies erstellt ein neues, separates Objekt, so dass keine Gefahr besteht, das andere Objekt zu "beschädigen". Also können wir die Basisfläche der kleinen Decke auswählen (die sichtbar wird, wenn man von unten in das Modell schaut), dann drücken Sie den Trimex-Button und extrudieren Sie diese bis über die Dächer. Dann subtrahieren Sie diese von den beiden inneren Badezimmerwänden mit dem Entfernen-Werkzeug:



Fußböden, Treppen und Kamin
Nachdem unsere Struktur vollständig ist, müssen wir nun eine Reihe kleinerer Objekte erstellen.

Der Kamin
Lassen Sie uns mit dem Kamin beginnen. Inzwischen wissen Sie, wie es funktioniert, oder? Zeichnen Sie eine Reihe von Polygonzügen, verschieben diese mit dem Verschieben-Werkzeug auf die korrekte Höhe, extrudieren sie mit dem Trimex-Werkzeug, konvertieren den größeren in eine Struktur, und subtrahieren die kleineren. Beachten Sie, dass der Kaminabzug nicht auf dem Boden gezeichnet wurde, aber ich habe die Position durch Ziehen von blauen Linien aus der Schnittzeichnung ermittelt.



Die Fußböden
Die Fußböden sind in den Zeichnungen nicht gut dargestellt. Beim Blick auf die Schnittzeichnungen weiß man nicht, wo und wie dick die Bodenplatten sind. Daher werde ich annehmen, dass die Wände auf den Fundamentblöcken stehen, auf 0,00, und dass es Bodenplatten gibt, die ebenfalls auf diesen Blöcken liegen, 15 cm dick. Die Bodenplatten verlaufen nicht unter den Wänden, sondern darum herum. Wir können das tun, indem wir eine große rechteckige Bodenplatte erstellen, von der die Wände subtrahiert werden, aber denken Sie daran, Differenzoperationen kosten uns viel (Rechenzeit). Es ist besser, das in kleineren Teilen zu tun, das wird "billiger" in Bezug auf Berechnungen, und falls wir es intelligent tun, Raum für Raum, dann kann es uns später bei der Ermittlung der Bodenflächen helfen:



Sobald die Polygonzüge gezeichnet sind, können diese in Strukturen umgewandelt werden und eine Höhe von 0,15 m erhalten:



Die Treppen
Nun die Treppen. Lernen Sie das nächste der Arch-Werkzeuge kennen, die Treppen. Während ich dies schreibe, ist das Werkzeug immer noch in einer sehr frühen Entwicklungsphase, also erwarten Sie nicht zuviel. Es ist bereits ziemlich nützlich, um einfache, gerade Treppen zu erstellen. Das Treppen-Werkzeug ist dafür gedacht, um Treppen von einem flachen Boden zu einer Wand zu erstellen. Anders gesagt: In der Draufsicht nimmt das Treppenobjekt genau den Platz ein, den auch im Plan einnimt, so dass die letzte Stufe nicht gezeichnet wird (aber sie wird natürlich bei der Berechnung der Höhen berücksichtigt).

In diesem Fall habe ich es vorgezogen, die Treppen in der Seitenansicht zu erstellen, weil wir viele Maße benötigen, die in dieser Ansicht einfacher zu ermitteln sind. Hier habe ich eine Reihe von roten Hilfslinien gezeichnet, dann zwei blaue Linien, die die Basis für unsere zwei Treppen bilden, und zwei grüne geschlossene Polygonzüge, die die fehlenden Teile bilden. Wählen Sie die erste blaue Linie, drücken das Treppen-Werkzeug, setzen die Anzahl der Stufen auf 5, die Höhe auf 0,875, die Breite auf 1,30, den Strukturtyp auf "massiv" und die Strukturdicke auf 0,12. Für das andere Teil gelten die gleichen Werte.

Extrudieren Sie die beide grünen Polygonzüge auf 1,30, drehen und verschieben sie dann an die richtige Position.



Zeichnen (und drehen) Sie in der Draufsicht die Treppeneinfassung.



Dann verschieben Sie alles an den vorgesehenen Platz:



Vergessen Sie nicht, auch die Säulen zu kürzen, die die Treppen schneiden, denn in der Gebäudedatenmodellierung ist es immer schlecht, sich kreuzende Objekte zu haben. Wir bauen wie in der realen Welt und dort können sich Festkörper nicht kreuzen. Hier wollte ich nicht die Säule direkt von den Treppen subtrahieren (anderenfalls würde das Säulenobjekt von den Treppenobjekten in der Baumansicht geschluckt werden, und das mochte ich nicht), so dass ich die Fläche, auf der die Säule steht, genommen und sie wieder extrudiert habe. Diese neue Extrusion wurde dann von den Treppen subtrahiert.

Gut! All die schwere Arbeit ist nun getan, machen wir mit der sehr schweren Arbeit weiter!

Türen und Fenster
Fenster sind ziemlich komplexe Objekte. Sie werden benutzt, um alle Arten von "eingefügten" Objekten, wie etwa Fenster oder Türen. Ja, in FreeCAD sind Türen einfach nur eine spezielle Art von Fenstern. Im echten Leben auch, wenn Sie darüber nachdenken, oder? Das Fenster-Werkzeug kann immer noch ein wenig schwierig zu benutzen sein, aber betrachten Sie das als Kompromiss, da es für maximale Leistung gemacht wurde. Fast jede Art von Fenster, die Sie sich vorstellen können, kann damit erstellt werden. Weil das Werkzeug noch weitere Voreinstellungen bekommen wird, verbessert sich dieser Zustand in der Zukunft sicherlich.

Das Fenster-Objekt arbeitet wie folgt: Es basiert auf einem 2D-Layout, einem beliebiges beliebigem 2D-Objekt, aber vorzugsweise einer Skizze, die Polygonzüge (Polylinien) enthält. Diese Polygonzüge definieren die verschiedenen Teile des Fensters: Außenrahmen, Innenrahmen, Glasscheiben, feste Bestandteile (solid panels), etc. Die Fenster-Objekte haben eine Eigenschaft, in der gespeichert wird, was mit dem jeweiligen Polygonzug zu tun ist: extrudieren, in einem bestimmten Abstand platzieren, etc. Schließlich kann ein Fenster in ein Host-Objekt wie etwa eine Wand oder eine Struktur eingefügt werden, und erstellt automatisch ein Loch darin. Die Größe des Lochs wird aufgrund des größten im 2D-Layout gefundenen Polygonzugs berechnet.

Es gibt zwei Wege, um solch ein Objekt in FreeCAD zu erstellen: Durch Nutzung einer Voreinstellung oder zeichnen der Fensterausführung von Grund auf. Wir werden uns beide Methoden ansehen. Denken Sie aber daran, dass die Voreinstellungsmethode nichts anderes tut, als für Sie das Layout-Objekt zu erstellen und die notwendigen Extrusionen zu definieren.

Voreinstellungen verwenden
Wenn Sie das Fenster-Werkzeug drücken, ohne ein Objekt zu wählen, werden Sie aufgefordert, entweder ein 2D-Layout herauszusuchen oder eine der Voreinstellungen zu benutzen. Lassen Sie uns die "Einfache Tür"-Voreinstellung verwenden, um die Haupteingangstür in unserem Modell zu platzieren. Stellen Sie ein Breite von 1 m, eine Höhe von 2,45 m sowie eine W1-Größe von 0,15 m ein und belassen Sie die anderen Parameter bei 0,05 m. Klicken Sie dann auf die linke untere Ecke der Wand, und Ihre neue Tür wurde erstellt:



Sie werden feststellen, dass Ihre neue Tür nicht in der Baumansicht auftaucht. Der Grund ist, dass wir durch Einrasten an einer Wand andeuten, dass diese Wand das zugehörige Host-Objekt ist. Konsequenterweise wird es durch die Wand "geschluckt". Durch einen Rechtsklick auf die Tür → Gehe zur Auswahl finden Sie es im Baum.

Da unser Fenster nicht in irgendeine Wand eingefügt wird (die Öffnung war bereits vorhanden), könnten wir in diesem Fall unser Fenster von der Host-Wand lösen. Dies passiert durch doppelklicken der Host-Wand in der Baumansicht, um den Änderungsmodus aufzurufen. Dort findet sich das Fenster in der "Subtractions"-Gruppe. Wählen Sie das Fenster, drücken Sie den "Komponente entfernen"-Button und drücken "OK". Unser Fenster wurde von der Host-Wand entfernt und ist nun am Ende der Baumansicht.

Es gibt ein bisschen weiter links eine zweite, genau gleiche, Tür. Anstatt eine neue Tür von Grund auf zu erstellen, gibt es zwei Wege, um eine Kopie der ersten zu machen: Durch Nutzung des Verschieben-Werkzeugs mit gedrückter -Taste, was, wie Sie bereits wissen, eine Kopie eines Objekts macht anstatt es zu verschieben. Oder sogar noch besser das Klonen-Werkzeug. Das Klonen-Werkzeug erstellt einen Klon eines gewählten Objekts, das Sie herumschieben können, das aber die Form des ursprünglichen Objekts beibehält. Falls sich das Original ändert, ändert sich auch der Klon.

Nun bleibt noch, die Tür zu wählen, Klonen zu drücken und den Klon mit dem Verschieben-Werkzeug an die richtige Stelle zu verschieben.

Ihr Modell organisieren


Nun wäre die richtige Zeit, um etwas aufzuräumen. Nachdem wir bereits zwei Fenster haben, bereinigen wir die Baumansicht ein wenig: Erstellen Sie eine neue Gruppe, benennen sie in "windows" um und schieben die zwei Fenster dorthin. Ich empfehle auch, dass Sie mit anderen Elementen auf diese Weise verfahrenvoneinander zu trennen, wie den etwa Wände und Strukturen. Da Sie auch Gruppen innerhalb von Gruppen anlegen können, können Sie weiter organisieren, z.B. indem Sie alle Elemente, die das Dach formen, in eine separate Gruppe verschieben, so dass es einfach ist, sie zu aktivieren/deaktivieren (eine Gruppe sichtbar/unsichtbar machen tut das gleiche mit allen Objekten in dieser Gruppe).

Der Arch-Arbeitsbereich bietet einige zusätzliche Werkzeuge, um Ihr Modell zu organisieren: Grundstück, Gebäude und Geschoss. Diese drei Objekte basieren auf der Standard-FreeCAD-Gruppe, so dass sie sich genau wie Gruppen verhalten, aber sie haben eine Reihe von zusätzlichen Eigenschaften. Geschoss hat die Fähigkeit, die Höhe der enthaltenen Wände und Strukturen zu setzen und zu verwalten, und wenn sie verschoben werden, werden auch die Inhalte verschoben.

Aber nachdem wir hier nur ein Gebäude mit einem (und einem halben) Geschoss haben, gibt es keine Notwendigkeit, solche Objekte zu benutzen, also lassen Sie uns bei einfachen Gruppen bleiben.

Lassen Sie uns zur Arbeit zurückkehren. Schalten Sie die Dach-Gruppe aus, so dass wir besser hineinsehen können, und ändern Sie den Anzeigemodus auf Drahtgitter (oder verwenden Sie das Anzeige-Modus umschalten-Werkzeug), so dass wir weiterhin an sie einrasten können, denn auch wenn wir den Plan von unten sehen. Aber Sie können auch die Fußböden komplett ausschalten, dann Ihre Türen auf Level 0 platzieren und sie dann mit dem Verschieben-Werkzeug um 15 cm anheben.

Lassen Sie uns die Innentüren platzieren. Verwenden Sie die "Einfache Tür"-Voreinstellung erneut und erstellen Türen von 1,00 m und 0,70 cm Breite, 2,10 m Höhe und W1-Größe 0,1 m. Stellen Sie sicher, dass Sie an der richtigen Wand einrasten, wenn Sie platzieren, so dass sie automatisch ein Loch in der Wand erstellen. Falls es schwierig ist, sie richtig zu positionieren, dann können Sie sie an einer einfacheren Stelle platzieren, an der Ecke der Wand zum Beispiel, und sie dann verschieben. Das "Loch" wird ebenfalls verschoben.

Wenn Sie aus Versehen ein Fenster in der falschen Wand platziert haben, ist das einfach zu korrigieren: Entfernen Sie im Änderungsmodus das Fenster aus der "Subtraction"-Gruppe der Host-Wand, wie wir das oben gesehen haben, und fügen Sie es auf die gleiche Weise in der "Subtraction"-Gruppe der richtigen Wand ein oder nutzen Sie einfach das Komponente entfernen-Werkzeug.

Nach ein wenig Arbeit sind alle Türen vorhanden:



Bei einem genaueren Blick auf die Draufsicht? habe ich einen weiteren Fehler entdeckt: Die Oberkante der Ziegelwand ist nicht 2,60 m, sondern 17,5 cm tiefer, also 2,425 m. Glücklicherweise haben Fenster, die auf Voreinstellungen basieren, eine Möglichkeit, die allgemeinen Abmessungen (Breite und Höhe) durch die Eigenschaften anzupassen. Lassen Sie uns die Höhe auf 2,425 - 0,15, also 2,275 ändern. Das zweite Fenster, als ein Klon des ersten, wird sich ebenfalls anpassen. Das ist im Grunde genommen, wo sich die wahre Magie von parametrischem Design zeigt.

Nun können wir uns mit dem richtig interessanten Zeug befassen: wie man eigene maßgeschneiderte Fenster entwirft.

Maßgeschneiderte Fenster erstellen
Wie ich oben erklärt habe, werden Fenster aus 2D-Layouts erstellt, die aus geschlossenen Elementen (Polygonzüge(Polylinien), Kreisen, Rechtecken, irgendetwas) bestehen. Nachdem Draft-Objekte nicht mehr als eines dieser Elemente enthalten können, ist das bevorzugte Werkzeug zum Zeichnen von Fenster-Layouts der Skizze-Arbeitsbereich. Unglücklicherweise kann man damit nicht an externen Objekten einrasten, wie das beim Draft-Arbeitsbereich möglich ist. Da wir bereits dreidimensionale Objekte gezeichnet haben, wäre es schön, diese nutzen zu können. Glücklicherweise gibt es Werkzeug, um Draft-Objekte in eine Skizze konvertieren zu können: Das Entwurf zu Skizze-Werkzeug.

Lassen Sie uns also mit unserem ersten Fenster-Layout beginnen. Ich habe auf die Draufsicht mehrere Rechtecke gezeichnet: Eins für die äußere Linie und vier für die innere Linie. Ich habe vor der Tür aufgehört, denn wie Sie sich erinnern, hat diese bereits einen Rahmen:



Nach dem Auswählen aller Rechtecke drücken Sie den Entwurf zu Skizze-Button (und löschen die Rechtecke, denn dieses Werkzeug löscht nicht die originalen Objekte, falls etwas schiefgeht). Nach Wählen der neuen Skizze drücken Sie das Fenster-Werkzeug.



Das Werkzeug wird feststellen, dass das Layout einen äußeren und mehrere innere Polygonzüge hat und Ihnen automatisch eine Standardkonfiguration vorschlagen: Ein Rahmen, entstanden durch Subtraktion der vier inneren vom äußeren Polygonzug, extrudiert auf 1 m. Lassen Sie uns das durch Doppelklick (Aufruf des Änderungsmodus) auf das Objekt in der Baumansicht ändern.

Sie werden eine "Default"-Komponente sehen, die automatisch durch das Fenster-Werkzeug erzeugt wurde, die die fünf Polygonzüge benutzt und einen Extrusionswert von 1 hat. Lassen Sie uns den Wert auf 0,1 ändern, damit dieser zu denen der Türen passt.

Lassen Sie uns jetzt vier neue Glasscheiben hinzufügen, die jede einen einzelnen Polygonzug verwenden, und setzen Sie einen Extrusionswert von 0,01 und einen Offset von 0,05, damit sie in die Mitte des Rahmens gesetzt werden. Das Fenster wird am Ende so aussehen:



Ich vermute, dass Sie nun die Macht des Systems verstehen: Jede Kombination von Rahmen und Feldern beliebiger Form sind möglich. Wenn Sie es zweidimensional zeichnen können, kann daraus ein gültiges 3D-Objekt werden.

Lassen Sie uns jetzt die anderen Teile zeichnen und danach alles an die richtigen Stellen verschieben. Zuerst müssen wir aber in der 2D-Zeichnung noch einige Korrekturen durchführen, weil einige Linien fehlen, wo das Fenster auf die Treppe trifft. Wir können das durch Versetzen der Treppe um 2,5 cm erreichen, indem wir das Draft Offset-Werkzeug benutzen (mit gedrückter -Taste, weil wir die Linien kopieren und nicht verschieben wollen). Jetzt können wir mit Polygonzügen ein Layout zeichnen, es zu einer Skizze konvertieren und dann ein Fenster daraus machen.

Nach mehrfacher Ausführung (ich habe es in vier separaten Stücken gemacht, aber das entscheiden Sie selbst) ist unsere Fassade vollständig:



Wie vorher auch bleibt jetzt nur die Drehung der Stücke und das anschließende Verschieben an die richtige Position:



Als letztes fehlendes Stück gibt es noch ein Wandsegment, das nicht im Plan aufgetaucht ist, und was wir noch hinzufügen müssen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, das zu tun. Ich habe mich entschieden, eine Linie auf dem Fußboden zu zeichnen, sie anschließend auf die richtige Höhe anzuheben und dann daraus eine Wand zu erstellen. Ein weiteres Mal nehmen wir den Differenzkörper (er müsste in der Baumansicht bei der letzten Säule zu finden sein) und subtrahieren ihn. Nun ist diese Seite des Gebäudes fertig:



Fertig? Nicht ganz. Auf dem obigen Bild sehen Sie, dass wir unsere Türen mit einem 5 cm Rahmen erstellt haben, erinnern Sie sich (das war der Standard der Voreinstellung)? Aber die anderen Fenster haben 2,5 cm Rahmen. Das müssen wir korrigieren.

Fenster ändern
Wir haben bereits gesehen, wie mit dem Fensteränderungsmodus Fensterkomponenten erstellt und aktualisiert werden können, aber man kann auch die darunterliegende Skizze ändern. Fenster mit Voreinstellungen unterscheiden sich nicht von maßgeschneiderten Fenster, das Fenster-Werkzeug erstellt nur die darunterliegende Skizze für Sie. Wählen Sie das Türobjekt (das Original, nichr die Kopie, Sie erinnern sich, dass wir einen Klon erstellt haben) und expandieren Sie es in der Baumansicht. Das ist unsere Skizze. Doppelklicken Sie es, um den Änderungsmodus aufzurufen.

Der Skizzen-Arbeitsbereich ist ein extrem mächtiges Werkzeug. Es fehlen einige Annehmlichkeiten des Draft-Arbeitsbereiches, aber es hat viele andere Vorteile. In FreeCAD werden Sie abhängig von Ihren Bedürfnisses regelmäßig den einen oder anderen nutzen. Das wichtigste Merkmal der Skizze sind Einschränkungen. Einschränkungen erlauben Ihnen, die Position von Elementen relativ zu anderen automatisch zu fixieren/einzuschränken. Sie können beispielsweise ein Segment zwingen, immer vertikal zu sein oder immer einen bestimmten Abstand zu einem anderen zu haben.

Wenn wir unsere Türskizze ändern, können wir sehen, dass sie aus einer vollständig eingeschränkten Skizze besteht.



Jetzt müssen wir nur den 5 cm Abstand zwischen der äußeren und der inneren Linie ändern, indem wir sie doppelklicken und den Wert aus 2,5 cm ändern. Nach Klicken des OK-Buttons sind unsere Tür und ihr Klon aktualisiert.

Arbeiten ohne 2D-Unterstützung
Bisher war unsere Arbeit relativ einfach, weil wir die darunterliegenden 2D-Zeichnungen hatten, auf die wir uns stützen konnten. Jetzt müssen wir aber die gegenüberliegende Fassade und das Glasatrium erstellen und die Dinge werden komplizierter: die Zeichnung der gegenüberliegenden Fassade enthält eine Menge von falschen Dingen, das Atrium wird überhaupt nicht dargestellt und wir haben einfach keine Zeichnung für die inneren Wände des Atriums. Wir müssen daher selbst eine Reihe von Dingen erfinden. Werfen Sie einen Blick auf reference pictures, um herauszufinden, wie die Dinge aussehen. Oder machen Sie es nach Ihren Wünschen!

Eine Sache können wir bereits tun: Das komplizierte Treppenfenster kann mit dem Verschieben-Werkzeug kopiert werden, denn es ist auf beiden Seiten identisch.



Note that here, I preferred to duplicate with the Draft Move tool instead of using a clone, because the clone currently doesn't support different colors inside objects. The difference is that the clone is a copy of the final shape of the original object, while if you copy an object, you create a new object and give it all the same properties as the original one (therefore, also its base sketch and its window components definition, which are both stored as properties).

Now we must attack the parts that are not drawn anywhere. Let's start with the glass wall between the sitting room and the atrium. It'll be easier to draw it on the elevation view, because we'll get the correct height of the roof. Once you are in plan view, you can rotate the view from the menu View → Standard Views → Rotate left or right, until you get a comfortable view to work, like this:



Note how on the image above, I made a line from the model to the left section, to get the exact width of the window. Then, I reproduced that width on the elevation view and divided it into 4 pieces. Then I built one main window piece, plus 4 additional windows for the sliding doors. The sketcher sometimes has difficulties with overlapping wires, that's why I preferred to keep them separated like this:



After the necessary rotations, everything clicks perfectly into place:



We still need some corner piece there. A little useful trick with the Draft SelectPlane tool, if you have a face selected when you press the button, the working plane matches this face (at least its position, and if the face is rectangular, it also tries to match its axes). This is useful to draw 2D objects directly on the model, such as here, we can draw a rectangle to be extruded directly at its correct position:



Then let's do the two remaining pieces. One is easy, it is a copy of what's on the other side, so we can simply use the 2D drawing:



The other one is a bit tricky, by looking at the pictures, we see that it has many vertical divisions, like the stairs windows. By chance (or very good design from Vilanova Artigas), the width of our window, of 4.50m, is exactly the same as the stairs window, so we can use the exact same division: 15 pieces of 30cm. Here I used the Draft Array tool to copy over the two lines 15 times,and drew rectangles on top of them:



Once this is done, we can create our window with the same method we already know. Another small useful trick, in case you haven't found it yourself already: When editing a window, if you change the name of a component, it actually creates a duplicate of it. So to create the 15 inner glass panels, instead of clicking 15 times the "add" button and fill 15 times the data, you can just keep editing one, and change its name and wire, it will create a copy each time.

After the window is rotated and moved into place, the atrium is complete:



Edits and fixes
Now when we look at our back elevation, and compare it with the plan, we see that there are some differences that need to be fixed. Namely, the bedroom windows are smaller than I first thought, and we'll need to add some more walls. In order to do that properly, some floors need to be cut:



We have of course several ways to do that, making a subtraction volume would be an easy way, but it would add unnecessary complexity to the model. Better to edit the base wire of each floors. This is where the Draft Edit mode comes into action. By expanding these floors in the tree view, then making their base wire visible, we can then double-click them to enter edit mode. There, we can move their points, or add or remove points. With this,editing our floor plates becomes easy.



After some more sweat (the person who made those drawings obviously became pretty lazy when did this last elevation, much is drawn wrong), we finally have our complete house:



Note the chimney tube, which is made from a circle I used to make a hole in the chimney block, that I extruded, then converted into a tube with the Part Offset tool.

Output
Now, after all the hard work we passed through to build this model, comes the reward: What can we do with it? Basically, this is the big advantage of working with BIM, all our traditional architectural needs, such as 2d drawings (plans, sections, etc), renderings, and calculations (bills of quantities, etc) can all be extracted from the model. And, even better, regenerated every time the model changes. I'll show you here how to obtain these different documents.

Preparations
Before starting to export stuff, one consideration is interesting to do: As you saw, our model is becoming increasingly complex, with a lot of relationships between objects. This can make subsequent calculation operations, such as cutting through the model, heavy. One quick way to magically "simplify" drastically your model, is to remove all of this complexity, by exporting it to the STEP format. That format will preserve all your geometry, but will discard all the relationships and parametric constructions, keeping only the final shape. When reimporting that STEP file into FreeCAD, you will get a model that has no relationship, and a much smaller file size. Think of it as an "output" file, that you can regenerate anytime from your "master" file:



Exporting to IFC and other applications


One of the very fundamental things you need when working with BIM is to be able to import and export IFC files. This is still a work in progress in FreeCAD. IFC format is already supported, and importing IFC files into FreeCAD is already pretty reliable. Exporting is still experimental, though, and has currently many limitations. However, things are bettering and we should get proper IFC export very soon.

IFC export requires very little setup, once the necessary software libraries are installed. You only need to recreate the building structure, which is needed in all IFC files, by adding an Arch Building to your file, then an Arch Floor, then moving all the groups of objects that compose your model in it. Make sure you leave your construction geometry (all the 2D stuff we've been drawing) out of it to avoid making your IFC file unnecessarily heavy.

Another thing to set, is to check the "Role" property of structural elements. Since IFC has no "generic" structural element, like FreeCAD, we need to assign them roles (column, beam, etc...) so the exporter knows what element to create in the IFC file.

In this case, we need our whole architectural system, so the IFC exporter can know if an object must be exported as a wall or a column, so we are using our "master" model, not our "output" model.

Once this is done, simply select your building object, and choose the "Industry Foundation Classes" format. Exporting to non-BIM applications, such as Sketchup is also easy, you have several export formats at your disposal, such as Collada, STEP, IGES ou OBJ.

Rendering
FreeCAD also features a rendering module, the Raytracing Workbench. That workbench currently supports two render engines, PovRay and LuxRender. Since FreeCAD is not designed for image rendering, the features that the Raytracing workbench offer to you are somewhat limited. The best course of action when you want to do proper rendering, is to export your model to a mesh-based format such as OBJ or STL, and open it in an application more suited to rendering, such as blender. The image below has been rendered with blender's cycles engine:



But, for a quick rendering, the Raytracing workbench can already do a good job, with the advantage of being very easy to setup, thanks to its templates system. This is a rendering of our model fully made within FreeCAD, with the Luxrender engine, using the "indoor" template.



The Raytracing workbench still offers you very limited control over materials, but lighting and environments are defined in templates, so they can be fully customized.

2D drawings
Certainly the most important use of BIM is to produce 2D drawings automatically. This is done in FreeCAD with the Arch SectionPlane tool. This tool allows you to place a section plane object in the 3D view, that you can orient to produce plans, sections and elevations. Section planes must know what objects they must consider, so once you have created one, you must add objects to it with the Arch Add tool. You can add individual objects, or, more conveniently, a group, a floor or a whole building. This allows you to easily change the scope of a certain section plane later, by adding or removing objects to/from that group. Any change to these objects gets reflected in the views produced by the section plane.

The section plane automatically produces cut views of the objects it intersects. In other words, to produce views instead of sections, you just need to place the section plane outside of your objects.



The section planes can produce two different outputs: shape objects, that live in the same document as your 3D model, or drawing views, that are made to use on a drawing sheet produced by the Drawing workbench. Each of these behave differently, and has its own advantages.

Shape views

This output is produced by using the Draft Shape2DView tool with a section plane selected. You produce a 2D view of the model directly in the 3D space, like on the image above. The main advantage here is that you can work on them using the Draft tools (or any other standard tool of FreeCAD), so you can add texts, dimensions, symbols, etc:



On the image above, two Shape2D views have been produced for each section, one showing everything, the other showing only the cut lines. This allows us to give it a different line weight, and turn hatching on. Then, dimensions, texts and symbols have been added, and a couple of DXF blocks have been imported to represent the furniture. These views are then easy to export to DXF or DWG, and open in your favorite 2D CAD application, such as LibreCAD or DraftSight, where you can work further on them:



Note that some features are still not supported by the DXF/DWG exporter so the result in your 2D application might differ a bit. For example, in the image above, I had to redo the hatching, and correct the position of some dimension texts. If you place your objects in different groups in FreeCAD, these become layers in your 2D CAD application.

Drawing views

The other kind of output that can be produced from section planes is a Drawing view. These are produced by using the Draft Drawing tool with a section plane selected. This method has one big limitation compared to the previous one: you have limited possibilities to edit the results, and at the moment, things like dimensioning or hatching are still not natively supported.

On the other hand, the final output being easier to manipulate, and the graphical possibilities of the SVG format being huge, in the future, undoubtedly this will be the preferred method. At the moment, though, you'll get better results using the previous one.



On the image above, the geometry is the direct output of the section plane, but some other Draft objects have been added, such as dimensions and hatched polygons, and another view object with same scale and offset values has been produced from them with the Draft Drawing tool. In the future, such operations will be done directly on the Drawing page, leaving your model totally clean.

Quantities extraction
This is another very important task to be performed on BIM models. In FreeCAD, things look good right from the start, since the OpenCasCade kernel of FreeCAD already takes care of calculating lengths, areas and volumes for all the shapes it produces. Since all Arch objects are solids, you are always guaranteed to be able to obtain a volume from them.

Using spreadsheets

There is a brand-new workbench in FreeCAD, the Spreadsheet Workbench, that is the perfect tool for collecting such information about our model. It can count objects of a certain name or a certain type, or display a specific properties of those objects. The spreadsheet workbench features two objects: The spreadsheet object is a simple spreadsheet container, that you can edit, and place values inside the cells, but has no automation. The cell controller, on the other hand, is an object that you must insert in a spreadsheet, that controls a series of cells of its host spreadsheet, filling them according to what you specify. This, provided that you organized your model well, allows you to easily retrieve individual values:



Note that the spreadsheet workbench is still very new, and like everything very new, still contains many bugs and limitations. But for simple summaries like this, it already works well. The resulting spreadsheet can then be exported to a CSV file, which can be imported in any spreadsheet application.

The survey mode

Another way to survey your model and extract values, is to use the Arch Survey mode. In this mode, you can click on points, edges, faces or double-click to select whole objects, and you get altitude, length, area or volume values, shown on the model, printed on the FreeCAD output window, and copied to the clipboard, so you can easily pick and paste values in another opened application



Conclusion
I hope this gives you a good overview of the available tools, be sure to refer to the Arch Workbench and Draft Workbench documentation for more (there are more tools that I didn't mention here), and, more generally, to the rest of the FreeCAD documentation. Pay a visit to the forum too, many problems can usually be solved there in no time, and follow my blog for news about he Arch workbench development.

The file created during this tutorial can be found here