Yasui Architects nutzt Sensordaten zur Gebäudeoptimierung

Die BIM-basierte Plattform BuildCAN des Tokioter Unternehmens Yasui Architects & Engineers nutzt Sensordaten für die Betriebsoptimierung von Gebäuden.


Yasui Architects nutzt Sensordaten zur Gebäudeoptimierung

Yasui Architects nutzt Sensordaten zur Gebäudeoptimierung

Yasuo Matsunaka

3. August 2022

Min. Lesedauer
  • Eine geschickte Visualisierung und Auswertung von Bauwerksdaten kann die Bewältigung laufender Kosten im Rahmen des Gebäudemanagements erleichtern

  • Die Gebäudemanagement-Plattform BuildCAN des Tokioter Unternehmens Yasui Architects & Engineers integriert Sensordaten in BIM-Modelle, sodass diese mit einem 3D-Viewer im Webbrowser verfolgt und ausgewertet werden können

  • Durch die Visualisierung von Echtzeitinformationen und deren Integration in das Betriebs- und Instandhaltungsmanagement können Gebäudebetreiber sowohl den Nutzungskomfort als auch den Energieverbrauch optimieren

Über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes betrachtet, betragen die Kosten in der Betriebs- und Instandhaltungsphase ungefähr das Vierfache der Baukosten. Um Einsparpotenziale ausschöpfen zu können, müssten Betreibende und Eigentümer nicht nur über geeignete Daten verfügen, sondern diese auch leicht aus- und verwerten können.

Das japanische Unternehmen Yasui Architects & Engineers wird 2024 sein einhundertjähriges Bestehen feiern. Bereits 2007 hat man hier die Planungsmethode BIM (Building Information Modelling) eingeführt und seither darauf hingearbeitet, alle Informationen und die gesamte Kommunikation grundsätzlich BIM-basiert zu organisieren. Schon damals glaubte man fest an die damit verbundenen Vorteile für Bauherren und Gesellschaft. Dabei nutzt das Unternehmen BIM nicht nur zur Optimierung seiner Entwurfs- und Geschäftsprozesse, sondern auch zur Generierung hochwertiger Gebäudeinformationen. Planungsbüros sieht Yasui in der Pflicht, die mit der neuen Methode verbundenen Vorteile konsequent auszuschöpfen.

„Wegen der zahlreichen Vorteile ist der Einsatz von BIM in der Entwurfs- und Bauphase längst zu einem unverzichtbaren Werkzeug für Planende geworden, die gleichzeitig Visualisierungen und Simulationen durchführen“, so Kazuyuki Shigeto, Vorstandsmitglied und General Manager für ICT/Data Management bei Yasui Architects & Engineers. „Für Bauherren, Gebäudeeigentümer oder Liegenschaftsverwaltungen birgt BIM jedoch noch mehr Potenzial. Wir möchten BIM über die Aspekte der Planung, Bauüberwachung und Bauausführung hinaus konsequent auf den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes ausweiten.“

Shigeto nennt fünf Punkte, an denen er bei der Nutzung von BIM für den Betrieb und die Instandhaltung von Gebäuden ansetzen würde:

  • konsequente Berücksichtigung von Betriebs- und Instandhaltungsaspekten bei der Objektplanung

  • Entwicklung von BIM-Richtlinien und eines BIM-Umsetzungsplans

  • Standardisierung und Weitergabe von Bauteildaten an das Gebäudemanagement

  • Verwendung von BIM als Datenbank für das Gebäude nach dessen Fertigstellung

  • Verwaltung von BIM-Modellen während ihres gesamten Lebenszyklus

2018 brachte Yasui Architects & Engineers mit BuildCAN eine selbst entwickelte Plattform für das Management des gesamten Lebenszyklus von Gebäuden auf den Markt. Mit BuildCAN lassen sich die Daten von Umweltsensoren, wie sie zunehmend im Internet der Dinge (IoT) eingesetzt werden, in einem BIM-Modell visualisieren. Die Daten können von Messgeräten stammen, die die Temperatur, Feuchtigkeit, Beleuchtung oder CO2-Konzentration erfassen. Die Plattform baut auf dem preisgekrönten Building Information Management System auf, das ursprünglich vom Yasunobu Ohnishi Lab der Universität Kumamoto entwickelt wurde und ebenfalls auf der IoT-Technolgie basiert. Aufbauend auf der eigenen Erfahrung im Bereich des Gebäudemanagements kann das Team von Yasui BuildCAN optimal für die Planung, die Bauausführung, den Betrieb und die Instandhaltung eines Objekts einsetzen.

„Technologien wie BIM, Big Data, IoT, KI, XR und Blockchain sind für die Innovation und die digitale Transformation in verschiedenen Anwendungsbereichen von entscheidender Bedeutung und werden die Digitalisierung und Informatisierung von Gebäuden und Städten vorantreiben“, so Shigetos Überzeugung. „Ein digitaler Zwilling kann förmlich zum Leben erweckt werden, indem das BIM-Modell mit den Sensordaten angereichert und mit diesen Informationen verknüpft wird. Diese Daten können vielfältigste Informationen über die Umwelt, Betriebsbedingungen oder Erdbeben enthalten.“

BIM-Modelle optimal ausschöpfen

Yasui Architects nutzt Sensordaten zur Gebäudeoptimierung
Eine Visualisierung der räumlichen Verteilung der Betriebsstunden von Klimaanlagen. Credit: Yasui Architects.

BuildCAN nutzt die Plattform Autodesk Forge zur Visualisierung von BIM und macht es möglich, BIM-Modelle in einem webbasierten 3D-Viewer zu betrachten. „Mit BuildCAN können mehrere Gebäude als Gruppe verwaltet werden. So profitieren wir von einer zentralen Verwaltung – selbst im Falle von Bestandsgebäuden ohne BIM-Modell“, fährt Shigeto fort. „Die Inspektion der Liegenschaften kann mit BuildCAN digital per Tablet durchgeführt werden. Auch die entsprechenden Berichte sind im Handumdrehen erstellt. Insgesamt werden die Instandhaltungs- und Verwaltungsaufgaben erheblich erleichtert.“

Für das Gebäudemanagement übersetzt die Software die Daten der eingebundenen IoT-Sensoren in leicht anschauliche Visualisierungen und Funktionen im BIM-Modell. Die Sensordaten zu Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Beleuchtung, CO2-Konzentration und sonstigen Umweltfaktoren ermöglichen Rückschlüsse auf die Behaglichkeit im Gebäude und auf Energieeinsparpotenziale. So gibt es beispielsweise eine Funktion, die das Abschalten der Klimaanlage empfiehlt, wenn die Lüftung mit Außenluft effizienter wäre. Eine weitere Funktion vergleicht den prognostizierten Stromverbrauch mit dem tatsächlich gemessenen Wert und stellt das Ergebnis grafisch dar. Auch diese Einblicke lassen sich zur Energieoptimierung nutzen.

Eine gemeinsame Nutzung der Informationen über Beleuchtung, Temperatur und Luftfeuchtigkeit ist problemlos möglich. Ebenso einfach lassen sich Klimaanlagen bedarfsorientiert steuern, um jederzeit für ein behagliches Klima in den Räumen zu sorgen. Zusätzlich zu einer guten Raumaufteilung kann auch die Optimierung der CO2-Konzentrationen in Innenräumen das Wohlbefinden und die Konzentration bei der Arbeit verbessern. So viel Optimierung zahlt sich aus: Erste Schätzungen eines Gebäudemanagement-Unternehmens zeigen, dass BuildCAN die Kosten für Instandhaltungs- und Instandsetzungsmaßnahmen um 10 bis 20 % senken kann. Die Abschaltung der Klimaanlagen bei entsprechenden IoT-Sensordaten und die verstärkte Nutzung der Außenluft zur Raumtemperierung verspreche einem Beratungsunternehmen für Lüftungstechnik zufolge sogar Einsparungen von 60 %.

Instandhaltungsmanagement in BIM-Projekten

Sensordaten zur Zonierung der Räume sowie zur Position und Einstellung der Steuerungsanlagen.
Die Entwicklungsphase von BuildCAN: Sensordaten zur Zonierung der Räume sowie zur Position und Einstellung der Steuerungsanlagen. Credit: Yasui Architects.

Der neue Hauptsitz von ABC Trading wurde von Yasui Architects & Engineers mit einem besonders hohen Anspruch an die Nachhaltigkeit entworfen. Es verfügt über eine Hochleistungs-Glasfassade, in der sich das Grün des angrenzenden Hie Shrine widerspiegelt, eine Flächentemperierung im Fußboden, ein natürliches Belüftungssystem über das Treppenhaus und das Atrium sowie eine Photovoltaikanlage. Seit der Fertigstellung des Gebäudes im Jahr 2020 wird BuildCAN zur Unterstützung des Betriebs und der Instandhaltung eingesetzt.

Mit dem Ziel, den Raumkomfort zu verbessern und die Betriebskosten zu senken, wurden in jeder Etage des Gebäudes Sensoren eingebaut, mit denen sich Temperatur, Luftfeuchtigkeit und CO2-Konzentration in Echtzeit messen lassen. Seitdem arbeiten Yasui Architects & Engineers, Nippon Kanzai und ABC Trading gemeinsam daran, die Effektivität von BIM in der Praxis zu erproben und Probleme im Rahmen des Betriebs und der Instandhaltung des Gebäudes zu analysieren. Dabei ist letzteres mit einer Grundfläche von ungefähr 5.300 m² ohne festes Personal für das Gebäudemanagement durchaus repräsentativ für viele andere Bauten dieser Art in Japan. Das Gebäude wurde im Zeitraum von 2020 bis 2022 vom Ministerium für Land, Infrastruktur, Verkehr und Tourismus der japanischen Regierung als BIM-Projekt begleitet.

Im Jahr 2021 konzentrierte sich die Initiative auf das Erschließen von Vorteilen für Eigentümer, Betreibende und Verwaltungsdienstleistende. Dabei wurde untersucht, inwiefern BIM für das Instandhaltungsmanagement kurzfristige und tägliche Vorteile schaffen könnte, wenn es als Hilfsmittel zur Integration von Instandsetzungsinformationen, zur Verwaltung von Instandhaltungsarbeiten, zur Visualisierung von Informationen sowie zur Verbesserung des Gebäudebetriebs eingesetzt würde. Darüber hinaus stand auch die Frage im Vordergrund, ob diese Vorteile die Eigentümer oder Immobilienverwaltungen motivieren könnten, BIM im Instandhaltungsmanagement einzusetzen.

2022 wurde das Projekt dann aus der Perspektive eines Beraternden für Lebenszyklusmanagement fortgeführt. Dafür wurden basierend auf den Daten der Umweltsensoren Prognosen oder Raumkomfortbewertungen erstellt sowie Empfehlungen für eine möglichst energieeffiziente Betriebsführung der Klimaanlagen ausgearbeitet. Zurzeit zieht man in Betracht, das BIM-Modell um weitere Informationen – darunter die Standorte der Fernsteuerungen, Temperatureinstellungen oder Klimaanlagenzonen – zu ergänzen.

Das Ziel: Weniger Emissionen, mehr Komfort

Yasui Architects nutzt Sensordaten zur Gebäudeoptimierung
Ein Screenshot aus der Entwicklungsphase von BuildCAN zeigt die Simulation einer Gebäudeevakuierung mit Stausituation. Credit: Yasui Architects.

Nicht erst sein Beginn der Pandemie fordern Gesellschaft, Bauindustrie und Gebäudeeigentümer möglichst klimafreundliche Gebäude mit hoher Aufenthaltsqualität in den Innenräumen. Damit Japan sein Ziel erreicht und bis 2050 klimaneutral wird, gilt es, den Energieverbrauch landesweit zu reduzieren. Ein wichtiger Beitrag kann die optimierte Betriebsführung von Klimaanlagen sein. Doch Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik, die zunehmend energieeffizient und unabhängig von fossilen Energieträgern funktionieren soll, wird zwangsläufig immer komplexer, um allen Anforderungen gerecht zu werden. Der Knackpunkt dabei: Die Kommunikation zwischen den Planungsunternehmen und dem späteren Gebäudemanagement wurde bisher stark vernachlässigt. So wird die planmäßige Effizienz einer Klimaanlage möglicherweise nicht erreicht, wenn bestimmte Informationen aus der Planung in der Betriebsphase nicht verfügbar sind.

„Im Moment ist es noch nicht vorstellbar, den Betrieb von Klimaanlagen vollständig zu automatisieren. Aber die Daten der vielen Sensoren und das Modell können uns helfen, die richtigen Einstellungen und Entscheidungen zu treffen“, erklärt Shigeto. Der digitale Zwilling könne in diesem Zusammenhang wichtige Hinweise geben, beispielsweise wenn der Aufenthaltskomfort auch bei etwas höherer Temperatur zufriedenstellend wäre oder wenn aufgrund einer hohen CO2-Konzentration gelüftet werden sollte. „Unsere derzeitige Lösung sieht so aus, dass wir uns anhand der Betriebsdaten, der tatsächlichen Außentemperaturen und des Stromverbrauchs einen Überblick über den Betriebsstatus des Gebäudes verschaffen. Daraus entwickeln wir eine Betriebsplanung und Empfehlungen für den Eigentümer oder Betreiber des Objekts.“

Die Energieeffizienz des neuen Hauptsitzes von ABC Trading konnte durch die Analyse der erhobenen Daten und die darauf basierenden betrieblichen Anpassungen verbessert werden. Darüber hinaus lassen sich die geometrischen Daten und die Informationen über die technische Gebäudeausrüstung in den dreidimensionalen BIM-Modellen auch nutzen, um digitale Handbücher für die Gebäude zu erstellen. Hier reichen die Anwendungsmöglichkeiten von Betriebsanleitungen über Fluchtpläne bis zur Ausweisung von Gefahrenbereichen. Im Rahmen des Modellprojekts wurde auch die Simulation einer Evakuierung mit einer speziellen Spiel-Engine getestet.

Die Entwicklung von BuildCAN geht derweil weiter. Da das Interesse an klimafreundlicheren Gebäuden besonders unter öffentlichen Auftraggebern groß ist, sucht das Unternehmen außerdem nach Möglichkeiten, Parameter für das Treibhauspotenzial oder die thermische Behaglichkeit bereits in der Entwurfsphase zu berücksichtigen. So lassen sich heute umwelt- und klimaschonendere Bauweisen und Materialien wählen, die während der Herstellung, Errichtung und Entsorgung eine bessere Treibhausgasbilanz aufweisen. Gleichzeitig arbeitet das Unternehmen an Lösungen, die zu einem besseren Verständnis der planerischen Absichten auf Seiten der Eigentümer oder Liegenschaftsverwaltungen beitragen können.

„Gebäude und Städte sind nahezu endlose Informationsquellen. Daher ist es für die beteiligten Personen oder die Herstellenden nicht einfach, individuelle Systeme zu entwickeln“, so Shigeto. „Um die gegenwärtigen Probleme zu lösen und neue Dienste zu schaffen, ist es unserer Meinung nach wichtig, dass Regierung und Industrie Hand in Hand arbeiten und eine offene Infrastruktur und Plattform aufbauen, die der Gesellschaft zugute kommt.“

Yasuo Matsunaka

Zur Person: Yasuo Matsunaka

Yasuo Matsunaka spielt Keyboard und liebt Filme, die im Weltall spielen. Außerdem ist er Redakteur bei Redshift Japan und Content Marketing Manager bei Autodesk Japan.

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