Smart Building – Effizienter Betrieb von Gebäuden durch IoT

Kurzbeschreibung:

Die Smart-Home-Entwicklungen sind ein Baustein der zunehmenden Digitalisierung und lassen sich unter der Überschrift ‚Internet of things (IoT)‘ einordnen. Die Verfahren erfüllen die Bedürfnisse der Endverbraucher, welche Alltagsvorgänge automatisieren, die Sicherheit erhöhen, die Energie senken und Geräteeinstellungen an ihre individuellen Bedürfnisse anpassen möchten. Die aktuellen Technologien ermöglichen nicht nur die Umsetzung von Smart-Home-Szenarien, sondern lassen sich ebenfalls auf Smart Buildings bzw. Smart Citys erweitern. In diesem Kontext spielt die Verbindung zwischen Building Information Modeling (BIM) und IoT eine wesentliche Rolle.

Koordinator:

Björn Schuster, N+P Informationssysteme GmbH

Zielgruppen:

Gebäudebetreiber, Gebäudeeigentümer, Bauherren, ausführende Bauunternehmen (Hochbau, Tiefbau), Kommunen, Städte, öffentlicher Bereich, Instandhaltungsservice, Hersteller von Technischen Anlagen, Hersteller von technischen Ausrüstungen mit IoT-Funktionalitäten

Partner:

Name Typ Ansprechpartner
N+P Informationssysteme GmbH Industrie Dipl.-Ing. Björn Schuster
TU Dresden, Softwaretechnologie Forschung Prof. Dr. rer. nat. Uwe Aßmann

Wertversprechen des Trails:

Wie in den Demonstratoren beschrieben bietet Building Information Modeling inklusive eines intelligenten Gebäudemanagements umfangreiche Unterstützung in der täglichen Arbeit und der Interaktion mit den Anwohnern/Mietern. Diese kann eine bessere Integration in Bauvorhaben, die Reduzierung von Abstimmungen, einer schnelleren Informationsbereitstellung bzw. in Form von vereinfachten Workflows sein. Im Bereich des Serviceeinsatzes ist die direkte Einsparung durch vermiedene Serviceeinsätze direkt bezifferbar.

Charakter:

Roadshow

Demonstratoren:

Building Information Modeling im Smart Building

Durch die 3D-Darstellung der einzelnen Gebäude/Gebäudekomplexen/Stadtteilen im BIM-Modell werden alle relevanten Gebäudeinformationen abgebildet und verwaltet. Das Modell enthält beispielsweise alle Informationen zum Gebäudeaufbau wie Struktur von Geschossen, Räumen und Fensterlisten sowie Daten zur technischen Gebäudeausstattung, angeschlossenen Infrastruktur und Umweltdaten. Der Vorteil dieser Arbeitsweise beginnt schon im Planungs-prozess von Baumaßnahmen. Durch die mögliche interaktive 3D-Darstellung, z. B. in Verbindung mit Virtual Reality-Technologien, können Anwohner oder zukünftige Mieter frühzeitig in den Prozess eingebunden werden und sich über die Auswirkungen informieren. Neben den weiteren Vorteilen in den Bauphasen ergeben sich wesentliche Vorteile in der Betriebsphase von Gebäuden. Da in dieser Phase zwei Drittel der Gebäudelebenszykluskosten anfallen, hat die Kostenreduzierung eine sehr große Bedeutung. So ist z. B. eine einfache Übernahme der baulichen und technischen Dokumentation in das Gebäude- und Anlagenmanagement-System möglich. Neben der Reduzierung von Informationsverlusten werden dadurch Mehrfacherfassungen vermieden. Außerdem werden genauere und detailliertere Informationen über das Gebäude für Analysen und Auswertungen im Gebäude- und Anlagenmanagement-System bereitgestellt. Die 3D-Visualisierung gestattet außerdem eine leichtere Orientierung im Stadtviertel, die effektivere Kommunikation sowie die schnellere Fehlererkennung. Auf Basis der BIM-Modelle lassen sich ebenfalls sehr schnell Windströmungsanalysen, Verschattungen, Verkehrsströme usw. berechnen. Die optimierte Aufwandsschätzung bei Sanierung und Umbau durch Wiederverwendung von Informationen zählt ebenfalls zu den Vorteilen einer BIM-Arbeitsweise.

Durch das 3D-Gebäudemodell ist es möglich, Erweiterungs- oder Umbauten im Vorfeld genauer zu planen und auf eventuelle Einschränkungen in der Zugänglichkeit zu prüfen. Mittels einer Integration stehen die Informationen aus dem BIM-Modell zum Bauprojekt der Gebäude nach dem Erstimport im Gebäude- und Anlagenmanagement-System zur Verfügung. Außerdem wer-den die Informationen nach Neu- und Umbauten automatisch im Gebäude- und Anlagenmanagement-System aktualisiert. Dadurch wird die Mehrfachdatenerfassung vermieden und die Datenqualität, -aktualität und -verfügbarkeit gewährleistet. Diese Daten können schließlich zur Bewirtschaftung weitergenutzt werden. So bilden die baulichen Informationen die Basis u. a. für das Flächen- und Reinigungsmanagement. Auf einfache Art und Weise wird so die Zuordnung zu Kosten von Gebäuden vorgenommen. Die Daten zur Technischen Gebäudeausrüstung lassen sich für sämtliche Themen rund um das Service- und Auftragsmanagement, welches die Aufgaben der Wartung und Inspektion sowie Instandsetzung umfasst, nutzen.

Außerdem können die FM-Prozessdaten wieder an das BIM-Modell zurückgegeben werden. Auf Knopfdruck lassen sich damit umfängliche Auswertungen und zahlreiche Visualisierungsmöglichkeiten im BIM-Modell nutzen.

Im Gesamtkonstrukt des digitalen Gebäudes können des Weiteren die baulichen Informationen in Zusammenhang mit den Umgebungsdaten gebracht werden. Kommt es beispielsweise zu Ausfällen der Infrastruktur, können auf einen Blick mögliche Zusammenhänge mit anderen Gebäuden im Stadtviertel oder der Technischen Gebäudeausrüstung identifiziert werden.

Gebäude- und Anlagenmanagement ganz im Sinne von IoT

Dass die Technische Gebäudeausrüstung defekt ist, muss nicht erst ein Mieter bemerken und melden. Dank intelligenter Gebäudeleittechnik (vgl. Abbildung 1) ist die TGA selbst in der Lage, eine Störungsmeldung auszulösen. Bei einem Defekt wird automatisch ein Signal gesendet, das auf das Problem hinweist. Parallel wird der Instandhaltungsprozess angeschoben, der die Behebung der Störung sicherstellt und damit auch den reibungslosen Gebäudebetrieb gewährleistet.

Abbildung 1: Intelligente Kaffeemaschine als TGA-Anlage mit Anbindung an AR-Brille Microsoft HoloLens, © N+P Informationssysteme GmbH /Haus E/ alltag & anders

Deutlich werden diese IoT-Szenarien am Beispiel des Ausfalls eines Fahrstuhles, der Straßenbeleuchtung oder einer Störung im Blockheizkraftwerk bzw. Klimaanlage. Durch intelligente Sensorik kann die Anlage selbst den Defekt melden und automatisch den Prozess des Service- und Auftragsmanagements anschieben, um die Meldungsbearbeitung und Behebung der Störung durchzuführen. Im Idealfall ist die Störung behoben, bevor der erste Anwohner diese mitbekommt.

Augmented Reality (AR) zur Unterstützung der Prozesse

Auch in der Smart City findet Augmented Reality Anwendung. Mitarbeiter, die für die Instandhaltung und -setzung der Anlagen sowie Technischen Gebäudeausrüstung verantwortlich sind, erhalten durch die Nutzung mobiler Endgeräte direkt an den betroffenen Objekten Zusatzinfor-mationen, welche sie in der Bearbeitung unterstützen. Beispielsweise kann der Mitarbeiter bei einem defekten Objekt den Lebenslauf angezeigt bekommen. Dieser zeigt ihm auf, dass bisher immer das gleiche Bauteil betroffen war. Auf dieser Basis erhält der Mitarbeiter einen ersten Anhaltspunkt und ist bei der Prüfung schneller. Gleichzeitig können auch Anweisungen für die Behebung der Störung oder Montageanleitungen eingeblendet werden. Des Weiteren hat der Mitarbeiter durch Nutzung der AR-Technologie die Möglichkeit, bei der Begehung des Stadtviertels mit Hilfe einer Ampelfunktion oder ähnliches zu erfahren, bei welchen Objekten die Wartung ansteht oder überfällig ist.

Präsentierbare Showcases

Bidirektionale BIM-CAFM Integration

    • Übergabe der Gebäudeinformationen inkl. technischer Anlagen ins CAFM
    • Übertragung von Wartungs- bzw. CAFM-Attributen ins BIM-Modell zur Darstellung und Filterung nach solchen Werten

Smarte Reservierung – Besprechungsraum bereitet sich eigenständig vor

    • Kontextabhängige Beleuchtungs- und Heizungssteuerung, inklusive Anpassung an Umweltfaktoren, vor Besprechungsbeginn und nach Abschluss der Besprechung
    • Elektronische Türbeschilderung auf Basis der Reservierungsinformationen aus dem CAFM-System

Smartes Energiecontrolling – Intelligenter Raum spart automatisch Energie

    • Beleuchtungs- und Heizungssteuerung in Besprechungsräumen auf Basis der Reservierungsdaten im CAFM-System
    • Automatische Regulation der im CAFM-System vordefinierten Raumtemperatur mit Hilfe verbauter Sensoren

Smarte Instandhaltung – Technische Anlagen melden sich von selbst

    • Eigenständige Störungsmeldung der technischen Anlagen mittels verbauter Sensoren und Leittechnik sowie automatische Auslösung eines vordefinierten Prozesses

Anreicherung der smarten FM-Prozesse mit visuellen Zusatzinformationen

    • Anzeigen von Informationen und Interaktionen mittel Augmented Reality-Lösungen (z.B. Microsoft HoloLens)

 

Abbildung 2: Smarter vernetzter Besprechungraum, © N+P Informationssysteme GmbH/ Haus E/ alltag & anders 

Laufende Projekte der Trail-Partner, die Kompetenz demonstrieren:

Aktuell bearbeiten die beiden Trail-Partner ein gemeinsames Innovationsprojekt mit dem Namen CyPhyMan (http://cyphyman.de). Im Rahmen dieses Projektes wird gezielt die nächste Generation des erweiterten Gebäude- und Anlagenmanagements auf Basis von Cyber-Physischen Produktionssystemen (CPPS) erforscht – ein direkter und innovativer Beitrag zur Industrie 4.0. Ein weiterer Aspekt des Projektes ist, die neuen, komplexen Herausforderungen durch die Arbeit im mobilen Kontext und Entwicklungen hin zu Smart Buildings, Smart Factories und Smart Cities zu sehen.
N+P-Kunden, wie die Firma Goldbeck GmbH, Kommunale Immobilien Jena oder der Staatsbetrieb Sächsisches Immobilien- und Baumanagement (SIB), arbeiten sehr erfolgreich nach BIM-Gesichtspunkten.

Möglichkeiten für Projekte:

Öffentliche Förderinstrumente, wie bspw.:

    • SAB
    • BMBF
    • ZIM

Dienstleistungen in Industrieprojekten:

    • Individuelle Forschungs- und Entwicklungsprojekte
    • Direktaufträge
    • Studien
    • Consulting

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