Monitoring von Fassaden mit Sensornetzen und Cloud-Cluster

  

(7.11.2019) Zur Unterstützung beim Monitoring von Gebäuden wird im Forschungsprojekt Digi­talTWIN untersucht, wie doppelschalige Fassadenelemente in Gebäuden anhand vernetzter Informationen und interaktiver Anweisungen effektiver und effizienter gesteuert werden können. Dazu werden die Fassadenelemente sensorisch aufgerüstet, um wichtige Kennwerte im Fassadenzwischenraum messen zu können.

Renommierte Projektpartner aus Industrie und Forschung entwickeln im Rahmen des Forschungsprojektes bis 2021 digitale Tools und Techniken, 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. Gefördert wird das Forschungsprojekt im Rahmen des Förderprogramms „Smart Service Welt II“ durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi).

Nach dem Start des Forschungsprojektes im Juni 2018 wurden zunächst die Marktgegebenheiten, Technologien und Standards analysiert und die Kerntechnologien ausgewählt. Ergänzend entwickelte das Konsortium Use Cases (Anwendungsfälle), die exemplarisch relevante Fragestellungen der Digitalisierung im Bauwesen thematisieren.

Der erste Anwendungsfall beschäftigt sich mit der einfachen Verfügbarkeit und Live-Visualisierung von Mess- und Prüfdaten am Gebäude mittels eines digitalen Zwillings durch Nutzung von Edge-Cloud- und Cluster-Computing-Technologien.

Das Szenario dreht sich dabei um die Isolierglaseinheit ISOshade von Iconic Skin, bestehend aus einem 3-fach-Isolierglas und einer innen liegenden, selbstregulierenden Sonnenschutzanlage. Für den Gebäudebetreiber ist  dabei von besonderem Interesse das kontinuierliche Monitoring und die frühzeitige Detektion von Fehlern und Beschädigungen, um Wartungsarbeiten gezielt durchzuführen. Hier greift die DigitalTWIN-Sen­sortechnik, mir der Rückschlüsse auf Veränderungen durch Wettereinflüsse, abweichende Einzelzustände oder kritische Temperatur- und Feuchteverhältnisse gezogen werden können.

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Um außerdem für den Gebäudebetreiber und den Wartungsmitarbeiter einfach bedienbare Userinterfaces bereitzustellen, kommt eine neuartige Cloud-Clusterarchitektur auf Basis einer Plattformtechnologie zum Einsatz. Die Plattform nutzt scaleIT-Techno­lo­gie­stacks (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-Reality-Software Unity.

Derzeit können durch die eingebaute Sensorik exemplarisch Informationen zum Zustand des Bauelements ISOshade abgerufen, über Zeitreihenanalysen Veränderungen detektiert und der Sonnenschutz über das digitale Modell bedient werden. Intuitive Benutzeroberflächen stellen den Status der Fassade in Echtzeit dar: Wartungsampeln melden beispielsweise Überschreitungen der Grenzwerte als Warnung oder Alarm. Zudem werden die Warnungen und Alarme als Aufgaben für die festgelegten Rollen des Facility Managers und des Maintenance Engineers an die eingebundene HoloLens übermittelt.

Sensor-Hardware- und Software-Komponenten

Die Sensornetzlösungen des Forschungspartners Carl Zeiss 3DA wurden hierzu im ISO­shade verbaut, da diese Hardware bereits von Zeiss als Multisensor gemeinsam mit der entwickelten Multisensor-Anwendung für Messräume getestet wurde. Zur Verwendung im ISO­shade wurde die Software so erweitert, dass ein kontinuierliches „Condi­tion Monitoring“ umgesetzt werden kann.

Zu den Softwarekomponenten zählen weitere Komponenten wie die HHI-Middleware, die zeitgleich Informationen an alle Clients verteilt, und eine eigens vom Fassadenbauer seele entwickelte Modelldaten-App. Diese enthält eine Datenbank, in der die Einzelbauteile der Fassadenelemente im IFC4-Format zusammen mit deren Eigenschaften, wie zum Beispiel den Hierarchieinformationen, bestehen bleiben.

Die Demo 2 des Use Case 1 ist für das Forschungsprojekt DigitalTWIN ein Meilenstein, da die erforderliche Systemarchitektur und wichtige Microservices zur Vernetzung von Objekt- und Metadaten sowie deren Visualisierung angewendet werden. Im weiteren Verlauf des Forschungsprojektes soll diese Architektur auf weitere Anwendungsfälle übertragen, durch zusätzliche Endgeräte, wie Laserscanner und 3D-Drucker ergänzt und in komplexeren Anwendungsszenarien im Austausch zwischen Planung, Fertigung und Montage auf der Baustelle gezeigt werden. Die Demo steht aktuell im Showroom von iconic skin und wird bei unterschiedlichen Veranstaltungen, wie der digitalBAU in Köln im kommenden Jahr, ausgestellt werden.