Die Baubranche befindet sich im digitalen Wandel. Dabei sind digitale Zwillinge (Digital Twins) die Technologie der Stunde für neue Projekte und Entwicklungen.
Der Einsatz virtueller Darstellungen von physischen Objekten reicht viele Jahre zurück und hat insbesondere in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Meeresforschung bereits Tradition.
Mit dem Aufkommen von CAD-Anwendungen, die die 3D-Darstellung von physischen Objekten ermöglichen, entstand die Idee, die reale Welt virtuell nachzubilden.
Durch den sprunghaften Anstieg von IoT-Geräten und die zunehmende Vernetzung hält das Konzept des digitalen Zwillings nun Einzug in viele Branchen wie Landwirtschaft, Transport, Automobilbau, Medizin und Bauwesen.
Digitale Zwillinge in der Baubranche
Die größte Herausforderung für Gebäudeverwalter und IT-Experten sind die überholten Systeme in Alt- und Neubestand. Die Automatisierungssysteme in den meisten modernen Gebäuden sind für langjährigen, ja sogar jahrzehntelangen Betrieb ausgelegt.
Mit der Übergabe eines Neubaus, insbesondere wenn es sich um ein Bürogebäude handelt, händigt der Bauunternehmer dem Eigentümer sämtliche Spezifikationen und Betriebsanleitungen für viele der Subsysteme aus – in der Regel auf CD oder DVD sowie in gedruckter Form. Gebäudeverwalter und Wartungsteams müssen sich mit den Dokumenten vertraut machen, um bei Bedarf Wartungsarbeiten und Reparaturen durchzuführen.
Das Konzept des digitalen Zwillings für Gebäude ist in der Branche noch ein Novum. Nur zukunftsorientierte Unternehmen lassen sich von Technologieunternehmen unterstützen, um ein funktionsfähiges digitales Modell zu erstellen. Diese bahnbrechende Technologie profitiert von der Notwendigkeit einer besseren Energieeffizienz sowie dem Potenzial aussagekräftiger Analyse- und Sensordaten.
Diese Trends schaffen Möglichkeiten für Kosten- und Energieeinsparungen, die den Bewohnern zugute kommen. Gleichzeitig machen sie wettbewerbsintensive Märkte für neue Fachkräfte dauerhaft attraktiv. Dank moderner Technologie können Eigentümer die Kosten senken und den Gebäudenutzern eine einzigartige Erfahrung bieten.
Mit der Unterstützung von Unternehmen wie Microsoft und Siemens lassen sich durch den Einsatz von IoT-Sensoren und Digital-Twin-Technologie Simulationen durchführen, Entwürfe perfektionieren und Probleme schnell über ein zentrales System identifizieren. Wie viele andere Branchen wendet sich jetzt auch der Bausektor an Technologieunternehmen, um mit ihrer Hilfe die digitale Transformation umzusetzen.
Für die Bewohner bedeuten diese Trends Kosten- und Energieeinsparungen. Außerdem wird das Interesse neuer Fachkräfte für wettbewerbsintensive Märkte geweckt. Eigentümer können mit moderner Technologie Kosten senken und eine einzigartige Erfahrung in ihren Gebäuden bieten.
Die Disruption des digitalen Zwillings
Der Vormarsch des Internets der Dinge (IoT) und die Zunahme vernetzter Geräte machen es möglich, die meisten Systeme und Bereiche mit Sensoren auszustatten, die kontinuierlich Informationen über Ausrüstung und Betrieb senden. Darüber hinaus können die meisten Vorgänge – z. B. das Aktivieren eines Aufzugs, das Ändern der Beleuchtung oder das Einstellen der Temperatur in Räumen und Bereichen – zentral gesteuert werden.
Im Zusammenspiel mit 3D-CAD-Darstellungen und Echtzeit-Konnektivität entsteht ein realistisches Bild des gesamten Gebäudes. Anhand des Modells können potenzielle Probleme erkannt und veranschaulicht werden. Die Steuerung findet nicht länger an komplexen Bedienfeldern statt, sondern am Modell.
Da die gesamte Bauindustrie bereits vor vielen Jahren von Papier auf digital umgestellt hat, stehen die früheren „Blaupausen“ als detaillierte CAD-Zeichnungen und Modelle zur Verfügung. Zudem verfügen heutzutage viele HLK-Systeme, Thermostate, Aufzüge, Tore, Sicherheitssysteme und andere Gebäudesysteme über integrierte Konnektivität per Ethernet, WLAN, Funk oder LPWAN.
Die wichtigsten Vorteile des Digital Twin: Simulation und vorbeugende Wartung
Digitale Zwillinge ermöglichen es Unternehmen, mit physischen Objekten in realistischen, immersiven Umgebungen zu interagieren.
„Simulation ist eine der Hauptanwendungen für digitale Zwillinge. Nach dem Erstellen einer digitalen Nachbildung sind die Simulation möglicher Szenarien, Zielsuche und Erkenntnisgewinn wichtige Funktionen digitaler Zwillinge“, erklärt Sam George, Corporate Vice President von Azure IoT bei Microsoft. „Durch die Installation von IoT-Geräten in Gebäuden und Fabriken, der Energieverteilung usw. erhalten Sie einen gewissen Einblick. Wenn Sie jedoch diese Umgebungen mit digitalen Zwillingen modellieren, wird das Gebäude selbst zur Anwendung. Es ist für jedermann sehr leicht nachzuvollziehen, weil wir daran gewöhnt sind, mit der physischen Welt zu interagieren.“
Mithilfe digitaler Zwillinge und Technologien wie Augmented Reality können Gebäudeplaner die Umgebung simulieren und die beste Nutzung von Bereichen bestimmen, die Auswirkungen des Wetters auf Außenflächen berechnen, Lüftungs- und Klimatisierungssysteme optimieren und mehr Nachhaltigkeit schaffen.
„Wir planen, Daten aus unseren verschiedenen Quellen im digitalen Zwilling zusammenzuführen, Analysen zu verbessern und Maßnahmen für mehr Effizienz durchzuführen. Durch Maximierung unserer Energieeffizienz wollen wir Kosten und Treibhausgasemissionen einsparen“, sagt Kevin Danehy, Global Head of Corporate Development, Brookfield Properties. „Bei Altbauten und Neuerwerbungen können die Einsparungen von Energie und Treibhausgasemissionen 20 Prozent und mehr betragen.“
Gebäudeverwalter können die Leistung verschiedener Systeme überwachen, frühzeitig Hinweise auf ein potenzielles Problem erkennen und die erforderliche vorbeugende Wartung durchführen, um Komplikationen in der Zukunft zu vermeiden. Darüber hinaus wäre es mit fortschreitender Datenerfassung möglich, die Komponenten- und Systemleistung im Zeitverlauf durch Anpassung der Wartungsarbeiten „vorherzusagen“.
Um dieses Maß an Konnektivität zu erreichen und das Potenzial des digitalen Zwillings zu nutzen, müssen die Branchenakteure ihre Systeme öffnen und zusammenarbeiten.
„Ich denke, eine Voraussetzung ist unkomplizierte Konnektivität. Wir müssen in der Lage sein, unterschiedliche Systeme schnell und einfach und mit möglichst wenig Aufwand zu verbinden. Denn nur dann kann man tatsächlich darüber nachdenken, wie man aus diesen Daten einen Mehrwert ziehen kann“, erläutert Elisa Rönkä, Global Head of SaaS Sales bei Siemens. „Es gibt auch diesen nicht-proprietären Ansatz, wie ein Ökosystem anstatt eines Ego-Systems. Man kann verschiedene Akteure einladen, diese Daten zu nutzen, Dinge zu erfinden und neue Lösungen und Werte zu schaffen.“
Von 3D-Videospielen zu digitalen Zwillingen
Digitale Zwillinge ermöglichen es Unternehmen, mit physischen Objekten in realistischen, immersiven Umgebungen zu interagieren. Die führende 3D-Entwicklungsplattform Unity Technologies, die besonders für Videospiele beliebt ist, bietet vielfältige Services für realistische 3D-Darstellungen in zahlreichen Anwendungen an.
Unity und andere Unternehmen setzen auf Augmented Reality und Virtual Reality sowie auf das „Metaverse“, um ganze Gebäude und andere Infrastrukturen zu verwalten.
Julien Faure, GM & VP – Verticals bei Unity, erklärt: „Digitale Zwillinge in Echtzeit-3D ermöglichen es uns, diese Funktionen Menschen zugänglich zu machen, die sie am dringendsten benötigen. Ob Außendienst oder Kundenservice, die Mitarbeiter können beispielsweise mit HoloLens 2 in Augmented Reality geführt werden, um Wartungsaufgaben zu erfassen und an das Mastermodell zurückzumelden.“
„Mithilfe des digitalen Fußabdrucks Ihrer physischen Umgebung verstehen Sie, wie etwas hergestellt wird, wo die Risiken liegen und wie Sie potenzielle Katastrophen vermeiden können“, so Siemens-CIO Hanna Hennig. „Ich glaube fest an die digitalen Zwillinge, die nur durch Technologien wie die Cloud möglich sind, mit denen riesige Datenmengen verarbeitet werden können. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse tragen dazu bei, die Nachhaltigkeit zu verbessern, indem mehr mit weniger produziert wird.“
