SCI_BIM - Scanning and data capturing for Integrated Resources and Energy Assessment using Building Information Modelling

Motivation und Forschungsfrage

Auf Grund des weltweit steigenden Verbrauchs von materiellen Ressourcen und dem ebenfalls ansteigenden Aufkommen von Abfall sind Gebäudebestände nicht nur für die Reduktion des Energieverbrauchs, sondern auch als zukünftige Quellen für materielle Ressourcen (Urban Mining) von wesentlicher Bedeutung. Jedoch fehlt das Wissen über die genaue materielle Zusammensetzung der Gebäudebestände, um die zukünftige Nutzung modellieren und prognostizieren zu können. Die Forschungsfrage ist, ob durch Einsatz der digitalen Technologien „Laserscanning" und „Ground Penetrating Radar" (GPR) sowie durch ein Gamification-Konzept, die Erstellung und Instandhaltung eines digitalen Zwillings (BIM-Modell), welcher als Basis für Urban Mining dient, möglich ist.

Ausgangssituation/Status Quo

Siedlungen und Infrastrukturen stellen den größten Materialbestand in einer industriellen Volkswirtschaft dar. Die weltweiten Materialbestände sind so groß wie die Reserven an Primärressourcen in der Natur. Langfristig gesehen ist es daher von großer Bedeutung, den urbanen Materialbestand instand zu halten oder immer wieder zu rezyklieren, um die Nutzung von Primärressourcen und somit die Abhängigkeit an Importen zu minimieren – eine Strategie namens „Urban Mining". Gleichzeitig verbrauchen Gebäude weltweit rund 35% der Energie und verursachen ca. 40% der globalen CO2-Emissionen [Abergel et al., 2017]. Bei einer Neubaurate von 3% [Euroconstruct, 2018] ist der Gebäudebestand wesentlich für die Minimierung des Energieverbrauchs.

Projekt-Inhalte und Zielsetzungen

Ziel dieses Projekts ist, durch Kopplung unterschiedlicher digitaler Technologien und Methoden zur Datenerfassung (Geometrie und materielle Zusammensetzung) und Modellierung (as-built BIM) die Steigerung der Ressourcen- und Energieeffizienz mit Einsatz eines Gamification-Konzepts zu ermöglichen. Anhand einer realen Fallstudie (TU Wien, Aspanggründe) wird die integrale Datenerfassung getestet und wirtschaftlich evaluiert.

Methodische Vorgehensweise

Für die Erfassung der Geometrie wird Laserscanning und für die materielle Zusammensetzung die Georadar-Technologie eingesetzt. Dabei wird die Eignung des Georadars für die Materialdatenermittlung gekoppelt mit Laserscantechnologie für die Geometrieerfassung getestet, um das Proof of Concept für die semi-automatisierte Generierung des informations- und datenreichen as-built BIM-Modells, welches die Basis für den materiellen Gebäudepass (MGP) und Building Energy Modeling und Simulation (BEM) bildet, zu entwickeln. In diesem Projekt wird auch der innovative Gamification-Ansatz getestet, bei welchem durch NutzerInnen-Beteiligung (NutzerInnen erstellen die Foto-Dokumentation mit Smartphone, welche via Gamification-Plattform in das as-built-BIM Modell eingebaut wird) bauliche Änderungen als auch das NutzerInnenverhalten (offene Fenster, Beleuchtung usw.) erfasst werden. Durch Einbettung der Gamification-Daten wird das as-built BIM-Modell semi-automatisch instandgehalten und bildet somit die Grundlage für BIM für Facility Management (BIM4FM). Einerseits werden die baulichen Änderungen festgehalten (statisch), andererseits wird durch die Dokumentation des NutzerInnenverhaltens das Modell für die operative Steuerung entwickelt (dynamisch).

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Mit dem Proof of Concept wird eine Forschungslücke geschlossen – die Erfassung und Modellierung der Geometrie ist bereits gut erforscht, jedoch fehlen die Methoden für die Erfassung und Modellierung der materiellen Zusammensetzung. Als wesentliche Innovation dieses Vorhabens ist die Entwicklung der Scan-to-BIM Algorithmen - semi-automatisierte Erkennung und Modellierung von informationsreichen BIM-Objekten aus der Point-Cloud sowie aus den GPR-Messungen, die Nutzung von Gamification für die Reduktion des Energieverbrauchs, als auch das automatisierte Update von as- built-BIM4FM zu nennen. Das Hauptergebnis ist das entwickelte „Process-Design" von SCI_BIM, welches alle Teilschritte von der Erhebung der Daten bis zur Erstellung und Instandhaltung des Digital Twin aufzeigt.

Ausblick

Die erreichten Ergebnisse in SCI_BIM bilden die Basis für das Folgeprojekt BIMstocks „Digital Urban Mining Platform for Assessing the material composition of building stocks through coupling of BIM to GIS" , in welchem die Technologien „Laserscanning" und „GPR" an mehreren Bestandsobjekten angewendet werden, um ein Upscaling auf Stadt-Ebene zu ermöglichen. Langfristig betrachtet, dient die digitale Urban Mining Plattform zur Erhöhung von Rezyklierungs- und Wiederverwendungsraten auf Stadt-Ebene.

Projektleitung

Assoc. Prof. Dipl.-Ing. Dr. Iva Kovacic
TU Wien, Institut für interdisziplinäres Bauprozessmanagement - Industriebau und interdisziplinäre Bauplanung

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

• TU Wien, Institut für Wassergüte, Ressourcenmanagement und Abfallwirtschaft Fak. Für Bauingenieurwesen(TU-FAR)
• TU Wien, Institut für Visual Computing & Human-Centered Technology, Fak. für Informatik (TU-VC)
• TU Wien, Institut für Architekturwissenschaften, Abteilung für Bauphysik und Bauökologie, Fak. für Architektur und Raumplanung, (TU-BPI)
• TU Wien, Institut für Architekturwissenschaften, Digitale Architektur und Raumplanung, Fak. für Architektur und Raumplanung, (TU-DAP)
• Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG)
• Vermessung Meixner (Meixner)
• RM Umweltkonsulenten ZT GmbH (RMU)

Assoc. Prof. Dipl.-Ing. Dr. Iva Kovacic
Karlsplatz 13/234-2
A-1040 Wien
Tel.: +43 (1) 58801 21526
E-Mail: iva.kovacic@tuwien.ac.at
Web: www.industriebau.tuwien.ac.at/