EarlyBIM: VEAV | Visuelle Exploration zur Beurteilung von Entwurfsvarianten

Hintergrund

In frühen Entwurfsphasen werden Planungsentscheidungen mit maßgeblichem Einfluss auf die spätere Performance des geplanten Gebäudes getroffen. Besondere Bedeutung kommt hierbei der Vorentwurfs- und Entwurfsplanung zu. Dieser hochkomplexe und iterative Entwicklungsprozess wird heutzutage nur eingeschränkt durch geeignete computerbasierte Methoden unterstützt. Insbesondere die Problematik des Zusammenspiels von frühen Gebäudeentwürfen des Architekten mit den sehr detaillierten Simulationsverfahren der Ingenieure ist bislang nicht systematisch gelöst.

Die durchgängige Verwendung digitaler Gebäudemodelle für den Entwurf, die Ausführung und den Betrieb von Gebäuden wird als Building Information Modeling (BIM) bezeichnet und ist ein hochaktueller Trend im Bauwesen, der weltweit zu einer massiven Veränderung der Arbeitsabläufe geführt hat bzw. noch führt. Besonderes Potenzial besitzt diese neue Vorgehensweise in Hinblick auf die direkte Wiederverwendbarkeit von Daten für unterschiedlichste Analyse- und Simulationsaufgaben, wie beispielsweise für baustatische Analysen oder Wärmebedarfsberechnungen. Heutzutage wird bei der Verwendung dieser Werkzeuge von einem weitgehend abgeschlossenen und sehr detaillierten Gebäudeentwurf ausgegangen. Der eigentliche Entwurfsprozess und die damit gekoppelte Entstehungs-geschichte des Gebäudemodells einschließlich der Bewertung von Varianten mithilfe von Simulationsverfahren werden nur unzureichend unterstützt. Der primäre Grund liegt in der mangelnden Fähigkeit derzeit verfügbarer Simulationsverfahren, mit teilweise unscharfen und unvollständigen Eingangsinformationen sowie verschiedenen Detaillierungen umzugehen.

Im Mittelpunkt der Forschergruppe steht daher die Entwicklung von Methoden zur Bewertung von alternativen Gebäudeentwürfen in frühen Entwurfsphasen auf Basis von Simulations- und Analysewerkzeugen. Die Entwurfsvarianten können dabei unterschiedliche Detaillierungsstufen umfassen sowie teilweise unvollständige und unscharfe Beschreibungen enthalten. Hierzu werden neuartige Methoden und Modelle zur (1) Beherrschung unterschiedlicher Detaillierungsgrade, (2) zur Beschreibung von unvollständigen und unscharfen Gebäudeentwürfen, (3) für das konsistente Management von Entwurfsvarianten (4), zur transparenten und effizienten Entscheidungsunterstützung und (5) zum Aufbau und zur Integration von adaptiven Prognosemodellen entwickelt.

Angesichts der gesellschaftlichen Herausforderungen und der damit verbundenen Anforderungen an Gebäude in Hinblick auf Energieeffizienz und Nachhaltigkeit und unter Berück-sichtigung der jüngsten Entwicklungen im Bauwesen auf dem Gebiet der modellgestützten Planung ist dieses Vorhaben von höchster Relevanz und Aktualität. Hierzu müssen Experten auf den Gebieten des Architekturentwurfs, digitaler Gebäudemodelle, der Tragwerksplanung, sowie des energieeffizienten Planens und Bauens interdisziplinär zusammenarbeiten.

Ziel

Kommunikations- und Workflow-Management spielen eine wichtige Rolle bei den Bemühungen zur Verbesserung der Gebäudeplanung. Unsere Lösung basiert auf der Verwendung einer gemeinsamen Datenumgebung (CDE), wobei wir uns darauf konzentrieren, das Kommunikationsprotokoll so gering wie möglich zu halten und das Hin- und Hersenden von tatsächlichen digitalen BIM-Dateien zu vermeiden.

Ziel ist die Entwicklung eines nützlichen Kommunikationswerkzeugs, das die Lücke zwischen dem kreativen Entwurfsprozess des Architekten und den leistungsstarken Simulationswerkzeugen des Beraters in der frühen Entwurfsphase schließt. Visualisierung und Kommunikation gehen Hand in Hand, um eine effektive Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Akteuren zu gewährleisten. Visualisierung ist ein wesentlicher Bestandteil sowohl von Kommunikation als auch Erforschung.

Dieses Tool unterstützt Architekten bei der Entscheidungsfindung in frühen Entwurfsphasen durch visuelle Erkundung und Variantenvergleich. Die stark unterschiedliche Ausbildung und die daraus redultierenden Unterschiede in Denkprozessen und Fachsprache verursachen häufig Missverständnisse und Unklarheiten, daher gehören leicht verständliche Visualisierungen und die interaktive Erforschung von Konstruktionsmodellen und Simulationsergebnissen zu den angestrebten Funktionen dieses Tools. 

Mögliche Themen und Aufgaben könnten sein:

• Implementierung eines Ticketing-Systems zur Verwaltung von Anfragen für Analysen.
   
• Extraktion und Speicherung von Kommunikationsverläufen sowie der Änderungen und Ergänzungen von Designvarianten auf einem bereits entwickelten relationalen Server.
   
• Entwicklung eines anpassbaren und leicht verständlichen Dashboards zur Beurteilung und Bewertung verschiedener Designvarianten.

Beispielhafte Gliederung einer Arbeit

1. Verschaffen Sie sich eine Übersicht über vorhandene und potentielle (Forschung) Anwendungen/Ansätze im Kontext Ihres gewählten Themenfeldes/Aufgabenstellung. (Literatur Recherche und Case Studies)
    
2. Aus der Recherche abgeleitet, erstellen Sie eine Analyse in der Sie die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Ansätze gegenüberstellen und mögliche Defizite herausarbeiten. Auf dieser Grundlage entwerfen Sie ein Konzept sowie einen passenden Versuchsaufbau/ eine Studie.
    
3. Sie entwickeln einen Funktionsprototyp im architektonischen Kontext zugeschnitten auf Ihren Versuchsaufbau.
    
4. Sie führen Ihre Studie mit den von Ihnen gewählten Methoden (z.B. User-Tests) durch und werten Ihre Ergebnisse aus.
    
5. Bewerten Sie den Prototyp, die Vor- und Nachteile Ihres Ansatzes. Sie diskutieren Ihre Ergebnisse kritisch und stellen Ihre Erkenntnisse heraus. 

Voraussetzungen

• Interesse an Kommunikations- und Workflow-Management und den damit verbundenen Herausforderungen
• Erfahrung mit Benutzerinteraktionskonzepten und Bewertungsmethoden
• Grundlagen in der Implementierung von RESTfull APIs und :NET Core können von Vorteil sein.

Interesse?

Ata Zahedi M.Sc. (TUM)
E-Mail: ata.zahedi@tum.de
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