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Linking and managing heterogeneous data using information containers : leveraging linked data for BIM Stage 3 CDEs
2024 & 2025
Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2024
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2025
Genehmigende Fakultät
Fak02
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2024-08-19
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-01088
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1003514/files/1003514.pdf
Einrichtungen
Projekte
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
building information modelling (frei) ; common data environment (frei) ; heterogeneous interlinking (frei) ; information containers (frei) ; linked data (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 720
Kurzfassung
Das Baugewerbe ist bekanntlich extrem fragmentiert: Es umfasst mehrere Parteien und multidisziplinäre Teams, die bei der Erstellung und Nutzung fragmentierter, aber miteinander verbundener Daten zusammenarbeiten. Diese Daten werden mit unterschiedlichen Werkzeugen erzeugt, gespeichert und verarbeitet. Daher sind die Herausforderungen der Interoperabilität zwischen den verschiedenen Werkzeugen seit mehr als drei Jahrzehnten ein Schwerpunkt der Forschung. Die Entwicklung von BIM ermöglichte ein verbessertes Informationsmanagement und eine größere Interoperabilität der Informationen. Trotz signifikanter Fortschritte stehen Bauprojekte weiterhin vor großen Schwierigkeiten bei der effektiven Steuerung des vielfältigen Datenmaterials. Insbesondere Altbauprojekte wie die energetische Sanierung und Renovierung haben mit einer äußerst komplexen Mischung aus alten und neuen Daten zu tun, die nicht immer strukturiert sind. Die Interoperabilität und das Management von Informationen ist einer der entscheidenden Faktoren, die den Erfolg dieser Projekte beeinflussen. Die Verfügbarkeit der richtigen Informationen zum richtigen Zeitpunkt verbessert die allgemeine Zusammenarbeit und das effektive Projektmanagement erheblich. Trotz außerordentlicher Fortschritte bei der Datensammlung und -verfügbarkeit in den letzten zwei Jahrzehnten ist es bei Projekten schwierig, diese effizient für die Decisionmaking zu nutzen. In typischen Projekten werden Infrastrukturkomponenten in verschiedenen Formaten und mit unterschiedlichem Informationsgehalt dargestellt, je nach dem Anwendungsbereich, für den sie erstellt wurden. Obwohl sich fortschrittliche BIM-basierte Paradigmen wie Common Data Environments als vorteilhaft erwiesen haben, gibt es eine deutliche Lücke bei der Verwaltung miteinander verbundener Daten in diesen Umgebungen. Zu den größten Herausforderungen in diesem Bereich gehören der mangelnde Konsens über standardisierte Schemata für Non-IFC-Daten und das Fehlen einer standardisierten, vendor-neutral Darstellung von Metadaten und vernetzten Informationen. In dieser Untersuchung werden drei zentrale Fragen der Verwaltung verknüpfter Informationen behandelt. Das erste Ziel besteht darin, eine formale Darstellung informeller Beziehungen innerhalb heterogener Daten in Bauprojekten durch die Verwendung von Linked-Data-Ansätzen zu ermöglichen. Dies erleichtert das Verständnis und den Abruf von vorhandenem Wissen aus verschiedenen, disparaten Quellen. Außerdem wird die Verwendung von Informations Containers als Kernstück einer gemeinsamen Datenumgebung vorgeschlagen, in der das gesamte formalisierte Wissen über den Projektablauf gesammelt wird. Diese Container unterstützen die effiziente Organisation und Verwaltung miteinander verbundener Daten und machen sie für alle am Projekt Beteiligten leicht zugänglich. Die Informationscontainer werden aus einer CDE-Perspektive entwickelt, mit Fokus auf die funktionalen Elemente der Container und die gespeicherten Daten. Um die Datenqualität und -konsistenz zu gewährleisten, verwendet der vorgeschlagene Approach die SHACL-Regelsprache zur Validierung. Damit ist sichergestellt, dass alle Daten und verknüpften Beziehungen den vordefinierten Standards entsprechen und die Integritätsbedingungen einhalten, was die allgemeine Zuverlässigkeit der Projektinformationen erhöht. Mit diesen drei Schlüsselfragen zielt diese Forschungsarbeit darauf ab, das Management von verknüpften Informationen in Bauprojekten zu verbessern. Die Adaption der bestehenden Modelle für Informations Container und deren Integration mit den funktionalen Aspekten von CDEs zeigt, dass heterogene, verknüpfte Daten in allen Phasen der Bauindustrie effizient verwaltet werden können. Außerdem wird durch die Nutzung von Linked-Data-Prinzipien die Integration der derzeitigen dokumentenzentrierten Praxis mit der semantischen, datenzentrierten Praxis demonstriert. Die Ergebnisse dieser Arbeit können die Entwicklung gemeinsamer Datenumgebungen über ihre derzeitige eindimensionale Interoperabilität hinaus potenziell vorantreiben. Die drahtlose Integration und der Austausch von Daten, unabhängig davon, wie die Daten strukturiert sind, hat ein enormes Potenzial für praktische Projektanwendungen.The construction industry is widely known to be extremely fragmented: it involves multiparty, multidisciplinary teams collaborating on the creation, and usage of fragmented, yet interconnected data. These data are generated, stored and processed in diverse tools. As a result, interoperability issues between different tools have been a focal point of research for more than three decades. The introduction of BIM paved the way for improved information management and enhanced information interoperability. Despite significant progress, construction projects continue to face consequential challenges in effectively managing the diverse range of information. In particular, brownfield projects such as the ones for energy retrofitting and renovation deal with an extremely complex mix of legacy and new data that are not always structured.Information interoperability and management is one of the decisive factors which influence the success of these projects. The availability of the right information, at the right time significantly improves overall collaboration and effective project management. Despite extraordinary advances in data capture and availability in the past two decades, projects struggle with utilising them efficiently for decision-making. In typical projects, infrastructure components are represented in various formats, with varying levels of information, depending on the use case for which they were created. While advanced BIM-based paradigms such as Common Data Environments have proved advantageous, there is a significant gap in managing interconnected data in these environments. Major challenges here include gaps in consensus of standardised schema for non-IFC data and lack of standardised vendor-neutral representation of meta-data and interconnected information.In this research, three key issues in managing interconnected information are addressed. The first objective is to provide a formal representation of informal relationships within heterogeneous data in construction projects by utilizing Linked Data approaches. This facilitates easy understanding and retrieval of existing knowledge from various, disparate sources. Furthermore, this research proposes the use of Information Containers, which serve as the central repository for all formalized knowledge throughout a project's lifecycle in a Common Data Environment. These containers promote efficient organization and management of interconnected data, making it easily accessible to all stakeholders involved in the project. The Information Containers are designed with a CDE perspective, focusing on the functional elements of the containers and their stored data. Lastly, to maintain data quality and consistency, the proposed approach incorporates SHACL rule language for validation. This ensures that all data and interlinked relationships conform to predefined standards and adhere to integrity constraints, thus enhancing the overall reliability of the project's information. By addressing these three key issues, this research aims to improve the management of interconnected information in AEC projects. Through the adaption of existing models for Information Containers, and their integration with the functional aspects of CDEs, it is demostrated that heterogeneous interconnected data can be efficiently managed in all phases in the construction industry. Furthermore, by leveraging linked data principles, the integration of the current document-centric practice with the semantic, data-centric practice is demonstrated. The results of this work can potentially push forward the developments of Common Data Environments beyond their current one-dimensional interoperability. Seamless integration and exchange of data, regardless of how the data is structured, has an enormous potential for practical use cases from projects.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT030941966
Interne Identnummern
RWTH-2025-01088
Datensatz-ID: 1003514
Beteiligte Länder
Germany
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