Planen mit Weitsicht: BIM + KI + Personenstromsimulation

Im Forschungsprojekt BEYOND sollen BIM, KI und Personenstromsimulationen miteinander kombiniert werden, um bessere Entscheidungsgrundlagen für frühe Entwürfe zu schaffen.

Gut planen – das bedeutet unter anderem auch, entscheidende Dinge vorauszusehen, auch wenn sie weit in der Zukunft liegen. Das Problem: In frühen Entwurfsphasen ist die Informationsgrundlage für wichtige Entscheidungen oft noch dünn. Das betrifft nicht nur das Wissen über das physikalische Verhalten des Bauwerks im Betrieb, sondern auch seine ergonomische Qualität. Wie Menschen mit dem Bauwerk interagieren oder wie sie sich in Gruppen im Bauwerk bewegen, ist schwer vorherzusagen, spielt aber vor allem in Extremsituationen eine große Rolle. Fehlentscheidungen können zu Nutzungseinschränkungen und hohen Kosten für Umplanung und Umbau nach sich ziehen. Das vom Programm mFUND des BMVI geförderte Projekt BEYOND soll hier Abhilfe schaffen. Dessen Ziel ist dem Apronym nach eine „KI-basierte Optimierung in frühen Entwurfsphasen von Gebäuden mithilfe der Analyse von Personenströmen in intelligenten Gebäudemodellen“. Zu diesem Zweck werden unter Anwendung einer Kombination aus BIM, KI und Personenstromsimulationen Methoden und Technologien entwickelt, die Architekten und Ingenieure bei der Planung und Optimierung von Bahnhofsgebäuden assistieren. Digitalisierung verbessert so nicht nur die Prozesse bei der Planung, sondern erhöht auch die Qualität des Bauwerks.

Das Projektkonsortium setzt sich aus der accu:rate GmbH, der Technischen Universität München, der DB Netz AG mit dem Großprojekt 2. Stammstrecke München sowie der SSF Ingenieure AG zusammen. Besonders hervorzuheben ist dabei der innovative Beitrag von accu:rate: Das als Spin-Off der Technischen Universität München gegründete Startup ist Experte für die Simulation von Personenströmen und hat eine Software (crowd:it) entwickelt, die die Bewegung von Fußgängern auf Basis des Optimal Steps Model (OSM) simuliert. „Wir bilden menschliches Verhalten ab anhand der Bedingungen, wie sich eine Person im Raum bewegt, welche kognitiven und motorischen Eigenschaften sie besitzt und wie sie sich im Zusammenwirken mit ihrer Umgebung verhält“, erklärt Dr. Angelika Kneidl, Geschäftsführerin und Gründerin von accu:rate.

Durch Integration dieser Simulationsmethode sollen nun in BEYOND anhand eines prototypischen Bahnhofsmodells Datenstrukturen, Algorithmen und technische Verfahren zur schnellen Variantenprüfung der BIM-Modelle entwickelt werden. Dies umfasst zum einen die Entwicklung von Verfahren zur leichteren Anwendung von Personensimulation für Entwurf und Planung von Bahnhofsgebäuden sowie einer Methodik zur Parametrisierung solcher. Die Grundlage für eine automatische Extraktion relevanter Daten für die Personenstromsimulation aus BIM-Modellen wurde bereits in einem früheren Forschungsprojekt (AHEAD) geschaffen. Zum anderen sollen auch KI-basierte Prozesse und – über buildingSMART International – eine IFC-Erweiterung um „Fire Safety Standards“ ausgearbeitet werden. Die Standardisierung soll mitunter als Beschleuniger für die Optimierung von Genehmigungsprozessen dienen.

Von zentraler Bedeutung für die technische Umsetzung des Projekts ist die Verwendung von ALLPLAN Bimplus. Die cloudbasierte BIM-Plattform sorgt für ein reibungsloses Datenmanagement und eine optimale Zusammenarbeit aller Beteiligten. Der mit BEYOND angestrebte BIM-Workflow sieht dabei folgendermaßen aus: Ein Gebäudemodell wird in Bimplus hochgeladen und von dort wiederum in ein crowd:it-Modell überführt, anhand dessen eine Personenstromsimulation automatisiert durchgeführt wird. Deren Ergebnis wird anschließend in Form einer 3D-Visualisierung ausgegeben, deren Daten dann erneut via Bimplus zurück in das Gebäudemodell fließen. Eine solche tiefe Integration von Personenstromsimulationen in digitale Gebäudemodelle soll künftig eine starke Verbesserung in der Planungssicherheit und letztendlich den Bau sichererer Gebäude ermöglichen.