Sensorgestützte Modelle für verbesserte Gebäudeservices

Dieses Forschungsprojekt ist geleitet von der Notwendigkeit, die Qualität und Kosteneffizienz von Dienstleistungen in der Bauindustrie zu verbessern. Die Bauindustrie hat einen Anteil von ungefähr 12% am österreichischen Bruttoinlandsprodukt. Das Verbesserungspotential wurde auf bis zu 30% der Gesamtausgaben für das Planen, Bauen, und Betreiben von Gebäuden geschätzt. Wir sind der Überzeugung, dass Fortschritte in der Entwicklung von preisgünstigen, drahtlosen Kommunikations- und Sensortechnologien bedeutende Verbesserung von Gebäudedienstleistungen ermöglichen könnten. Es gibt bereits Produkte, die Sensortechnologien ausnutzen, beispielsweise für die Wartung von Aufzügen. Aus unserer Sicht decken diese Produkte jedoch lediglich einen geringen Anteil der Information ab, welche potenziell für Baufirmen, Zulieferer, Hersteller, Betreiber, Benutzer, und Planer nützlich sein könnte. Gegenwärtig fehlt eine systematische und umfassende Vorgehensweise für das Erfassen des Zustands eines Gebäudes. Diese Informationen soll über den gesamten Lebenszyklus gesammelt und interessierten Beteiligten und Anwendungen verfügbar gemacht werden. Um diesem Ziel näherzukommen, schlagen wir vor, ein System für sensor-gestützte, hochauflösende Gebäudemodelle zu entwickeln, welche sich automatisch anpassen können an Veränderungen. Wir wollen diesbezüglich wesentliche konzeptionelle und technische Aspekte untersuchen. Zu diesen gehören Modellauflösung und -generierung, Sensorsystemkonfiguration, Ereignishandling, und Systemleistungsfähigkeit. Die Umsetzbarkeit eines solchen Systems soll anhand eines Beleuchtungskontrollsystem für einen Büroraum demonstriert werden. Der Raum ist ausgestattet mit Beleuchtungs-, Bewegungs-, und Radiofrequenzidentifikations-Sensoren. Sensorinformation wird benützt, um automatisch ein digitales Modell zu erzeugen, welches der wirklichen Raumkonfiguration entspricht. Ein simulations-gestützter Beleuchtungskontrollmechanismus kann das Modell abfragen und aufgrund dieser Information die Beleuchtungsverhältnisse im Raum optimal regeln. Die vorgeschlagene Forschungsarbeit hat zum Ziel, folgende Vorteile von sensor-gestützten, hochauflösenden Gebäudemodellen aufzuzeigen: Gebäudeaufnahmen, die automatisch statt von Hand erzeugt werden können; höhere Genauigkeit und Raum/Zeit- Auflösung von solchen Modellen; Echtzeit-Aufnahmen eines Gebäudezustands; Erfassen von Veränderungen über einen längeren Zeitraum.

Das Ziel dieses Projekts bestand darin; einen systematischen Ansatz für das Konzept von intelligenten (sentienten) Gebäuden umzusetzen, testen und dokumentieren. Solche Gebäude sollen: 1) eine interne digitale Repräsentation ihres Kontexts, Komponenten, und Prozesse besitzen; 2) in der Lage sein, automatisch und autonom diese Repräsentation im Verlauf der Zeit zu aktualisieren; 3) diese Repräsentation für das Facility Management und Gebäudeautomation verwenden können. Um diesem Ziel näher zu kommen, haben wir die Realisierbarkeit von sensor-basierten, hochauflösenden Gebäuderepräsentationen untersucht, welche sich über die Zeit automatisch rekonfigurieren können als Reaktion auf bestimmte Ereignisse in einem Gebäude. Mehrere wesentliche konzeptionelle und technische Aspekte wurden erforscht, umgesetzt und teilweise mit Prototypen getestet. Diese Aspekte inkludieren Modellauflösung und - generierung, Sensorkonfiguration, Ereignishandling und System-Performance. Beleuchtung wurde als Testanwendung ausgewählt. Eine simulationsbasierte Beleuchtungssteuerung kann ein sensor-gestütztes Gebäudemodell abfragen, damit die Implikationen unterschiedlicher Steuerungsalternativen im voraus berechnet und verglichen werden. Somit können die Beleuchtungsverhältnisse in einem Raum optimiert werden. Das Forschungsprojekt hat prinzipiell die folgenden Vorteile von sensor-gestützten, hochauflösenden Modellen für Gebäudeservices aufgezeigt: automatische statt händische Pflege von Modellen von bestehenden Gebäuden; höhere räumlich-zeitliche Genauigkeit und Auflösung von solchen Modellen; Echtzeit-Snapshots eines Gebäudestatus; sowie die Fähigkeit, Veränderungen über die Zeit zu verfolgen. Wir haben aufgezeigt, wie: 1) das (Himmels-)Kontextmodell mit digitaler Ermittlung der Himmelsleuchtdichte automatisch aktualisiert werden kann; 2) wie Veränderungen in der internen Konfiguration von Innenräumen dynamisch erfasst werden können mit Hilfe eines optischen Objekt- und Personen-Sensoriksystems; und 3) wie die resultierenden Repräsentationen für den simulations-basierte Beleuchtungsregelung in Gebäuden eingesetzt werden kann.