Automatisierte Erzeugung geometrischer Modelle für die BIM‐basierte Gebäudesimulation

• Automated generation of geometric models for BIM-based building simulation

Fichter, Eric; van Treeck, Christoph Alban (Thesis advisor); Nytsch-Geusen, Christoph (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2022)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2022

Kurzfassung

Angetrieben durch die Digitalisierung der Baubranche, der verstärkten Einbindung regenerativer Energiesysteme in die Gebäudetechnik sowie durch den zunehmenden Einsatz als Nachweisverfahren gewinnt die thermische Gebäudesimulation an Bedeutung. Im Zusammenspiel mit strömungsmechanischen Simulationen können Gebäude ökonomischer, ökologischer und unter Sicherstellung des thermischen Nutzerkomforts konzeptioniert werden. Vermehrt werden Simulationen dabei in Methoden des Building Information Modeling eingebunden. Im Kontext des openBIM zählt hierzu insbesondere der Informationsaustausch mittels IFC-Dateien, welche idealerweise einen umfassenden Datensatz zur Erstellung der Simulationsmodelle enthalten. In der Praxis sind die Daten jedoch oft fehlerhaft und unvollständig. Hierdurch verliert sich der Vorteil der semi-automatisierten Modellerstellung, der zu einer Aufwandsreduktion und damit zu einer vermehrten Anwendung von Simulationen führen könnte. Dies betrifft ebenfalls Space Boundary-Modelle, welche für die Erstellung von Simulationsgeometrien einsetzbar sind. Speziell im Bereich der thermischen Gebäudesimulation wurden daher verschiedene Methoden zu ihrer nachgelagerten Erzeugung vorgeschlagen. Nachteile dieser Methoden sind in unterschiedlicher Ausprägung die hohen Anforderungen an die Datenqualität, Limitationen bezüglich abbildbarer Szenarien sowie die unzureichende Attribuierung der Space Boundaries. Zudem werden die Anforderungen der numerischen Strömungsmechanik zumeist nicht berücksichtigt, obwohl die gekoppelte Simulation die Ergebnisgüte deutlich erhöhen kann. Bezüglich der Strömungssimulation wurden bislang wenige Ansätze zur automatisierten Überführung von IFC-Daten vorgestellt. Bestehende Verfahren bilden die Gebäudegeometrie häufig vereinfacht ab oder ignorieren den Umgang mit fehlerhaften Modellen. Die vorliegende Dissertation behandelt eine neue Methode zur automatisierten Erzeugung von Space Boundaries (IFC2SB). Diese zeichnet sich durch eine hohe Robustheit hinsichtlich der Modellqualität und eine umfassende Beachtung simulations- und schemaspezifischer Anforderungen aus. Die Arbeit betrachtet in zwei Grundlagenkapiteln zunächst den Stand der Wissenschaft in den Themengebieten Gebäudesimulation, Building Information Modeling und Space Boundaries. Im Anschluss werden Herausforderungen und Chancen bestehender Ansätze diskutiert. Auf Basis dessen wird die neue Methodik IFC2SB beschrieben, welche eine Vielzahl geometrischer und topologischer Algorithmen präsentiert. Anhand von Beispielmodellen und einer prototypischen Umsetzung in \CC wird die Validität, Robustheit und Performanz der Methode bewiesen. Abschließend werden die Erkenntnisse kritisch diskutiert und entsprechende Limitationen sowie weiterer Forschungsbedarf aufgezeigt.

Einrichtungen

• Lehrstuhl für Energieeffizientes Bauen [312410]