Bessere Ergebnisse in frühen Projektphasen.

Bauherren, Architekten und Generalplaner müssen in der Regel zu einem frühen konzeptionellen Zeitpunkt (Wettbewerb, Konzept und Vorplanung)Entscheidungen in Bezug auf Energiesysteme, Baukonzepte und die Nachhaltigkeit eines geplanten Gebäudes treffen. Der Energieverbrauch und die Kosten werden bereits zu diesem Zeitpunkt ganz wesentlich festgelegt. Die Verwendung von herkömmlichen Simulations- und Berechnungswerkzeugen erfordert einen Detailierungsgrad bei der Eingabe der Modelldaten und Randbedingungen, der zu diesem frühen Planungszeitpunkt nicht gegeben ist. So liegen in der Regel noch kein fertiger architektonischer Entwurf und somit auch keine Planungsunterlagen und damit auch kein BIM-Modell vor. Damit können die softwareseitig geforderten Inputgrößen zum Ableiten eines Berechnungsmodells aus einem Planungsmodell in der frühen Phase nicht errechnet werden und ein Simulationsprozess nicht automatisiert angestoßen werden. Aufgrund dieser entwurfsphasen-charakteristischen Systemunterbestimmtheit wird in dieser Phase fast immer auf die Nutzung der Simulation vollständig verzichtet. Fragestellungen im Kontext energieeffizienter und nachhaltiger Gebäude werden daher zu einem Zeitpunkt mit hoher Unklarheit bezüglich der Gebäudelösung beantwortet und festgelegt. Die Frage nach „der besten Variante“ wird in der Regel nicht gestellt oder kann mit den verfügbaren Planungsmitteln zu wenig differenziert beantwortet werden. Die getroffenen Entscheidungenrichten sich hauptsächlich nach „in der Vergangenheit bewährten Lösungen“. Da die Anforderungen an moderne Gebäude sich stark verändert haben und gestiegen sind und die energetischen Lösungsoptionen sich damit deutlich vielfältiger und komplexer darstellen, reicht „ein Bauen nach Erfahrung“ nicht mehr aus. Die Praxis zeigt, dass diese Vorgehensweise im Extremfall dazu führt, dass deutlich überdimensionierte Technik verbaut wird (beispielsweise resultierend in Problemen der Trinkwasserinstallation) oder zusätzlich oft teure Nachbesserungen gegen Ende der Bauphase notwendig werden. Dies kann vermieden werden, wenn auf Basis einer Bedarfsplanung bzw. eines bauherrnseitig klar definierten Anforderungsprofils, vorteilhafter weise umgesetzt in einem digitalen Raumbuch, im Zuge der Erstellung eines Energie- und Nachhaltigkeitskonzeptes die richtungsweisenden Lösungsvarianten mit Hilfe von Simulationswerkzeugen virtuell untersucht, bewertet und ermittelt werden können.

Das Interesse von Investoren richtet sich primär auf die Errichtung und nicht auf die Betriebs- und Nutzungsphase, über ein Integrales Leistungsversprechen, digital formuliert im Raumbuch, kann dies vermieden werden. Die Umsetzung dieses Leistungsversprechens kann umgekehrt in der Betriebs-und Nutzungsphase, in der das Digitale Modell als Abbild eines gebauten Gebäudes entsteht, durch die Verbindung zum Raumbuch und den darin definierten Performance-Indikatoren überprüft werden. Die Einordnung der zu entwickelnden Methodik in den Lebenszyklus eines Bauwerks ist in der Abbildung oben dargestellt. Zu diesem frühen Zeitpunkt müssen beispielsweise seitens der Bauphysik und Gebäudetechnik Fragen zur Auswahl des Energiesystems, zum sommerlichen Wärmeschutz oder zur Tageslichtversorgung beantwortet und in einer für die Bauherrschaft, den Architekten oder Objektplaner verständlichen Form aufbereitet und visualisiert werden. Im Zuge eines gestiegenen Interesses am Thema der Raumluftqualität nimmt auch die Bedeutung eines Lüftungskonzeptes zu, um beispielsweise auch Aussagen zum Infektionsschutz an Arbeitsplätzen, in der Gastronomie oder in Kulturstätten frühzeitig beantworten zu können. Mit dem vorliegenden Antrag soll ein Werkzeugentwickelt werden, das Bauherren und Planer bereits in frühenPlanungsphasen bei der Vorauswahl und Bewertung von Entwurfsvarianten unter energetischen,wirtschaftlichen und nachhaltigen Aspekten mit einer Simulationunterstützt. Hierfür ist eine Methodik zu entwickeln, wie Eingabedaten fürenergetische Simulations- und Konstruktionstools in frühen Planungsphasen,also ohne das Vorliegen detaillierter Modelle, erzeugt werden können. Dabeisoll berücksichtigt werden, dass dies ohne erheblichen Einsatz von Fachpersonalund mit einer hinreichend hohen Genauigkeit der Ergebnisse ermöglicht wird.Gleichzeitig sollen auf Basis dieser frühen Analysen, Kenngrößen für komplexereBerechnungsprogramme, die zu einem späteren Planungszeitpunkt zum Einsatzkommen, generiert werden. Das digitale Raumbuch wird zu diesem Zweck alsfortzuschreibender Datenspeicher über den Lebenszyklus des Bauwerks hinwegbehandelt, der in der Planung mit entsprechenden Daten angereichert und befülltwird, sodass in jeder Phase bis hin zum Betrieb die notwendigenRauminformationen maschinenlesbar verfügbar sind.

Es ist ausdrücklich nicht das Ziel, einen allgemeinen „BIM-to-SIM“ Prozess zu unterstützen, da für den hier betrachteten Anwendungsfall der Energie- und Nachhaltigkeitsberatung detaillierte BIM-Modelle noch keine Rolle spielen. Zudem sind in der Forschung in den letzten Jahren ausreichend BIM-to-SIM Prozesse entwickelt worden, die hier nicht anwendbar sind. Der Fokus liegt in der Reduzierung der Einstiegshürde beider Nutzung von angepassten Simulationswerkzeugen, um die richtigen Weichenstellungen in komplexen Bauprojekten zu ermöglichen, damit die politisch und gesellschaftlich geforderten Klimaschutz- und Nachhaltigkeitszieleschneller, mit mehr Planungssicherheit und insbesondere überprüfbar erreicht werden können. Das Projekt soll durch einen "Praxisbeirat“, bestehend aus namhaften Industrieverbänden, Planungsbüros und Industrievertretern, die Verbreitung der Ergebnisse sicherstellen und beratend das Projekt begleiten.

Das Ziel des Verbundvorhabens ist mit den förderpolitischen Zielen des 7.Energieforschungsprogrammes „Innovationen für die Energiewende“ im Bereich der energieoptimierten und klimaneutralen Gebäude sowie der Digitalisierung der Energiewende verknüpft. Die Energiewende und vor allem auch die Wärmewende in Gebäuden und Quartieren kann sinnvoll durch energieeffiziente Neubauten oder Sanierungsprojekte mit einemgeringen Primärenergiebedarf vorangetrieben werden. Die in diesem Projekt genannten Ziele und Anwendungsfälle im digitalen, simulationsbasierten Konzeptions- und Planungsprozess energieoptimierter Gebäude adressieren diese Ziele direkt. Eine systemische Betrachtung von Bauwerken entlang des Lebenszyklus muss bereits in der frühen Konzeptionsphase beginnen und durchbelastbare Entscheidungsgrundlagen unterstützt werden. Hierfür sind frühe Simulationen zur Betrachtung von energetischen Faktoren von entscheidender Bedeutung zur Ausarbeitung von Energiekonzepten. Das webbasierte Raumbuch soll diesen Prozess unterstützen, indem es bereits mit wenigen Eingangsfaktoren belastbare Aussagen über mögliche Funktionsbereiche und Bauwerksformen ermöglicht. Cloud-basierte Systeme helfen dabei in der Überwindung technischer Limitationen und ermöglichen es, über softwareseitige Ansätze systemübergreifende Zusammenhänge zu bedienen und datengetriebene Analysemethoden einzusetzen. Durch die in diesem Vorhaben entwickelten Methoden und Konzepte werden somit neue Möglichkeiten für die komplette Durchdringung der Wertschöpfungskette eröffnet. Neben den energetisch relevanten Faktoren werden zudem wirtschaftliche Faktoren in die Konzeptionsstudien integriert, um frühzeitig das Investor-Nutzer-Dilemma, bei dem die Investoren zu Gunsten von niedrigeren Investitionskosten höhere Betriebskosten in Kauf nehmen, zu adressieren. Hierbei soll dem Investor die Bedeutung der Entscheidung für den gesamten Lebenszyklus des Bauwerks und dessen technischer Systeme aufgezeigt und in einer wirtschaftlich nutzbaren Form über ein integriertes Leistungsversprechen nachgewiesen werden. Der Ansatz über ein digitales Raumbuch schafft hierfür die notwendige Voraussetzung.

• Automatisierte Überführung der benötigten Daten aus dem digitalen Raumbuch in das generative Design (IDA ESBO).
• Einbindung von Simulationsberechnungen aus dem generativen Design zur Konkretisierung von Planungsentscheidungen.
• Dokumentation von Planungsprozessen im Raumbuch (bspw. Aufgabe, Autor, Zeitpunkt und Freigabe von Berechnungen).
• Implementierung von Deutschland-typischen Vorlagen für die effiziente Daten-Anreicherung innerhalb des generativen Designs.
• Automatisierte Rückführung der relevanten Ergebnisse vom generativen Design in den BIM-Prozess.
• Automatisierte Überführung der relevanten Daten vom generativen Design in detaillierte Simulationen (IDA ICE).
• Rückführung von Berechnungsergebnissen in das digitale Raumbuch.

• Workflows auf Basis des digitalen Raumbuches für die Unterstützung und Beratung von Architekten und Generalplanern während der frühen Entwurfsphase
• Konzeptentwicklung einer interaktiven Simulationsumgebung für die energetische Bewertung von Entwürfen in der frühen Konzeptphase.
• Anpassung der Schnittstellendefinition für weitere detailliertere Simulationen(Gebäudesimulation und TGA) in den anschließenden Leistungsphasen unter Berücksichtigung möglicher Anforderungen des digitalen Raumbuches und BIM.
• Verbesserung der Auswertung von Simulationsergebnissen, damit diese für Architekten und Fachplaner nachvollziehbar sind, und direkt in deren Entscheidungsfindung genutzt werden können.
• Gezielte Nutzung und Testen der Methoden und Tools in konkreten Anwendungen; Verbesserung der Kundenakzeptanz und Anwenderfreundlichkeit durch Berücksichtigung des Kundenfeedbacks aus Pilot- und Referenzprojekten.
• Dokumentation der Pilot- und Referenzprojekte, um die Möglichkeiten und den Mehrwert der Methoden den potenziellen Anwendern zu verdeutlichen.

• Entwicklung eines Datenmodells für das digitale Raumbuch.
• Workflows zur Nutzung des digitalen Raumbuchs im funktionalen Anforderungsmanagement und zur Qualitätssicherung.
• Implementierung des webbasierten, digitalen Raumbuchs für den Anwendungsfall als offenes Softwaretool.
• Gezielte Übertragung der Ergebnisse in die Anwendung durch Entwicklung neuer innovativer smarter Dienstleistungen.
• Dokumentation von Planungsprozessen im Raumbuch (bspw. Aufgabe, Autor, Zeitpunkt und Freigabe von Berechnungen).
• Nutzung des Raumbuchs als Instrument zum Front- und Backloading von Informationen und zur Qualitätssicherung, d.h. Soll-/Ist-Vergleich zwischen Vorgaben (bauherrnseitigen Anforderungen und Nutzungsprozessen) und planerischer Umsetzung.
• Abbildung von Raumbuch-basierten Workflows für die frühe Auslegung und Dimensionierung der TGA und Planung von Trassen und Technikzentralen in einem Open-BIM Prozess für gewerkeübergreifende Abstimmungen.