Zukunftstechnologie Building Information Modeling (BIM)

Ein zentrales Nervensystem für moderne Gebäude




Vernetzt, energieautark, anpassungsfähig und vor allem intelligent – so soll das Gebäude der Zukunft sein. Durch die voranschreitende Digitalisierung in der Gebäudetechnik wird diese Vision schon bald Realität.

Autor: Helmut Macht

Ob Informations- und Kommunikationstechnik, Automobil-, Medien- und Unterhaltungsindustrie, Finanzsektor oder Pharma – die digitale Transformation hat mittlerweile fast alle Branchen erfasst und mit neuen Wettbewerbern und Geschäftsmodellen begonnen, die Märkte zu verändern. Nun setzt sich die Digitalisierung auch in der Gebäudetechnik durch und verändert damit von Grund auf, wie Gebäude in Zukunft geplant, gebaut, genutzt und letztendlich auch bewirtschaftet werden. 

Wenn man nur den Energieverbrauch betrachtet, ist das Potenzial der Digitalisierung bereits enorm: Zum einen sind Gebäude für über 40 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs und für einen Großteil des CO2-Ausstoßes verantwortlich, und zum anderen sind sie einer der größten Aufwandsposten in der Bilanz von Unternehmen. Ihre Betriebskosten machen fast 80 Prozent der Gesamtkosten über den gesamten Lebenszyklus aus. Die automatische und effiziente Kontrolle sowie die Steuerung von Licht, Lüftung, Heizung und Sicherheitssystemen sind daher wichtige Hebel zur Kostensenkung und bei Neubauten bereits Realität. Doch die wahre Revolution findet im Hintergrund statt.

Der digitale Gebäudezwilling

Entgegen der heute üblichen baubegleitenden Planung wird beim Building Information Modeling (BIM) das gesamte Gebäude mit allen Gewerken parallel und abgestimmt geplant und im virtuellen Digitalmodell simuliert, getestet und bei Bedarf korrigiert. So können Fehler und Unstimmigkeiten einfach in der Software geändert werden und müssen nicht erst mühevoll auf der Baustelle behoben werden. Das Gebäude wird also quasi zweimal gebaut: einmal virtuell auf dem Computer und erst dann physikalisch in der Realität. Man spricht hier von den „Digital Twins“, den Gebäudezwillingen.

Die zeitgleiche Planung der verschiedenen Gewerke ermöglicht nun auch gewerkeübergreifende, koordinierte Lösungen, die in der Vergangenheit durch die Vergabepraxis nur selten realisiert werden konnten. Durch die virtuelle Planung und die Nutzung eines gemeinsamen Datenmodells können nun auch detaillierte Varianten in einer frühen Phase zur Optimierung des Gebäudes geprüft werden.

Welche Auswirkungen hat die Wahl eines bestimmten Fassadentyps auf die Bau- und Investitionskosten sowie auf die spätere Wartung, Reinigung und die Behaglichkeit der Nutzer? Welchen Einfluss hat eine zusätzliche Tür auf künftige Evakuierungsszenarien, den Komfort oder die Heizkosten? Lassen sich solche Fragen bereits vor dem ersten Spatenstich exakt beantworten, können Bauvorhaben günstiger, einfacher und nachhaltiger sowie der Betrieb sicherer, komfortabler und effizienter werden.

Bislang scheiterte eine solche durchgängige Gebäudedatenmodellierung unter anderem auch an den technischen Voraussetzungen. Mit Cloud Computing – praktisch unlimitierter Rechenleistung und Speicherkapazität sowie der permanenten Verfügbarkeit von Netzen und Endgeräten – steht der Umsetzung jetzt eigentlich nichts mehr im Wege. 

Eigentlich. Denn eine breite Nutzung wird insbesondere durch die Kleinteiligkeit der Branchen mit ihren zahlreichen Akteuren und deren unterschiedlichen Interessen immer noch gebremst. Diese Büros, Betriebe und Personen, die einzelne Prozesse oder Gewerke des Gebäudes bearbeiten, agieren traditionell unabhängig voneinander. Die mit BIM erreichbare enge Kooperation ist neuartig und erfordert zum Teil auch angepasste Prozessschritte und Geschäftsmodelle. Hinzu kommen die vergleichsweise hohen Anschaffungskosten zur Einführung entsprechender Systeme, fehlende Standards und Schnittstellen sowie der Umstand, dass erst wenige Hersteller BIM-geeignete Daten für ihre Bauteile liefern können. Außerdem ist das derzeitige Vergabeverfahren problematisch, da die digitale Planung und Simulation meist nicht budgetiert ist und auch noch durch keine Position in den geltenden Honorarordnungen vertreten ist. 

Nichtsdestotrotz wird jetzt schon deutlich, dass die BIM-konforme Gebäudedatenmodellierung bei öffentlichen Bau- und Infrastrukturprojekten zunehmend vorgeschrieben wird – auf EU-Ebene ist die Einführung dieser Methode bereits beschlossene Sache.

Alles wird kommuniziert und ausgewertet  

Ein weiterer Grundpfeiler der Digitalisierung in der Gebäudetechnik ist die mittlerweile weit vorangeschrittene Vernetzung von Maschinen, Geräten, Komponenten, Sensoren, Aktoren und anderen Objekten zum sogenannten „Internet der Dinge“. Diese Verschmelzung von realer und digitaler Welt legt zum einen die Basis für die Vernetzung der unterschiedlichen Gewerke, zum anderen aber auch für neue digitale Services und Geschäftsmodelle. Mit Remote-Service-Lösungen etwa können Probleme an verschiedensten Komponenten schnell und effizient aus der Ferne erkannt und behoben werden. Präventive Wartungskonzepte können Ausfallzeiten minimieren, indem die Komponenten dem Hersteller melden, dass sie nicht mehr einwandfrei funktionieren. Und dies lange bevor ein Schaden tatsächlich auftritt und zur Unterbrechung führt. Die sogenannte Business Continuity ist ein wichtiger Faktor bei der heutigen Geschäftsplanung.

Sensoren, Aktoren usw. liefern aber zuhauf weitere wertvolle Informationen, die heute allerdings noch weitgehend ungenutzt bleiben. Durch eine intelligente Auswertung mit Big-Data-Anwendungen könnten diese riesigen, unstrukturierten Datenmengen – bei Bedarf in Echtzeit – zu aussagefähigen Kennzahlen kombiniert werden: Intelligente Algorithmen werten Trends aus und erkennen Muster im Nutzerverhalten oder im Verbrauch. Damit bieten sie fundierte Entscheidungsgrundlagen, erlauben vorausschauende Strategien und eine kontinuierliche Optimierung. In Kombination mit cleveren Selbstoptimierungsfunktionen erhalten Gebäude auf diese Weise ein zentrales Nervensystem: Sie werden intelligent.  

Das intelligente Gebäude erhöht die Produktivität und Energie

Diese Gebäudeintelligenz kommt insbesondere auch den Gebäudenutzern zugute. Durch die optimale Abstimmung der Umgebung bezüglich Licht, Luftqualität, Temperatur und Feuchtigkeit fühlen die Nutzer sich im Gebäude wohl, was einen positiven Effekt auf die Arbeitsproduktivität zur Folge hat. Neben diesem Effekt hat das intelligente Gebäude einen positiven Einfluss auf die Energieeffizienz. Dies wird umso wichtiger, da auf europäischer Ebene Rufe nach sogenannten „Zero Net Energy Buildings“ laut werden, also nach Gebäuden, die kaum noch externe Energie beziehen. Intelligente Gebäude kommen dieser Forderung nach – sie sind nicht mehr nur Energiekonsumenten, sondern auch -produzenten mit lokalen Systemen wie Photovoltaik, Windkraft oder Blockheizkraftwerken. Stichwort: dezentrale Energieversorgung. Die so erzeugte überschüssige Energie speisen die Gebäude in ein allgemeines Stromnetz ein oder speichern sie selbst – beispielsweise in Elektrofahrzeugen, die mit dem Gebäude vernetzt sind und als temporäre Akkus genutzt werden, solange sie nicht für ihren ursprünglichen Zweck im Einsatz sind.

Intelligente Gebäude ermitteln Verbräuche und aktuelle sowie vorausschauende Nutzerbedürfnisse, steuern sich selbst und beziehen Energie nur dann, wenn sie ausreichend verfügbar und entsprechend günstig zu haben ist. Auf diese Weise wird die Gebäudeintelligenz letztendlich auch zu einer Stabilisierung des gesamten Stromnetzes beitragen. Wichtige Ansätze dafür liefert Siemens bereits heute mit den cloudbasierten Gebäudemanagement- und Energiemanagementplattformen.

Die Evolution des Gebäudes

Unter dem Strich bringt die Digitalisierung Gebäude in Sachen Effizienz, Sicherheit, Komfort und Behaglichkeit in eine neue Dimension. Durch die Allgegenwärtigkeit von Sensoren und die intelligente Auswertung der von ihnen gelieferten Daten werden Gebäude künftig zu dynamischen Ökosystemen, die auf ihre Umgebung reagieren und ihre Vorteile langfristig auch im Verbund mit anderen Gebäuden und Infrastrukturen ausspielen (intelligente Verteilnetze oder „smart grids“).

Die digitale Transformation in der Gebäudetechnik bringt aber einen Paradigmenwechsel für die gesamte Branche mit sich: Es wird neue und sich verändernde Geschäftsmodelle geben. Software avanciert zum zentralen Faktor, Offenheit und Transparenz sind Trumpf, Verlierer sind in sich geschlossene und proprietäre Systeme. Aus diesem Transformationsprozess ergeben sich Chancen, die sich erst in der digitalen Welt entfalten können. Neue Geschäftsmodelle verändern aber bereits jetzt die Spielregeln des Marktes und können die Kräfteverhältnisse in den angestammten Märkten verändern. Dadurch werden traditionelle Konkurrenzsituationen abgelöst durch komplexere Konstellationen, in denen Unternehmen über ein Netz aus Partnerschaften und Allianzen in sogenannten „Ecosystems“ miteinander verbunden sind, aber gleichzeitig als Konkurrenten am Markt auftreten. Dabei gewinnen auch Partnerschaften zwischen traditionellen Industrieunternehmen und großen IT-Playern zunehmend an Bedeutung.

Der Autor dieses Beitrags, Helmut Macht, ist CTO von Siemens Building Technologies. Kontakt: sbt(at)siemens.com

Dieser Artikel ist im s+s report, Ausgabe 3, September 2017 erschienen. Weitere Informationen zum s+s report finden Sie unter www.vds.de/verlag/s-s-report