Integrazione BIM-GIS per le infrastrutture fognarie: sviluppo di un plugin QGIS tramite codice Python per l’importazione di file openBIM-IFC

The construction sector has significantly evolved with the introduction of Building Information Modelling (BIM); this tool enables effective project management and enhances collaboration and data exchange among various stakeholders. Nevertheless, it lacks comprehensive geospatial information. The integration of BIM and GIS (Geographic Information System) offers numerous advantages, as it facilitates future infrastructure service planning, maintenance operations, and the acquisition of precise information on the location of underground utilities. However, the integration of BIM and GIS presents several challenges concerning geometry transformation and georeferencing due to the lack of semantic correspondence between the Architecture-Engineering-Construction (AEC) domain and the geospatial sector. Specifically, BIM utilises IFC (Industry Foundation Classes), an open and standardised data model designed to ensure interoperability between software applications for building information modelling within the AEC sector. In contrast, GIS employs CityGML (City Geography Markup Language), which is also a standardised model but based on XML, and is used to represent and exchange geographical data of cities and urban environments. This thesis examines the feasibility of improving BIM-GIS integration through the development of a Python-based plugin for the open-source software QGIS. Initially, an analysis is conducted on the primary benefits of BIM and GIS integration, with particular attention to the field of sewerage infrastructure, investigating the advantages that could be achieved through its effective implementation. Subsequently, existing methods for BIM-GIS integration documented in the literature are reviewed, highlighting the challenges encountered and the unresolved issues. Following this, the study explores the geolocation methods available within Autodesk Revit, focusing on the characteristics of the three reference points used for model georeferencing. The process of exporting models in IFC format is analysed, and the differences in exportation relative to each reference point are visualised using the BIMvision software. The IFC file is then verified for correct geolocation using the web application IfcGref, which enables the visualisation of the georeferenced model on a base map provided by OpenStreetMap. Subsequently, the Python-based plugin is developed with the objective of creating an application capable of importing IFC files into QGIS. This process is carried out using the "Plugin Builder 3" tool, available in the QGIS Plugin Repository, which provides a foundational framework for developing new plugins. The Python code is then implemented to enable the plugin to import IFC files into QGIS, thereby making the BIM-GIS integration process more accessible to a wide range of users. Finally, the plugin is tested and validated using a storm overflow structure for combined sewer networks, which, after being exported in IFC format, is successfully imported into QGIS. The developed Python code serves as a foundation for further advancements, enabling the importation of a broader range of IFC classes and more complex geometries.

Il settore edile si è notevolmente evoluto grazie all’introduzione del Building Information Modeling (BIM); questo strumento infatti permette un’efficace gestione dei progetti e migliora la collaborazione e lo scambio di dati tra i diversi operatori. Ciononostante, è carente dal punto di vista delle informazioni geospaziali. L’integrazione BIM e GIS (Geographic Information System) offre numerosi vantaggi, permette infatti di gestire la futura pianificazione dei servizi infrastrutturali, le operazioni di manutenzione e ricavare informazioni precise sulla posizione delle utenze sotterranee. Tuttavia, l’integrazione tra BIM e GIS presenta diversi problemi di trasformazione della geometria e di georeferenziazione a causa della mancata corrispondenza semantica tra il dominio Architecture-Engineering-Construction (AEC) e il settore geospaziale. Il BIM, infatti, utilizza IFC (Industry Foundation Classes), il quale è un modello di dati aperto e standardizzato nato per consentire l'interoperabilità tra applicazioni software di modellazione delle informazioni di costruzione nel settore AEC; invece, il GIS adopera CityGML (City Geography Markup Language), il quale è anch’esso un modello standardizzato ma basato su XML e utilizzato per rappresentare e scambiare dati geografici delle città e degli ambienti urbani. La tesi discute la possibilità di rendere efficace l’integrazione tra BIM e GIS attraverso lo sviluppo di un plugin in codice Python per il software open source QGIS. Inizialmente, si svolge un’analisi sui principali vantaggi derivanti dall’integrazione di BIM e GIS. In particolare, si approfondisce il campo delle infrastrutture fognarie, indagando i benefici che si otterrebbero se questa integrazione fosse realizzata in modo efficace. In seguito, si analizzano i metodi di integrazione tra BIM e GIS attualmente pubblicati in letteratura, le difficoltà che si sono riscontrate e i problemi che ancora oggi non sono stati risolti. Successivamente, si studiano i metodi di geolocalizzazione disponibili all’interno del programma Autodesk Revit e le caratteristiche dei tre punti di origine rispetto ai quali vengono geolocalizzati i modelli. Si studia il processo di esportazione in formato IFC e si visualizzano le differenze di esportazione rispetto a ogni punto di riferimento tramite l’impiego del programma BIMvision. Si verifica che il file IFC sia correttamente geolocalizzato attraverso l’applicazione web IfcGref, che permette di visualizzare il modello geolocalizzato utilizzando come mappa base OpenStreetMap. Si passa poi allo sviluppo del plugin in codice Python con l’obiettivo di creare un applicativo in grado di importare file IFC all’interno di QGIS. Questo processo si svolge attraverso l’uso del plugin “Plugin Builder 3”, presente nel Repository dei Plugin di QGIS; il plugin mette a disposizione un modello base per lo sviluppo di nuovi plugin. Quindi si sviluppa il codice Python che consente al plugin di importare file IFC in QGIS, rendendo in questo modo il processo di integrazione BIM-GIS facilmente usufruibile da diversi utenti. Infine, si testa e valida il plugin attraverso uno sfioratore di piena per reti fognarie miste, che, dopo essere stato esportato in formato IFC, viene correttamente importato in QGIS. Il codice Python sviluppato può essere un punto di partenza per lo sviluppo di ulteriori algoritmi che permettano l’importazione di un numero più ampio di classi IFC e geometrie più complesse.