Digitaler Zwilling im Bau: präzise Planung & effiziente Betriebsführung

Unternehmen im Bauwesen machen sich längst virtuelle Spiegelbilder von Bauprojekten zunutze. Das bedeutet: Ein sogenannter digitaler Zwilling zeigt in Echtzeit den Zustand des Bauwerks und hilft, es besser zu planen, zu bauen und zu betreiben. Ein solcher digitaler Zwilling ermöglicht es Architekten und Ingenieuren beispielsweise, schon in der Entwurfsphase zu sehen, wie ein Gebäude funktioniert.

So lassen sich Schwachstellen simulieren und Korrekturen vornehmen, bevor der erste Stein gelegt wird. Im digitalen Raum entstehen auf diese Weise etwa „Smart Buildings“, die durch vernetzte Sensoren ihren Energieverbrauch selbst optimieren und Reparaturen melden, bevor etwas kaputtgeht. Wie der digitale Zwilling funktioniert, wo er Anwendung findet und welche Vorteile er bietet, erfahren Sie in diesem Blogartikel. 

Definition: Was ist ein digitaler Zwilling im Bauwesen? 

Ein digitaler Zwilling im Bauwesen ist eine digitale Nachbildung eines physischen Bauwerks – etwa eines grossen Wohngebäudes – die dessen Struktur, Eigenschaften und Funktionsweise virtuell abbildet. Ein solcher digitaler Zwilling (Gebäudezwilling) basiert häufig auf Daten aus der BIM-Methode (Building Information Modeling). Diese verbindet statische Planungsdaten mit dynamischen Informationen aus dem Betrieb. Sie dient als zentrale Informationsquelle zur Optimierung von Prozessen wie Planung, Bau, Betrieb und Wartung. Ein digitaler Zwilling kann also physische Zustände, Services und Veränderungen eines Bauwerks in Echtzeit simulieren, überwachen und analysieren. 

Die fünf Schichten des digitalen Zwillings 

Ein digitaler Zwilling im Bau umfasst typischerweise fünf Schichten. Diese fünf Schichten arbeiten zusammen, damit aus physisch erfassten Daten digitale Mehrwerte generiert werden, die im Bauwesen und darüber hinaus vielseitig nutzbar sind. Der digitale Zwilling im Bau besteht in der Regel aus folgenden Schichten: 

Sensing Layer 

Die Sensing Layer sammelt Rohdaten aus der physischen Umgebung. Das geschieht durch Sensoren, Drohnen oder IoT-Geräte. Ein digitaler Gebäudezwilling kann so Daten zu Temperatur, Luftqualität oder strukturellen Belastungen erfassen. 

Communication Layer 

Die erfassten Daten überträgt die Communication Layer sicher und zuverlässig auf eine digitale Plattform. In einem digitalen Zwilling im Bau sorgt diese Schicht für die Echtzeitkommunikation zwischen der physischen Welt und der digitalen Repräsentation. 

Storage Layer 

Um die gesammelten Daten skalierbar und sicher zumeist in der Cloud-Systemen zu speichern, dient die Storage Layer. Diese Schicht ermöglicht die zentrale Verwaltung umfangreicher Bauwerksdaten, die von BIM-Modellen und Sensoren stammen. 

Analytics Layer 

Die Analytics Layer verarbeitet und analysiert die gesammelten Daten und liefert so wertvolle Einblicke und Vorhersagen. Für einen Digital Building Twin kann dies die Optimierung von Energieverbrauch, Wartungszyklen oder Nutzungsstrukturen beinhalten. 

Visualisation Layer 

Schliesslich stellt die Visualisation Layer die analysierten Daten in intuitiven visuellen Formaten wie 3D-Modellen, Dashboards oder Simulationen dar. Diese Schicht unterstützt Architekten, Ingenieure und Betreiber bei der Entscheidungsfindung durch klare visuelle Darstellungen der Gebäudedaten. 

Ein digitaler Zwilling im Bau entsteht durch die BIM-Technologie

Einführung in die Technologien des digitalen Zwillings 

Damit ein digitaler Zwilling im Bauwesen alle erforderlichen Daten erheben kann, sind verschiedene Technologien, darunter BIM, IoT, KI, GIS und VR, notwendig, die in einem komplexen System zusammenspielen und ein vollständiges Bild ergeben:  

• Internet der Dinge (IoT): IoT verknüpft physische Geräte, Sensoren und Aktuatoren miteinander. So kann ein digitaler Zwilling für das Gebäude, das er repräsentiert, nahtlos sämtliche Daten erfassen und mit ihm kommunizieren. 

• Building Information Modeling (BIM): BIM-Software ist ein zentrales Tool für die Erstellung und Verwaltung digitaler Gebäudezwillinge, die umfassende Informationen über den physischen und funktionalen Zustand eines Bauwerks bietet. 

• Cloud-Computing: Cloud-Computing stellt skalierbare Rechen- und Speicherressourcen bereit, um grosse Datenmengen eines digitalen Gebäudezwillings effizient zu verarbeiten, zu speichern und bereitzustellen. 

• Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen: KI und maschinelles Lernen analysieren und interpretieren Daten des digitalen Zwillings, um intelligente Services wie Vorhersagen und Optimierungen im Bauwesen bereitzustellen. 

• Sensoren und Aktuatoren: Sensoren sammeln Echtzeitdaten aus physischen Gebäuden, und Aktuatoren ermöglichen Eingriffe, wodurch ein digitaler Zwilling stets aktuell bleibt und interaktiv genutzt werden kann. 

• Geoinformationssysteme (GIS): GIS ergänzt digitale Gebäudezwillinge durch präzise geografische Kontextdaten, um Standortanalysen und Umweltinteraktionen darzustellen. 

• 3D-Druck und Virtual Reality (VR): 3D-Druck und Virtual Reality (VR) unterstützen digitale Zwillinge im Bauwesen durch physische Modellrealisierung und immersive Visualisierung zur verbesserten Planung und Entscheidungsfindung. 

Anwendungsgebiete: digitaler Zwilling im Bauwesen 

Ein digitaler Zwilling im Bauwesen als virtuelles Abbild eines physischen Bauwerks wird auf Basis von Daten aus dem Building Information Modeling (BIM) erstellt. Ein digitaler Gebäudezwilling ist dabei vielseitig anwendbar. So ermöglicht er etwa in der Planung und im Design die Erstellung detaillierter 3D-Modelle und Simulationen, damit Bauvorhaben präzise visualisiert und potenzielle Probleme vorab erkannt werden können.  

Building Digital Twin bietet Einblicke in Nutzung und Zustand 

Während der Bauphase dient der digitale Zwilling der Überwachung des Fortschritts in Echtzeit, dem Risikomanagement und der Fehlervermeidung. Im Bereich Betrieb und Facility-Management unterstützt der Building Digital Twin die Wartung und Optimierung des Betriebs von Gebäuden, indem er wertvolle Einblicke in die Nutzung und den Zustand der physischen Struktur liefert. Ein digitaler Gebäudezwilling gestaltet Bauprozesse effizienter, reduziert Kosten und steigert die Servicequalität. 

Vorteile des digitalen Zwillings für Bauunternehmen 

• Effizienzsteigerung: Der digitale Zwilling im Bauwesen ermöglicht eine präzise Planung und schnelle Anpassungen, wodurch die Effizienz bei der Planung, Ausführung und Wartung von Gebäuden gesteigert wird. 

• Kostenersparnis: Durch den digitalen Zwilling von Bauprojekten können Bauunternehmen Fehler frühzeitig erkennen und vermeiden, was zu einer signifikanten Kostenreduktion führt. 

• Nachhaltigkeit: Der digitale Zwilling eines Gebäudes ermöglicht eine optimierte Nutzung von Ressourcen und Energie, was zur Reduzierung des ökologischen Fussabdrucks beiträgt. 

• Zusammenarbeit und Kommunikation: Der digitale Zwilling im Bauwesen fördert die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Projektbeteiligten, da alle auf dieselben digitalen Modelle zugreifen und Informationen in Echtzeit austauschen können. 

Digitaler Zwilling im Bau: Herausforderungen 

Neben den genannten zahlreichen Vorteilen, die der digitale Zwilling im Bauwesen bietet, gibt es verschiedene Herausforderungen, die bei seiner erfolgreichen Umsetzung beachtet werden müssen. Dazu gehören insbesondere diese Aspekte: 

• Integration heterogener Technologien: Es ist eine Herausforderung, verschiedene Technologien und Datenformate zu kombinieren, um ein präzises digitales Abbild zu erstellen. 

• Datenqualität und -aktualität: Um genaue Simulationen zu gewährleisten, müssen Daten während des gesamten Lebenszyklus eines Projekts kontinuierlich gepflegt und aktualisiert werden. 

• Komplexität der Implementierung: Die Implementierung eines digitalen Zwillings erfordert umfangreiche Planung und Koordination, um die verschiedenen Technologien miteinander zu verbinden. 

Wie kann SORBA beim digitalen Zwilling unterstützen? 

Die Bau-Gesamtlösung von SORBA ist eine umfassende Softwarelösung für die Bauadministration, die unter anderem Projektmanagement, Dokumentation und Abrechnung umfasst. Mit SORBA wird die modellbasierte Ausschreibung dank Building Information Modeling (BIM) zum Standard. Durch die Nutzung von 3D-Modellen und digitalen Zwillingen lassen sich Mengen automatisch ermitteln, Kalkulationen präziser durchführen und Ausschreibungen direkt aus dem Modell erstellen. Dies sorgt für eine effiziente Bauplanung, verbesserte Kostenkontrolle und eine optimale Ressourcensteuerung. 

Digitaler Zwilling im Bauwesen reduziert Kosten 

Ein digitaler Zwilling im Bauwesen ist ein virtuelles Abbild eines physischen Bauwerks, das auf Daten aus BIM basiert. Er ermöglicht eine präzise Planung, Simulation von Funktionen und das frühzeitige Erkennen von Schwachstellen. Während der Bau- und Betriebsphase verbessert er die Effizienz, optimiert den Ressourceneinsatz und unterstützt die Wartung durch kontinuierliche Echtzeitüberwachung. Diese Technologie reduziert Kosten, fördert nachhaltige Praktiken und verbessert die Zusammenarbeit der Projektbeteiligten.