BIM-Informationsmanagement bei der thermisch-energetischen Simulation von gebäudetechnischen Anlagen

Wimmer, Reinhard; König, Markus; van Treeck, Christoph Alban

doi:HT020401594

BIM-Informationsmanagement bei der thermisch-energetischen Simulation von gebäudetechnischen Anlagen = BIM information management for thermal energetic simulation of building service systems

Wimmer, Reinhard^RWTH*

2020

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Reinhard Wimmer

ImpressumAachen 2020

Umfang1 Online-Ressource (167 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
van Treeck, Christoph Alban (Thesis advisor)^RWTH* ; König, Markus (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2020-02-04

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2020-02864
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/784956/files/784956.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Energieeffizientes Bauen (312410)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
BEPS (frei) ; BIM (frei) ; BPMN (frei) ; IDM (frei) ; IFC (frei) ; LOD (frei) ; LOG (frei) ; LOI (frei) ; MVD (frei) ; Simulation (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 624

Kurzfassung
Integrales Arbeiten in der Bauindustrie wird durch eine intensive Vernetzung aller Beteiligten ermöglicht und kann nur durch den Einsatz unterschiedlicher digitaler Modelle in den jeweiligen Disziplinen fachgerecht umgesetzt werden. Diese fortwährende Digitalisierung der Bauprozesse wird Building Information Modeling (BIM) genannt. Die in der Bauindustrie überfällige Anwendung digitaler Tools betrifft alle am Bauprozess beteiligten Expertisen. Damit die daraus resultierende Disruption strukturiert vollzogen wird, werden verschiedene Methoden eingesetzt. Diese Methoden erlauben eine zielorientierte Analyse der Prozesse von der Anwendung ausgehend, bis hin zur feinen Granularität der im Projektverlauf zu erstellenden Daten und Informationen. In dieser Arbeit wird BIM als Teil der integralen Planungsmethodik untersucht. Im Speziellen wird als BIM-Ziel die thermisch-energetische Simulation von gebäudetechnischen Anlagen mit der harmonisierten Information Delivery Manual (IDM)- und Model View Deﬁnition (MVD)-Methode, unter Abbildung verschiedener Anwendungsbeispiele, ausgearbeitet. Daraus werden die Anforderungen für eine gegebene Software-Architektur abgeleitet und mehrere Datenmodelle miteinander verbunden. Die Verbindung der unterschiedlichen Datenmodelle wird mit dafür eigens deﬁnierten Transformationslogiken verwirklicht. Die auf der Objekt- und Datenebene basierenden Ansätze erlauben die Deﬁnition von den dazugehörigen Level of Development (LOD)s. Mit diesen umfangreichen Ausarbeitungen wird der Herausforderung begegnet, dass neu zu etablierende Werkzeuge und Methoden praxisorientiert maßgeschneidert werden müssen. Mit der Entwicklung einer IDM wird komponentenweise vorgegeben, wie die Modellbildung zielorientiert verwirklicht wird. Dabei werden die Anwenderebene und die technologische Ebene im ersten Schritt zunächst getrennt voneinander, jedoch im zweiten Schritt integral betrachtet. In der Anwenderebene wird, vom Management, den Koordinatoren und von den Modellierern ausgehend, ein Prozessdiagramm erstellt. Innerhalb des Prozessdiagramms werden die einzelnen Aufgaben und deren Reihenfolge dokumentiert, die Schnittstellen identiﬁziert und im nächsten Schritt die auszutauschenden Daten und Informationen festgelegt. Diese Vorarbeit erlaubt auf der technologischen Ebene die Deﬁnition eines Datenaustauschanforderungsmodells. Damit wird festgehalten wie welche Daten und Informationen in den jeweiligen Schnittstellen ausgetauscht werden. Nach dieser Formalisierung wird abschließend eine MVD entwickelt, womit die einzelnen Schnittstellen für zukünftige Anwendungen maßgeschneidert angewendet werden. Die IDM, insbesondere das Prozessdiagramm und das Datenaustauschanforderungsmodell, sind die Grundlage zur Deﬁnition der LODs. Die LODs deﬁnieren die in der Zusammenarbeit notwendige Abstimmung der zu liefernden Modellstände. Es werden die zeitraumbezogenen Fertigstellungsgrade der einzelnen Modelle vorgegeben, wodurch eine Koordination der Projektarbeiten möglich wird. Damit die unterschiedlichen Schnittstellen ebenfalls die Daten und Informationen des jeweils generierten Outputs verlustfrei übertragen können, müssen zusätzlich noch die Transformationen der einzelnen Daten deﬁniert werden. Dazu wird das Beziehungsgefüge der einzelnen Modelle untersucht und eine Methode zur Transformation der unterschiedlichen Daten vorgestellt. Die in dieser Arbeit aufgeführten Methoden und Ergebnisse wurden im EnEff:BIM-Forschungsprojekt ausgearbeitet und erprobt. Dieses vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Forschungsprojekt wurde von Ende 2013 bis November 2016 bearbeitet und trägt den Titel: „EnEff:BIM-Planung und Betriebsoptimierung von energieefﬁzienten Gebäuden durch Bauwerkinformationsmodelle“, mit folgendem Förderkennzeichen: 03ET1177A-F. Um weitere internationale Tätigkeiten zu kanalisieren, wurde dieses Projekt mit einem internationalen Forschungskonsortium im vom Energy and Buildings Communities Program koordinierten Forschungsprojekt „IEA EBC Annex 60: New generation computational tools for building and community energy systems based on the Modelica and Functional Mockup Interface standards“ gebündelt und gemeinsam bearbeitet.

In this thesis, BIM is examined as part of the integral planning methodology. Speciﬁcally, the BIM goal in this thesis is to develop the thermal-energy simulation of HVAC systems using the harmonized Information Delivery Manual (IDM) and Model View Deﬁnition (MVD) method, using various application examples. Based thereon, the requirements for a given software architecture are derived and several data models are interconnected. The connection of the different data models is accomplished via specially deﬁned transformation logics. The approaches based on the object and data level allow the deﬁnition of the associated Level of Development (LOD)s. Through these extensive elaborations future tools and methods can be established and tailored according to practical requirements. With the development of an IDM, the goal-oriented modeling is described component by component. In the ﬁrst step, the user level and the technical level are initially considered separately, but in thesecond step they are considered holistically . At the user level, a process diagram is deﬁned from the perspective of management, coordinators, and modelers. While creating the process diagram, the individual tasks, the sequence of execution, and their interfaces are identiﬁed. Within the interfaces, the data and information needed for the exchange is speciﬁed. This preliminary work allows the deﬁnition of a data exchange requirement model at the technical level. Such a model records not only the method of transmission, but also the type of data and information subject to exchange in the respective interfaces.After this formalization, a MVD will be developed. The purpose of the MVD is to tailor the individual interfaces for future applications. The IDM, in particular the process diagram and the data exchange requirements model, form the basis for the deﬁnition of the LODs. The LODs deﬁne the coordination of the model versions to be delivered during the course of the collaboration on the building project. The speciﬁcation of the period-related degrees of each model’s maturity allows the coordination of the project. A loss-free transfer in the different interfaces requires a further speciﬁcation of the transformation of the data and information in the course of the generated output. For this purpose, the relationship structure of the individual models is examined and a method for the transformationof the different data is presented. The methods and results presented in this thesis were elaborated and examined during the course of the EnEff: BIM research project. This research project, funded by the Federal Ministry for Economic Affairs and Energy, was carried out from the end of 2013 to November 2016 and bears the title:ËnEff: BIM planning and operational optimization of energy-efﬁcient buildings through building information models", with the funding code: 03ET1177A-F. To channel further international activities, this project was bundled and edited together with an international research consortium in the IEA EBC Annex 60: "New generation of computational tools for building and community energy systems based on the Modelica and Functional Mockup Interface standards"coordinated by the Energy and Buildings Communities Program.

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