SEMERGY - Ein Ausflug in die Möglichkeiten semantischer Webtechnologien für die Gebäudesanierung und -Optimierung

U. Pont, A. Mahdavi, S. Fenz, J. Heurix, N. Ghiassi:
"SEMERGY - Ein Ausflug in die Möglichkeiten semantischer Webtechnologien für die Gebäudesanierung und -Optimierung";
angenommen für:"Forschungstag 2016", Fakultät für Arch&RPL (Hrg.); herausgegeben von: Tu Wien, Fakultät für Architektur und Raumplanung; Forschungstag 2016, Wien, 2016.

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Abstract:


(no english version available) Das wohlbekannte Faktum, dass der Gebäudebereich für einen Gutteil des europäischen Energieverbrauchs sowie der Treibhausgasemissionen verantwortlich ist, erfordert neue Ansätze in Planung und Umsetzung von Neubauten und Sanierungen. Während Sanierungs- und Neubauraten in den vergangenen Jahren hinter den Erwartungen bzw. Hoffnungen zurückblieben, kommt erschwerend hinzu, dass viele Stakeholder von der Informationsflut im Bauwesen überfordert sind und eher zögerlich an das Thema Energieeffizienz im Bauwesen herangehen. Dies generiert suboptimale Lösungen und verschenkte Chancen. Verschiedene Studien zeigen, dass nur 60%der Sanierungen wärmeschutztechnische Ertüchtigungsmaßnahmen beinhalten, obwohl sich der Mehraufwand für die thermische Sanierung weder finanziell, noch planungs- und prozesstechnisch zu Buche schlagen würde. Eigentümer bzw. die Bauherrenschaft plagen sich oftmals mit Informations-Schwierigkeiten: Es wird oftmals der Mangel an Markttransparenz, an Informationsmöglichkeiten, Angst vor der Komplexität eines Bauvorhabens und ein Misstrauen in Ausführende und Planer als Haupthemmnis angeführt, nur in zweiter Linie das Fehlen finanzieller Mittel oder von Finanzierungsmöglichkeiten [1] Diese Erkenntnisse decken sich auch mit den Resultaten einer an der Abteilung Bauphysik und Bauökologie im Jahre 2004 durchgeführten und vor kurzem aktualisierten Studie ([2][3]). Es kann daher geschlossen werden, dass Erleichterungen und Vereinfachungen im Informationsfluss einen positiven Einflussauf die Erreichung verbesserter (thermischer) Gebäudequalität haben können.
Genau an dieser Stelle setzt das an der TU Wien durchführte Projekt SEMERGY an: Eine Kollaboration des Instituts für Softwaretechnik und interaktive Systeme mit der Abteilung Bauphysik und Bauökologie und dem TU Spin-Off Xylem Technologies machte es sich zur Aufgabe das Potential von modernen semantischen Web-Technologien für die effiziente Bau- und Sanierungsplanung zu erkunden. Zwar existieren eine Vielzahl von Softwarewerkzeugen, die das prinzipielle Potential haben, wesentliche Fragestellungen hinsichtlich des Energiehaushalts von Gebäuden zu beantworten, was aber fast allen diesen Werkzeugen gleich ist, ist der Mangel an Interoperabilität. Eingabedaten müssen oftmals mühsam händisch zusammengesucht, verifiziert und eingegeben werden, obwohl ein Großteil dieser Daten zur (größtenteils) freien Verfügbarkeit im World Wide Web zu finden ist. Technische Daten von Bauprodukten, Förderrichtlinien und Gesetzestexte zum Bauen sindnur drei Beispiele davon. Das SEMERGY Projekt verfolgte zwei grundsätzliche Ziele: Zum einen war es dezidiertes Ziel, eine flexible und leicht adaptierbare web-basierte Softwareumgebung zu schaffen, an der verschiedene Berechnungs- und Simulationswerkzeuge (z.B. normative Berechnungen des Heizwärmebedarfs, detaillierte numerische Simulation, Bewertung des ökologischen Fußabdrucks, Bau- bzw. Sanierungskosten, u.a.) andocken können und so mit den erforderlichen Eingabedaten zentral versorgt werden können. Zum anderen war eine einfache und rasche, web-basierte Datenakquise der erforderlichen Eingabedaten, sowie eine effiziente und skalierbare Verwaltung dieser Daten in einem Gebäudedatenmodell zum Einsatz in den genannten Werkzeugen eine weitere Zielsetzung.
Nach dem Projektstart 2011 wurde von einem vielköpfigen Team akribisch an verschiedenen Aspekten des Projektes gearbeitet, und in wöchentlichen Arbeitsmeetings sichergestellt, dass Kompatibilität zwischen Einzelentwicklungen gewährleistet bleibt, und die generellen Zielsetzungen nicht aus den Augen verloren werden (was in Anbetracht der Komplexität des Themas durchaus als"Threat"bezeichnet werden kann). Zwei Aspekte seien hier kurz angeschnitten: Eine wesentliche Fragestellung war, ob existierende, gegenwärtige Datenmodelle (aus den Entwicklungen des Building Information Modellings) flexibel genug für die Datenmodellierung und -verwaltung sind. Um diese Frage zu beantworten, wurden existierende Datenmodelle untersucht, sowie eine Reihe von Evaluierungswerkzeugen einem Reverse-Engineering Prozess unterzogen, so dass ein Anforderungsdokument an das Datenmodell entwickelt werden konnte. Es zeigte sich, dass existierende Gebäudemodelle wie IFC und gbXML grundsätzlich in der Lage wären, diese Daten zu verwalten, jedoch durch ihre sehr breite Aufstellung Probleme hinsichtlich zielgerichteter und effizienter Verarbeitung zu erwarten wären. Daher wurde ein hybrider Ansatz verfolgt: Aus einer Vorentwicklung aus den 1990er Jahren (SEMPER [4]) wurde ein bottom-up-maßgeschneidertes Datenmodell generiert, welches auf der einen Seite für die Zwecke SEMERGYs optimiert war, aber auf der anderenSeite eine prinzipielle Kompatibilität zu den genannten BIM-Formaten aufweist. Eine wesentlicher, anderer Aspekt war die Verwaltung und Acquise von bestehenden Daten aus dem Web. Während es in einzelnen Domänen Sammlungen von Daten gibt [5][6][7], sind die notwendigen Daten in anderen Bereichen sehr unstrukturiert und problematisch hinsichtlich Maschinenverarbeitung (z.B. die unterschiedlichen Fördermodelle in unterschiedlichen Bundesländern für die thermische Sanierung).
Andere Aspekte die behandelt wurden beinhalteten das Graphical User Interface, Mathematische Optimierung für Designalternativen, Erschließen von weiteren Evaluierungsdomänen und einige weitere.
Nach zweieinhalb Jahren wurde durch den Fördergeber eine Zwischenevaluierung mit internationalen Juroren durchgeführt und ein weiteres Jahr Entwicklung bewilligt. Am Ende des Projektes entstand ein flexibles und einfach zu bedienendes Webenvironment, in dem - im Moment - Sanierungen und Neubauten mit sehr geringem Aufwand hinsichtlich Heizwärmebedarf und Endenergiebedarf, ökologischem Fußabdruck und Investitionskosten bewertet werden können. Dies kann beispielsweise für"Early-Design"-Evaluation oder auch zur Energieberatung mit der Bauherrenschaft eingesetzt werden. SEMERGY wird laufend weiterentwickelt und wird heute auch im Zuge der akademischen Lehre und Forschung verwendet bzw. weiterentwickelt. Es entstanden im Laufe des Projektes eine Dissertation, mehrere Diplomarbeiten, sowie zahlreiche"peer-reviewed"Konferenz- und Journalpapiere. Von vorneherein war immer eine Verwertung im Sinne einer Produktenwicklung angedacht, welche unter www.semergy.net [8] getestet werden kann. Die beteiligten TU-Institute profitierten sehr vom gegenseitigen Austausch und haben auch den Beweis angetreten, dass Kooperationen zwischen Informatikern und Bauwissenschaftlern reiche Früchte tragen können.

Acknowledgement: SEMERGY war ein im Rahmen des Research Studio Austria durch die FFG gefördertes Projekt (2011-2015, Projektnummer: 832012). Neben den Autoren haben A. Anjomshoaa, K. Hammerberg, I.Merz, T. Neubauer, F- Shayeganfar, C. Sustr, M. Taheri, A.M. Tjoa, D. Wolosiuk und A. Wurm im Projekt mitgewirkt.

Referenzen bzw. Further Reading:
[1] DENA (2013). Christina Rocker: Transparenz in Datenbanken: Beispiel Energieeffizienz-Expertenliste für Föderprogramme des Bundes. Berlin, 14. Novermber 2013 Zukunft haus - Energie sparen - Wert gewinnen. available via: http://www.energieeffizienz-online.info/fileadmin/edl-richtlinie/Downloads/Veranstaltungen_2013/5_EDL_Transparenz_rock.pdf (last accessed July 2014)
[2] A. Mahdavi, G. Suter, S. Häusler, S. Kernstock:
"Eine Untersuchung der Akquisition und Verarbeitung von Bauproduktinformation";
Österreichische Ingenieur- und Architekten-Zeitschrift (ÖIAZ), 149 (2004), 2-3; S. 68 - 73.
[3] Projekt BAU_Web, Arbeitspaket 2 (FFG - Projekt: 848583)
[4] A. Mahdavi, R. Brahme, S. Kumar, G. Liu, P. Mathew, R. Ries, N. Wong:
"On the Structure and Elements of SEMPER";
Vortrag: ACADIA-conference (Association of CAD in Architecture), Tucson, Arizona; 31.10.1996 - 03.11.1996; in:"Proceedings of the 1996 ACADIA Conference", Design Computation, Collaboration, Reasoning, Pedagogy, (1996), S. 71 - 84.
[5] www.dataholz.at
[6] www.baubook.info
[7] http://www.masea-ensan.de/
[8] www.semergy.net