Monitoring im Gebäudebetrieb

DigitalTWIN nutzt Sensornetzen und Cloud-Cluster

Bei DigitalTWIN – Digital Tools and Workflow Integration for Building Lifecycles – steht das Verständnis für systemische Abhängigkeiten und Wechselwirkungen im Vordergrund, weshalb die Forschungspartner aus unterschiedlichen Branchen und Tätigkeitsfeldern kommen. Im Rahmen des Smart Service Welt II - Förderprogramms wird DigitalTWIN durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert. Nach dem Start des Forschungsprojektes im Juni 2018 wurden die Marktgegebenheiten, Technologien und Standards analysiert und die Kerntechnologien ausgewählt. Ergänzend entwickelte das Konsortium drei Use Cases (Anwendungsfälle), die exemplarisch relevante Fragestellungen der Digitalisierung im Bauwesen thematisieren. So beschäftigt sich Use Case 1 mit der einfachen Verfügbarkeit und Visualisierung von live Mess- und Prüfdaten am Gebäude mittels des digitalen Zwillings durch Nutzung von Edge-Cloud- und Cluster-Computing-Technologien.

Sensorik im Bauelement ISOshade der iconic skin GmbH

Das Bauelement ISOshade von iconic skin ist eine Isolierglaseinheit mit werkseitig integriertem Sonnenschutz bestehend aus einem 3-fach Isolierglas und einem Zwi- schenraum mit innen liegender Sonnenschutzanlage. Die Intelligenz von ISOshade liegt im abgedichteten Zwischenraum, der Klimalasten mittels eines bauphysikali- sches Prinzip selbstreguliert. Trockenmittel, das im Rahmenverbund eingefüllt ist, schützt zusätzlich vor Kondensation. ISOshade ist für alle Fassadentypen geeignet und eignet sich auch für den Einsatz in Hochhäusern. Von besonderem Interesse ist daher für den Gebäudebetreiber ein kontinuierliches Monitoring und die frühzeitige Detektion von Fehlern und Beschädigungen, um Wartungsarbeiten gezielt durchzu- führen. Mit der DigitalTWIN-Sensortechnik, die in einzelne Elemente integriert wird, können Rückschlüsse auf Veränderungen durch Wettereinflüsse, abweichende Ein- zelzustände oder kritische Temperatur- und Feuchteverhältnisse gezogen werden. Um für den Gebäudebetreiber und den Wartungsmitarbeiter einfach bedienbare Userinterfaces bereitzustellen, kommt eine neuartige Cloud-Clusterarchitektur auf Basis einer Plattformtechnologien zum Einsatz, um online- und offline Szenarien zu ermöglichen. Die Plattform nutzt scaleIT-Technologiestack (aufeinander aufbauende Softwarekomponenten, die eine Plattform bilden). Darin eingebunden sind Micro- services für IFC/BIM-Daten, Sensorwerterfassung, -weitergabe und -speicherung sowie eine Middleware (Software für den Datenaustausch zwischen Anwendungs- programmen unter verschiedenen Betriebssystemen) zur Aufbereitung der Daten und die Visualisierung mittels Mixed-Reality-Software Unity.

Derzeit können exemplarisch mittels der eingebauten Sensorik Informationen zum Zustand des Bauelements ISOshade abgerufen, über Zeitreihenanalysen Veränderungen detektiert und der Sonnenschutz über das digitale Modell bedient werden. Intuitive Benutzeroberflächen stellen den Status der Fassade in Echtzeit dar: Wartungsampeln melden beispielsweise Überschreitungen der Grenzwerte als Warnung oder Alarm. Zudem werden die Warnungen und Alarme als Aufgaben für die festgelegten Rollen des Facility Managers und des Maintenance Engineer an die eingebundene HoloLens übermittelt.

Eingesetzte Sensor-Hardware- und Softwarekomponten

Die Sensornetzlösungen des Forschungspartners Carl Zeiss 3DA wurden hierzu im ISOshade verbaut, da diese Hardware bereits von Zeiss als Multisensor gemein- sam mit der entwickelten Multisensor-Anwendung für Messräume getestet wurde. Features dieser Entwicklung aus Hardware und Software erlauben es, das System so individuell zu konfigurieren, dass der Benutzer die gewünschten Grenzwerte fest- legen kann. Zur Verwendung im ISOshade wurde die Software so erweitert, dass ein kontinuierliches „Condition Monitoring“ umgesetzt werden kann. In diesen De- momodi werden simulierte Warnungen oder Alarme eingespielt, die dann als Aufgaben für den Facility Manager und Maintenance Engineer in der Augmented Reality Umgebung dienen. Zu den Softwarekomponenten zählen weitere Komponenten wie die HHI-Middleware, die zeitgleich Informationen an alle Clients verteilt, und eine eigens vom Fassadenbauer seele entwickelten Modelldaten-App. Die Modell-daten-App enthält eine Datenbank, in der die Einzelbauteile der Fassadenelemente im ifc4-Format zusammen mit deren Eigenschaften, wie zum Beispiel den Hierar- chieinformationen, bestehen bleiben.

Die Demo 2 des Use Case 1 ist für das Forschungsprojekt DigitalTWIN ein Meilen- stein, da die erforderliche Systemarchitektur und wichtige Microservices zur Vernetzung von Objekt- und Metadaten sowie deren Visualisierung angewendet werden. Im weiteren Verlauf des Forschungsprojektes wird diese Architektur auf weitere An- wendungsfälle übertragen, durch zusätzliche Endgeräte, wie Laserscanner und 3D Drucker ergänzt und in komplexeren Anwendungsszenarien im Austausch zwischen Planung, Fertigung und Montage auf der Baustelle gezeigt. Die Demo steht aktuell im Showroom von iconic skin und wird an unterschiedlichen Veranstaltungen, wie der digitalBAU in Köln im kommenden Jahr ausgestellt werden.t

Quelle: se commerce / Use Case 1 in einer schematischen Darstellung