Mehrdimensionale Gebäudeplanung entfaltet ihr volles Potential erst dann, wenn auch Daten aus bestehenden, ähnlichen bzw. vergleichbaren Objekten dabei berücksichtigt werden können. Mit einer durchgängigen Datengrundlage aus den Lebenszyklusbereichen Ausführung und Betrieb können bessere Planungsergebnisse erzielt werden. Die Schaffung und Bereitstellung dieser durchgängigen Datengrundlagen stellt eine besondere Herausforderung in der Digitalisierung der Baubranche dar.

Schließlich kann sie erst zustande kommen, wenn während dem Gebäudebetrieb Objektdaten gesammelt und ausgewertet werden. Erfolgt die Erfassung der Objektdaten automatisiert und möglichst engmaschig, können zudem auch wertvolle Informationen für die Früherkennung von Schäden am Gebäude oder eine energieeffizientere Bewirtschaftung gewonnen werden.

Die grundlegende Idee von 7D-BIM ist es, Daten aus dem Gebäudebetrieb in der siebten Dimension eines virtuellen Gebäudemodells mit der Building-Information-Modeling-Methode einzupflegen und ebendort zu verorten.
Für konstruktive Bauteile gibt es bereits das so genannte Strutural Health Monitoring (kurz: SHM). Mit dieser Methode wird über Sensoren der aktuelle Zustand der Tragkonstruktion eines Bauwerks überwacht. Entwickelt man das SHM und den 7D-BIM-Gedanken weiter und vernetzt dabei verschiedene Technologien aus dem Bereich der Sensorik und Messtechnik, erhält man ein Werkzeug zur echtzeit-automatisierten Erfassung und Verarbeitung von Daten, die über jene aus dem Structural Health Monitoring weit hinausgehen. Denn neben Verformungen und Spannungen in Bauteilen können beispielweise Präsenzzeiten, Material- und Luftfeuchten, Temperatur (in den Bauteilen und an deren Oberflächen), sowie Luftschadstoffe, Schallpegel udgl. gemessen werden.

Die durch kontinuierliche, laufende Messungen an verschiedenen Punkten und in allen relevanten Konstruktionsteilen und Bauteilschichten in einem möglichst engmaschigen bis flächendeckenden Netz von Sensoren gewonnenen Daten über den aktuellen Zustand des Gebäudes werden automatisiert in einem 7D-BIM in Echtzeit erfasst, verortet und wo sinnvoll möglich auch mit zulässigen Grenzwerten verglichen. Dadurch werden die bisher aus stichprobenartigen und unregelmäßigen Wartungen und Inspektionen nur lückenhaft vorhandenen und unstrukturiert erfassten Daten vervollständigt und harmonisiert in einem über die Lebensdauer des Bauwerks dynamisch mitwachsenden, virtuellen Gebäudelebenszyklusmodell – dem dynamic lifecycle BIM (kurz: dlcBIM) – gespeichert und aktuell gehalten. Dies führt zu einer signifikanten Verbesserung der Informationsqualitäten über den aktuellen Zustand eines Bauwerks und der Änderung von Zuständen während seiner Nutzungsdauer. So können wertvolle und stets aktuelle Datengrundlagen für den nachhaltigen, ressourcenschonenden und energieeffizienten Gebäudebetrieb, sowie an der Schnittstelle zwischen Betrieb und Planung von beispielsweise Erweiterungen, Umnutzungen oder Sanierungen gewonnen werden. Die Entwicklung eines automatischen Warnsystems bei Überschreitung gewisser Kennwerte erhöht die Effektivität und Qualität der Gebäudebewirtschaftung. Schnittstellen zu bereits etablierten Smart-Home-Plattformen ermöglichen eine nutzerfreundliche Kommunikations- und Bedienoberfläche für die Gebäudesteuerung und -bewirtschaftung. Beispielsweise können damit über ein auch für Laien gut verständliches Warnsystem Hinweise bei der Überschreitung von zulässigen Grenzwerten für eine effektive und optimale Nutzung des Gebäudes an Betreiber sowie Bewohner übermittelt werden.

Die Vorteile der Weiterentwicklung des 7D-BIM-Gedankens zu einem dynamic lifecycle BIM durch die Vernetzung unterschiedlicher Technologien (Sensortechnik, Messtechnik, BIM-Software) liegen auf der Hand:

• Durch die automatisierte und laufend aktuelle Datenerfassung in Echtzeit ist eine effektive und auch effiziente Bewirtschaftung der Immobilie möglich, die Ressourcen und Kosten reduziert und zugleich die Qualität erhöht.
• Es verlängert sich die Lebens- und Nutzungsdauer eines Gebäudes durch eine zielgerichtete Wartung bzw. Instandhaltung und frühzeitige Schadenserkennung samt -prävention (inkl. Frühwarnsystem für Betreiber und Bewohner).
• Es entsteht eine über den gesamten Lebenszyklus einer Immobilie dynamisch mitwachsende Gebäudedatensammlung, die zudem eine wertvolle Grundlage für die Planung und Errichtung vergleichbarer Objekte darstellt. Dabei werden folgende Bereiche unterschieden:
  • Structural Health Daten (Belastungen und daraus resultierende Verformungen jeglicher Art an der tragenden und nicht tragenden Baukonstruktion)
  • Daten zur technischen Gebäudeausrüstung (Energieverbrauch für diverse Medien wie Wasser, Strom, Gas, Wärme, etc.)
  • Komfort- und Gesundheitsdaten (Raumluftqualität, Temperatur, Luftschadstoffe, Feuchte, Schall, etc.)

Diese Vorteile lassen sich derzeit noch nicht quantifizieren, sondern lediglich qualitativ beschreiben. Aber schon jetzt wird deutlich, dass durch die Entwicklung einer solchen digitalen, automatisierten Echtzeit-Bauwerkskontrolle im Sinne eines erweiterten Structural Health Monitoring samt Datenanalyse, -auswertung und -aufbereitung in einem dynamic lifecycle BIM Bauwerke quasi zum Fühlen gebracht werden können. Dabei stellt das erst die erste Entwicklungsstufe auf der noch langen Reise über die lernenden Gebäude durch Verknüpfung des dynamic lifecycle BIM mit künstlicher Intelligenz bis hin zu autonomen Bauwerken dar, die sich dann selbstständig organisiert betreiben, warten und instandhalten.

Dieser Beitrag entstand in Zusammenarbeit mit meiner Kollegin Marianne Alb vom IBB an der FH JOANNEUM.

Artikelbild: “Solomon R. Guggenheim Mueseum” aus der Reihe LEGO Architecture, fotografiert von Thomas Mathoi