Datenmanagementoptimierung

Im Leitfaden: 4.3.2 Optimierungskonzepte

Übergeordnete Seite: Optimierungsverfahren und -dienste

Beschreibung

Hintergrund für Entwicklung eines Optimierungsansatzes für das Datenmanagement ist der Nutzen einer durchgehenden konsistenten Nutzung von Infrastrukturbauwerksinformationen über den gesamten Bauwerkslebenszyklus. Dabei wurde den Fragestellungen, 'Wie lassen sich 3D-Infastrukturmodelle auf Basis der Bestandsdaten generieren‘ und 'Wie können die Vorteile von BIM-Modellen und den damit verknüpften Diensten (Bspw. Massen- und Mengenermittlung, Nachhaltigkeitsbewertung (BIM-LCA-Integration), Modellprüfungen) im Ressourcenplan (Netzebene, GIS) genutzt werden‘ nachgegangen. Abschließend bedeutet ein optimiertes BIM-basiertes Datenmanagement die Integration unterschiedlicher Systeme durch Weitergabe hochwertiger digitaler Informationen sicherzustellen. Dabei können weiterhin 2.5D-Repräsentationen verwendet und, wo notwendig, in eine 3D-Repräsentationen überführt werden bzw. komplexe oder weiterreichende mit dem 3D-Modell verknüpfte Informationen im 2/2.5D Kontext (z.B. einer GIS-Anwendung) genutzt werden (siehe nachfolgende Abbildung). Der Hintergrund hierzu ist, dass einzelne Software in der Regel nicht in der Lage ist, die gesamte Palette an Funktionen bereitzustellen. Daher gewinnt der Aufbau einer sogenannten digitalen Kette, bei der verschiedene Anwendungen nahtlos miteinander verbunden werden und ein verlustfreier Informationsaustausch gewährleistet wird, an entscheidender Bedeutung.

Integration unterschiedlicher Systeme (GIS2BIM und umgekehrt) durch bidirektionale Weitergabe hochwertiger digitaler Informationen

Technische Umsetzung

In diesem und im RekoTi Kontext zeigt die nachfolgende Abbildung wie Infrastrukturobjektebene und -netzebene zusammenhängen. Zudem zeigt die Grafik, dass sowohl GIS- als auch BIM-Modelle vorteilhaft für bestimmte Ressourcen-relevante Anwendungsfälle sind. Durch die Verknüpfung von räumlichen Informationen (GIS) und Objektinformationen (BIM) können unterschiedliche Infrastrukturbauwerkaspekte, die im für den Ressourcenplan von Relevanz sind (Massenberechnung, Stoffströme, Maßnahmenvergleiche, Nachhaltigkeit) tangiert und zu verschiedenen Lebenszyklusphasen (Planung, Bau, Betrieb, Sanierung) abgerufen werden. Wichtig hierbei sind die korrekte und gewissenhafte Definition von IDM und die Bereitstellung von Schnittstellen. Diese und die identifizierten Anwendungsfälle von GIS- und BIM-Ebene bzw. Netz- und Objektebene sind in der nachfolgenden Abbildung dargestellt. Die Umsetzbarkeit dieses BIM-GIS-Verknüpfungsansatzes konnte bereits geprüft werden. Dabei wurden aufbauend auf den 2D-GIS- sowie weiteren Bestandsdaten auf der Objektebene (Straßenzug, Kanalnetzwerk und Brücke, siehe BIM Modellierung) 3D-BIM-Modelle mit Hilfe von BIM-Autorenwerkzeugen (Autodesk Revit und Civil3D) modelliert und im herstellerneutralen IFC-Dateiformat exportiert. Diese können in die von der RUB entwickelten ICDD-Plattform importiert und für Modell- bzw. Objekt-basierte Anwendungsfälle genutzt werden. Bei der ICDD-Plattform handelt es sich um eine Anwendung zum Container-basierten Verwalten und Managen von heterogenen Bauwerksdaten. Durch sogenannte Linksets können Daten verschiedenster Formate (Bauwerksmodelldaten, Umweltproduktdeklarationen, Bewertungsverfahren etc.) miteinander semantisch verknüpft werden und relevante Informationen mit Hilfe von SPARQL (Abfragesprache) abgerufen werden. Dabei werden die IFC-Modelle anhand von ifcOWL zunächst in ein semantisches, abfragbares Informationsmodell (RDF-Graphen) überführt. Das Ergebnis ist ein Netzwerk von verknüpften Bauwerksdaten, das substanzielle Möglichkeiten für Datenmanagement und -austausch bietet. Die Modell-basiert berechnete  Masse einer Verkehrsfläche mit Hilfe von SPARQL kann beispielsweise anschließend im maschinenlesbaren JSON-Format exportiert werden und mit dem entsprechenden Objekt in QGIS verknüpft werden, sodass die räumliche Daten- und Ressourcenbasis aktualisiert werden kann. Dadurch wurden sich die Spezifika von BIM, welches vor allem für die Planung von Bauwerken auf der Objektebene Anwendung findet und GIS, welches insbesondere für Stoffstrom-spezifische und räumliche Anwendungsfälle auf der Netzebene genutzt wird, zunutze gemacht. Der wesentliche Mehrwert hierbei ist, dass herkömmliche Software oft auf bestimmte Datenformate oder -strukturen beschränkt ist und Daten nicht flexibel aus verschiedenen Quellen miteinander verknüpfen oder abfragen kann. RDF und SPARQL hingegen sind speziell für die semantische Verknüpfung und Abfrage von Daten über verschiedene Quellen hinweg entwickelt worden, sodass dieser Ansatz verdeutlicht, wie grundsätzlich unabhängig von Datenformat und verfügbaren Softwarelizenzen Bauwerksinformationen für Ressourcen-spezifische Anwendungsfälle abgefrag werden können.

Konzeptgrafik des optimierten kommunalen Infrastrukturdatenmanagements: Verknüpfung zwischen Netz- und Objektebene bzw. GIS- und BIM-Daten, sowie Unterhaltungs- und Planungsphase (EIR: Informationsaustauschanforderungen; AwF: Anwendungsfall)

Infobox - Erläuterung der Informationsmodelle, die für den erarbeiteten Datenmanagementansatz verwendet wurden

Netzebene - Flächenmodell: In der Netzebene liegt der Fokus auf der Beantwortung von Ressourcenfragen. Hierbei geht es darum, Informationen darüber zu sammeln, wo sich bestimmte Ressourcen befinden und wie viel von ihnen vorhanden ist. Dies bezieht sich insbesondere auf die geografische Verteilung von Ressourcen. Zusätzlich ermöglicht die Netzebene die Verknüpfung von Netz- und Umweltdaten, was eine ganzheitliche Betrachtung ermöglicht.

Objektebene - Flächenmodell: Auf der Objektebene, insbesondere im Flächenmodell, werden alle relevanten geometrischen und teilweise semantischen Informationen zu Objekten erfasst. Dabei handelt es sich um ein 2D-Flächenmodell, das in Form von Shape vorliegt. Shapefiles sind erweiterbare und quasi offene Austauschformate für GIS-Daten. Diese enthalten nicht nur geometrische Informationen, sondern auch Details zum Aufbau, zu den Materialien und mehr. Allerdings gibt das Shape-Format keine konkrete Struktur vor, was bedeutet, dass semantische und geometrische Informationen frei definiert werden können. Die hohe Flexibilität des Shape-Formats ermöglicht zwar einen Dateiaustausch gemäß des OpenBIM-Ansatzes, jedoch kann die Interpretation der Daten aufgrund dieser Freiheit für verschiedene Stakeholder eine Herausforderung darstellen.

Objektebene - BIM-Modell: Wenn es zur konkreten Planung kommt, wird ein BIM-Modell erstellt oder abstrahiert. Dieses 3D-Modell folgt dem strukturierten IFC-Standard und kann mit verschiedenen Stakeholdern für die Maßnahmenplanung und -umsetzung ausgetauscht werden.