BIM plus IoT – Wie der digitale Zwilling den Gebäudebetrieb revolutioniert

6. Dezember 2023 AEC/BIM

Der nächste evolutionäre Schritt im Bauwesen ist der digitale Gebäudezwilling. Durch die Kombination von BIM-Modellen und Echtzeitdaten über IoT-Sensoren ermöglichen Plattformen wie Autodesk Tandem und die N+P-Plattform eine transparente und effiziente Darstellung von Gebäuden.

Dieser Blogbeitrag ist Bestandteil der 6-teiligen Blogbeitrags-Serie „Schritt für Schritt zum digitalen Gebäudezwilling“, in der wir Sie auf den Weg zur Realisierung des digitalen Gebäudezwillings mitnehmen. Folgende Beiträge umfasst die Serie:

Der nächste Schritt in der Evolution des Bauwesens

In den ersten fünf Teilen unserer Blogbeitrags-Serie haben wir das Zusammenspiel verschiedener, z. T. cloudbasierter, Softwarelösungen, wie BIM (z. B. Autodesk Revit®) und CAFM (z. B. SPARTACUS Facility Management), vorgestellt. Dabei ist ein BIM-Modell entstanden, auf das alle Projektbeteiligten via Cloud (z. B. Autodesk Construction Cloud®) Zugriff haben.

Die Erstellung und Nutzung des digitalen Gebäudezwillings ist nach der Einführung von BIM-Prozessen der konsequente nächste Schritt, um die digitale Transformation in der Baubranche voranzutreiben.

Das zuvor geschaffene BIM-Modell bildet dafür die Grundlage. Bei dem digitalen Zwilling handelt es sich um eine dynamische Nachbildung eines physischen Objekts, die Planungs-, Bau- und Betriebsdaten zusammenführt.

Evolution-im-Bauwesen

Evolution im Bauwesen

Die Vorteile des digitalen Zwillings auf einen Blick

Der digitale Gebäudezwilling bietet Akteuren der Baubranche die Möglichkeit, ihre Arbeitsweisen zu optimieren und auf explodierende Kosten für Rohstoffe und Baumaterialien, steigende Energiekosten, Fachkräftemangel und Nachhaltigkeitsanforderungen zu reagieren.

  • Transparenz einer Immobilie bis ins Detail
  • Überwachung von Komfort, Sicherheit und Ressourcen
  • Aufzeigen von Optimierungsmöglichkeiten
  • Reduktion des Ressourcenverbrauchs (CO2-Neutralität und Nachhaltigkeit)
  • Erstellung einer 360°-Ansicht – Single Source of Truth (SSoT)

Trends beschleunigen die Entstehung von digitalen Zwillingen

Die rasante Entwicklung digitaler Technologien hat einen tiefgreifenden Einfluss auf verschiedenste Bereiche unseres Lebens und unserer Wirtschaft. Insbesondere der Trend hin zu immer intelligenteren und vernetzten Systemen beschleunigt die Entstehung von sogenannten „digitalen Zwillingen“.

Digitaler-Zwilling-Treiber-der-Digitalisierung

Digitaler Zwilling – Treiber der Digitalisierung

Digitale Gebäudezwillinge: Vorteile für vielfältige Anwendergruppen

Gebäudeeigentümer

  • Sicherstellung der Betreiberverantwortung inklusive Transparenz über den Gebäudelebenslauf
  • Energie- und Ressourcenverbrauchsreduzierung durch optimierten Gebäudebetrieb
  • Fundierte Entscheidungen durch Erhebung und Analyse von Echtzeitdaten

Nutzer des Gebäudes

  • Kurzer Ausfall von technischer Gebäudeausstattung durch kurze Instandhaltungszeiten
  • Im Idealfall Vermeidung des Ausfalls von technischer Gebäudeausstattung durch intelligente Sensorik
  • Steigerung des Komforterlebnisses (z. B. ideale Luftqualität bzw. Temperatur)

Mitarbeiter/Techniker in der Instandhaltung

  • Reduzierung von Suchzeiten, da alle Informationen digital und mobil zur Verfügung stehen
  • Schnellere und einfachere Problemlösung sowie gesteigerte Zufriedenheit durch Fokussierung auf wertschöpfende Tätigkeiten

 

Wie bildet man einen digitalen Zwilling ab?

Im Blogbeitrag gehen wir auf zwei verschiedene Plattformlösungen ein, die es ermöglichen, Echtzeitdaten über IoT-Sensoren zu erfassen, mit dem BIM-Modell in Verbindung zu bringen und dadurch die Realisierung des digitalen Gebäudezwillings zu ermöglichen. Anhand unseres Beispielprojektes „Dambach“ zeigen wir konkrete Umsetzungsszenarien im Immobilienbetrieb auf.

Abbildung digitaler Zwillinge auf Basis von Autodesk Tandem®

Wir haben dafür zunächst das Architektur- und Haustechnik-Modell in Autodesk Tandem hochgeladen. Diese findet der Anwender unter „Source Files“. Dieser hat die Möglichkeit, nähere Informationen zum hochgeladenen Modell aufzurufen. Beispielsweise sieht er auf einen Blick, wann das Modell zuletzt aktualisiert wurde. Das heißt, Anwender können das Modell jederzeit aktualisieren.

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Darstellung des Architekturmodells in Autodesk Tandem

Es gibt zwei Möglichkeiten, um Modelle hochzuladen. Zum einen steht der File-Upload zur Verfügung mit dem man auf die Dateien auf dem Computer zugreifen kann.

Datei-Upload-in-Autodesk-Tandem

Datei Upload in Autodesk Tandem

Eine andere Möglichkeit besteht darin, Autodesk® Docs zu nutzen. Im Bild sieht man, dass das Tandem-Projekt mit Autodesk Docs verknüpft ist. Über diese Verknüpfung besteht die Möglichkeit, auf die verschiedenen Modelle zuzugreifen.

Verknuepfung-von-Autodesk-Tandem-und-Autodesk-Docs

Verknüpfung von Autodesk Tandem und Autodesk Docs

Sobald die Verknüpfung zwischen Autodesk Tandem und Autodesk Docs hergestellt wurde, erkennt man auch, wenn neue Modelle in Autodesk Docs hochgeladen wurden. Ausgehend von der Benachrichtigung kann man die Modelle dann automatisch aktualisieren.

Autodesk Tandem bietet keine Möglichkeit, die Modelle anzupassen. Die Softwareoberfläche ist für den Anwender übersichtlich gestaltet. Es stehen verschiedene komfortable Funktionen zur Verfügung, z. B. können Maße entnommen oder Schnitte erstellt werden.

Es stehen auch weitere Funktionen zur Verfügung, u. a.:

  • Eigenschaftenfenster
  • Navigationsfunktionen
    • Auswählen
    • Drehen
    • First Person
  • Messenfunktion
  • Erzeugung von Schnitten
  • Visualisierung der Sensordaten
Funktionen-in-Autodesk-Tandem-Erstellung-eines-Schnittes

Funktionen in Autodesk Tandem, z. B. Erstellung eines Schnittes

Neben den Funktionen, die in der Funktionsleiste zur Verfügung stehen, hat der Anwender darüber hinaus die Möglichkeit, Filter zu nutzen. Es ist der Zugriff und die Darstellung auf die hochgeladenen Modelle möglich. Gleichermaßen können die Modelle aber auch ausgeblendet werden.

Verwendung-von-Filtern-in-Autodesk-Tandem

Verwendung von Filtern in Autodesk Tandem

Diese Filteroptionen bieten die Möglichkeit, sich einen schnellen Überblick über das Gebäude zu verschaffen. Hat man einen Filter gefunden, den man öfter benutzen will, kann dieser als Ansicht gespeichert werden. Dadurch kann jederzeit schnell auf diese Filtereinstellungen zugegriffen werden.

Speicherung-von-Filtern-in-Autodesk-Tandem

Speicherung von Filtern in Autodesk Tandem

Neben der Visualisierung von Modellen ist die Einbindung von Sensorwerten möglich. Diese findet man unter „Streams““.
In unserem Beispiel werden drei Daten erfasst: CO2, Luftfeuchte und Temperatur.

Darstellung-von-Sensorwerten-im-Modell-über-Streams

Darstellung von Sensorwerten im Modell über Streams

Die Werte lassen sich auch für einen Zeitraum einschränken.

Eingrenzung-des-Betrachtungszeitraums

Eingrenzung des Betrachtungszeitraums

Über die Funktion „Systems“ können TGA-Objekte einer Gruppe zugeordnet werden. Diese Funktion ist aktuell noch in der Beta-Version. Das hilft beispielsweise, die Lüftungsanlage in die Kategorie Abluft und Zuluft zu unterteilen und die Bauteile entsprechend zuzuordnen. So kann man besser erkennen, welche Lüftungsleitungen für die Zuluft bzw. für die Abluft genutzt werden.

Darstellung-von-Systemen

Darstellung von Systemen

 

Abbildung Digitaler Zwillinge auf Basis der N+P-Plattform

Auch die N+P-Plattform kann zur Abbildung digitaler Zwillinge zum Einsatz kommen. In unserem Demo-Projekt „Dambach“ haben wir den Fokus auf das Thema Echtzeitüberwachung gesetzt. Dieser Prozess umfasst die:

  • Überwachung des Zustandes
  • Visualisierung der aktuellen Werte
  • Visualisierung Werteverläufe (24h, 1 Woche, …)
  • Verortung der Standorte auf der Weltkarte
  • Verortung der IoT-Daten im 3D-Modell
  • Definition von Grenzwerten
  • Benachrichtigung bei Abweichungen
  • Berechnung von (einfachen) KPIs

Um dies zu ermöglichen, ist es erforderlich, Daten zum Standort, zum Gebäude und zu Anlagen mit IoT-Sensordaten (numerisch und alphanumerisch) in Verbindung zu bringen.

Auch die browserbasierte N+P-Plattform ermöglicht den Zugriff auf Autodesk Docs, um das Architekturmodell live aufzurufen.

Zugriff-auf-das-Architekturmodell-via-Autodesk-Docs

Zugriff auf das Architekturmodell via Autodesk Docs

Bei der Entwicklung der N+P-Plattform wurde darauf Wert gelegt, dass die Oberfläche einfach und übersichtlich für den Anwender gestaltet wird. Wählt man einen Raum aus, bekommt man die überwachten Sensorwerte wie Temperatur, Luftfeuchte und CO2 angezeigt. Die Raumauswahl kann dabei per Drop-Down-Liste erfolgen oder durch die direkte Auswahl im Modell.

Einblick-in-den-ausgewaehlten-Raum-Narzisse

Einblick in den ausgewählten Raum Narzisse

Die Sensorwerte werden dabei nicht nur als Momentaufnahme dargestellt. Die Informationen werden erfasst und können dann im Tagesverlauf verglichen werden. Dabei ist es möglich, einzustellen, dass es zu Alarmierungen kommt,
wenn definierte Grenzwerte unter- oder überschritten werden.

Darstellung-von-Sensorwerten-ueber-den-Tagesverlauf

Darstellung von Sensorwerten über den Tagesverlauf

Darüber hinaus lässt sich über die N+P-Plattform auch darstellen, welchen Status die Fenster haben – geöffnet oder geschlossen.

N+P-Plattform-Darstellung-des-Fensterstatus

N+P-Plattform Darstellung des Fensterstatus

Über die Plattform kann auch abgebildet werden, ob ein Raum belegt oder frei ist.

N+P-Plattform-Raumbelegung

N+P-Plattform Raumbelegung

Benötigt der Anwender detailliertere Informationen, kann er auf diese, wie eine verknüpfte 360-Grad-Ansicht, zugreifen.
Das hilft Ortsfremden, um sich einen ersten Überblick zu verschaffen.

360-Grad-Ansicht-ueber-die-N+P-Plattform

360-Grad Ansicht über die N+P-Plattform

Über „Weitere Informationen“ hat man anschließend die Möglichkeit bspw. direkt in das CAFM-System überzugehen.

Zugriff-auf-weitere-Informationen

Zugriff auf weitere Informationen

Es öffnet sich dann die CAFM-Lösung und man wird direkt in den Raum weitergeleitet, den man zuvor aufgerufen hatte.
Von dort aus kann man die weiteren Schritte gehen und beispielsweise den Raum buchen oder Informationen hinterlegen.

Bearbeitung-weiterer-Prozesse-in-SPARTACUS

Bearbeitung weiterer Prozesse in SPARTACUS

 

Fazit

Die vorgestellten Plattformen, Autodesk Tandem und die N+P-Plattform, verdeutlichen, wie der digitale Zwilling als der nächste Schritt in der Evolution des Bauwesens fungiert. Die Integration von BIM-Modellen und die Ergänzung durch Echtzeitdaten über IoT-Sensoren ermöglichen eine umfassende, transparente und effiziente Darstellung von Gebäuden und Anlagen.

Die Auswahl der geeigneten Plattform für die Implementierung digitaler Zwillinge hängt von individuellen Anforderungen und Projektzielen ab. Eine sorgfältige Abwägung zwischen den Funktionalitäten, der Benutzerfreundlichkeit, Integrationsmöglichkeiten und den spezifischen Bedürfnissen des Bauprojekts ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die gewählte Plattform optimal zu den Anforderungen der Bauprofis und Stakeholder passt.

Erfahren Sie in unserer Webcast-Aufzeichnung mehr über konkrete Umsetzungsszenarien im Rahmen des Immobilienbetriebs. Wir gehen in diesem Beitrag sowohl auf die N+P-Plattform als auch auf Autodesk® Tandem ein.

Bildquellen: Autodesk, N+P


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