Digitale Zwillinge und ihre Vorteile für die Bauindustrie

César Flores Rodríguez, Chief Division Officer Planning & Design Division, Operate & Manage Division und Digital Twin Business Unit bei der Nemetschek Group beleuchtet was die AEC/O-Industrie von anderen Branchen lernen kann und wie sie die die Einführung von digitalen Zwillingen beschleunigen kann.

Digitale Zwillinge haben in den letzten Jahren einen bedeutenden Wandel durchgemacht und sich von einem einfachen Konzept zu zunehmend fortschrittlichen und wichtigen Systemen entwickelt. Bereits heute werden sie in vielen Branchen breitgefächert angewendet, darunter in der Fertigung, Luft- und Raumfahrt, im Gesundheitswesen und der Energiewirtschaft. Die Integration physischer und digitaler Prozesse schafft dabei neue, zusätzliche Mehrwerte in den verschiedenen Industrien. Ein digitaler Zwilling ist im Grunde die digitale Nachbildung eines physischen Objekts. Entscheidend dabei ist, dass diese virtuelle Nachbildung, d.h. der Digitale Zwilling, kontinuierlich mit Echtzeitinformationen des realen Objekts gefüttert wird und damit dessen aktuellen Zustand widerspiegelt.

In vielen Branchen bringt der Einsatz von digitalen Zwillingen erhebliche Vorteile: In der Fertigung unterstützen digitale Zwillinge beispielsweise das virtuelle Prototyping, optimieren die Produktionsprozesse und ermöglichen die Ferndiagnose von Produkten. Im Gesundheitswesen können Simulationen für komplexe Operationen durchgeführt werden, ebenso wie die minimalinvasive Diagnostik. In der Luft- und Raumfahrt können digitale Zwillinge die Sicherheit durch vorausschauende Analysen und die Optimierung von Design und Technik erhöhen. Und im Energiesektor können Stromnetze mithilfe digitaler Zwillinge nachgebildet und Offshore-Anlagen aus der Ferne betrieben werden. Auch die Logistik-, Landwirtschafts- und Einzelhandelsbranche profitiert bereits von der Nutzung digitaler Zwillinge.

Der Status Quo der Baubranche

Unsere Branche braucht eine digitale Transformation, so viel ist sicher. Ziel muss es sein, effizientere, nachhaltigere und nutzerfreundlichere Gebäude zu schaffen, die sich an veränderte Bedürfnisse und Umgebungen anpassen können. Dass wird dazu beitragen, die Produktivität zu steigern, Abfall zu reduzieren und die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Teams und Abteilungen zu verbessern. Durch die Echtzeit-Überwachung physischer Anlagen kann eine vorausschauende Wartung durchgeführt werden. Zudem wird das Fehlerrisiko verringert. Darüber hinaus können die von digitalen Zwillingen gesammelten Daten für eine bessere, d. h. datengetriebene Entscheidungsfindung zur Verbesserung der Gebäudeeffizienz genutzt werden.

Warum aber hinkt die Baubranche bei der Einführung des digitalen Zwillings hinterher? Die offensichtlichste Antwort ist die oftmals unzureichende Art, wie Informationen zu einem Bauprojekt vorliegen. Bau- und Gebäudemanagementunternehmen müssen sich zudem mit unvorhersehbaren Variablen auseinandersetzen, die sich nur schwer optimieren lassen: die Einzigartigkeit jedes Bauprojekts und die Präferenzen der Gebäudenutzer. Da der Mehrwert digitaler Zwillinge in der AEC/O-Branche bis vor kurzem noch nicht offensichtlich war, zögerten die Unternehmensleiter zudem, Zeit und Kapital in die Einführung zu investieren.

Mit der zunehmenden Verfügbarkeit von Echtzeit-Konnektivität und Automatisierungstools haben sich digitale Zwillinge jedoch von statischen Darstellungen zu „intelligenten“ Repliken entwickelt. Ein statischer Zwilling – z. B. ein BIM-Modell – fungiert bereits als zentraler Datenspeicher und bietet eine leicht zugängliche, zentrale Datenquelle für die Informationen eines Gebäudes. Dies verbessert die Produktivität, da es die bisher in Silos vorliegenden Informationen zusammenführt und die Integration von Anlagen in verschiedene Systeme bildet. Wenn dieser Zwilling durch Echtzeit-Konnektivität – einen intelligenten Zwilling – ergänzt wird, entsteht ein umfassendes Gebäudemanagementsystem, das eine schnellere Reaktion auf Probleme und verbesserte Datenanalysefunktionen ermöglicht. Wartungsarbeiten werden beschleunigt und das Gebäudemanagement lässt sich leichter vorhersagen und optimieren.

Das ultimative Ziel ist die Entwicklung eines „autonomen Zwillings“. Das Konzept eines autonomen Zwillings würde die Schaffung vollständig bidirektionaler Systeme ermöglichen, die es den Gebäuden gestatten, die Funktion verschiedener Elemente wie Kontrolle der Heizung und Lüftung und weiterer Umweltfaktoren, Aufzugsbewegungen und den Zugang zu bestimmten Bereichen automatisch zu steuern und anzupassen. Auch wenn dies ein langfristiges Ziel ist, so ist es doch ein realistisches Szenario. In der Zwischenzeit können die Verantwortlichen den Wert der einzelnen Lösungen des digitalen Zwillings optimieren, indem sie diese in einen umfassenden Prozess integrieren. Bei der Nemetschek Group nennen wir dies Building Lifecycle Intelligence (BLI). BLI bezieht sich auf die Integration von Daten über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks, welche dann in einer einzigen, zuverlässigen Informationsquelle allen zugänglich ist.

Dieser Ansatz ermöglicht es allen an einem Projekt beteiligten Parteien, sofortigen Zugang zu den benötigten Informationen zu erhalten, unabhängig vom aktuellen Stadium des Projekts im gesamten Lebenszyklus. BLI optimiert nicht nur kurzfristig die Prozesse, sondern bietet auch mehrere langfristige Vorteile. So können beispielsweise die aus den gesammelten Daten gewonnenen Erkenntnisse in künftige Designentscheidungen einfließen. Wenn zum Beispiel ein Zusammenhang zwischen der Produktivität der Mitarbeitenden und der Sonneneinstrahlung festgestellt wird, können diese Informationen als Grundlage für künftige Renovierungen oder die Gestaltung neuer Arbeitsplätze dienen. Darüber hinaus ermöglicht das BLI-Modell Kostenvergleiche für bestimmte Gestaltungsentscheidungen. Durch die Gegenüberstellung von Kosten und Ergebnissen können Entwickler neue Strategien zur Verbesserung der Gebäudeeffizienz und zur Senkung der mit bestimmten Phasen des Gebäudelebenszyklus verbundenen Kosten ermitteln.

Die Bauindustrie mag bei der Einführung digitaler Zwillinge hinterherhinken, kann aber dadurch die Lehren aus anderen Branchen nutzen. Das Ergebnis sind schnelle und umfassende Vorteile für den gesamten Lebenszyklus von Gebäuden und Bauwerken.