Studiengang
Energie Effizienz Design – E2D (M.Eng.)Projektbeschreibung
Was macht einen digitalen Zwilling im Praxisbetrieb eines Bestandsgebäudes im Gebäude-Monitoring aus? Welche Präsentationsformen der Daten sind für den Anwendungsbetrieb sinnvoll: Plattformen mit offenen Formaten oder kommerzielle Anwendungen? Welche Detailtiefe der BIM-Modelle ist für ein Informationssystem sinnvoll? Wie werden statische BIM – Modelle mit dynamischen Industrie 4.0 Technologien zusammengeführt?
NextCyPhREE ist der „digitale Zwilling“ zum Forschungs- und Lehrprojekt "CyPhREE".
"CyPhREE" selbst schafft eine Grundlage für die Messung von Daten zur Integration von erneuerbaren Energien in den Gebäudebetrieb. In dem noch laufenden Versuch werden hochauflösende Messdaten des Gebäudebetriebes, wie z. B. die Oberflächentemperatur an der Außenwand, im Hörsaal C 3.20 zu wissenschaftlichen Zwecken im Minutentakt erfasst. Sie sind zur Weiterverarbeitung und Auswertung in einer Zeitreihen-Datenbank gespeichert. Die virtuelle Nutzung der Daten zu Forschungszwecken sowie das Erleben des Versuches im Lehrbetrieb vor Ort ist Inhalt im Projekt.
Building Information Modeling (BIM)
BIM-Modelle des Versuches in der Cloud A360 von Autodesk
BIM-Modell Campus
Modell kann zur Ansicht genutzt werden.
(Modell auf Basis diverser Bearbeitungen von Studierenden)
BIM-Modell Versuchsraum
(Modell auf Basis diverser Bearbeitungen von Studierenden)
Building Information Modeling
Unter Building Information Modeling (BIM) wird in Deutschland nach einer derzeit gültigen Definition eine kooperative Arbeitsmethodik verstanden. Dabei wird „[…] auf der Grundlage von BIM-Modellen, die für den Lebenszyklus eines Bauwerks relevanten Informationen und Daten konsistent erfasst, verwaltet und in einer transparenten Kommunikation zwischen den Beteiligten ausgetauscht […]“.
Der Schwerpunkt der aktuellen Ausarbeitung der BIM-Methode liegt auf Planung bis zur Fertigstellung eines Bauwerkes. Aufgrund festgeschriebener Modellinhalte ist von statischen Modellen auszugehen.
LOD - Level of Detail / Level of Development
Projektbasis bilden BIM-Modelle in unterschiedlichem Detailierungsgrad. Sie sind wurden mit CAD-Werkzeugen („BIM Authoring“) erstellt. Der Ausarbeitungsgrad der Modelle in Geometrie und Information („Level of Development LOD“) folgt dem Schema der IFC vom Abstrakten zum Konkreten:
Der Hochschul- Campus als Verknüpfung von Daten der Geographischen Informationssysteme (GIS) im LOD 2 mit einem BIM Modell in Detaillierungsstufen LOD 100 - 300 (GIS – LOD ist vom BIM-LOD zu unterscheiden!)
Das Gebäude C als BIM-Modell im Detailierungsgrad LOD 300. Das Modell bildet auch die Datenbasis für die Simulationsmodelle.
Der Versuchsraum C 3.20 und die Wetterstation im Detailierungsgrad LOD 400
Die Modelle beinhalten Objekte (Wände, Decken, Tische, Ausrüstungsgegenstände, usw.) der klassischen BIM-Planungsmethode sowie Objekte (Sensoren, Logger, usw.) für die Versuchsumgebung
Open BIM - Closed BIM
BIM-Modelle werden je nach Verwendung in „Open bzw. Closed BIM-Modelle“ unterschieden. Wird BIM in einer - meist kommerziellen - Umgebung angewendet, spricht man von Closed BIM. Bei Nutzung der BIM-Methode mit einer allgemein nutzbaren Schnittstelle spricht man von Open BIM. Die am meisten genutzte Schnittstelle sind die „Industry Foundation Classes (IFC)“.
Infrastruktur
Sämtliche Daten des Projektes wurden in verteilten Datenbanken auf unterschiedlichen Plattformen strukturiert erfasst. Um die Echtzeiterfassung der Messdaten zu gewährleisten, muss das System um eine zusätzliche Schnittstelle erweitert werden. Diese ermöglicht wahlweise die direkte Datenspeicherung in die Zeitreihendatenbank oder die Datenspeicherung über das cyber-physische Agenten-System.
Alle Datensätze der Datenbanken sind mit den CAD-Modellen synchronisiert. Sie bilden als gemeinsame BIM-Anwendung ein Informationssystem.
Im Versuchsraum wurden an den Sensoren QR-Codes angebracht. Über die Scanfunktion von Endgeräten (z.B. Smartphone) kann man direkt auf die hinterlegten Informationen zugreifen. Realität und Digitalanwendung verschmelzen so zu einer Einheit.
Messdaten - Lange Zeitreihen
Der Versuchsraum ist derzeit mit einem Messsystem aus 78 Messstellen ausgestattet. Die Sensoren liefern ihre Daten über Datenlogger und Sensoren der Fa. Ahlborn mittels Festverdrahtung bzw. über Bluetooth und LAN an einen zentralen Server. Von dort werden über die weiter unten beschriebene Informationstechnologie die persistente Datenspeicherung und die Aktivierung von aktiven Elementen im Versuch vorgenommen.
Dokumentation mittels CAFM-System in der Cloud
Teilprojekt Computer Aided Facility Management
Anwendungsfälle für den Teilversuch sind der Vergleich von:
- Datenhosting beim Systemanbieter
- Aufbau eines eigenen Hostings auf einer Virtuellen Maschine im Rechenzentrum der HSA
Die Datenbank wird in das cloudbasierte Informationssystem eingebunden.
BIM Modell und Datenbanken werden mit dem Modellen BIM-Authoring Arbeitsplatz synchronisiert.
Eine erweiterungsfähige Plattform für die Dokumenation der Meßeinrichtung wird implementiert:
- Kopplung der Sensordokumentation an die Meßkanäle
- Bi-direktionale Verbindung der Open und Closed BIM Modelle auf der Autodeskplattform
- Kopplung der Sensordokumenation mit den Nextcloud Dokumenten:
- Fotografie des Sensors
- Datenblatt (Online Bearbeitung mittels OpenOffice)
- Herstellerangaben zum Sensor
Dank für die Unterstützung an
OneTools GmbH für Lizenzen und Hosting
OneTools Project GmbH & Co. KG, Anton Bergmeier für die Betreuung der Studierenden.
Cyber-physisches System (CPS)
Das Cyber-physische System wurde von der Distributed Systems Group der HSA unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Hon Dr. of ONPU Thorsten Schöler entwickelt.
Detaillierte Informationen finden sich unter den nachfolgenden Links:
Cyber-physisches System (CPS) ist die Integration von physischen Prozessen über Rechenleistung in ein digitales System.
Dabei werden über die eigentlichen physischen Prozesse hinaus Daten von den überwachenden Computern und Netzwerken erzeugt.
Das cyber-physische System muss komplexe Begebenheiten verarbeiten, Informationen der Sensoren auslesen und mit anderen Akteuren kommunizieren.
Diese Aufgaben müssen gleichzeitig und automatisch erfüllt werden. Um das zu bewerkstelligen wird für jede Aufgabe ein Software-Agent eingesetzt.
Die Softwareagenten kommunizieren untereinander und arbeiten zusammen, um die Aufgaben im CPS autonom zu erfüllen.
Die Interaktion mit der physischen Welt erfolgt über die Sensoren und Aktoren, die über ein Message-Queue-Telemetry-Transport-Protokoll (MQTT) angesprochen werden.
Die unterschiedlichen Softwareagenten teilen sich Überwachungs- und Steuerungsaufgaben:
Ein Softwareagent übernimmt die Kommunikation zwischen Sensoren und Aktoren. Der sogenannte CEP-Agent (Complex Event Processing) ist zuständig für die Verarbeitung von Ereignissen. Ein weiterer Softwareagent wird für die Ansprache von Aktoren eingesetzt und bewirkt somit die Rückwirkung auf die physische Welt. So kann beispielsweise die Aktivierung eines Heiz- oder Kühlsystems aufgrund der Auswertung von Sensordaten oder Simulationsdaten ausgelöst werden.
Projektpartner extern
Onetools Project GmbH & Co. KG
Onetools GmbH & Co. KG
Autodesk GmbH
Ahlborn Mess- und Regelungstechnik GmbH
Rechenzentrum, Hochschule Augsburg
Hans Trinczek GmbH & Co. KG
2archi4, Martin Rampetsreiter Dipl. Ing. (FH)
EQUA Solutions AG
Datacubist Oy
Saimaa University of Applied Sciences
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Diese Seite wird noch überarbeitet.
Über 100 Studierende und Mitarbeiter der HSA waren beteiligt. Die Zustimmung Beteiligter nimmt leider ziemlich viel Zeit in Anspruch ... :(
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