Ziele

BIM steht für die Nutzung von 3D-Modellen im gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks. Alle Informationen zum Bauwerk werden geometrisch sowie semantisch mit Hilfe eines BIM-Modells beschrieben. Essentiell sind Informationen zu Bauteilen, Bauteilgruppen, Verbindungen, technischen Systemen und der Umgebung. Auch das Bauen im Bestand und der Betrieb von Bauwerken können durch BIM optimiert werden. Hierzu werden 3D-Bauwerksmodelle vom Bestand (Bestandsmodelle) benötigt. Aktuell stehen Bestandsmodelle nur bedingt zur Verfügung und die Einführung von BIM findet daher sehr verzögert statt. Beispielsweise müssen für die Aufrechterhaltung der Verkehrsinfrastruktur in den nächsten Jahren eine Vielzahl von Brücken instandgesetzt werden. Des Weiteren könnte die Nutzungszeit einzelner Brücken durch ein digitales Erhaltungsmanagement auf Basis von Bestandsmodellen bei hochfrequenter Überwachung mittels Sensorik verlängert werden. Auch sind Bestandsmodelle für das Immobilienmanagement von großer Bedeutung. Instandhaltung und Instandsetzung der Gebäude sowie die Wartung und Optimierung der technischen Ausrüstung, das ganzheitliche Energiecontrolling, die Sicherstellung der Barrierefreiheit sowie die Planung von Neu-, Um- und Erweiterungsbauten profitieren von digitalen Informationen. Bestandsmodelle von Gebäuden und Infrastrukturen sind somit Voraussetzung für eine Vielzahl von Aufgaben und Dienstleistungen in der Bau- und Immobilienwirtschaft.

Lösungsansatz

Bei der Erstellung von Bestandsmodellen sind Aspekte wie Datensicherheit und Datensouveränität sehr wichtig, da teilweise auf sicherheitskritische Informationen zurückgegriffen wird. Bestimmte Informationen zur Verarbeitung sollen nicht erst an externe Anbieter übertragen werden, sondern möglichst direkt bei dem jeweiligen Besitzer mittels KI-Verfahren in Bestandsmodelle überführt werden. Um bestehende und neue digitale Dienste einfach zu vernetzen, sensible Daten sicher zu verarbeiten und später weitere Dienste und Daten verlässlich integrieren zu können, wird die GAIA-X-Referenzarchitektur als Basis verwendet. Die technischen Kernkomponenten des BIMKIT-Ökosystems lassen sich dabei in zentrale Basisdienste und dezentrale GAIA-X-Knoten unterteilen.

KI-Dienste (GAIA-X-Knoten): Für die Generierung einzelner oder mehrerer Objekte eines Bestandsmodells werden KI-Verfahren trainiert und als GAIA-X-Knoten bereitgestellt, wobei offene Schnittstellen verwendet werden. Die KI-Dienste erhalten über die GAIA-X Dateninfrastruktur autorisierten Zugang zu Daten, die für die Generierung der Bestandsmodelle genutzt werden.

Daten-Dienste (GAIA-X-Knoten): Für die Generierung einzelner oder mehrerer Objekte eines konkreten Bestandsmodells (z.B. ein Gebäude) werden verschiedene und teilweise anonymisierte Daten, die teilweise bei verschiedenen Anbietern vorliegen, über die GAIA-X-Dateninfrastruktur bereitgestellt. Beispielsweise wird zur Bestandsmodellierung einer Brücke auf 2D-Pläne des Betreibers, Texte des zentralen Programmsystems SIB-Bauwerke des Bundes oder auf durch einen Fachplaner erstellte Punktwolken zurückgegriffen. Der Anwender wird dabei die Hoheit über besonders sensible Daten behalten und kann kontrolliert Daten zur gemeinsamen Nutzung teilen.

BIM-Dienste (GAIA-X-Knoten): Die generierten Bestandsmodelle werden in bestehende BIM-Systeme integriert und dort weiterverarbeitet. Dies können BIM-Autorensysteme sein, die auf Basis einer initialen Bestandsgenerierung die Bestandsmodelle prüfen und individuell erweitern oder Systeme, die schon Bestandsmodelle enthalten und punktuelle Ergänzungen benötigen.

Anbietermanagement: In einem zentralen Anbieterverzeichnis werden die einzelnen GAIA-X-Knoten erfasst und aufgelistet. Dabei wird auf die selbstbeschreibenden Funktionalitäten der angebotenen GAIA-X-Knoten zurückgegriffen. Die Aufnahme in das Anbieterverzeichnis erfolgt nach Prüfung und Zertifizierung der Governance-Regeln. Das Anbieterverzeichnis ist somit auch ein Marktplatz für zukünftige KI-Apps.

Identitätsmanagement: Es wird ein zentrales Nutzermanagement „Single Sign-on“ für die Benutzer ermöglicht. Berechtigungen der Nutzeridentitäten können dadurch einheitlich verwaltet und in andere Sicherheitsstrukturen eingebunden werden.

Qualitätsmanagement: Zur Generierung von Bestandsmodellen müssen verschiedene Daten zusammengestellt und mit den KI-Verfahren ausgewertet werden. Wie gut sich bestimmte Eingangsdaten eignen oder welche KI-Verfahren für welche Fragestellung welche Ergebnisse liefern, soll in einem zentralen Qualitätsmanagement dokumentiert und den Anwendern zur Verfügung gestellt werden. Hierbei soll auch Expertenwissen aufbereitet und wiederum in die KI-Verfahren integriert werden können. Das Qualitätsmanagement ist eine wichtige Voraussetzung, um die Transparenz hinsichtlich der eingesetzten KI-Verfahren zu erhöhen und eine breite Akzeptanz zu gewährleisten.

Abbildung 1: Technisches Gesamtkonzept des BIMKIT-Ökosystems

Zertifizierung: Es werden Regeln erarbeitet, wie Anbieter von Daten, KI-Verfahren und BIM-Systemen am Gesamtsystem teilnehmen können, z.B. Konzepte zur Identifizierung und zur Prüfung der selbstbeschreibenden GAIA-X-Knoten. Die GAIA-X-Knoten müssen hinsichtlich Schnittstellen, Prozessen und Datensicherheit zertifiziert werden. Dadurch wird eine umfassende Transparenz durch Ausweis von geprüften Datenschutz- sowie regulatorischen Kriterien der angebotenen Produkte und Services ermöglicht.

Datennutzungskontrolle: Die Garantie der Datensouveränität ist essentiell für die Akzeptanz. Zugriffe auf Daten müssen so konfigurierbar und nachverfolgbar sein, dass Daten nicht auf externe Systeme übertragen werden müssen.

Plausibilisierung: Es werden Konzepte erarbeitet, die eine Prüfung und Plausibilisierung der Ergebnisse der KI-Verfahren durch geeignete Erklärungsmodelle ermöglichen.

Zusammenfassend sollen im Projekt die folgenden wissenschaftlichen und technischen Arbeitsziele erreicht werden:

  • Entwicklung von KI-Verfahren zur Auswertung von heterogenen Bestandsinformationen, Generierung von Bestandsmodellen und Bereitstellung als Dienste
  • Konzepte zur Kombination und Bewertung von KI-Verfahren für detaillierte, vollständige und aktuelle Bestandsmodelle
  • Ansätze zur Konfiguration von KI-Verfahren für die anwendungsspezifische Erstellung und Prüfung von Bestandsmodellen
  • Aufbau eines offenen Ökosystems auf Basis von GAIA-X unter Berücksichtigung von existierenden Standards und bestehenden BIM-Systemen
  • Konzepte zur dezentralen Verwendung von existierenden Datenquellen unter Berücksichtigung von Datensouveränität und Datensicherheit
  • Entwicklung von standardisierten Vorgehensweisen für die Integration von weiteren BIM-Anwendungen und KI-Verfahren