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001006494 245__ $$aGraphbasierte Visualisierung komplexer technischer Systeme der TGA mit BIM$$cvorgelegt von Alexander Miehlich$$honline
001006494 246_3 $$aGraph-based visualization of complex technical systems of building systems installations with BIM$$yEnglish
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001006494 3367_ $$0PUB:(DE-HGF)11$$2PUB:(DE-HGF)$$aDissertation / PhD Thesis$$bphd$$mphd
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001006494 500__ $$aVeröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
001006494 502__ $$aDissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025$$bDissertation$$cRheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen$$d2025$$gFak03$$o2025-03-06
001006494 5203_ $$aUm die klimapolitischen Ziele hinsichtlich Energieeffizienz und Einsatz von erneuerbaren Energien im gesamten Gebäudelebenszyklus zu erreichen, steigen die Anforderungen an die technische Gebäudeausrüstung (TGA). Insbesondere die technischen Bereiche Heizung, Kühlung, Klimatisierung und Sanitär sowie der Informationsaustausch zwischen einer Vielzahl an beteiligten Akteuren in diesen Bereichen erfahren dadurch insbesondere Komplexität. In der Planungsphase erfolgt die Auslegung und Dimensionierung der TGA in Building Information Modeling (BIM)-spezifischer CAD-Software, wobei im Rahmen der Berechnungen zur Auslegung sowohl dreidimensionale Teilmodelle als auch zweidimensionale und bildbasierte Pläne erstellt werden. Diese Medien werden im Zuge der Planung und weiterer Gebäudelebenszyklusphasen ausgetauscht und sind ohne die semantischen Beziehungen aus der zugrundeliegenden Autorensoftware nicht unmittelbar ineinander überführbar. Dies stellt bereits in frühen Phasen einen Medienbruch dar. Zusätzlich führt die zunehmende Komplexität dieser Medien dazu, dass topologische und funktionale Zusammenhänge nur noch schwer nachvollzogen werden können. Mangels Interaktionsmöglichkeiten wird dadurch ebenfalls ihre praktische Nutzbarkeit eingeschränkt. Diese Art von Medienbrüchen führt dazu, dass Pläne von Anlagenteilen in weiteren Planungsprozessen in späteren Gebäudelebenszyklusphasen manuell neu erzeugt werden müssen. Eine uneingeschränkte Nachvollziehbarkeit dieser Medien oder die Möglichkeit von Qualitätssicherungsmaßnahmen ist daher nicht gegeben. Die vorliegende Dissertation adressiert vor dem Hintergrund der genannten Medienbrüche den lebenszyklusübergreifenden Informationserhalt in Form graphbasierter Ableitungen von Fließschemata aus BIM-Modellen. Im Rahmen dieser Dissertation werden neue Methoden präsentiert, welche im Kontext eines Big-Open-BIMAnsatzes eine vollautomatisierte Ableitung von hochdynamischen Fließschemata der genannten technischen Bereiche der TGA aus BIM-Modellen ermöglicht. Dadurch werden ineffiziente, manuelle Arbeitsschritte, die ein hohes Maß an Expertenwissen erfordern, verbessert und eine durch den graphentheoretischen Ansatz gestützte Interaktionsmöglichkeit mit den Fließschemata geschaffen. Die entwickelten Methoden bilden eine konzeptionelle, wissenschaftliche und technologieoffene Grundlage für die zukünftige Digitalisierung von Kommunikation, Dokumentation und Qualitätssicherung in allen Lebenszyklusphasen mit der Nutzung von BIMModellen als Informationsbasis. Die Implementierung eines interaktiven und webbasierten Proof of Concept zeigt die Möglichkeit der Nutzung der Methoden als kommandozeilenbasiertes Paket als unabhängiges Backend. Als Werkzeug demonstriert das Proof of Concept dadurch die vollautomatisierte Erzeugung dynamischer und interaktiv nutzbarer graphbasierter Visualisierungen der Bereiche Heizung, Kühlung, Klimatisierung und Sanitär der TGA. Zukünftige Anwendungsfälle für die Methoden sind die automatisierte Erstellung von digitalen und maschinenlesbaren Raumbüchern, die gezielte Abfrage beliebiger funktionaler oder topologischer Zusammenhänge von Komponenten oder die Erstellung von Teilelisten für Systeme, Abschnitte oder Zonen. Im Rahmen dieser Arbeit wird dies auf Grundlage der entwickelten Visualisierungsmethoden in dem webbasierten Proof of Concept anhand zweier Anwendungsfälle gezeigt. Die Visualisierung eines ausgewählten Systems zeigt hierbei die Nutzung einer visuellen Reduktion auf ausgewählte funktional und topologisch zusammenhängende Komponenten. Die Erstellung einer Teileliste aufgrund einer solchen Reduktion wird in einem weiteren Anwendungsfall dargestellt. Es kann in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die graphbasierte Visualisierung komplexer technischer Systeme der TGA die Möglichkeit eröffnet, dynamische und interaktiv nutzbare Schemata für eine Vielzahl praktischer Anwendungsfälle zu erzeugen und gleichzeitig die Maschinen- und Menschenlesbarkeit ohne Medienbrüche zu erhalten.$$lger
001006494 520__ $$aTo align with climate policy objectives regarding energy efficiency and the integration of renewable energy sources across the entire building life cycle, the requirements for building systems installations are continually evolving. The technical domains of heating, cooling, air conditioning, and plumbing are becoming increasingly complex, further complicating information exchange and interdisciplinary coordination. In the design phase, the dimensioning of building services can be performed using BIM-specific CAD software, generating both 3D models and 2D or image-based representations. While these different representations serve distinct purposes in the planning, construction, and operational phases, they are not inherently interoperable. The semantic relationships embedded in the original BIM authoring software are necessary to maintain consistency across formats, yet these relationships are often lost during data exchange. Additionally, the increasing complexity of building services make it difficult to comprehend topological and functional relationships. These relationships are not only difficult to model during the design process but also challenging to visualize in exported data formats. The lack of interaction capabilities further limits the practical usability of data exchange formats. This is equivalent to media disruption, which means that plans of system components must be re-created manually in further planning processes or even later in the building life cycle. Unrestricted transparency of these re-created media as well as the possibility of quality control is therefore not given. Building on the challenges of preserving topological and functional relationships across different representations, this dissertation addresses the automated derivation of flow diagrams from BIM models to maintain critical information throughout the building life cycle. It introduces novel graph-based methods that, within the framework of a Big Open BIM approach, enable the fully automated generation of highly dynamic flow diagrams for building systems installations, ensuring consistency and usability across planning and operational phases. This improves inefficient, manual work steps that require a high level of expertise and introduces an interactive method for engaging with flow diagrams, facilitated by the underlying graphtheoretic framework. The methods developed establish a conceptual, scientific and technology-open basis for the future digitalization of communication, documentation and quality assurance across the building life cycle phases, leveraging BIM models as a central information source. The implementation of an interactive, webbased proof of concept demonstrates the application of these methods, utilizing a command line-based package as an independent backend. Using the proof of concept as a tool, it demonstrates the fully automated generation of dynamic and interactively usable graph-based visualizations in the domains of heating, cooling, air conditioning and plumbing. Future applications for the methods include the automated creation of digital and machine-readable requirement specifications, the targeted querying of any functional or topological relationships between components, or the creation of parts lists for systems, sections or zones. In this thesis, this is demonstrated on the basis of the visualization methods developed in the web-based proof of concept using two use cases. The visualization of a selected system shows the usage of visual reduction to selected functionally and topologically related components. The generation of a parts list based on a reduction is shown in the other use case. This work shows that the graph-based visualization of complex technical systems of building systems installations opens the possibility to generate dynamic and interactively usable schemata for a variety of practical use cases while maintaining machine and human readability without media disruptions.$$leng
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