Verbundvorhaben: EnOB: BIM2Praxis - Integration von Methoden zur Erstellung von Simulationsmodellen auf Basis des Building Information Modeling in die Praxis

Abstract

Die dynamische Gebäude- und Anlagensimulation gewinnt für die energetische Planung sowie die Betriebsoptimierung zunehmend an Bedeutung, wird in der Planungspraxis jedoch durch den hohen Aufwand der manuellen Modellerstellung und Parametrierung ausgebremst. Im Projekt BIM2SIM wurden hierfür Methoden zur teilautomatisierten Ableitung und Parametrierung von Simulationsmodellen aus Daten des Building Information Modeling (BIM) entwickelt und anhand akademischer Use-Case-Modelle erfolgreich demonstriert. Dabei zeigte sich, dass BIM-Modelle mit hinreichender Qualität grundsätzlich zur Simulationsmodellerstellung geeignet sind, die in aktuellen Planungsprozessen tatsächlich erzielte Modellqualität diesen Anforderungen jedoch bislang nicht genügt. An dieser Lücke zwischen methodischer Machbarkeit und praktischer Anwendbarkeit setzte das Verbundvorhaben BIM2Praxis an. Das Ziel des Vorhabens war die Überführung der in BIM2SIM entwickelten Methoden in die Anwendung auf ein reales, im laufenden Planungs- und Bauprozess befindliches Bauprojekt sowie deren gezielte Weiterentwicklung hinsichtlich Robustheit, Datenanreicherung und Nutzerfreundlichkeit. Das Vorhaben wurde vom Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik (EBC) der RWTH Aachen University koordiniert und gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Energieeffizientes Bauen (E3D) der RWTH Aachen University, der Rud. Otto Meyer Technik GmbH & Co. KG (ROM Technik) als ausführendem TGA-Anlagenbauer, der Viessmann Holding International GmbH als Anlagenhersteller sowie der LuArtX IT GmbH als Entwicklerin des TGA-Planungswerkzeugs CARF bearbeitet. Gegenüber der ursprünglich geplanten Laufzeit von 36 Monaten verlängerte sich das Projekt auf 51 Monate, da die Bereitstellung ausreichend hochwertiger IFC 4-Daten des Praxisprojekts deutlich später als vorgesehen erfolgte. Als reales Anwendungsbeispiel diente nach einem projektbedingten Objektwechsel das Bürogebäude EDGE ElbSide Hamburg mit rund 23900 m² Brutto-Grundfläche, dessen Planung und Bauausführung von ROM Technik begleitet wurde. Anhand der Architektur- und TGA-Modelle dieses Gebäudes wurden bestehende Modell-Checks angewendet, ein Anforderungskatalog für die notwendige BIM-Datenqualität erarbeitet und die entwickelten Methoden unter realen, heterogenen Datenbedingungen erprobt. Auf methodischer Ebene wurde das im Projekt BIM2SIM entwickelte Software-Framework bim2sim in mehreren Arbeitspaketen substanziell weiterentwickelt. Neben der Erhöhung der Robustheit bestehender Verfahren zur thermischen Gebäudesimulation mit TEASER und EnergyPlus entstanden neue Methoden zur gekoppelten Bewertung des thermischen Nutzerkomforts mittels EnergyPlus und OpenFOAM, zur dynamischen Co-Simulation von Gebäude- und Anlagentechnik über das PluginSpawn sowie zur normkonformen Abbildung modularer Energiezentralen auf Basis der VDI 3805. Ergänzend wurde die IFC 4-Exportschnittstelle der TGA-Autorensoftware CARF gemeinsam mit LuArtX überarbeitet und die Abbildung von Regelungsinformationen auf Basis der VDI 3814 konzipiert. Zur Erhöhung der Nutzbarkeit entstand außerdem eine grafische Bedienoberfläche auf Basis von Blender und dem integrierten Plugin Bonsai mit ergänzendem Web-Frontend. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden in Form konkreter BIM-Anwendungsfälle, zugehöriger LOIN-Matrizen sowie eines strukturierten Anforderungskatalogs an IFC-Modelle in den Planungsprozess zurückgespielt, um Auftraggebenden und Fachplanenden eine praxisnahe Grundlage für die Formulierung von Auftraggeber-Informationsanforderungen zu bieten. Die Projektergebnisse wurden umfassend in Wissenschaft und Praxis verbreitet. Im Projektverlauf entstanden 14 wissenschaftliche Veröffentlichungen sowie zwei Promotionen an der RWTH Aachen University. Im April 2023 und im Mai 2025 wurden zwei Workshops mit Teilnehmenden aus Forschung und Praxis durchgeführt, deren Inhalte über den bim2sim-YouTube-Kanal dauerhaft zugänglich gemacht wurden. Das bim2sim-Tool sowie das begleitende IFC-Validierungswerkzeug wurden quelloffen veröffentlicht. Insgesamt überführt BIM2Praxis die in BIM2SIM erarbeiteten methodischen Grundlagen von einem primär forschungsorientierten Werkzeug zu einem quelloffen verfügbaren, an realen Projektbedingungen erprobten Bestandteil des BIM-gestützten Planungsprozesses. Gleichzeitig zeigen die Erfahrungen aus der Anwendung am Praxisprojekt, dass eine flächendeckende Nutzung der Methoden weiterhin von der frühzeitigen Definition der Modellanforderungen sowie einer verbesserten, möglichst automatisierten Fehlerkorrektur heterogener IFC-Modelle abhängt. Der Bericht schließt daher mit konkreten Handlungsempfehlungen für zukünftige BIM-Prozesse sowie einem Ausblick auf notwendige methodische Weiterentwicklungen. Dynamic building and system simulation is becoming increasingly important for energy related planning as well as for operational optimization, but its use in planning practice is slowed down by the high effort of manual model creation and parameterization. In the BIM2SIM project, methods for the partially automated derivation and parameterization of simulation models from Building Information Modeling (BIM) data were developed for this purpose and successfully demonstrated on academic use case models. It became apparent that BIM models of sufficient quality are, in principle, suitable for the creation of simulation models, whereas the model quality achieved in current planning processes does not yet meet these requirements. The joint project BIM2Praxis addressed this gap between methodological feasibility and practical applicability. The objective of the project was to transfer the methods developed in BIM2SIM to application on a real construction project situated within an ongoing planning and construction process and to advance them in a targeted manner regarding robustness, data enrichment, and usability. The project was coordinated by the Institute for Energy Efficient Buildings and Indoor Climate (EBC) of RWTH Aachen University and was carried out jointly with the Institute of Energy Efficiency and Sustainable Building (E3D) of RWTH Aachen University, Rud. Otto Meyer Technik GmbH & Co. KG (ROM Technik) as the executing building services contractor, Viessmann Holding International GmbH as the system manufacturer and LuArtX IT GmbH as the developer of the building services design tool CARF. Compared with the originally planned duration of 36 months, the project was extended to 51 months since the provision of sufficiently high-quality IFC 4 data for the practical project occurred considerably later than intended. Following a project-related change in the property, the office building EDGE ElbSide Hamburg with a gross floor area of approximately 23900 m² whose design and construction were accompanied by ROM Technik, served as the real application example. Based on the architectural and building services models of this building, existing model checks were applied, a catalog of requirements for the necessary BIM data quality was elaborated and the developed methods were tested under real and heterogeneous data conditions. At the methodological level, the software framework bim2sim developed in the BIM2SIM project was substantially advanced in several work packages. In addition to increasing the robustness of existing procedures for thermal building simulation with TEASER and EnergyPlus, new methods were created for the coupled assessment of thermal user comfort by means of EnergyPlus and OpenFOAM, for the dynamic co-simulation of building and system technology via the PluginSpawn as well as for the standard compliant representation of modular energy centers based on VDI 3805. In addition, the IFC 4 export interface of the building services authoring software CARF was revised together with LuArtX and the representation of control information based on VDI 3814 was conceptualized. In order to increase user-friendliness, a graphical user interface based on Blender and the integrated plugin Bonsai with a supplementary web frontend was furthermore developed. The insights gained were fed back into the planning process in the form of concrete BIM use cases, associated LOIN matrices and a structured catalog of requirements for IFC models, to provide clients and specialist designers with a practical basis for the formulation of employer information requirements. The project results were disseminated comprehensively in science and practice. During the project, 14 scientific publications as well as two doctoral dissertations at RWTH Aachen University emerged. In April 2023 and in May 2025, two workshops with participants from research and practice were held, the contents of which have been made permanently accessible via the bim2sim YouTube channel. The bim2sim tool as well as the accompanying IFC validation tool were published open source on GitHub. Overall, BIM2Praxis transfers the methodological foundations elaborated in BIM2SIM from a primarily research-oriented tool into an open-source component of the BIM supported planning process that has been tested under real project conditions. At the same time, the experience from the application to the practical project shows that a widespread use of the methods continues to depend on the early definition of the model requirements as well as on an improved and ideally automated correction of errors in heterogeneous IFC models. The report therefore concludes with concrete recommendations for action for future BIM processes, as well as with an outlook on further necessary methodological developments.