Zwei Forschungsprojekte der TUM für besseres Bauen

Zukunftstechnologien von der TU München: Ein Forschungsprojekt macht den Baualltag wesentlich effizienter, das andere mindert das Kostenrisiko in der Instandhaltung.

Was das Thema Digitalisierung im Bauwesen angeht, zählt die Technische Universität München (TUM) zu den weltweit führenden Hochschulen. Das stellte sie auch in jüngster Zeit wieder mit mehreren vielversprechenden studentischen Forschungsvorhaben unter Beweis. Zwei davon wollen wir im Folgenden etwas näher unter die Lupe nehmen. Das erste befasst sich mit dem Problem der komplexen Logistik auf der Baustelle, das zweite mit einem Echtzeitmonitoring von Gebäudepumpen. Beide Projekte basieren auf BIM als Schlüsseltechnologie – und nutzen Bimplus als Digitalen Zwilling, der mit neuen Informationen angereichert werden kann.

Gerade in Bauprojekten, wo über Monate oder gar Jahre gebaut wird und sich das Bauwerk sukzessive entwickelt, summieren sich kleine, aber wiederkehrende Zeitverschwendungen zu enormen Kosten. Hierzu zählen auch ganz alltägliche Dinge auf der Baustelle wie die Suche nach Personen, Werkzeugen oder Baumaterial. Genau hierfür hat eine Forschergruppe im Rahmen des Software Lab 2020 an der TUM prototypisch eine Lösung in Form einer App entwickelt, die modernste Tracking-Technologie mit BIM kombiniert.

Die App besteht technologisch aus drei Teilen: einer mobilen App, einer Web-App und mehreren BLE-Beacons. Mobile App und Beacon interagieren so miteinander, dass die Entfernungen zwischen ihnen gemessen werden kann. Diese Daten werden an die Web-App weitergeleitet, die daraus wiederum mithilfe eines Trilaterations-Algorithmus die genaue Position des mobilen Endgeräts bestimmt. Wenn ein Bauarbeiter einen Gegenstand bewegt, kann er einen daran angebrachten QR-Code einscannen, um dessen neue Position zu registrieren. Zugleich ist die App über deren API direkt mit der cloudbasierten BIM-Plattform Bimplus verbunden, in die das Gebäudemodell mit den verbauten BLE-Beacons hochgeladen wurden. Die App greift für die Positionierung mithilfe von API-Calls auf die relevanten Informationen der BIM-Modelle zu. Zudem wurde für Visualisierungszwecke der BIM-Viewer von Bimplus in die Web-App implementiert.

Ein zweites Forschungsprojekt widmete sich zuletzt der vorausschauenden Wartung der Pumpeninfrastruktur in Gebäuden mithilfe eines softwaregestützten Pumpen-Monitorings in Echtzeit. Da Pumpen einen erheblichen Kostenfaktor in der Gebäudeinstandhaltung darstellen und Ausfälle erhebliche Folgekosten nach sich ziehen können, sollen mithilfe von KI und Sensorik Ausfälle frühzeitig vorhergesagt und Risiken minimiert werden. Die Forscher kombinierten hierzu BIM mit IoT-Technologie (Internet of Things) und maschinellem Lernen (ML).

In der Praxis sieht dies folgendermaßen aus: Ein Beschleunigungssensor wird an der jeweiligen Pumpe angebracht und liefert kontinuierlich Informationen über Vibrationen an einen Mikrocontroller weiter, der diese mit einem einfachen Code verarbeitet und die prozessierten Daten kabellos per MQTT-Protokoll an einen MQTT-Broker weitergibt, wo sie gespeichert werden. Ein BIM-Modell in Bimplus fungiert als Kommunikationsgrundlage und es werden im Falle von Vibrationsanomalien Fehlermeldungen direkt am Modell ausgegeben. Diese Änderungen im Modell werden zusätzlich via einer Web-App oder den Instant-Messenger Discord ausgegeben. Während erstere bei Bedarf einen Gesamtüberblick über den Status des Modells und der Pumpen liefert, informiert letzterer per Chat-Bot automatisch über Veränderungen im Pumpenstatus, kann aber auf Anfrage ebenfalls über den aktuellen Stand informieren.