OptGA4.0
Optimierung von Engineering-Prozessen
der kommunalen Gebäudeautomation auf Basis standardisierter
Anlagentypen und Informationsmodelle
Die Zukunft der Gebäudetechnik gestalten
Aktuelle Ingenieurprozesse in der Gebäudetechnik – von der ersten Planung über die Ausführung, die Inbetriebnahme bis hin zum operativen Betrieb – sind heute oft mit erheblichen Herausforderungen verbunden. Wir sehen einen hohen manuellen Aufwand, eine oftmals unzureichende Performance und leider auch viele „Brüche“ in den Prozessen, die zu einem erheblichen Informationsverlust zwischen den einzelnen Phasen führen. Diese Defizite haben weitreichende Folgen: Sie beeinträchtigen die Qualität bei der Errichtung und Nutzung von Gebäudetechnik und führen im laufenden Betrieb zu Mängeln bei der Umsetzung von Automationsfunktionen sowie im anlagennahen Facility Management (FM). Das Ergebnis sind suboptimal funktionierende Betriebsprozesse und ein unnötig hoher Energieverbrauch – ein Zustand, der weder wirtschaftlich noch ökologisch wünschenswert ist.
OptGA4.0: Wegbereiter für eine intelligente Gebäudeautomation
Genau hier setzt das wegweisende Forschungsprojekt OptGA4.0 an. Unter der Leitung der TH Köln und in enger Zusammenarbeit mit einem starken Konsortium aus führenden Partnern aus Wirtschaft, Wissenschaft und öffentlichen Institutionen, widmen wir uns der ganzheitlichen Lösung dieser Probleme. Unser Kernziel ist die Entwicklung eines bahnbrechenden Informationsmodells, das den gesamten Informationshaushalt der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA) einheitlich, lebenszyklusdurchgängig und maschinenlesbar beschreibt. Dieses Modell bildet die unverzichtbare Grundlage, um TGA-Anlagentypen unter Berücksichtigung bestehender Beschreibungen semantisch auszuprägen – quasi als gemeinsame Sprache für die Gebäudetechnik von morgen.
Die Schwerpunkte dieser informationstechnischen Standardisierung liegen auf praxisrelevanten Anwendungsfällen, die einen direkten Mehrwert schaffen:
- Prozessführung: Eine präzisere und effizientere Steuerung komplexer Gebäudesysteme.
- Qualitätssicherung von Automationsfunktionen: Die Sicherstellung der fehlerfreien und optimalen Funktion aller automatisierten Prozesse.
- Facility Management (FM): Die signifikante Verbesserung der Effizienz im anlagennahen Betrieb und bei der Wartung.
Künstliche Intelligenz als Übersetzer für einen homogenen Sprachraum
Die Realität zeigt, dass TGA-Anlagen in der Praxis oft semantisch uneinheitlich beschrieben werden. Das bedeutet, verschiedene Hersteller oder Planer nutzen unterschiedliche Begriffe und Strukturen für dieselben Komponenten oder Funktionen, was die Kommunikation zwischen Systemen erschwert oder gar unmöglich macht. Hier kommt die Künstliche Intelligenz (KI) ins Spiel, die im Rahmen von OptGA4.0 eine zentrale Rolle einnimmt. Wir trainieren eine fortschrittliche KI-Anwendung, die in der Lage ist, die heterogenen Beschreibungen von Datenpunkten im Gebäudebestand zu interpretieren und auf unseren neu entwickelten Informationsstandard abzubilden.
Wie Prof. Dr. Krüttgen anschaulich erklärt: „Damit die heute bereits verbaute und uneinheitlich beschriebene Technik künftig besser geregelt werden kann, trainieren wir eine Künstliche Intelligenz. Diese soll in der Lage sein, die heterogene Beschreibung von Datenpunkten im Bestand zu interpretieren und auf einen homogenen Standard zu übersetzen, der dann von den Regelungsalgorithmen verstanden wird. Die KI fungiert quasi als Maschine-Maschine-Übersetzer.“
Das Ergebnis ist ein homogener Sprachraum – sowohl in der Syntax (Struktur) als auch in der Semantik (Bedeutung) –, der die Grundlage für die Implementierung regelbasierter Automatismen bildet. Nur mit einer einheitlichen Datenbasis können intelligente Algorithmen ihr volles Potenzial entfalten.
„SelfX-FM“-Anwendungen: Autonome Systeme für maximale Effizienz
Dieser einheitliche „Sprachraum“ ist die entscheidende Basis für die Entwicklung sogenannter „SelfX-FM“-Anwendungen. Unter „SelfX“ verstehen wir die Fähigkeit von Systemen, ihre Umgebung eigenständig zu erkunden und automatisierte, d.h. engineering-freie, Interaktionen mit anderen Systemen zu realisieren. Ein prägnantes Beispiel hierfür ist das Asset- und Energie-Monitoring. Solche Anwendungen eliminieren den hohen manuellen Aufwand, der bislang für das Informations-Engineering sowohl bei der Ersteinrichtung als auch über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage anfällt. Das bedeutet weniger händische Konfiguration, weniger Fehlerquellen und eine deutliche Beschleunigung von Prozessen.
Praxisnahe Validierung und breite Wirkung für Kommunen
Um die Praxistauglichkeit und den unmittelbaren Nutzen der Forschungsergebnisse zu demonstrieren, validiert das Projektkonsortium die entwickelten Lösungen prototypisch am realen Gebäudebestand von zwei bedeutenden öffentlichen Partnern: der Gebäudewirtschaft der Stadt Köln und dem Schulbau Hamburg. Anhand konkreter Beispiele, wie regelbasierter und automatisierter Energiemonitoring- und Instandhaltungsanwendungen, wird die Effektivität des Ansatzes unter Beweis gestellt. Eine bestehende Softwareumgebung für das Facility Management wird um den neuen informationstechnischen Standard erweitert, um die „engineering-freien“ Anwendungen zu ermöglichen und deren Integration in bestehende Infrastrukturen zu demonstrieren.
Projektbeteiligte OptGA4.0
Das Forschungsprojekt „Optimierung von Engineering-Prozessen der kommunalen Gebäudeautomation auf Basis standardisierter Anlagentypen und Informationsmodelle“ (OptGA4.0) wird an der TH Köln maßgeblich von Prof. Dr. Jochen Müller vom Institut für Technische Gebäudeausrüstung und Prof. Dr. Niels Bartels vom Institut für Konstruktiven Ingenieurbau geleitet.
Wir sind stolz auf die Zusammenarbeit mit einem starken Konsortium aus führenden Organisationen und Institutionen:
- Technische Hochschule Köln
- Gebäudewirtschaft der Stadt Köln
- SBH | Schulbau Hamburg
- Kieback & Peter GmbH & Co.KG
- Verein Deutscher Ingenieure e.V. – VDI-Gesellschaft Bauen und Gebäude
- AMEV Arbeitskreis Maschinen- und Elektrotechnik staatlicher und kommunaler Verwaltungen
- VDMA e.V. Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau – Automation + Management für Haus und Gebäude
- buildingSmart Deutschland e.V.
- Bergische Universität Wuppertal, Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung
Das Vorhaben wird maßgeblich durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Fördermaßnahme FH-Kooperativ unterstützt. Die Förderung beläuft sich auf rund eine Million Euro für den Projektzeitraum von 2024 bis Ende 2027.