Приложение usIFC.server – инновационный подход к хранению и редактированию IFC-данных

Сегодня речь пойдет о приложении usIFC, позволившем итальянской компании АССА Software выиграть престижный конкурс buildingSMART Awards в категории Technology Leadership. Данная категория предназначена для инновационных решений в области интероперабельности и свободного сотрудничества при работе с методологией openBIM. 

Предпосылки и актуальность

Экспертам зачастую непросто работать с единой IFC-моделью и оперативно вносить в неё необходимые изменения. Компания АССА Software поставила перед собой задачу создать приложение, которое позволит не просто обновлять модель независимо от используемого ПО и устройства, но и делать это быстро и легко, минуя проприетарные форматы.

Разработанное приложение usIFC.server одновременно предоставляет доступ к IFC файлам всем вовлечённым в проект пользователям, давая им возможность открывать и изменять модель в openBIM формате внутри любого ПО и с любого устройства. Таким образом, разработчики добавляют динамику в изначально статичную IFC-модель, задействованную в BIM-процессах, увеличивая её роль.

OpenBIM и программное обеспечение в проекте

Революционность предлагаемого решения создатели видят в превращении IFC-модели из статичного «снимка» в динамичный объект, способный развиваться с течением времени. Приложение usIFC.server позволит поддерживать актуальность IFC-модели даже при недоступности ПО, в котором она была создана, то есть, даже на этапе эксплуатации, спустя годы после сдачи объекта, когда часть элементов была перемещена, добавлена, удалена, и, возможно, были изменены свойства и спецификации в модель можно будет продолжать вносить все необходимые изменения.

Используемые открытые форматы: IFC 2x3, IFC4, ifcXML, MVD, JSON (для частичного обмена данными модели и общения между серверами). 

Программные продукты: usIFC.server, usBIM.platform, usBIM.editor, usBIM.browser, Revit, usBIM.facility, Solibri, usBIM.viewer+, usBIM.reality.

Подробное описание проекта

Проект usIFC.server радикальным образом меняет подход к IFC-формату, восприятию IFC-модели как статичного снимка, запечатлевшего конкретный момент в ходе строительства, скорее даже как особый способ обмена информацией с конкретной целью. Ведь IFC-модели могут предложить гораздо больше, и разработчики usIFC.server стремятся развить заложенный в формате потенциал. Они считают, что модель должна развиваться наравне с соответствующим строительным или инфраструктурным проектом на протяжении всего жизненного цикла. По своей сути IFC-модель – это цифровой двойник строительного или инфраструктурного объекта, созданный на базе открытых стандартов, следовательно он должен перенимать все изменения и доработки своего «реального» аналога. Консорциум buildingSMART разделяет данное видение; уже сегодня ряд проектов опирается на IFC STEP для оптимизации и возможности сериализовать структуры данных для популярных XML, RDF, HDF5, JSON и других моделей представления: одни форматы больше подходят для хранения, другие – для частичного обмена информацией. Одним из важнейших достижений проекта usIFC.server стало удобное хранение структур IFC-данных на сервере, что дало возможность получать доступ к определённой информации внутри модели, вносить в неё изменения и осуществлять частичный обмен данными. Таким образом, редактирование данной информации может быть упрощено с применением многих API высокого уровня, а доступ к API может быть предоставлен любому клиенту, даже если ему не известны детали используемой IFC-спецификации. Всё это открывает огромный спектр возможностей, и может находить различные применения на всех этапах жизненного цикла строительного проекта.

Например, приложение для разработки BIM-модели может выполнять функцию клиента, отправляющего на сервер информацию о перемещении элементов, или, развивая данный пример, клиент может запрашивать информацию, касающуюся определённой части модели (или ряда моделей), скажем, колонн и структурных подразделений одной модели и механических, электрических и водопроводных труб другой. Благодаря частичному обмену данными клиент получает информацию только по интересующим его элементам, а не по всей модели сразу, а все вносимые изменения будут автоматически отражаться в соответствующей модели, фактически сводная модель становится абсолютно бесшовной с точки зрения восприятия конечным пользователем.

Другим примером использования может служить приложение для управления, которому необходимо обновлять данные о положении объекта в режиме реального времени: объект может быть привязан к маячку, сигнализирующему об изменении его положения, к браузеру, к VR или любому другому клиенту, запрашивающему информацию для визуализации и обновления.

Приложение usIFC.server стало первым в своём роде решением, внутри которого структуры IFC-данных допускают редактирование, а значит, являются динамичными, оно с успехом доказало, что данная задача выполнимa. Такой функционал уже сегодня подходит для различных сценариев использования, выходящих за рамки существующих определений модельного вида (Model View Definitions, MVD) отраслевых базовых классов, и список можно легко расширить, благодаря возможности редактировать каждый отдельный пласт информации внутри IFC-модели, включая случаи добавления, обновления и удаления данных внутри неё. Пользователи получают возможность создавать новые и диверсифицировать текущие рабочие процессы и сценарии использования для конечных потребителей. Хранящаяся в моделях информация может быть получена через запросы, способные в случае со сводной (федеративной) IFC-моделью, охватить сразу несколько цифровых двойников.

Сериализация STEP позволит отдать изменённую IFC-модель с сервера в любое время, чтобы иметь самую востребованную на текущий день схему данных IFC, совместимую с многочисленными приложениями, доступными на рынке. Но настоящая инновация, по мнению разработчиков, заключается в частичном обмене информацией и, безусловно, в возможности выборочно редактировать данные IFC-модели. Практика openBIM действительно расширяет горизонты; в рамках миссии по развитию новых технологий на базе открытых стандартов компании АССА Software удалось достичь исключительных результатов, недоступных ранее даже с применением проприетарных форматов. 

Подробное описание openBIM в проекте

Разработанное приложение usIFC.server – это облачный сервер, хранящий открытые структуры IFC-данных. Сегодня мы считаем, что только связанная IFC-модель может храниться в виде файла, однако выделенные структуры данных подходят для хранения в разных каналах и с различными вариантам сериализации. Международный консорциум buildingSMART осознает данное противоречие, и, как упоминалось выше, в ряде проектов уже применяются различные варианты сериализации с целью выполнения различных задач. Именно таким члены консорциума видят дальнейшее развитие IFС-формата. C некоторым упрощением схемы, которая на сегодняшний день, вероятно, является слишком сложной, что ограничивает её эффективное внедрение разработчиками ПО, эти открытые структуры данных позволят любому программному продукту с любого домена присоединиться и интегрироваться в существующую экосистему приложений. Это невероятно мощный инструмент, поскольку он позволит всем заинтересованным сторонам внести свой вклад, пользуясь уже существующими или предлагая новые системы, интегрированные с открытой IFC-моделью.

Само существование usIFC.server доказывает, что видение консорциума buildingSMART не оторвано от сегодняшних реалий, и доступные нам технологии являются достаточными для воплощения в жизнь поставленной задачи. Для достижения таких невероятных результатов usIFC.server использует клиентские API и общение между серверами: приложение предоставляет REST API для загрузки и скачивания файлов, с их помощью клиент может загрузить новую или скачать измененную IFC-модель. Модели, загруженные на usIFC.server доступны для отправления SQL-запросов, через API, а результаты передаются через JSON – ещё один открытый формат, часто используемый для обмена данными между клиентами и серверами.

Кроме того, клиент может считывать и вносить (то есть, обновлять) любые данные IFC-модели. Для решения данных задач, а также с целью упростить сложный IFC STEP, сервер предлагает API высокого уровня для стандартных операций, таких как перемещение и вращение, добавление новых элементов, изменение свойств, группирование и т. д. Благодаря этому, даже не имея глубоких знаний о сложных структурах IFC-данных, клиент может легко и просто выполнять необходимые изменения. Например, если ему потребуется переместить элемент, его спросят только о переводе самого элемента, не вдаваясь в детали размещения объекта, относительных размещений и всего комплекса структур IFС-данных. Это невероятно упрощает задачу клиента и сводит весь процесс до уровня стандартных вызовов API. Разумеется, usIFC.server предлагает и более детальные API, во всех подробностях затрагивающие IFC-комплексы на случай если клиенту понадобится такой уровень детализации.

Операции с моделью атомарны (неделимы) и могут выполняться параллельно, при этом клиенты получают уведомления о вносимых изменениях в реальном времени, чтобы всегда иметь актуальные данные и оперативно реагировать на них. Если возникает необходимость  запросить информацию из определенной части модели или нескольких моделей, например, для визуализации или обновления различных элементов сводной (федеративной) модели, сервером будет произведен частичный обмен информацией с целью оптимизации трафика. Это особенно важно для маломощных сетевых клиентов и предоставления им возможности вносить изменения в файл.

Все описанные механизмы имеют огромное значение, поскольку различные клиенты с абсолютно разных доменов могут интересоваться разными аспектами одной и той же модели. Благодаря предложенному решению все они могут вносить свой вклад в поддержание ее актуальности: как реагировать, так и инициировать различные  действия и обновления.

В любой момент времени актуальный IFC-файл может быть запрошен с сервера через API благодаря стандартной сериализации IFC STEP.

Результаты проекта и преимущества от использования openBIM

Полученные результаты являются поистине уникальными, и никому в мире ещё не удавалось добиться ничего подобного, даже с использованием проприетарных форматов. Разработчикам usIFC.server удалось кардинально изменить подход к IFC-файлу, сделав его динамичным и развивающимся объектом. Они предоставили возможности для серверной интеграции высокого уровня с использованием любого клиента и любого источника (приложения для создания BIM-моделей, BIM-инструмента, IoT, VR, смартфона и т.д.), которые позволят изменять и обновлять IFC-модели на протяжении всего жизненного цикла соответствующего строительного или инфраструктурного объекта. Предложенное решение позволяет запрашивать информацию как из отдельной, так и из федеративной IFC-модели, адресовать запрос сразу к нескольким файлам, при этом пользователю не обязательно глубоко понимать довольно сложную спецификацию IFC STEP ни для получения, ни для изменения необходимой информации. 

Для более широкого применения структур IFC-данных нового поколения во всей строительной отрасли и на всех доменах (IoT-системы, цифровые двойники), по мнению разработчиков, необходимо дальнейшее упрощение спецификации IFC. Положительное влияние способны оказать и процессы сертификации, как это уже реализовано для некоторых самых распространенных определений модельного вида. Именно они смогут гарантировать высокое качество при переходе на IFC вендоров программного обеспечения и распространяться на все приложения, поддерживающие новые, технологически независимые структуры IFC-данных и предлагающие новые сценарии их использования.