Graphbasierte Algorithmen und gesamtheitliche Repräsentation von Systemen der TGA mit BIM und Linked Data

• Graph based algorithms and holistic representation of technical systems with BIM and Linked Data

Pauen, Nicolas Patrick Maria; van Treeck, Christoph Alban (Thesis advisor); Monsberger, Michael (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2022)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2022

Kurzfassung

Technische Systeme im Bauwesen sind komplexe zusammenhängende Strukturen, welche in Abhängigkeit untereinander und zu räumlichen Entitäten stehen. Über den Lebenszyklus der technischen Systeme arbeiten unterschiedliche Akteure/Akteurinnen mit verschiedenen Informationsbedarfen und Softwareanwendungen in temporären Organisationen zusammen. Zur Bewältigung dieser Komplexität müssen große Datenmengen prozessiert und ausgetauscht werden. Building Information Modeling (BIM) ermöglicht es, diese Daten als strukturierte, digitale Informationen in maschinenlesbaren Repräsentationen abzubilden. Allerdings können nicht alle hierarchischen, strukturellen und funktionalen Aspekte von technischen Systemen in aktuellen Datenmodellen repräsentiert und mit Informationen von weiteren Domänen verknüpft werden. Dahingehend bieten Semantic Web Technologien (SWT) die Möglichkeit, Informationen webbasiert auf Datenebene zu verknüpfen und mit Hilfe von Ontologien eine gemeinsame Terminologie zur Beschreibung von Ressourcen in Form von Wissensrepräsentationen zu definieren. Vor diesem Hintergrund wird der aktuelle Stand der Technik zur Repräsentation von technischen Systemen in der, wie es im englischen genannt wird, Architecture, Engineering, Construction and Operations (AECO)-Industrie, basierend auf SWT, analysiert. Zudem werden Mängel in Bezug auf die ganzheitliche Abbildung, gemäß der allgemeinen Systemtheorie, aufgezeigt. Darauf aufbauend wird die TUBES System Ontology (TSO) als Wissensrepräsentation zur gesamtheitlichen expliziten Abbildung verknüpfter technischer Systeme, deren hierarchische Untergliederung, strukturelle und funktionale Zusammenhänge sowie Beziehungen zu räumlichen Entitäten erläutert. Als solche unterstützt TSO das Bestreben, verlinkbare Informationen in einem zukünftigen semantischen Web aus Bauwerksdaten darzustellen. Zudem werden eine Methode und deren modulare Umsetzung zur informationstechnischen Anreicherung, topologischen Komplexitätsreduktion und Überführung von Informationen aus Industry Foundation Classes (IFC) nach TSO präsentiert. Die modulare Gestaltung ermöglicht es, die einzelnen Prozessschritte eigenständig zu verwenden und somit auch für Prüfprozesse und Qualitätssicherungen von technischen Systemen in BIM-Modellen zu nutzen. Zur Validierung wird anhand eines fiktiven sowie eines realen Projekts aufgezeigt, dass das notwendige Wissen zur gesamtheitlichen Repräsentation aus IFC-Modellen nach TSO angereichert und überführt sowie in TSO abgebildet werden kann. In Bezug auf die Repräsentation werden Anwendungsfälle aus der Planung und aus dem Betrieb detailliert betrachtet. Abschließend werden die Erkenntnisse kritisch diskutiert und entsprechende Limitationen sowie weiterer Forschungsbedarf aufgezeigt.