Building Management: Vernetzung und Informationsaustausch auf allen Ebenen

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Schneider Digital Josef J. Schneider e.K.

Aufgrund der Energiekostenentwicklung sowie der Diskussion über den Klimawandel sind beim Betrieb von Gebäuden Maßnahmen zur Reduzierung des Energieeinsatzes umzusetzen. Ziel ist es, nur so viel Energie wie notwendig zu verwenden.

Die technologische Entwicklung der letzten Dekaden stellt heute Werkzeuge zur Verfügung, die es ermöglichen, dass sich durch Vernetzung und Informationsaustausch neue Nutzungskonzepte konzipieren und realisieren lassen, wie beispielsweise ein intelligentes Building Management. Den Erfolgsfaktor für diesen Innovationsschritt stellen die Digitalisierung sowie die Anwendung von Internettechnologien in der Automation – dem Building Internet of Things (BIoT) – dar.

Building Management in Use Cases

Als unabdingbar erweist sich darüber hinaus, dass bereits die Planung und der Bau als integraler Prozess über den gesamten Lebenszyklus des Gebäudes aus dem Blickwinkel des Betriebs verstanden und durchgeführt werden (siehe Bild unten). Erst durch ein integrales Design des Gebäudeautomations- und -managementsystems lassen sich alle Anforderungen an den Informationsbedarf der Komponenten, Systeme und Anlagen erfassen. Dies betrifft einerseits die Eigenschaften (Asset-Informationen) und auf der anderen Seite die Zustands- und Prozessinformationen. Bestenfalls stehen die Daten im Global Data Space eines zentralen Modells – dem digitalen Zwilling des Gebäudes – bereit. Durch den Zugriff auf sämtliche Informationen des Global Data Space kann das Facility Management (FM) den Gebäudebetrieb nun als kontinuierlichen Verbesserungsprozess (KVP) führen. Die nachfolgend beschriebenen Use Cases am Standort von Phoenix ­Contact in Bad Pyrmont veranschaulichen den Nutzen eines solchen Vorgehens exemplarisch.

Steuerung nach Bedarf

Die Aufzugssteuerungen unterschiedlicher Hersteller sollen über den Ethernet-Standard Modbus/TCP in den Global Data Space eingebunden werden. Nach Rückfrage bei den Anbietern konnte das FM etwa die Anzahl der Fahrzyklen sowie Prozessinformationen wie Halte- und Parkpositionen, auswerten. Die Daten werden archiviert und zur Berechnung von Key-Performance-Indikatoren (KPI) für eine vorausschauende Wartung sowie die zeitbasierte Vorsteuerung der Parkpositionen eingesetzt. Aufgrund der kontinuierlichen Analyse der Aufzugsanforderungen lassen sich die optimalen Parkpositionen im Tagesverlauf ermitteln und zeitgesteuert gezielt anfahren.

Sich autonom bewegende Fahrsystems werden in der Gebäudereinigung in Bad Pyrmont als hybride oder vollautonome Lösungen genutzt. Das autonome Reinigungssystem muss Personen, Hindernisse und Barrieren detektieren und diese umfahren oder stoppen. Das FM zielt darauf ab, neben der regelmäßigen Reinigung der Bodenflächen auch die bedarfsorientierte Verwendung zu steuern, wenn es zum Beispiel durch Nässe zu ungeplanten Verschmutzungen kommt.

Der Roboter soll einerseits durch die Mitarbeitenden angefordert werden können, andererseits löst der Verschmutzungsgrad des Bodens automatisch einen Fahrbefehl aus. Dies lässt sich umsetzen, indem die Informationen aus verschiedenen Internetwetterdiensten in den Global Data Space integriert sind. Am Gebäudezugang ermöglicht die Informationseinbindung der Automatikdoppeltüren die Feststellung der Gehrichtung. Nach Beendigung der Reinigung kehrt der Roboter zu seiner Ladestation zurück. Durch die Verknüpfung der Informationen des Aufzugs und des Reinigungsroboters kann dieser selbständig einen Aufzugsruf absetzen, in die Aufzugskabine und von dort in die Etage fahren, wohin ihn sein Reinigungsauftrag führt. Die Automatiktüren der einzelnen Flure sind ebenfalls in das System integriert. Deshalb kann der Roboter ihre Öffnung anfordern.

Der Informationsaustausch der verbauten Komponenten und Anlagen mit der Stammdatenverwaltung im ERP-System eröffnet neue Perspektiven für den KVP. Der Zugriff auf die Zustands- und Prozessdaten lässt sich nutzen, um administrative Prozesse wie die vorausschauende Beauftragung der bedarfsorientierten Wartung sowie die nutzungsabhängige Überwachung und Überprüfung zu auto­matisieren.

Building Management: Strukturierte Beschreibung

Ein Gebäude durchläuft unterschiedliche Lebenszyklusphasen: Bedarfsplanung, Entwurf, Ausführungsplanung, Ausschreibung, Bauphase, Inbetriebnahme, Verwendung, Umnutzung, Renovierung und Abriss. In jeder Phase generieren die Projektbeteiligten eine Vielzahl von Dokumenten, die den derzeitigen Status des Gebäudes abbilden. Aufgrund der Anwendung der BIM-Methode entsteht in der Planungsphase ein digitales Bauwerksmodell, das so genannte Referenzmodell. Die Entwicklung der Standards und Anwendung der BIM-Methode fokussieren aktuell auf die Bauwerksmodelle der Architekten und der technischen Bauwerkskonstruktion. Im Bauwerksmodell sind die Attribute und Eigenschaften der eingebrachten Objekte und Materialien strukturiert beschreibbar. Die Ermittlung der Raum- und Flächenbedarfe sowie Kollisionsprüfungen von Durchbrüchen werden automatisiert.

Zum Austausch von Produkteigenschaften in der technischen Gebäudeausrüstung stellt die Richtlinienreihe VDI 3805 eine standardisierte Struktur zur Verfügung. Mit dieser lassen sich die Attribute für die Planungstools maschinenlesbar für das Bauwerksmodell sowie die Fachmodelle darstellen. Als Ergebnis des Planungsprozesses liegt eine vollumfängliche Beschreibung des Gebäudes in diesen Bereichen vor. Komponenten, Geräte und Anlagen, die als digitale Objekte eingebracht werden, sind durch einen Kennzeichnungsschlüssel eindeutig zu einem Einbauort zurechenbar. Mit dieser Kennzeichnung lassen sich Anlagen und Geräte in Funktionsgruppen zusammenfassen, etwa zur Einzelraumregelung.

Beteiligung am Planungsprozess

Bei der Entwicklung und Parametrierung der Gebäudeautomation (zum Beispiel der Einzelraumregelung) lassen sich für die zusammengehörenden Geräte gemäß den Nutzungsanforderungen und dem Stand der Normung Regelalgorithmen entwerfen. Der konsistente und durchgängige Einsatz von Planungsdaten des Bauwerksmodells in den Datenmodellen der Automation lässt sich über den Kennzeichnungsschlüssel verlinken.

Eine nahtlose Integration in das Bauwerksmodell ist somit nach derzeitigem Entwicklungsstand nur bedingt möglich. Dies führt dazu, dass jede Änderung des Gebäudes und damit des Bauwerksmodells eine Überarbeitung des Gebäudeautomationskonzepts nach sich zieht.

Von Nadia D´Agostino und Frank Knafla.

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