Forschungsergebnisse

Definierte Arbeitspakete untersuchen das Potential

Die einzelnen Arbeitspakete gliedern sich in folgende Teilaufgaben:

  • Planung  Automatisierung von Routinen durch Algorithmen
  • Interaktion  Vernetzte Inhalte und Bedienung von VR/AR-Brillen
  • Kommunikation  Infrastruktur für Planung, Fertigung und Baustelle
  • Datensicherheit  Strukturierung von Daten und schneller Austausch
  • Systemintegration  Neue Standards zur Vernetzung von Hard- und Softwarelösungen
  • Demobauwerk  Anwendung und Evaluierung

Planung

Automatisierung von Routinen durch Algorithmen

Prozesse beim Planen, Bauen und Betreiben von Bauwerken sind von Abstimmungen, Bewertungen und Entscheidungen geprägt, bei denen nicht immer die relevanten Informationen situationsbezogen verfügbar sind. Zudem werden Informationen aufwendig über Systemgrenzen hinweg transferiert und abgeglichen. Die Schnittstellen zwischen den Akteuren, die unterschiedlichen Orte und langen Planungs-/Bau- und Betriebsphasen stellen wesentliche Herausforderungen für eine durchgängige Datenverarbeitung dar.

Building Information Modeling (BIM) erfordert Standardisierungsverfahren hinsichtlich eines koordinierten Objektdatenmodells und dessen Austauschs. Eine eingebettete Kommunikationstechnik verbessert die Abläufe und Prozesse und führt zu einer effizienten und anwenderfreundlichen Arbeitsgestaltung. Einzelne dieser Techniken werden im Bauwesen schon erfolgreich eingesetzt, jedoch fehlen durchgängige digitale Prozessketten. Die Herausforderung bei der Umsetzung zukünftiger digitaler Bauprozesse liegt in der horizontalen Verknüpfung des Daten- und Informationsflusses und in der vertikale Verbindung von Prozessschritten, Geräten und Akteuren bei den beteiligten Geschäftspartnern.

Objekt-, Prozessdatenmodelle sowie Geräte werden an kritischen Schnittstellen zusammengeführt, um den durchgängigen Informationsaustausch zu erreichen. Damit wird ein wesentlicher Beitrag geleistet, um die projekt- und unternehmens-spezifische Integration der beschriebenen Werkzeuge zu beschleunigen oder in Teilen erst zu ermöglichen. Die projektspezifische, einfache und sichere Einbindung der unterschiedlichen Akteure sowie der unternehmensspezifischen Informationen in einer Software-Plattform, die nicht von Dritten eingesehen werden dürfen, werden wesentliche Innovationen hinsichtlich des Informationsaustauschs sein.

Das Arbeitspaket untersucht zudem den Informationsaustausches zu Hardware-Komponenten, die projektspezifisch eine einfache und sichere Einbindung heutiger und zukünftiger Maschinen bzw. Endgeräte wie beispielsweise PCs, Tabletts, Smartphones oder AR/VR-Brillen in der Fabrikhalle sowie auf der Baustelle ermöglicht.

Interaktion

Vernetzte Inhalte und Bedienung von Endgeräten wie VR/AR-Brillen

Die Unterstützung von komplexen Arbeiten durch das Einblenden von Informationen in das Sichtfeld des Nutzers hat durch die Entwicklung neuartiger Brillensysteme und leistungsstarker Mobilgeräte deutlich an Bedeutung gewonnen und zu neuen AR-Anwendungen geführt. Wichtig für die Weiterentwicklung und den breiten Einsatz sind dabei die Verfügbarkeit und Verknüpfung der Technik. Gerade für die in der deutschen Bauwirtschaft existierenden, kleinteiligen Unternehmensstrukturen stellt die Verknüpfung der Planungsinformationen und die aufwendige Integration zwischen Projekt- und Unternehmensprozessen ein technisches und wirtschaftliches Risiko dar. Gleichzeitig sind mit den neuen Techniken auch Möglichkeiten verbunden, die Abläufe im Bauwesen und die Planungsergebnisse wesentlich zu verbessern.
Ergänzend muss die Fragestellung der Handhabung, Benutzerführung und Akzeptanz beantwortet werden. Durch Kombination neuer AR/VR-Technologien mit hochratigen Kommunikationsnetzwerken soll ein innovatives Assistenzsystem für das Arbeiten auf der Baustelle entstehen. Dabei sollen durch Einblenden von Planungsdaten komplexe Handlungsabläufe vereinfacht und effizienter werden. Im Gegensatz zu vielen existierenden AR-Anwendungen, die nur eine grobe Ausrichtung der Zusatzinformation in der Szene ermöglichen, soll bei DigitalTWIN durch eine präzise Registrierung der virtuellen Informationen mit der realen Szene erfolgen, um einzelne Werkstücke und Bauteile akkurat adressieren zu können.
 

Kommunikation

Infrastruktur für Planung, Fertigung und Baustelle

Der Ausbau der Breitband-Kommunikationsinfrastruktur stellt die Grundlage einer zukunftsfähigen, erfolgreichen Wirtschaft dar Die große Bedeutung innovativer Kommunikationstechnologien für Anwendungsfelder wie Industrie 4.0, Telemedizin und autonomes Fahren spiegelt sich bereits in zahlreichen Beispielprojekten. Dabei nimmt die Bedeutung zuverlässiger, verzögerungsfreier Mobilkommunikation stetig zu. Sie wird besonders in der Fertigung eine höhere Automatisierung und eine Beschleunigung von Vorbereitungen, Arbeiten und Kontrollmaßnahmen ermöglichen. Das erfordert die Einbindung von Planungs-, Fertigungs- und Montageprozessen in den Entwurf stationärer und mobiler Kommunikationsnetze. Eine besondere Herausforderung stellt die Anbindung der derzeit oft unerschlossenen Baustelle während der Bauphase an eine gemeinsame Kommunikationsinfrastruktur dar.

Die Wertschöpfungskette des Bauwesens zeichnet sich durch zahlreiche, unterschiedliche Akteure aus, die am Gebäudelebenszyklus beteiligt sind. Bislang gibt es keine etablierten offenen Plattformen, die mit definierten Schnittstellen zu anderen Anwendungen den Gesamtprozess abbilden können. Zusätzlich werden Gebäude in der Regel projektspezifisch, mit wechselnden Partnern geplant, gebaut und betrieben. Dies erschwert es, standardisierte Prozesse zum Informationsaustausch dauerhaft zu entwickeln. Der heutige Einsatz digitaler Techniken beschränkt sich so auf Teilbereiche der Wertschöpfungskette, die von einzelnen Akteuren bestimmt werden.

Um die Innovationen in diesem heterogenen Umfeld zeigen zu können, sind ergänzend Weiterentwicklungen zur Erschließung von Fabrik und Baustelle erforderlich. Hier werden Vorschläge für die Breitband-Kommunikationsinfrastruktur in Abhängigkeit der erforderlichen Dienste während der Bau- und Betriebsphase, einem Migrationskonzept zum schrittweisen Ausbau, ein branchenspezifisches Bedienkonzept für den sicheren Einsatz neuer Endgeräte auf der Baustelle sowie aufgabenspezifische Dienste erarbeitet. Virtuelle Baustellenbesuche unter Einbindung von Planern, Monteuren, Bauherrn und Kunden erweitern diese Dienste zur Demonstration von Echtzeitanwendungen.

Datensicherheit

Strukturierung von Daten und schneller Austausch

Damit integrale Prozess- und Objektdatenmodelle heutige Abläufe im Bauwesen verbessern oder ablösen können, müssen diese Techniken aktuellen Erkenntnissen zur intuitiven Bedienung und Datensicherheit genügen. Neben einer sicheren und dokumentierten Übertragung und Speicherung sowie der Echtheit, Überprüfbarkeit und Vertrauenswürdigkeit der Daten werden die Informationsstrukturierung und  Frage des Informationsgrades von Bedeutung.

Systemintegration

Anwendung und Evaluierung

Über die Ergebnisse des Forschungsprojektes, die entwickelte Plattformarchitektur und die Dienste wird hier regelmäßig berichtet. Die Systemintegration der unterschiedlichen Teilprojekte wird durch die Anwendung und Evaluierung der erarbeiteten Methoden und Techniken am Demonstrationsbauwerk des DFG SFB 1244 sowie durch ergänzenden Demonstratoren erreicht.