Smart Building: Definition, Vorteile und ein Beispiel

Neue Technologien und Gebäudeautomation ermöglichen die Entwicklung hin zu vernetzten Gebäuden. Lassen Sie uns sehen, was unter intelligenten Gebäuden zu verstehen ist, welche Vorteile sie bieten und wie Gebäude durch automatisiertes Remote-Management der Anlagen mithilfe von BIM-IoT-Plattform intelligent gemacht werden können.

Technologieverwaltung eines intelligenten Gebäudes

Was ist ein intelligentes Gebäude?

Ein intelligentes Gebäude oder intelligente Gebäude sind Strukturen, die fortschrittliche Technologien, Sensoren und Kontrollsysteme nutzen, um die Energieeffizienz, den Komfort und die Sicherheit der Bewohner zu verbessern. Diese Gebäude sind darauf ausgelegt, vernetzt, integriert und interaktiv zu sein, was eine optimierte Ressourcenverwaltung und eine bessere Lebensqualität für die Nutzer ermöglicht.

Visualisierung von Sensordaten im 3D-Modell eines intelligenten Gebäudes

Beispiele für intelligente Gebäude

Beispiele für intelligente Gebäude umfassen Wolkenkratzer mit intelligenten Fassaden, die Licht und Wärme automatisch je nach den externen Wetterbedingungen regulieren, Gebäude mit Heiz- und Kühlsystemen, die sich an die Bedürfnisse der Bewohner anpassen, und Strukturen mit Beleuchtungssystemen, die sich je nach Anwesenheit und Aktivität der Personen automatisch anpassen.

Merkmale von intelligenten Gebäuden

Intelligente Gebäude können eine breite Palette von Technologien und Lösungen umfassen, darunter:

• Sensoren und IoT-Geräte (Internet of Things) zur Echtzeitüberwachung und -steuerung der Umgebungsbedingungen;
• Energiemanagementsysteme zur Reduzierung von Verbrauch und CO2-Emissionen;
• Automatisierung von Sicherheitsfunktionen wie Überwachungskameras und Zugangssysteme;
• Integration in intelligente Netzwerke für verteiltes Energiemanagement und Teilnahme an Bedarfsoptimierung-Programmen;
• Nachhaltige Mobilitätslösungen wie Ladestationen für Elektrofahrzeuge und Fahrradverleihinfrastruktur.

Intelligente Gebäude: 5 Vorteile

Intelligente Gebäude bieten im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen zahlreiche Vorteile:

• Höhere Energieeffizienz: Dank Sensoren, IoT-Geräten und fortschrittlichen Steuerungssystemen können intelligente Gebäude den Energieverbrauch und CO2-Emissionen signifikant reduzieren;
• Komfort und Wohlbefinden der Bewohner: Eine gut kontrollierte und personalisierte Umgebung kann die Luftqualität, Temperatur und Beleuchtung verbessern und somit das körperliche und psychische Wohlbefinden der Nutzer steigern;
• Reduzierte Betriebskosten: Automatisierung und Optimierung von Gebäudemanagementfunktionen können Wartungskosten, Energieverbrauch und Personalaufwand reduzieren;
• Sicherheit und Schutz: Integrierte und automatisierte Sicherheitssysteme können den Schutz von Bewohnern und Eigentum verbessern;
• Umweltschutz: Durch den Einsatz umweltfreundlicher Materialien und Technologien können intelligente Gebäude die Umweltauswirkungen reduzieren und langfristige Nachhaltigkeit fördern.

Ein intelligentes Gebäude kann vollständig aus der Ferne gesteuert werden, dank BIM-IoT-Plattform, die beispielsweise Folgendes ermöglichen:

• Überwachung der Videoüberwachung und Einbruchmeldesysteme;
• Regulierung von Abschattungssystemen (Jalousien, Rollläden usw.) basierend auf den natürlichen Lichtverhältnissen;
• Steuerung der internen Klimatisierung (Heizung, Kühlung, Luftfeuchtigkeit usw.) in Abhängigkeit von der Außentemperatur;
• Steuerung der Beleuchtung und Haushaltsgeräte nach den Anforderungen der Nutzer;
• Erkennung von Bränden und Alarmen;
• Überwachung der Raumluftqualität;
• usw.

Was sind Gebäudeautomatisierungssysteme und BMS (Gebäudemanagementsystem)?

Gebäudeautomatisierungssysteme sind eine Reihe von Technologien und Geräten, die eine zentrale und automatisierte Steuerung der Anlagen und Funktionen eines Gebäudes ermöglichen. Diese Systeme sind häufig in ein BMS (Building Management System) integriert, einer Softwareplattform, die Betreibern und Managern ermöglicht, den Betrieb des Gebäudes zu überwachen, zu steuern und zu optimieren.
Das BMS kann Funktionen wie die Steuerung von Beleuchtung, Heizung, Lüftung, Klimatisierung, Stromversorgung, Sicherheitssystemen und Kommunikationsnetzen umfassen. Durch die Integration dieser Funktionen ermöglicht das BMS eine verbesserte Energieeffizienz, Kosteneinsparungen und eine komfortable und sichere Umgebung für die Bewohner.

Derzeit kann mithilfe einer Plattform zur Steuerung von IoT-Geräten die gesamte Sensorik und Gebäudeautomatisierung direkt über das digitale Gebäudemodell gesteuert werden. Das 3D-Modell wird somit zum digitalen Zwilling des realen Gebäudes und verhält sich wie ein dynamisches System, das in Echtzeit auf Ereignisse reagiert, die von IoT-Geräten generiert werden.

Die von den Sensoren erfassten Daten werden in Echtzeit an die Anwendung gesendet, die sie erfasst, analysiert und direkt im 3D-BIM-Modell anzeigt.

Auf diese Weise wird das BIM-Modell zu einem dynamischen Modell, das sich ändert, indem es seine Eigenschaften basierend auf den von jedem Sensor übertragenen Daten anpasst.

Echtzeitänderungen erleichtern die Kontrolle und Überwachung auch großer und komplexer Gebäude.

Steuerung des realen Modells mithilfe seines virtuellen Zwillings mit usBIM.IoT

Intelligente Gebäude und BMS: Ein praktisches Beispiel

Ein Beispiel für die Implementierung eines intelligenten Gebäudes ist die Integration des Gebäudemanagementsystems (BMS) EcoStruxure von Schneider Electric und der usBIM-Plattform von ACCA Software. Diese Lösung ermöglicht es Betreibern, den Betrieb des Gebäudes in Echtzeit zu überwachen und zu steuern, wodurch die Ressourcennutzung optimiert und der Komfort der Bewohner verbessert wird. Darüber hinaus ermöglicht die benutzerfreundliche Oberfläche von usBIM den einfachen und intuitiven Zugriff auf alle Gebäudeinformationen.
Die Integration zwischen der usBIM-Plattform und dem BMS von Schneider Electric ermöglicht einen echten digitalen Zwilling des Gebäudes und ermöglicht die Steuerung aller technologischen Systeme (Klima, Stromverteilung, Schaltschränke, Beleuchtung usw.). Alle Anlagen sind in einer gemeinsamen Plattform integriert, die den Komfort und die Effizienz des Gebäudes maximiert und es in ein echtes intelligentes Gebäude verwandelt.

Die Integration zwischen den beiden Plattformen bietet Managern, Eigentümern und Bewohnern des Gebäudes alle Werkzeuge, die sie benötigen, um ihre Gebäude zu überwachen und zu verwalten. Mithilfe einer visuellen Oberfläche können alle technologischen Systeme problemlos gesteuert werden. Zum Beispiel werden die Räume im 3D-Modell des Gebäudes farblich markiert, um anzuzeigen, ob die Raumtemperatur zu warm oder zu kalt ist oder ob die Beleuchtungsstärke für die geplante Aktivität angemessen ist. Die Interaktion mit dem System ist sehr einfach, ein gewöhnliches Smartphone oder Tablet reicht aus, um die gewünschten Werte einzustellen und den Raumkomfort zu überprüfen.

Die Interaktion mit dem Gebäude kann auch die Möglichkeit einschließen, einen Konferenzraum in der Einrichtung für ein bestimmtes Datum zu reservieren und die vollständige Kontrolle über die Parameter zu haben, die den Raumkomfort regulieren.

Die Zukunft intelligenter Gebäude

Die Zukunft intelligenter Gebäude ist äußerst vielversprechend. Mit der Weiterentwicklung der Technologien und dem wachsenden Bewusstsein für die Bedeutung von Nachhaltigkeit und Energieeffizienz werden wir voraussichtlich eine signifikante Zunahme der Anzahl von intelligenten Gebäuden sehen, die gebaut oder umgebaut werden. Darüber hinaus könnten die Integration von künstlicher Intelligenz, maschinellem Lernen und Blockchain zu neuen Ebenen der Automatisierung, Personalisierung und Sicherheit in zukünftigen Konstruktionen führen.
Einige aufkommende Trends im Bereich intelligenter Gebäude sind:

• Nahezu nullenergiebedingte Gebäude (nZEB): Strukturen, die entwickelt wurden, um den Energieverbrauch und CO2-Emissionen durch die Verwendung erneuerbarer Energiequellen und nachhaltiger Bautechniken minimal zu halten;
• Anpassungsfähige und widerstandsfähige Konstruktionen: Gebäude, die so gestaltet sind, dass sie sich an sich ändernde klimatische, soziale und wirtschaftliche Bedingungen anpassen können, während sie gleichzeitig Sicherheit und Wohlbefinden der Bewohner gewährleisten;
• Integration von intelligenten Gebäuden in intelligente Städte: Die Verbindung und Interaktion zwischen intelligenten Gebäuden und städtischen Infrastrukturen könnte eine effizientere Ressourcenverwaltung und eine bessere Lebensqualität für die Bürger ermöglichen.

Die Integration von BIM und IoT für das fortschrittliche Gebäudemanagement: die Fallstudie usBIM.IoT und Schneider Electric

Die technologische Evolution im Bauwesen findet ihren höchsten Ausdruck, wenn akademische Forschung und industrielle Innovation verschmelzen, um die Grenzen des Immobilienmanagements neu zu definieren.

Diese Fallstudie entsteht genau aus der strategischen Synergie zwischen drei führenden Akteuren:

• ACCA software, ein Pionier in der Entwicklung der openBIM-Plattform usBIM.IoT, die es ermöglicht, dreidimensionale geometrische Modelle und intelligente Sensoren in Echtzeit miteinander zu verbinden;
• Schneider Electric, ein multinationaler Marktführer in der digitalen Transformation von Energie und Automatisierung, der die Überwachungsmöglichkeiten seines Gebäudeautomationssystems EcoStruxure Building Operation in das System integriert hat;
• Universität Rom „La Sapienza“, die herausragende Institution, die die Feldversuche innerhalb ihres Fachbereichs und Labors durchgeführt hat.

Gemeinsam zeigen diese Akteure, wie die Verbindung von fortschrittlicher Software, modernster Automatisierung und wissenschaftlicher Forschung das theoretische Konzept des digitalen Zwillings in eine operationale und revolutionäre Realität für die moderne Bauindustrie umsetzen kann.

Die Bedeutung des Smart Buildings und die Revolution der openBIM®-Plattformen

Die Digitalisierung des Bauwesens hat das Smart Building zu einer greifbaren und wesentlichen Realität für die Zukunft der Architektur gemacht. Wenn wir die tiefere Bedeutung des Smart Buildings analysieren wollen, sprechen wir von einer Struktur, die fortschrittliche Sensoren, Automatisierung und integrierte Kontrollsysteme einsetzt, um die Energieeffizienz, Sicherheit und das Wohlbefinden der Nutzer zu maximieren. Heute vollzieht diese Vision einen entscheidenden Qualitätssprung dank der Systeme von Smart Buildings IoT, in denen die Daten aus der physischen Welt in Echtzeit mit den dreidimensionalen digitalen Modellen verschmelzen. Ein perfektes Beispiel ist die openBIM-Lösung usBIM.IoT von ACCA software, die es ermöglicht, das IFC-Modell direkt mit den IoT-Geräten vor Ort zu verbinden. Über eine intuitive Benutzeroberfläche sieht der Nutzer links das 3D-Modell des Objekts und rechts eine Reihe von grafischen Widgets, die eindeutig mit spezifischen IFC-Entitäten (wie IFCSensor, IFCProxy oder IFCSpace) verbunden sind und die Datenströme in Echtzeit überwachen.

Die bidirektionale Kontrolle und die Evolution des Smart Building Designs.

Die Integration dieser Plattform mit einem exzellenten Gebäudeautomationssystem (BMS), wie EcoStruxure Building Operation von Schneider Electric, hebt den Ansatz des Smart Building Designs auf ein höheres Niveau. Es handelt sich dabei nicht um eine einfache passive Visualisierung der Kennzahlen: Das System ermöglicht eine bidirektionale und dynamische Interaktion zwischen dem Modell und den physischen Geräten. Indem der Betreiber direkt auf die Widgets des Dashboards (auch von Smartphone oder Tablet dank responsiver Schnittstellen) zugreift, kann er reale Befehle senden, wie das Ein- oder Ausschalten eines Lichtpunkts oder die Regelung eines Thermostats. Diese Aktion spiegelt sich sofort im virtuellen Modell durch eine Farbänderung der Elemente wider (zum Beispiel, wenn die Lichter von Weiß zu Gelb wechseln). Ebenso, wenn ein Nutzer den physischen Schalter in der realen Welt betätigt, wird die Information sofort im 3D-Modell aktualisiert, wodurch das Konzept des echten digitalen Zwillings des Objekts konkretisiert wird.

Reale Anwendungsfälle und erfolgreiche Beispiele für Smart Buildings

Die Effektivität und Vielseitigkeit dieses Ökosystems zeigen sich deutlich, wenn man konkrete Anwendungsszenarien wie den Fall der Überwachung von drei Wohneinheiten und das Forschungsprojekt der Universität La Sapienza analysiert.

Überwachung von drei Wohneinheiten – In dieser Anwendung lag der Fokus auf Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Stromverbrauch. Die Farbe der Räume (IFCSpace) ändert sich automatisch gemäß einer vordefinierten Farbskala (von Gelb für die niedrigsten Temperaturen bis zu leuchtendem Rot für die höchsten), was eine sofortige visuelle Überwachung und das Senden direkter Befehle an die physischen Thermostate über das BMS ermöglicht;

Forschungsprojekt der Universität La Sapienza – Ausgezeichnet bei den BuildingSMART Awards, beinhaltete diese Thesis die Modellierung und IoT-Schnittstelle des gesamten Fachbereichs und der Labore, in denen Prof. Martirano tätig ist. Im digitalen Zwilling ändern die Schalter des Elektroverteilers in Echtzeit die Farbe je nach tatsächlichem Zustand (grün, wenn sie offen sind, rot, wenn sie geschlossen sind), was auch die Fernsteuerung der gesteuerten Steckdosen und die sofortige Kontrolle der aufgenommenen Leistung ermöglicht.

Skalierbarkeit, Datenanalyse und die Zukunft der Smart Buildings

Die Stärke dieser Architektur liegt in ihrer vollständigen Offenheit und Flexibilität, die die wichtigsten marktüblichen Standardprotokolle (wie ModBus, MQTT, KNX, BACnet und ZigBee) unterstützt. Dies ermöglicht es dem System, problemlos von einzelnen privaten Haushalten bis hin zu großen Einkaufszentren zu skalieren und von wenigen Sensoren bis zu Tausenden von IoT-Geräten zu verwalten. Neben der Echtzeitverwaltung von HVAC-Anlagen, Videoüberwachung, Beleuchtung oder dem Verbrauch von Photovoltaikanlagen und Windkraftanlagen ermöglicht die Plattform die historische Speicherung von Daten. Durch die Anwendung von Algorithmen des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz wird es möglich, fortschrittliche prädiktive Analysen durchzuführen, um den Verbrauch zu optimieren und die Aktivitäten des Facility Managements effizienter zu gestalten, und damit den Kurs für die Smart Buildings der Zukunft zu bestimmen.

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FAQ Smart Building

Was ist ein Smart Building?

Es handelt sich um eine Struktur, die fortschrittliche Technologien, intelligente Sensoren und Kontrollsysteme nutzt, um die Energieeffizienz, den Komfort und die Sicherheit der Nutzer zu verbessern. Es ermöglicht eine optimierte Verwaltung der Ressourcen, indem die Daten in Echtzeit auf dem 3D-Modell des Gebäudes visualisiert werden.

Was sind einige Beispiele für Smart Building?

Typische Beispiele sind Wolkenkratzer mit intelligenten Fassaden, die Licht und Wärme je nach Wetterbedingungen regulieren, adaptive Heizungs-/Kühlungssysteme und Beleuchtungssysteme, die sich automatisch an die Anwesenheit von Personen anpassen.

Was sind die Merkmale von intelligenten Gebäuden?

Sie umfassen Sensoren und IoT-Geräte zur Umweltüberwachung, Energiemanagementsysteme zur Reduzierung des Verbrauchs, Sicherheitsautomatisierung (Kameras und Zugänge), Integration mit intelligenten Stromnetzen und Lösungen für nachhaltige Mobilität.

Was sind die 5 Vorteile von Smart Building?

Die Hauptvorteile sind: 1) höhere Energieeffizienz, 2) personalisierter Komfort und Wohlbefinden, 3) Reduzierung der Betriebs- und Wartungskosten, 4) integrierte Sicherheit, 5) Umweltverträglichkeit. Sie ermöglichen zudem die vollständige Fernsteuerung von Anlagen, Beleuchtung und Luftqualität über BIM IoT-Plattformen.

Was sind Gebäudeautomationssysteme und BMS (Building Management System)?

Die Gebäudeautomation ist die Gesamtheit der Technologien für die automatisierte Steuerung von Anlagen, zentralisiert in einem BMS (einer Softwareplattform zur Überwachung). Heute ermöglicht die IoT-Integration die Verwaltung dieser Systeme direkt vom Digital Twin, der in Echtzeit auf physische Ereignisse reagiert.

Was ist ein praktisches Beispiel für die Implementierung von Smart Buildings und BMS?

Die Integration zwischen dem BMS EcoStruxure von Schneider Electric und der Plattform usBIM von ACCA software. Diese Synergie schafft einen echten visuellen digitalen Zwilling: Nutzer und Betreiber können die Anlagen (wie die Temperatur durch die Farbgebung der 3D-Räume) überwachen, Befehle von Smartphones senden oder Besprechungsräume buchen.

Wie wird die Zukunft der Smart Buildings aussehen und welche aufkommenden Trends gibt es?

Der Sektor wird durch KI, maschinelles Lernen und Blockchain wachsen, um eine höhere Automatisierung zu erreichen. Zu den aufkommenden Trends gehören nahezu null-Impact-Gebäude (nZEB), resiliente und adaptive Bauweisen sowie die vollständige Integration der Gebäude in die Smart Cities.

Worin besteht das Fallstudienprojekt usBIM.IoT und Schneider Electric in Bezug auf die Integration von BIM und IoT?

Es handelt sich um ein Projekt, das aus der Zusammenarbeit zwischen ACCA software, Schneider Electric und der Universität ‚La Sapienza‘ in Rom entstanden ist. Es zeigt, wie die Plattform usBIM.IoT und das BMS EcoStruxure einen bidirektionalen Digital Twin schaffen. Zu den analysierten realen Fällen gehören die Energie-/Wärmeüberwachung eines Mehrfamilienhauses mit drei Einheiten und die Digitalisierung des Labors von Prof. Martirano, wobei die Vorteile der Skalierbarkeit der Sensoren und der prädiktiven Datenanalyse hervorgehoben werden.