Automatic geometry extraction in digital building permits: A case study using BIM and NS Building

Abstract

An increasing number of cities are modelling their built environment in three-dimensional (3D) city models to plan their cities more efficiently. In parallel, the architecture, engineering and construction (AEC) industry are increasingly relying on Building Information Models (BIM) when designing, constructing and managing facilities such as buildings. These new means of storing, presenting and exchanging digital information begs the question how these two separate fields and information systems can be integrated, especially in the context of the building permitting process.
A process often considered to be costly and time consuming, partly because it involves analogue formats. Creating a digital building permitting process necessitates open and transparent information models and most of the scholarship dedicated to integrating geographic data with BIM (often referred to as GeoBIM) has incorporated the two leading open exchange formats, Industry Foundational Classes (IFC) from the AEC industry and CityGML from the geospatial domain.
This study draws from some of the insights and methods from international GeoBIM research but applies them to the Swedish building permitting process, replacing CityGML with the Swedish national specification for buildings (NS Building). It presents a workflow for extracting the outermost layer (“envelope”) of two IFC-models using two distinct methods and conforming the data to the NS Building information model. The datasets are then exchanged with the national geodata platform (NGP) and used to update a two-dimensional (2D) municipal basemap and a 3D city model.
The proposed workflow shows a possible method for incorporating IFC-models and NS Building into a municipality’s current workflow in the context of the building permitting process. However, the variation of how BIMs are modelled coupled with the absence of generalization guidelines in converting a BIM into NS Building poses difficulties for creating a dependable and automatic workflow.
To alleviate the first issue, policymakers should define the subset of a BIM that should be used in the building permitting process, either by instructing national agencies to demand BIM in their own construction projects through government procurement or through legislation. Policymakers must also consider what means they want to accelerate the adoption of NS Building, either through economic incentives or through legislation.
Municipalities that want to implement NS Building should consider consuming their own uploaded datasets as a means of quality assurance until generalization guidelines are released or geometry validation when uploading to NGP is improved.

Abstract (Swedish)

Allt fler kommuner utformar och använder digitala tvillingar eller 3D stadsmodeller för att tillgodose sina behov inom bl.a. stadsplanering och bygglov. Inom byggbranschen så ökar användningen av byggnadsinformationsmodellering (BIM) i framförallt planering- och projekteringsstadiet. Frågan är hur man kan utbyta denna digitala information från respektive bransch i bygglovsprövningar.
I nuläget så anses bygglov vara en dyr och utdragen process, delvis på grund av den analoga hanteringen av information i form av ritningar och dokument. Att skapa en strukturerad informationshantering i ett digitalt bygglov kräver öppna och transparenta format för informationsutbyte vilket förklarar varför merparten av forskningen inom området (som ofta benäms GeoBIM) har fokuserat på de öppna filformaten Industry Foundation Classes (IFC) och CityGML för bygg- respektive geodatabranschen.
Denna studie bygger vidare på den tidigare forskningen inom GeoBIM men är inriktad på den svenska bygglovsprocessen och har i det fallet ersatt CityGML med den nationella specifikationen för byggnad (NS Byggnad). Studien lanserar ett tänkt arbets- och informationsflöde inom en kommun där man extraherar det yttre skalet av en BIM-modell (IFC-format) med hjälp av två metoder varpå datat sedan anpassas för att följa NS Byggnad. Datamängden laddas därefter upp till den nationella geodataplattformen (NGP) och konsumeras tillbaka i flödet för att ajourhålla en tvådimensionell primärkarta och en 3D stadsmodell.
Det föreslagna informationsflödet är ett tänkbart sätt att sammanväva IFC-modeller och NS Byggnad i en kommuns nuvarande arbetssätt gällande bygglovsprocessen. Två brister gör dock att det tänkta flödet inte går att automatisera på ett tillförlitligt sätt, att det inte finns någon standard för hur informationen i BIM-modeller ska struktureras eller hur dataproducenter ska generalisera en BIM-modell när de konverterar informationen till NS Byggnad.
För att lösa den förstnämnda bristen bör myndigheter ställa krav på BIM i offentliga upphandlingar kopplat till byggnationer eller så kan staten överväga ny lagstiftning i frågan. För att öka användandet av NS Byggnad i samhällsbyggnadsprocessen så bör staten se över ifall de kan skapa ekonomiska incitament till de kommuner som är villiga att prova, alternativt genom lagkrav.
Kommuner som vill implementera NS Byggnad rekommenderas att också konsumera datamängderna de laddar upp till NGP i deras egna processer för att minimera fel i informationen. Den rekommendationen gäller åtminstone tills det att generalisering från BIM-modeller till NS Byggnad har blivit beskrivna eller att geometrivalideringen vid uppladdningen till NGP förbättras.

Popular Abstract

An increasing number of Swedish municipalities develop and use digital twins of their cities and buildings for urban planning and building permits. Three-dimensional (3D) models are also used in the construction industry, especially during planning and designing new buildings. A newly published study from Lund University investigates to what degree you can integrate these two digital tools in a digital building permitting process.
Drawing on the existing research, the study develops a workflow for a municipality that extracts the outer shell of a 3D model and converts it into the national standard for building information, NS Building. The 3D buildings are uploaded to the national geodataplatform, NGP, as well as used to update a 2D map and a 3D digital twin.
The workflow can be used as a template by a municipality that wishes to enhance their digital building permits while also integrating external 3D models into their own digital twin. However, some current flaws limit the degree of automation in the suggested workflow. Without national guidelines on how to structure the 3D models or how to convert them into 3D buildings according to NS Building a municipality cannot create a dependable automatic workflow.
The study calls on government agencies to incorporate a standard for 3D models in their procurement processes or that policymakers enact legislation defining how a 3D model can be incorporated into digital building permits. To widen the adoption of NS Building, policymakers should either provide economic incentives to the municipalities that implement the standard or mandate its use through legislation.
Municipalities that are willing to implement NS Building already are recommended to download their 3D buildings from the NGP to make sure that the data is consistent with what they uploaded (which was not the case in the study). This added step could be excluded if the validation process during the upload to the NGP is improved or if new guidelines on how to convert the 3D models into NS Building are released.

Popular Abstract (Swedish)

Allt fler kommun utformar och använder digitala tvillingar av deras städer och byggnader för stadsplanering och bygglov. Samtidigt så utvecklas tre dimensionella (3D) ritningar inom byggbranschen vid planering och projektering av nya byggnader. En nyligen publicerad mastersuppsats undersöker hur man kan väva samman dessa digitala verktyg i en digital bygglovsprocess.
Med utgångspunkt i befintlig forskning så utvecklar uppsatsen ett arbetsflöde för en kommun att använda det yttre skalet av en 3D ritning och konvertera det till den nationella standarden för byggnadsinformation, NS Byggnad. 3D byggnaderna laddas därefter upp till den nationella geodataplattformen, NGP. Samma byggnader laddas sedan ner för att uppdatera en 2D karta och en 3D digital tvilling.
Arbetsflödet kan utgöra en mall på hur en kommun kan utveckla deras digitala bygglovsprocesser och integrera externa 3D ritningar med deras egen digitala tvilling. Men några brister gör att flödet inte kan automatiseras till fullo. Utan en gemensam standard för hur en 3D ritning ska vara strukturerad eller hur själva informationen ska förenklas till NS Byggnad så kan en kommun inte lita på att rätt detaljer konverteras korrekt.
Uppsatsen ger som förslag att myndigheter ska kräva standardiserade 3D ritningar i deras upphandlingar eller att ny lagstiftning ska utforma dessa standarder. För att påskynda användningen av NS Byggnad så måste staten antingen uppmuntra fler kommuner att anamma standarden genom ekonomiska bidrag eller genom att tvinga kommunerna att använda NS Byggnad genom lagstiftning.
För kommuner som är villiga att använda NS Byggnad redan nu så rekommenderas de att ladda hem 3D byggnaderna från NGP för att säkerställa att byggnaderna ser likadana ut när de försöker konsumera datat som när de laddar upp datat (vilket inte var fallet i studien). Den rekommendationen gäller till det att NGP blir bättre att fånga upp felaktiga byggnader i uppladdningsskedet eller att nya riktlinjer hur man ska konvertera mellan 3D ritningar och NS Byggnad tas fram.

• author: Vejkdal Thorsberg, Oskar
• supervisor: Per-Ola Olsson
• organization: Dept of Physical Geography and Ecosystem Science
• course: GISM01 20252
• year: 2025
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: Geography, GIS, 3D City Models, NS Building, Swedish national specification, Digital Building Permits, GeoBIM
• publication/series: Master Thesis in Geographic Information Science (GIS)
• report number: 200
• language: English
• id: 9215917
• date added to LUP: 2025-12-03 09:24:25
• date last changed: 2025-12-03 09:24:25