Zuzug in Städte erfordert innovative computergestützte Verfahren für Bau und Sanierung

Durch den anhaltenden massiven Zuzug von Menschen in die Städte werden Gebäude höher und dichter aneinander gebaut sowie Gewerbe- und Wohnflächen unter bestimmten Voraussetzungen stärker vermischt. Um hierfür komplexe Wohnungsbau- und Sanierungsmaßnahmen in Städten künftig schnell und hocheffizient planen und ausführen zu können, arbeitete die Forschergruppe „Digital Engineering für Planungs- und Revitalisierungsprozesse von Stadtquartieren“ an innovativen computergestützten Verfahren und Methoden. Mit diesen sollen Daten von Bauwerken, Quartieren und Geländen digitalisiert sowie automatisiert erfasst, verarbeitet, gespeichert, visualisiert und validiert werden. Die entwickelten Ansätze dienen dazu, Planungsgrundlagen konsistent zu erheben, den Zustand von Bauwerken und Auswirkungen von Baumaßnahmen zu bewerten. Die Forschergruppe unter der Leitung der Bauhaus-Universität Weimar setzte dabei auf Technologien verschiedener Fachgebiete. So wurden unter anderem Geometrie- und Thermografiedaten von Bestandsbauten drohnengestützt erfasst und dabei innovative Verfahren der automatischen Bildanalyse angewandt, um Bauwerkschäden zu erkennen und dreidimensionale Gebäude-, Quartier- und Geländemodelle, Kartierungen identifizierter Schäden sowie energetische Auswertungen zu generieren.

Arbeit des IMMS an drahtlosen Sensornetzwerken zum Monitoring bauphysikalischer Messgrößen

Das IMMS brachte sein Know-how im Bereich drahtloser Sensornetze ein, um in und an Gebäuden oder in Stadtquartieren flächendeckend bauphysikalische Messgrößen zu erfassen und langfristig zu überwachen, wie z.B. Oberflächentemperaturen, Wärmeströme und Windanströmungen. Damit können Gebäude oder auch Bauwerkklassen beurteilt sowie bauliche Maßnahmen simuliert und deren Auswirkungen wie z.B. auf das Gebäudeklima oder die Energieeffizienz abgeschätzt werden. Für das Monitoring mit drahtloser Multisensorik stellten verschiedene Gebäude- und Geländestrukturen sowie Ausdehnungen besondere Herausforderungen an die Netzwerkarchitektur dar.

Das IMMS hat unter anderem untersucht, inwieweit sich herkömmliche und meist teure bauphysikalische Messtechnik, mit der üblicherweise eine Fachkraft nur punktuell und über begrenzte Zeiträume Messdaten aufzeichnen kann, durch vermaschte Netzwerke ergänzen lässt. Diese bestehen aus preiswerten, selbstvernetzenden Sensorknoten, die kompakt und batteriebetrieben sind und sich daher ohne infrastrukturelle Abhängigkeiten theoretisch an beliebigen Stellen aus- und anbringen lassen. Dank ihrer Kommunikation „von Fassade zu Fassade“ kann ein ganzer Gebäudekomplex erfasst und so ein Schritt zur Überwachung ganzer Quartiere getan werden. Durch viele verteilte Messpunkte und langfristiges Monitoring wird auch eine umfangreiche Datenbasis für wissenschaftliche Untersuchungen zur Verfügung gestellt, um beispielsweise interessante Gebäudeteile zu identifizieren und mit weiterer Messtechnik näher zu betrachten.

Das IMMS hat Sensornetzwerke an Gebäuden getestet, preiswert herstellbare, wetterfeste und infrastrukturunabhängige Hardware-Lösungen sowie Software-Lösungen erarbeitet. Die erhobenen Messdaten wurden bereits für thermisch-energetische Gebäudesimulationen innerhalb der Bauphysik und für mehrere Drohnenbefliegungen mit Thermografieaufnahmen genutzt sowie mit Metadaten in Bauwerkdatenmodellierungen (BIM) integriert. Eigenschaften von Gebäuden bzw. der Bausubstanz können somit überwacht und verschiedene Bau- und Sanierungsmaßnahmen besser gegeneinander abgewogen und geplant werden. So lässt sich z.B. langfristig die effektive Wärmeleitung von innen nach außen und umgekehrt erfassen, um damit modellbasiert Entscheidungen treffen zu können, wie z.B. lediglich Heizregimes zu ändern oder Fassadendämmungen ganzer Straßenzüge vorzunehmen. Darüber hinaus stehen für künftige Forschungsvorhaben 30 Sensorknoten mit Temperatursensor, vier Basisknoten für die Anbindung an Gateways, implementierte Software und Konfigurationen für Gateway- und Serversysteme zur Verfügung.