Forschung: Von BIM zum digitalen Zwilling

Eine der größten Herausforderungen der Bauindustrie besteht darin, Ressourcen effizienter zu verwalten, sei es für ein verbessertes Gebäudemanagement oder den Bestand. Die zunehmende Digitalisierung hat zahlreiche Ansätze hervorgebracht. Dabei haben sich digitale Zwillinge als leistungsstarkes Werkzeug für das Facility Management herauskristallisiert. Das Konzept ist nicht neu: Die NASA beispielsweise führt seit Jahrzehnten komplexe Simulationen von Raumfahrzeugen mit digitalen Zwillingen durch. Mit der Verfügbarkeit von immer günstigeren Sensoren und besseren Möglichkeiten der Datenübertragung eröffnet sich ein breites Anwendungsspektrum.

Was einen digitalen Zwilling von jedem anderen digitalen Modell unterscheidet, ist seine Verbindung mit dem physischen Zwilling. Auf der Grundlage von Daten aus der physischen Bauumgebung ermöglicht ein digitaler Zwilling eine verbesserte Entscheidungsfindung für alle Menschen, die Bauwerke nutzen, verwalten oder pflegen. Ein digitaler Zwilling maximiert die Vorteile von BIM, indem er das Modell aus der Planung oder Ausführung zur Erstellung eines dynamischen Betriebsmodells des Gebäudes weiterverwendet.

Durch Anreicherung des virtuellen Modells mit Betriebsdaten tragen Echtzeit-Statusüberwachung und -steuerung, Diagnose und Prognosen zur Optimierung der Leistung und Sicherheit von Gebäuden bei. So kann der digitale Zwilling bei der Entscheidung unterstützen, wann und wo Mittel in die Instandhaltung und Weiterentwicklung investiert werden sollen. Durch die Analyse historischer Daten kann die Entwicklung der Gebäudeleistung überwacht und optimiert werden, so dass das Gebäude seinen Nutzern stets effizient und zuverlässig dient.

Eine der besten Möglichkeiten, die Geometrie eines Gebäudes oder eines Infrastrukturbauwerkes zu erfassen, sind Laserscanner. Sie können selbst von schwer zugänglichen Bauwerken Punktwolken schnell erfassen. Mit einer Punktwolke kann dann eine BIM-Modellierung durchgeführt werden, ohne das Gebäude noch einmal besuchen zu müssen. Die Genauigkeit und Art des BIM-Modells hängt von dessen Zweck und Einsatzbereich ab.

Laserscanner erzeugen nur Informationen über den sichtbaren Teil von Gebäuden. Die meisten der für den Gebäudebetrieb wichtigen Ausstattungen sind jedoch unsichtbar. HLK-Technik, Gebäudeisolierung und Aufzüge sind in Decken und Wänden integriert oder so hinter Wänden verborgen, dass sie mit Laserscannern nicht erfasst werden können. BIM-Modelle aus der Planung sind daher besser geeignet, um das gesamte Gebäude einschließlich des Mobiliars und der technischen Ausrüstung zu verwalten und zu visualisieren.

ALLPLAN bietet die perfekte Plattform zur Erstellung präziser und wertvoller 3D-BIM-Modelle für den digitalen Zwilling. Durch die mitgelieferten openBIM-Schnittstellen können schnell, einfach und präzise 3D-Modelle erstellt und mit Fachplanern und Bauwerksnutzern ausgetauscht werden. Durch den Import der aus den Punktwolken abgeleiteten Geometrie können Planer oder Facility Manager räumliche Informationen schnell erfassen und in das Modell integrieren. Nach der Fertigstellung kann eine auf openBIM-Plattform wie ALLPLAN Bimplus verwendet werden, um diese Informationen gemeinsam zu teilen und mit unterschiedlichen Softwareprogrammen zu nutzen.

ALLPLAN ist an einer Vielzahl von Projekten zum digitalen Zwilling beteiligt. Erst in diesem Jahr wurde das von der EU geförderte Projekt Buildheat abgeschlossen, das sich auf die Bewertung von Technologien zur energetischen Sanierung von Wohngebäuden fokussiert. Dabei wurden Sensordaten mit der Bimplus-Plattform verbunden, um Räume mit ungünstigen Energieverbrauchswerten schnell zu identifizieren und zu kommunizieren. Mit diesen Informationen konnten gezielt Sanierungsmaßnahmen geplant, durchgeführt und evaluiert werden, um den Energieverbrauch der Gebäude zu minimieren. Ohne den digitalen Zwilling wäre die Interpretation der Sensordaten deutlich schwieriger gewesen. Die von den Sensoren gesammelten Daten ließen sich im virtuellen Gebäudemodell visualisiert sehr leicht verstehen.

In dem Maße, wie sich digitale Zwillinge weiterentwickeln und neue Verwendungszwecke für sie entstehen, wird es immer wichtiger, eine Softwarelösung zu finden, mit der sich digitale Modelle schnell erstellen lassen und die die Fähigkeit besitzt, verschiedene Informationsquellen - wie etwa Punktwolken – zu integrieren. ALLPLAN bietet BIM-Lösungen für die Planung von Bauwerken aller Art sowie die Integration von Punktewolken aus Laserscans in den Modellierungsprozess. Mit einer direkten Anbindung an Bimplus lassen sich flexibel weitere BIM-Technologien integrieren, um die Wertschöpfung über den gesamten Lebenszyklus des Gebäudes modellbasiert zu unterstützen. So wird das Facility Management mit digitalen Zwillingen noch effektiver.