BIMKIT - Bestandsmodellierung von Gebäuden und Infrastrukturbauwerken mittels KI zur Generierung von Digitalen Zwillingen

Mit BIMKIT werden KI- und Cloud-Technologien für die Bauwirtschaft nutzbar gemacht, um die schnelle und genaue Erstellung von 3D-Modellen von Bestandsbauten zu ermöglichen. Bestandsmodelle bilden eine essenzielle Grundlage zur Umsetzung digitaler Prozesse für Planung, Bau und Bewirtschaftung von Bauwerken. BIMKIT liefert somit einen wichtigen Beitrag zur Einführung von Building Information Modeling (BIM) in Deutschland.

Partner

A+S Consult GmbH, elevait GmbH & Co. KG, eTASK Immobilien Software GmbH, Fraunhofer Gesellschaft für Angewandte Forschung e.V. - Heinrich-Hertz-Institut, Hottgenroth Software GmbH & Co. KG, Neue Technologien AG, planen bauen 4.0 GmbH, Ruhr-Universität Bochum, Schüßler-Plan Ingenieurgesellschaft mbH

Herausforderung

Die Überführung von Bestandsinformationen von Gebäuden oder Brücken wie Bilder, Pläne und Dokumente in BIM-Modelle ist bislang ein manueller und zeitaufwändiger Prozess. Die Anwender müssen entscheiden, welche Daten relevant und für die Bearbeitung erforderlich sind. Nach dem Import werden die Bauteile anhand der Konturen maßstabsgetreu nachmodelliert. Verfügbare BIM-Systeme unterstützen den Anwender durch Bauteilvorlagen, die ebenfalls manuell ausgewählt und konfiguriert werden, was sehr ebenfalls zeitintensiv ist.

Für einfache Gebäude- und Anlagenobjekte existieren prototypische Verfahren zur Erkennung von Geometrien (z.B. Erkennen des Durchmessers einer Rohrleitung mittels Punktwolken). Auch hier ist jedoch eine manuelle Vor- und Nachbereitung notwendig. Zudem werden die Modelle häufig in proprietären Systemen erfasst, so dass sie nicht übergreifend von allen am Bau- oder Instandhaltungsprozess beteiligten Parteien genutzt werden können. Durch BIMKIT soll die Erstellung von umfassenden Bestandsmodellen weitgehend automatisiert mithilfe von KI-Anwendungen erfolgen. Die Basis hierzu bildet ein Cloud-basiertes Ökosystem, in dem die Daten gesammelt, mit verschiedenen KI-Methoden ausgewertet und im Anschluss in BIM-Anwendungen genutzt werden können.

Umsetzung

Mit BIMKIT entsteht ein digitales Ökosystem auf Basis der europäischen Dateninfrastruktur GAIA-X, das einen sicheren Zugriff auf die Daten von Bestandsgebäuden ermöglicht und diese für KI-Anwendungen auswertbar macht. Vorhandene Informationen zu Gebäuden und Infrastrukturbauwerken - z.B. 2D-Pläne, Bilder, Punktwolken oder Textdokumente - werden mit KI-Verfahren ausgewertet, bauliche und technische Bauelemente digital generiert und konsistent sowie transparent einem BIM-basierten Bestandsmodell zugeführt. Gleichermaßen wird die Aktualisierung eines vorhandenen Bestandsmodells automatisiert. Liegen unterschiedliche Eingangsformate vor, können verschiedene KI-Verfahren für die Modellgenerierung genutzt werden. Die Digitalisierung der Daten und Sichtung der Bestandsunterlagen sowie die Modellierungsprozesse werden auf diese Weise teilautomatisiert. So kann BIMKIT die Erstellung von Bestandsmodellen erheblich beschleunigen. Gleichzeitig wird die Qualität der 3D-Modelle signifikant verbessert, denn die Auswertung der höheren Informationsdichte hat im Vergleich zu den bisherigen Verfahren eine größere Detaillierung der Bestandsmodelle zur Folge.

Die Daten und KI-Dienste werden auf einer dezentral organisierten Datenplattform, welche den Vorgaben von GAIA-X entspricht, angeboten. Die GAIA-X-Referenzarchitektur mit offenen Standards macht die Integration weiterer Datenquellen, KI-Verfahren und BIM-Softwaresysteme problemlos möglich. Ebenso werden durch die hohen Sicherheitsanforderungen der Cloud-Infrastruktur die Datensouveränität und Datensicherheit aller beteiligten Unternehmen und Organisationen gewährleistet.

Für die u,g, Anwendungsfälle und Demonstratoren wurden die Anforderungen spezifiziert. Es wurden grundlegende KI-Dienste zur Auswertung der Eingangsdaten entwickelt, welche die erforderlichen Daten und Objekte erkennen. Im nächsten Schritt wurden die KI-Dienste in die Infrastruktur integriert. Im weiteren Verlauf entstand das Ökosystem in Verbindung mit der Orchestrierung der entstandenen KI-Dienste.

Vom 22. August bis 11. September 2022 führte BIMKIT ein TransferLab zum Thema „Künstliche Intelligenz im Bauwesen“ in Bochum durch. Im TransferLab wurden im Rahmen verschiedener Events einzelne KI-Services live demonstriert, um die Vorteile des digitalen Planens, Bauens und Betreibens aufzuzeigen und um in der Gesellschaft mehr Aufmerksamkeit für die Themen KI und BIM zu erzeugen. Die anwendungsnahen und interaktiven Demonstratoren veranschaulichten die Nutzungsmöglichkeiten von KI im Bauwesen für die Besucher aus Wirtschaft und Gesellschaft auf verständliche Art und Weise. Im Jahr 2023 soll eine virtuelle Tour des TransferLabs auf der Projekt-Website www.bimkit.eu zur Verfügung gestellt werden und so das geschaffene und intuitiv zugängliche Angebot für Interessierte verstetigt werden. Einzelne, für BIMKIT entwickelte Demonstratoren, sind bereits jetzt einsehbar unter: https://bimkit.eu/demonstration.

Anwendung und Nutzen

BIMKIT ermöglicht erstmals eine automatisierte Auswertung von vorhandenen Informationen zu Bauwerken und ihre teilautomatische Überführung in BIM-Anwendungen. Die Erstellung von Bestandsmodellen für Gebäude sowie Infrastrukturbauwerke wie Brücken wird unterstützt und beschleunigt. Dadurch werden nicht nur Planung und Bau, sondern vor allem auch der laufende Betrieb dieser Bauwerke erheblich optimiert, denn der gesamte Lebenszyklus der Gebäude wird über die BIM-Anwendungen planbar gemacht. Die Bestandsmodellgenerierung von BIMKIT setzt auf offene Standards für Dateiformate und Schnittstellen, um die digitalen Bestandsmodelle universell einsetzbar zu machen. Um die Möglichkeiten des BIMKIT-Ökosystems aufzeigen zu können, sind zum Projektende die folgenden zwei Demonstratoren geplant.

Wartung der Technischen Gebäudeausrüstung

In diesem Demonstrator werden auf Basis der BIMKIT-Dateninfrastruktur KI-Verfahren für die Erstellung von Bauteilen, Räumen und Technische Gebäudeausrüstung (TGA) entwickelt und kombiniert. So soll gezeigt werden, wie Bestandsmodelle für die Wartung der TGA und für die Optimierung von Flächennutzungsgrad und Energieverbrauch verwendet werden können.

Erhaltungsplanung von Brücken

Der zweite Demonstrator soll zeigen, wie Bestandsmodelle für eine effizientere Erhaltungsplanung von Infrastrukturwerken – am Beispiel von Brücken – genutzt werden können. Dazu werden konkrete KI-Verfahren zur Erstellung von Bauelementen, konstruktiven Verbindungen und dem Baugrund entwickelt. Es werden Daten aus unterschiedlichsten Quellen wie Verwaltungen oder Bauträger eingebunden. Ein Fokus liegt auf dem Thema Sicherheit, da Brückenbauwerke in Deutschland zur sicherheitsrelevanten Infrastruktur zählen.