Digitale Werkzeuge und Prozesse im Bauwesen

Forschungsprojekt Digitaltwin: Use Case 1 – Sensortechnik für Fassaden- und Bauelemente

Das Monitoring von Fassaden mit Hilfe von Sensortechnik und einem Cloud-cluster ist Thema des Forschungsprojekts Digitaltwin. Es gilt zu untersuchen, wie sich doppelschalige Fassadenelemente in Gebäuden anhand vernetzter Informationen und interaktiver Anweisungen zukünftig effektiver und effizienter betreiben lassen. Dazu sind die Fassadenelemente mit Sensortechnik ausgestattet, die wichtige Kennwerte im Fassadenzwischenraum messen.

Projektpartner aus Industrie und Forschung entwickeln bis 2021 digitale Werkzeuge und Techniken weiter, um Dienste, Prozesse und Abläufe entlang der Wertschöpfungskette des Bauwesens zu vernetzen und zu automatisieren.

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 Förderprogramms Smart Service Welt II wird DigitaltWIN durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI) bezuschusst. Nach dem Start des Projekts im Juni 2018 wurden die Marktgegebenheiten, Technologien und Standards analysiert und die Kerntechnologien ausgewählt. Ergänzend entwickelte das Konsortium drei Anwendungsfälle, anhand dieser man in den kommenden zweieinhalb Jahren Techniken, Dienste und Lösungen entwickeln will, die am Demobauwerk des kooperierenden SFB1244 (Sonderforschungsbereich Uni Stuttgart) sowie bei Messeauftritten präsentiert werden sollen. Die Demo zu Use Case 1 steht aktuell im Showroom von iconic skin und wird in unterschiedlichen Veranstaltungen ausgestellt, etwa bei der digitalBAU 2020 in Köln.

• Use Case 1 beschäftigt sich mit der einfachen Verfügbarkeit und Visualisierung von Live-mess- und Prüfdaten am Gebäude mittels digitalem Zwilling durch EdgeCloud- und Cluster-computingTechnologien.

• Use Case 2 soll die Qualitätssicherung am Beispiel von Schweißarbeiten und einer virtuellen Schweißprüfung in der Fertigung thematisieren.

• Use Case 3 wird abschließend die Ar-montageunterstützung am Beispiel eines Gitterschalen-puzzles auf der Baustelle demonstrieren.

Use Case 1: Sensortechnik für Fassaden- und Bauelemente

Das Bauelement Isoshade von iconic skin ist eine Isolierglaseinheit mit werkseitig integriertem Sonnenschutz, bestehend aus einem Dreifach-isolierglas und einem Zwischenraum mit innenliegender Sonnenschutzanlage. Die Intelligenz von Isoshade liegt im abgedichteten Zwischenraum, der Klimalasten mittels eines bauphysikalischen Prinzips selbständig reguliert. 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 durchzuführen.

Mit der Digitaltwin-sensortechnik, die in einzelne Elemente integriert wird, lassen sich Rückschlüsse auf Veränderungen durch Wettereinflüsse, abweichende Einzelzustände oder kritische Temperatur- und Feuchteverhältnisse ziehen. Um für den Gebäudebetreiber und den Wartungsmitarbeiter einfach bedienbare User-interfaces bereitzustellen, kommt eine neuartige Cloud-clusterarchitektur auf Basis einer Plattformtechnologie zum Einsatz, um Online- und Offline-szenarien zu ermöglichen.

Die Plattform nutzt scaleit-technologiestack (aufeinander aufbauende Softwarekomponenten, die eine Plattform bilden). Darin eingebunden sind Microservices für IFC/ Bim-daten, Sensorwerterfassung, -weitergabe und -speicherung sowie eine Middleware (Software für den Datenaustausch zwischen Anwendungsprogrammen unter verschiedenen Betriebssystemen) zur

Aufbereitung der Daten und die Visualisierung mittels Mixed-realitySoftware „Unity“.

Derzeit lassen sich etwa Informationen durch die eingebaute Sensorik exemplarisch zum Zustand des Bauelements Isoshade abrufen oder Veränderungen über Zeitreihenanalysen detektieren. Intuitive Benutzeroberflächen stellen dazu den Status der Fassade in Echtzeit dar: Wartungsampeln melden beispielsweise Überschreitungen der Grenzwerte als Warnung oder Alarm. Die werden dann als Aufgaben für die festgelegten Rollen des Facility Managers und des Maintenance Engineer an die eingebundene Hololens übermittelt.

Die Sensornetzlösungen des Forschungspartners Carl Zeiss 3DA wurden hierzu im Isoshade verbaut. Zur Verwendung hat man die Software so erweitert, dass sich ein kontinuierliches „Condition Monitoring“umsetzen lässt. In diesen Demo-modi werden simulierte Warnungen oder Alarme eingespielt, die dann als Aufgaben für den Facility Manager und Maintenance Engineer in der Ar-umgebung dienen. Zu den Softwarekomponenten zählen auch die Hhi-middleware, die zeitgleich Informationen an alle Clients verteilt, sowie eine eigens von seele entwickelte Modelldaten-app. Sie enthält eine Datenbank, in der die Einzelbauteile der Fassadenelemente im ifc4-format zusammen mit ihren Eigenschaften (etwa Hierarchie-informationen) bestehen bleiben. RA

Use Case 1: Überprüfung der IsoshadeFassadenelemente mittels Hololens.