Digital Twins: So schaffen virtuelle Gebäudemodelle einen nachhaltigen Mehrwert

Ein Digital Twin, also ein digitaler Zwilling, ist ein exaktes virtuelles Abbild eines realen Objekts – in diesem Fall eines Gebäudes oder einer Infrastruktureinrichtung. Mithilfe von IoT-Sensoren, Big Data und Künstlicher Intelligenz wird ein physisches Gebäude kontinuierlich überwacht und seine Daten in Echtzeit in ein digitales ModellDigitales Modell: Ein digitales Modell ist eine digitale Darstellung eines Objekts oder Systems, welches mithilfe von Software erstellt wird. Digitale Modelle können in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, wie beispielsweise im Engineering, in der Architektur oder im Design. übertragen. Das Ergebnis ist ein virtuelles Abbild, das alle Details und Bedingungen des realen Gebäudes abbildet und so wertvolle Erkenntnisse für die Planung, Nutzung und WartungWartung: Die Wartung bezeichnet die regelmäßige Inspektion und Instandhaltung von technischen Geräten oder Systemen, um deren Funktionstüchtigkeit und Sicherheit zu gewährleisten. bietet.

Interessantes Detail: Die Idee der digitalen Zwillinge entstand ursprünglich in der Luft- und Raumfahrt, wo virtuelle Modelle zur ÜberwachungÜberwachung: Die Überwachung bezeichnet die systematische Kontrolle eines bestimmten Bereichs oder Objekts mithilfe von technischen Sensoren oder menschlichem Personal, um mögliche Gefahren zu erkennen und rechtzeitig zu reagieren. und Analyse von Flugzeugen verwendet wurden. Heute hält diese Technologie Einzug in die Bau- und Immobilienbranche und verspricht dort ähnlich transformative Effekte.

Die Grundlage der digitalen Zwillinge sind hochentwickelte Technologien, die präzise und kontinuierliche Daten über den Zustand und die Nutzung eines Gebäudes erfassen und verarbeiten.

IoTIoT steht für „Internet of Things“ und beschreibt die Vernetzung von Geräten und Gegenständen des täglichen Lebens untereinander und mit dem Internet. Die Idee dahinter ist, dass die Geräte miteinander kommunizieren und autonom Entscheidungen treffen können, um den Alltag der Nutzer z.B. einfacher oder sicherer zu gestalten. Im Bereich der… (Internet of ThingsInternet of Things (IoT) bezieht sich auf die Vernetzung von vormals unvernetzten Geräten und Gegenständen, um Daten zu sammeln und zu analysieren, die dann genutzt werden können, um Prozesse zu automatisieren oder neue Anwendungen zu entwickeln.)

IoT-Geräte, wie SensorenSensoren: Bezeichnet alle Geräte, die dazu dienen, Daten über Umweltbedingungen oder Ereignisse zu sammeln. und AktorenAktoren sind elektrische oder elektronische Bauteile, die einen Eingangswert in eine Bewegung, Aktion oder Steuerung umsetzen., sammeln kontinuierlich Daten zur Temperatur, LuftfeuchtigkeitLuftfeuchtigkeit – Der Wasserdampfgehalt in der Luft, ausgedrückt als Prozentsatz der maximalen Menge an Wasserdampf, die die Luft bei einer bestimmten Temperatur aufnehmen kann., EnergieverbrauchEnergieverbrauch: Dieses Fachmagazin beschäftigt sich mit dem Energieverbrauch von Gebäuden und Infrastrukturen. Es untersucht die verschiedenen Faktoren, die den Energieverbrauch beeinflussen, und die Möglichkeiten der Reduzierung des Energieverbrauchs. und mehr. Diese Daten werden in Echtzeit erfasst und in das digitale Modell übertragen, was die Echtzeitüberwachung des Gebäudes ermöglicht.

Big Data und Datenanalyse

Die riesigen Datenmengen, die durch IoT-Geräte erzeugt werden, müssen gespeichert und analysiert werden. Hier kommt Big Data ins Spiel, das es ermöglicht, diese Daten zu strukturieren und auszuwerten. Die Analyse dieser Daten liefert wichtige Informationen über den Zustand und die EffizienzEffizienz: Ein Verhältnis zwischen der nützlich erzielten Leistung und der eingesetzten Energie oder dem eingesetzten Material. des Gebäudes.

Künstliche Intelligenz (KI)

KI spielt eine zentraleZentrale: Eine Zentrale ist eine Einrichtung, die in der Sicherheitstechnik als Steuerungszentrum für verschiedene Alarmvorrichtungen fungiert. Sie empfängt und verarbeitet Signale von Überwachungseinrichtungen und löst bei Bedarf Alarm aus. Rolle bei der Analyse der Big Data. Mit Machine-Learning-Algorithmen können potenzielle Probleme wie die Notwendigkeit einer Reparatur oder ineffiziente Energienutzung erkannt und Vorhersagen zur Optimierung der Gebäudenutzung getroffen werden.

Cloud-Computing

Da es sich bei Digital Twins um große Datenmodelle handelt, ist eine leistungsstarke Infrastruktur für die Speicherung und Verarbeitung der Daten unerlässlich. Die Cloud bietet den benötigten Speicherplatz und die Rechenleistung und ermöglicht zudem eine standortübergreifende Zusammenarbeit.

Praxisbeispiel: In einem innovativen Bauprojekt in London verwendet ein neuer Bürokomplex IoT und KI zur ÜberwachungÜberwachung: Die Überwachung bezeichnet die systematische Kontrolle eines bestimmten Bereichs oder Objekts mithilfe von technischen Sensoren oder menschlichem Personal, um mögliche Gefahren zu erkennen und rechtzeitig zu reagieren. von Energieverbrauch und Wartungsanforderungen. Die eingesammelten Daten werden in der Cloud gespeichert und täglich analysiert, wodurch der Energieverbrauch um 15 % gesenkt werden konnte.

Digital Twins finden in der Bauindustrie und im GebäudemanagementGebäudemanagement bezieht sich auf den Prozess der Verwaltung eines Gebäudes oder einer Gruppe von Gebäuden, einschließlich Planung und Wartung von Einrichtungen und Infrastruktur. Es umfasst auch die Koordination von Dienstleistungen und die Verwaltung von Ressourcen wie Strom und Wasser. breite Anwendung. Sie ermöglichen eine präzise Planung, erleichtern die Bauüberwachung und tragen zur langfristigen EffizienzEffizienz: Ein Verhältnis zwischen der nützlich erzielten Leistung und der eingesetzten Energie oder dem eingesetzten Material. und NachhaltigkeitNachhaltigkeit: die Fähigkeit, natürliche Ressourcen so zu nutzen, dass sie langfristig erhalten bleiben und keine negativen Auswirkungen auf die Umwelt haben. Nachhaltigkeit in der Architektur – Gebäude, die die Umwelt schützen und gleichzeitig Ästhetik und Funktionalität bieten Nachhaltigkeit und Architektur sind zwei Begriffe, die heute mehr denn je miteinander verbunden… des Gebäudes bei.

Planungsphase

Bereits in der Planungsphase eines Bauprojekts kann ein Digital Twin erstellt werden. Architekten und Ingenieure nutzen das digitale Modell, um Simulationen zu erstellen und zu sehen, wie das Gebäude auf verschiedene Einflüsse reagiert. Dies kann bereits im Vorfeld helfen, Baufehler zu minimieren und die Effizienz des Designs zu maximieren.

Bauausführung und Bauüberwachung

Während der Bauphase bietet der digitale Zwilling eine kontinuierliche ÜberwachungÜberwachung: Die Überwachung bezeichnet die systematische Kontrolle eines bestimmten Bereichs oder Objekts mithilfe von technischen Sensoren oder menschlichem Personal, um mögliche Gefahren zu erkennen und rechtzeitig zu reagieren. der Baustelle. IoT-Sensoren sammeln Daten zu Fortschritt, Materialverbrauch und anderen relevanten Parametern. So können Abweichungen vom Plan frühzeitig erkannt und behoben werden. Auch die Sicherheit auf der Baustelle wird durch digitale Zwillinge verbessert, da potenzielle Risiken frühzeitig erkennbar sind.

Facility ManagementFacility Management: Facility Management bezieht sich auf die Planung, Überwachung und Verwaltung von Gebäuden und Anlagen, um sicherzustellen, dass sie sicher und effektiv betrieben werden können. Dies kann Aspekte wie Sicherheit, Wartung, Energiemanagement und Raumplanung umfassen. und InstandhaltungInstandhaltung: Die Instandhaltung umfasst alle Maßnahmen zur Pflege und Wartung von technischen Anlagen, um deren Funktionsfähigkeit und Sicherheit zu gewährleisten.

Nach der Fertigstellung eines Gebäudes wird der digitale Zwilling für das Facility Management genutzt. Mit den gesammelten Daten kann der Zustand der Gebäudeelemente überwacht und Wartungsarbeiten können proaktiv geplant werden. Der digitale Zwilling stellt sicher, dass das Gebäude effizient genutzt wird und die Betriebskosten langfristig reduziert werden.

Beispiel aus der Praxis: Ein Krankenhaus in München nutzte digitale Zwillinge, um die Klimaanlage und das Heizsystem effizienter zu steuern. Durch die Echtzeitüberwachung der Temperatur und Luftqualität konnte der EnergieverbrauchEnergieverbrauch: Dieses Fachmagazin beschäftigt sich mit dem Energieverbrauch von Gebäuden und Infrastrukturen. Es untersucht die verschiedenen Faktoren, die den Energieverbrauch beeinflussen, und die Möglichkeiten der Reduzierung des Energieverbrauchs. um 20 % gesenkt und das RaumklimaRaumklima: Das Raumklima beschreibt die Eigenschaften der Luft in einem Raum und umfasst insbesondere Faktoren wie Feuchtigkeit, Temperatur und Luftqualität. Ein gutes Raumklima ist wichtig für die Gesundheit und das Wohlbefinden der Bewohner. für Patienten und Personal optimiert werden.

Digitale Zwillinge bieten eine Reihe von Vorteilen, bringen jedoch auch Herausforderungen und Hürden mit sich, die vor allem mit der Implementierung und dem Datenschutz zusammenhängen.

Vorteile

1. Präzision und EffizienzEffizienz: Ein Verhältnis zwischen der nützlich erzielten Leistung und der eingesetzten Energie oder dem eingesetzten Material.: Durch die exakte Nachbildung des Gebäudes und die Echtzeitüberwachung können Ressourcen optimal genutzt und Fehler frühzeitig erkannt werden.
2. Kosteneinsparungen: Durch die proaktive WartungWartung: Die Wartung bezeichnet die regelmäßige Inspektion und Instandhaltung von technischen Geräten oder Systemen, um deren Funktionstüchtigkeit und Sicherheit zu gewährleisten. und Optimierung der Gebäudenutzung lassen sich Kosten für Reparaturen und Betrieb reduzieren.
3. Verbesserte NachhaltigkeitNachhaltigkeit: die Fähigkeit, natürliche Ressourcen so zu nutzen, dass sie langfristig erhalten bleiben und keine negativen Auswirkungen auf die Umwelt haben. Nachhaltigkeit in der Architektur – Gebäude, die die Umwelt schützen und gleichzeitig Ästhetik und Funktionalität bieten Nachhaltigkeit und Architektur sind zwei Begriffe, die heute mehr denn je miteinander verbunden…: Digitale Zwillinge fördern eine ressourcenschonende und umweltfreundliche Bauweise, da Materialien und EnergieEnergie: die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten oder Wärme zu erzeugen. effizienter eingesetzt werden.
4. Erhöhte Sicherheit: Digitale Zwillinge machen Risiken frühzeitig sichtbar, was die Sicherheit auf Baustellen und im Gebäudebetrieb erhöht.

Herausforderungen

1. Hohe Implementierungskosten: Die Einführung eines digitalen Zwillings erfordert hohe Investitionen in Hardware, Software und Schulungen.
2. Komplexität: Die Implementierung und Nutzung eines digitalen Zwillings sind komplex und erfordern spezifisches technisches Know-how.
3. Datensicherheit: Da eine große Menge an Daten gesammelt und gespeichert wird, sind Sicherheitsmaßnahmen erforderlich, um die sensiblen Informationen zu schützen.
4. Skalierbarkeit: Der Aufwand zur Erstellung und PflegePflege: Die Reinigung und Wartung von Böden, Wänden oder anderen Oberflächen, um ihre Lebensdauer und Optik zu erhalten. eines Digital Twins kann bei sehr großen oder älteren Gebäuden herausfordernd sein.

Expertenmeinung: Laut einer Umfrage des Fraunhofer-Instituts sehen 65 % der Unternehmen in der Baubranche die hohen Implementierungskosten als größte Hürde bei der Einführung digitaler Zwillinge an.

Ein Hauptvorteil der digitalen Zwillinge liegt in ihrem Beitrag zur nachhaltigen Bauweise. Durch die präzise Steuerung und ÜberwachungÜberwachung: Die Überwachung bezeichnet die systematische Kontrolle eines bestimmten Bereichs oder Objekts mithilfe von technischen Sensoren oder menschlichem Personal, um mögliche Gefahren zu erkennen und rechtzeitig zu reagieren. von Gebäuden können wertvolle Ressourcen gespart und der ökologische Fußabdruck reduziert werden.

Materialeinsparung

Bereits in der Planungsphase können Architekten mithilfe digitaler Zwillinge den Materialbedarf präzise kalkulieren, was die Überproduktion und Verschwendung von Baustoffen reduziert.

EnergieeffizienzEnergieeffizienz: Dieses Fachmagazin beschäftigt sich mit der Energieeffizienz von Gebäuden und Infrastrukturen. Es untersucht die verschiedenen Methoden zur Steigerung der Energieeffizienz und ihre Auswirkungen auf die Umwelt und die Gesellschaft.

Digital Twins ermöglichen eine exakte Steuerung des Energieverbrauchs. Durch kontinuierliche Datenüberwachung können Heizungs-, Lüftungs- und Kühlsysteme optimal eingestellt werden. Auch LichtLicht: Licht bezeichnet elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich des Spektrums. In der Architektur wird Licht zur Beleuchtung von Räumen oder als Gestaltungselement eingesetzt. und Klimaanlagen lassen sich bedarfsgerecht steuern, wodurch der EnergieverbrauchEnergieverbrauch: Dieses Fachmagazin beschäftigt sich mit dem Energieverbrauch von Gebäuden und Infrastrukturen. Es untersucht die verschiedenen Faktoren, die den Energieverbrauch beeinflussen, und die Möglichkeiten der Reduzierung des Energieverbrauchs. weiter gesenkt wird.

Verlängerung des Lebenszyklus

Digitale Zwillinge bieten die Möglichkeit, den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes zu überwachen und Wartungsmaßnahmen frühzeitig durchzuführen. Durch prädiktive WartungWartung: Die Wartung bezeichnet die regelmäßige Inspektion und Instandhaltung von technischen Geräten oder Systemen, um deren Funktionstüchtigkeit und Sicherheit zu gewährleisten. werden Schäden vermieden und die Langlebigkeit von Bauteilen erhöht.

Nachhaltige Bauprojekte: Ein großes Wohngebäude in Zürich nutzt digitale Zwillinge, um den Energieverbrauch zu optimieren und die CO₂-Emissionen zu senken. Durch smarte Steuerung der Heizung und BelüftungBelüftung: Die Zufuhr von frischer Luft in geschlossene Räume. Belüftungssysteme sind wichtig, um ein gesundes Raumklima zu erhalten und Schimmelbildung durch Feuchtigkeit zu verhindern. spart das Gebäude jährlich 18 % der Energiekosten.

Die Entwicklung digitaler Zwillinge schreitet voran und bietet vielversprechende Ansätze, die die Bauindustrie weiter verändern werden.

1. Integration von Virtual und Augmented RealityAugmented Reality – erweiterte Realität, bei der Technologie verwendet wird, um virtuelle Elemente in die reale Welt einzufügen, um eine erweiterte Sicht auf die Realität zu schaffen.: Die Verknüpfung von digitalen Zwillingen mit VR und AR ermöglicht es, Bauprojekte bereits in der Planungsphase in einer virtuellen Umgebung zu erleben und Designentscheidungen zu testen.
2. Autonome Gebäudeverwaltung: In Zukunft könnten KI-gesteuerte digitale Zwillinge Gebäude autonom verwalten, z.B. durch die Steuerung von Heizung und Beleuchtung je nach Belegung.
3. Globale Vernetzung: Digitale Zwillinge könnten weltweit vernetzt werden und so die EffizienzEffizienz: Ein Verhältnis zwischen der nützlich erzielten Leistung und der eingesetzten Energie oder dem eingesetzten Material. und NachhaltigkeitNachhaltigkeit: die Fähigkeit, natürliche Ressourcen so zu nutzen, dass sie langfristig erhalten bleiben und keine negativen Auswirkungen auf die Umwelt haben. Nachhaltigkeit in der Architektur – Gebäude, die die Umwelt schützen und gleichzeitig Ästhetik und Funktionalität bieten Nachhaltigkeit und Architektur sind zwei Begriffe, die heute mehr denn je miteinander verbunden… ganzer Städte und Regionen verbessern.

Zukunftsausblick: Die Stadtverwaltung von Singapur arbeitet an einem Projekt, bei dem eine komplette digitale Kopie der Stadt erstellt wird, um die Stadtentwicklung, die Verkehrsinfrastruktur und die Umweltbelastung in Echtzeit zu überwachen und zu optimieren.

Digitale Zwillinge sind eine der zukunftsweisendsten Technologien in der Bau- und Immobilienbranche. Sie ermöglichen eine präzise Planung, verbessern die EffizienzEffizienz: Ein Verhältnis zwischen der nützlich erzielten Leistung und der eingesetzten Energie oder dem eingesetzten Material. und fördern eine nachhaltige Gebäudebewirtschaftung. Unternehmen, die in digitale Zwillinge investieren, sichern sich nicht nur einen Wettbewerbsvorteil, sondern leisten auch einen wichtigen Beitrag zur NachhaltigkeitNachhaltigkeit: die Fähigkeit, natürliche Ressourcen so zu nutzen, dass sie langfristig erhalten bleiben und keine negativen Auswirkungen auf die Umwelt haben. Nachhaltigkeit in der Architektur – Gebäude, die die Umwelt schützen und gleichzeitig Ästhetik und Funktionalität bieten Nachhaltigkeit und Architektur sind zwei Begriffe, die heute mehr denn je miteinander verbunden…. Die fortschreitende Entwicklung und die wachsenden Einsatzmöglichkeiten machen Digital Twins zu einer unverzichtbaren Technologie für die Zukunft der Architektur und des Bauens.

Abschließender Gedanke: Digitale Zwillinge revolutionieren nicht nur Gebäude, sondern auch die Art und Weise, wie wir über nachhaltige, intelligente Städte denken.

Übrigens: An dem Gründerzeithaus in der lebendigen Hermann-Hesse-Straße in Berlin-Pankow leuchtet das Signet des Kino Blauer Stern seit vielen Jahrzehnten unverändert. Im Innern hat sich viel getan.