BIM-Informationsmanagement bei der thermisch-energetischen Simulation von gebäudetechnischen Anlagen

• BIM information management for thermal energetic simulation of building service systems

Wimmer, Reinhard; van Treeck, Christoph Alban (Thesis advisor); König, Markus (Thesis advisor)

Aachen (2020)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020

Kurzfassung

Integrales Arbeiten in der Bauindustrie wird durch eine intensive Vernetzung aller Beteiligten ermöglicht und kann nur durch den Einsatz unterschiedlicher digitaler Modelle in den jeweiligen Disziplinen fachgerecht umgesetzt werden. Diese fortwährende Digitalisierung der Bauprozesse wird Building Information Modeling (BIM) genannt. Die in der Bauindustrie überfällige Anwendung digitaler Tools betrifft alle am Bauprozess beteiligten Expertisen. Damit die daraus resultierende Disruption strukturiert vollzogen wird, werden verschiedene Methoden eingesetzt. Diese Methoden erlauben eine zielorientierte Analyse der Prozesse von der Anwendung ausgehend, bis hin zur feinen Granularität der im Projektverlauf zu erstellenden Daten und Informationen. In dieser Arbeit wird BIM als Teil der integralen Planungsmethodik untersucht. Im Speziellen wird als BIM-Ziel die thermisch-energetische Simulation von gebäudetechnischen Anlagen mit der harmonisierten Information Delivery Manual (IDM)- und Model View Definition (MVD)-Methode, unter Abbildung verschiedener Anwendungsbeispiele, ausgearbeitet. Daraus werden die Anforderungen für eine gegebene Software-Architektur abgeleitet und mehrere Datenmodelle miteinander verbunden. Die Verbindung der unterschiedlichen Datenmodelle wird mit dafür eigens definierten Transformationslogiken verwirklicht. Die auf der Objekt- und Datenebene basierenden Ansätze erlauben die Definition von den dazugehörigen Level of Development (LOD)s. Mit diesen umfangreichen Ausarbeitungen wird der Herausforderung begegnet, dass neu zu etablierende Werkzeuge und Methoden praxisorientiert maßgeschneidert werden müssen. Mit der Entwicklung einer IDM wird komponentenweise vorgegeben, wie die Modellbildung zielorientiert verwirklicht wird. Dabei werden die Anwenderebene und die technologische Ebene im ersten Schritt zunächst getrennt voneinander, jedoch im zweiten Schritt integral betrachtet. In der Anwenderebene wird, vom Management, den Koordinatoren und von den Modellierern ausgehend, ein Prozessdiagramm erstellt. Innerhalb des Prozessdiagramms werden die einzelnen Aufgaben und deren Reihenfolge dokumentiert, die Schnittstellen identifiziert und im nächsten Schritt die auszutauschenden Daten und Informationen festgelegt. Diese Vorarbeit erlaubt auf der technologischen Ebene die Definition eines Datenaustauschanforderungsmodells. Damit wird festgehalten wie welche Daten und Informationen in den jeweiligen Schnittstellen ausgetauscht werden. Nach dieser Formalisierung wird abschließend eine MVD entwickelt, womit die einzelnen Schnittstellen für zukünftige Anwendungen maßgeschneidert angewendet werden. Die IDM, insbesondere das Prozessdiagramm und das Datenaustauschanforderungsmodell, sind die Grundlage zur Definition der LODs. Die LODs definieren die in der Zusammenarbeit notwendige Abstimmung der zu liefernden Modellstände. Es werden die zeitraumbezogenen Fertigstellungsgrade der einzelnen Modelle vorgegeben, wodurch eine Koordination der Projektarbeiten möglich wird. Damit die unterschiedlichen Schnittstellen ebenfalls die Daten und Informationen des jeweils generierten Outputs verlustfrei übertragen können, müssen zusätzlich noch die Transformationen der einzelnen Daten definiert werden. Dazu wird das Beziehungsgefüge der einzelnen Modelle untersucht und eine Methode zur Transformation der unterschiedlichen Daten vorgestellt. Die in dieser Arbeit aufgeführten Methoden und Ergebnisse wurden im EnEff:BIM-Forschungsprojekt ausgearbeitet und erprobt. Dieses vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Forschungsprojekt wurde von Ende 2013 bis November 2016 bearbeitet und trägt den Titel: "EnEff:BIM-Planung und Betriebsoptimierung von energieeffizienten Gebäuden durch Bauwerkinformationsmodelle", mit folgendem Förderkennzeichen: 03ET1177A-F. Um weitere internationale Tätigkeiten zu kanalisieren, wurde dieses Projekt mit einem internationalen Forschungskonsortium im vom Energy and Buildings Communities Program koordinierten Forschungsprojekt "IEA EBC Annex 60: New generation computational tools for building and community energy systems based on the Modelica and Functional Mockup Interface standards" gebündelt und gemeinsam bearbeitet.

Einrichtungen

• Lehrstuhl für Energieeffizientes Bauen [312410]