Simulation von Gebäude-Anlagentechnik in der BIM-basierten Planung energieeffizienter Gebäude

Die Einbindung von Anlagensimulation in den Planungsprozess von technischer Gebäudeausrüstung trägt zu einem energieeffizienteren Betrieb von Gebäuden bei. Eine wesentliche Hürde bei der Anwendung der Simulation als Planungswerkzeug ist der Aufwand für die Modellerstellung. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der automatisierten Modellerstellung basierend auf BIM (Building Information Management)-Modellen, um diesen Aufwand zu verringern. Weiterhin wird die Nachnutzung erstellter Simulationsmodelle durch die Erstellung von BIM-Modelen betrachtet. Im Rahmen der Arbeit wurden Werkzeuge für die bidirektionale Verbindung zwischen BIM- und Simulationsmodell erstellt. Die Betrachtungen fokussieren sich dabei auf das Simulationsformat Modelica und das open-BIM-Format IFC. Die implementierten Werkzeuge basieren auf einer Analyse der Ausdrucksmächtigkeit der gewählten Formate (IFC und Modelica) und den Informationsanforderungen des ausgewählten Simulationsszenarios in den beiden UseCases BIM2SIM und SIM2BIM. Für die Modellübertragung wurden Wissensgraphen für die intermediäre Wissensrepräsentation verwendet. Dies ermöglicht die Anwendung von in der IT bereits entwickelten semantischen Technologien für die Übersetzung zwischen BIM und Simulation. Weiterhin bieten die Wissensgraphen Anknüfungspunkte für Anwendungsfälle die weit über die in dieser Arbeit untersuchten UseCases hinaus gehen. Für beide betrachteten Anwendungsfälle wurde der experimentelle Nachweis erbracht, dass die automatisierte Modellerstellung soweit funktioniert, dass sie eine deutliche Zeitersparnis in der praktischen Anwendung bringt. Für die experimentelle Untersuchung wurden dabei bewusst keine artifiziellen Minimalbeispiele verwendet, sondern im Sinne eines "Feldversuchs" Modelle aus realen Projekten verwendet. Im Ergebnis dieser Arbeit stehen Werkzeuge zur Verfügung, die eine Integration der Simulation in den Planungsprozess deutlich erleichtern: Sie ermöglichen die Bearbeitung einzelner Planungsschritte im jeweils geeigneteren Werkzeug (CAD-Autorensoftware bzw. BIM-Viewer oder Simulationsumgebung) bei gleichzeitiger Gewährleistung der inhaltlichen Integrität beider beteiligten Modelle. Es besteht erstmals die Möglichkeit für die Anlagentechnik in nennenswertem Umfang Modelica-Modelle aus BIM-Modellen zu erstellen. Die Erzeugung von weiterbearbeitbaren BIM-Modellen aus Modelica-Modellen wird in dieser Arbeit erstmalig gezeigt. Die in der Arbeit durchgeführten Untersuchungen zur Nutzung des IFC-Formats zum Abspeichern semantisch reicher Schemata können auch in anderen Kontexten - unabhängig von der Simulation - Mehrwerte generieren.