BIM-basiertes virtuelles Energielabor

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1 Fakultät Bauingenieurwesen, Institut für Bauinformatik, Prof. Dr.-Ing. Raimar J. Scherer BIM-basiertes virtuelles Energielabor Dr.-Ing. Peter Katranuschkov Ken Baumgärtel, Romy Guruz Fachkonferenz Bauinformatik-Baupraxis, 2013

2 Organisation 1. Hintergrund, Motivation und Ziele 2. Konzept des virtuellen Energielabors 3. Software Architektur des virtuellen Energielabors 4. BIM-basierte Modellstrukturen 5. Multimodellintegration 6. Fazit

3 Hintergrund, Motivation und Ziele SIMULATION (in part) SENSOR DATA AS-IS PROCESS DESIGN CONSTRUCTION COMMISSION OPERATIONAL RETROFITTING / REFURBISHMENT DEMOLITION COMMON DATABASE REPOSITORY TO-BE PROCESS SIMULATION SIMULATION SENSOR DATA SENSOR DATA SIMULATION SENSOR DATA DESIGN CONSTRUCTION COMMISSION OPERATIONAL RETROFITTING / REFURBISHMENT DEMOLITION RESUMPTION OF THE PROCESS

4 Hintergrund, Motivation und Ziele SIMULATION (in part) SENSOR DATA AS-IS PROCESS DESIGN CONSTRUCTION COMMISSION OPERATIONAL RETROFITTING / REFURBISHMENT DEMOLITION COMMON DATABASE REPOSITORY TO-BE PROCESS SIMULATION SIMULATION SENSOR DATA SENSOR DATA SIMULATION SENSOR DATA DESIGN CONSTRUCTION COMMISSION OPERATIONAL RETROFITTING / REFURBISHMENT DEMOLITION RESUMPTION OF THE PROCESS Simulation auf 3 Detaillebenen (Gebäude, Raum/Zone, Element)

5 Hintergrund das EU Projekt HESMOS HESMOS = ICT Platform for Holistic Energy Efficiency Simulation and Lifecycle Management Of Public Use FacilitieS BAM Utiliteitsbouw b.v. BAM Deutschland AG Laufzeit: 09/ /2013 Partner: 3 Industriepartner 1 Softwarehersteller 1 Planungsbüro 1 BIM-Berater 1 Universität (TUD) Schwerpunkte: BIM-basierte Prozesse BIM-basierte Interoperabilität im gesamten Lebenszyklus, insbesondere bei PPP-Projekten

6 Hintergrund das EU Projekt ISES ISES = Intelligent Services for Energy Efficient Design and Lifecycle Simulation Laufzeit: 12/ /2014 Partner: 3 Industriepartner 1 Softwarehersteller 2 Forschungsinstitute 2 Universitäten (TUD, Uni Ljubljana) Schwerpunkte: Entscheidungsunterstützung in der Planungsphase Nutzung genaueren Analyseund Simulationsmethoden Stochastik >> BIM-basiertes virtuelles Energielabor

7 Hintergrund Planungsfokus Quelle: Hänninen R. "Performance based design", CIFE Summer Program, 2011

8 Hintergrund - BIM "With BIM we can carry information downstream all the way through to the operation and maintenance phases of the building's life-cycle" Brian Skripac, BIM Manager, Design Group, Ohio

9 Hintergrund - BIM "With BIM we can carry information downstream all the way through to the operation and maintenance phases of the building's life-cycle" Brian Skripac, BIM Manager, Design Group, Ohio

10 Hintergrund - BIM "With BIM we can carry information downstream all the way through to the operation and maintenance phases of the building's life-cycle" Brian Skripac, BIM Manager, Design Group, Ohio

11 Konzept des virtuellen Energielabors Stochastische Nutzer- Szenarien Modellfilter Stochastische Klima/Wetter Szenarien Fertigteil- und TGA Komponenten Modell Multi-Model Combiner und Simulations- Konfigurator Cloud Numerische Simulationen Multi-Modell Evaluator & Manager Navigator Manager BIM Simulationszyklus Postprozessor Planungszyklus Intelligente Zugriffssteuerung und System Management Plattform-Ontologie

12 Software Architektur Modelling and User Access Group Design Requirement Management Common Access BIM-CAD Systems and Support Tools LC System & Supp.Tools nd Navigator VEL CORE Intelligent Access Service Invoke/bind Cloud Access Service Cloud Services Group Comm. Controller Platform Management Model Management Model Manager User Registry Simulation Controller Cloud Computing - Energy & Thermal Solvers - Simulation Model Mapper - Analysis & Reporting Tools Manipulator Versioning Combiner Platform Ontology Simulation Management Cloud Data Repository - Climate Database - Stochastic Templates - User Profile Schemas - BIM data

13 Software Architektur Modelling and User Access Group Design Requirement Management Common Access BIM-CAD Systems and Support Tools LC System & Supp.Tools nd Navigator VEL CORE Intelligent Access Service Invoke/bind Cloud Access Service Cloud Services Group Comm. Controller Platform Management Model Management Model Manager User Registry Simulation Controller Cloud Computing - Energy & Thermal Solvers - Simulation Model Mapper - Analysis & Reporting Tools Manipulator Versioning Combiner Platform Ontology Simulation Management Cloud Data Repository - Climate Database - Stochastic Templates - User Profile Schemas - BIM data

14 Gebäudedaten => BIM IFC (ISO 16739) Zentrales Konzept Klimadaten => proprietäre Modelle (schwache Standardisierung) Modellstrukturen Materialdaten => proprietäre Modelle (nur Namen standardisiert auf nationaler Ebene und teilweise international via IFD) Sensordaten => verschiedene Standards, nicht vollständig kompatibel (LON, KNX ) Vorgefertigte => proprietäre Modelle (Industriekataloge, Namen teilweise standardisiert) Komponenten eetemplates => neu (z.b. Raumnutzung, Wandkonstruktion etc.) Mögliche Ansätze zur Multimodellintegration: 1. Integration externer Modelle in BIM, Verlinkung ihrer Elemente mit BIM Elementen/Begriffen 2. Erweiterung der IFC durch neue Klassen 3. Nutzung verfügbarer IFC Begriffe so viel wie möglich, aber Erzeugen keiner Neuen; stattdessen Nutzung eines separaten Linkmodells um Interoperabilität zu gewährleisten 4. Integration aller Modelle in eine Ontologie durch Abbildung einzelner Modellelemente

15 Energierelevante IFC-Daten (von IFC zu Ontologierepräsentation) Klassen Attribute Anwendung IfcSpatialStructureElement + Subklassen LongName Abbildung von Gebäuden, Etagen und Räumen IfcSite RefLatitude, RefLongitude Abbildung des Grundstücks und der geografischen Lage IfcElement + Subklassen - Abbildung von Bauelementen und virtuellen Begrenzungen IfcRelAggregates IfcRelContainedInSpatialStructure IfcRelDefinesByProperties IfcRelSpaceBoundary IfcPropertySetDefinition + Subklassen, IfcLengthMeasure, IfcVolumeMeasure, IfcAreaMeasure RelatingObject, RelatingObjects RelatedElements, RelatingStructure RelatedObjects, RelatingProperty- Definition RelatingSpace, RelatedBuilding- Element LengthValue, VolumeValue, AreaValue, Quantities Optionale Beziehungen zwischen Entitäten Beziehungen zwischen Raumstrukturen, z.b. Räume zu Etage Optionale Beziehung zu Eigenschaften einer Entität Beziehungen zwischen Raum und Elementen, z.b. Wand zwischen Räumen oder virtueller Begrenzer von zwei Räumen Eigenschaften von Entitäten, z.b. Höhe, Fläche, Volumen

16 Modellverlinkung Klimadaten Modellaspekt BIM (IFC) Elemente Link-Typ Multiplizität Klima-/Wetterdaten Building; Facade Explizit; explizit oder algorithmisch 1:1; 1:N

17 Modellverlinkung Materialdaten Modellaspekt BIM (IFC) Elemente Link-Typ Multiplizität Materialdaten Building Element + Subklassen Explizit (Geschachtelte Assoziation) M:N

18 Modellverlinkung eetemplates U =... V = Occupancy = { } Modellaspekt BIM (IFC) Elemente Link-Typ Multiplizität Nutzungsdaten eetemplates Building Storey; Space zone; Space; Building Element Explizit (Gruppierende Assoziation) 1:1 to M:N

19 Modellverlinkung Sensordaten Modellaspekt BIM (IFC) Elemente Link-Typ Multiplizität Sensordaten Space (extern, intern); Building Element Explizit (algorithmisch für Lokation) 1:1, N:1

20 Multimodellintegration Ontologieansatz Einheitliches Integrationsschema für alle Multimodelldaten Explizite Darstellung der verfügbaren Werkzeugen und der benötigten (Sub)Prozessen Zentrale, transparente Prozessunterstützung Zentrale, transparente Nutzung aller Services und Tools Modellvalidierung Intelligente Modellabfragen und Modellfilterung

21 Multimodellintegration a) Integrierte IFC-Klassen (IFC=>OWL) b) Modellverlinkung c) Validierungs- und Steuerungsregeln

22 Multimodellintegration: von IFC zu RDF OWL Individuals basierend auf den IFC Elementen Beispiel: Link von Räumen zu Raumnutzungs- Templates IFC-Modell: Bürogebäude mit 71 Räumen und 7 Raumnutzungsarten (Sanitär, techn. Raum, Lager, Küche, Büro, Treppenhaus, Ausrüstungsraum)

23 Fazit Vorteile des virtuellen Labors Gemeinsame Informationsgrundlage (eebim, OntoBIM) Effiziente Nutzung verteilter Informationsquellen Wiederverwendbarkeit vielseitiger Basiskomponenten (Engineering Middleware) Flexibler, interoperabler Einsatz diverser Analyse- und Simulationswerkzeuge Effiziente Analyse- (Cloud) und Entscheidungsunterstützung Gemeinsame Plattform (PaaS)

24 Vielen Dank!

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26 Multimodellintegrationsschichten Apps Access Layer Intelligent Access Service Process Definitions Business Process Engine Business Services Query / Filter Reasoner Validator Data Store Converter Unified Platform Model Platform Ontology Model Services BIMfit BIMfit XML Parser XML Parser XML Parser Domain Models IFC Product Component Space Types Materials Climate Model