Forschergruppe »Digital Engineering für Planungs- und Revitalisierungsprozesse von Stadtquartieren«

Mithilfe computergestützter Verfahren soll die Planung von Neubau- und Sanierungsmaßnahmen in Städten optimiert werden. Das fakultätsübergreifende Forschungsprojekt der Bauhaus-Universität Weimar setzt an der Schnittstelle zwischen den Ingenieurwissenschaften und der Medieninformatik an. Finanziert wird das Projekt bis Anfang 2019 aus Mitteln des Freistaates Thüringen und des Europäischen Sozialfonds (ESF).

Weltweit zieht es immer mehr Menschen in die Städte. Insbesondere die Schaffung von zusätzlichem Wohnraum stellt Städteplaner und Bauwirtschaft dabei vor enorme Herausforderungen, welche durch Verdichtungs- und Umnutzungsprozesse gemeistert werden könnten. Die Bundesregierung reagierte aktuell beispielsweise mit einer Neuregelung im Städtebaurecht: Mit der Einführung der Baugebietskategorie »Urbane Gebiete« soll die Bautätigkeit in Innenstadtlagen vereinfacht werden.

Die Urbanisierung führt so zu Planungsprozessen, welche unter komplexen Randbedingungen möglichst schnelle Umsetzungen erfordern. Durch die konsequente Anwendung von digitalen Methoden will die neu eingerichtete Forschergruppe an der Bauhaus-Universität Weimar solche Prozesse unterstützen. Projektleiter Prof. Guido Morgenthal, Professur Modellierung und Simulation – Konstruktion an der Fakultät Bauingenieurwesen, erläutert die Motivation der Forschergruppe: »Beim Neubau ebenso wie bei Sanierungen treten Probleme immer dann auf, wenn Planungsgrundlagen lückenhaft, Prozesse intransparent oder die Kommunikation der Beteiligten ineffektiv ist.« Methoden des Digital Engineering könnten hier einen wesentlichen Beitrag zur Optimierung leisten: Durch die automatisierte Erfassung, Speicherung, Auswertung und Visualisierung von Bauwerksdaten könnten insbesondere komplexe Projekte hocheffizient geplant und ausgeführt werden.

Die Weimarer Forscher setzen dabei auf einen interdisziplinären Ansatz und fortschrittliche Technologien wie die drohnengestützte Erfassung der Geometrie von Bestandsbauten, die Erkennung von Bauwerksschäden mittels automatischer Bildanalyse (Computer Vision), die energetische Bewertung von Gebäuden mit Hilfe von Thermographie, das sensorbasierte Monitoring von Kennwerten und die konsistente Speicherung aller anfallenden Daten in Building Information Modeling (BIM) sowie deren Visualisierung und Interaktion mit Virtual Reality (VR).

Referenzobjekt in Weimar

Betreut durch die Antragsteller Prof. Guido Morgenthal, Prof. Volker Rodehorst und Prof. Conrad Völker werden die Forscher neuartige Methoden entwickeln und an einem Referenzobjekt in Weimar erproben. Dazu sollen Daten zur Geometrie sowie zum energetischen und baulichen Zustand eines geeigneten Bestandsgebäudes gesammelt und miteinander verknüpft werden.

Ausgangspunkt der Untersuchungen ist eine umfassende Analyse mithilfe unbemannter Fluggeräte (Unmanned Aircraft Systems), welche das Bauwerk autonom abfliegen und zugleich Bild- und Thermographiedaten generieren. Anschließend erzeugen maßgeschneiderte Algorithmen dreidimensionale Gebäude-, Quartier- und Geländemodelle, Kartierungen identifizierter Schäden sowie energetische Auswertungen. Erstellte dreidimensionale digitale Modelle können später durch 3D-Druck in physische Modelle überführt werden. Durch den Einsatz moderner Sensorik können zusätzlich Messdaten physikalischer Größen wie z.B. Windanströmungen, Schadstoffkonzentrationen oder der Schallpegel gewonnen und in den Datensatz integriert werden.

Kooperationspartner

Unterstützt werden die Weimarer Forscher vom Fachbereich »System Design« am Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme GmbH (IMMS), der von Dr. Tino Hutschenreuther geleitet wird. Als An-Institut der TU Ilmenau führt das IMMS Grundlagenforschung sowie wirtschaftsnahe angewandte Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet komplexer mechatronischer Systeme und Mikrosysteme, komplexer eingebetteter Systeme, der Mikroelektronik und der industriellen Messtechnik durch.
Darüber hinaus wird die Forschergruppe über die gesamte Projektlaufzeit von einem Industriebeirat begleitet. Damit wird die Einbindung von Thüringer Unternehmen in das Projekt und ein direkter Wissens- und Technologietransfer von der Forschung in die Industrie gewährleistet.

Bei dem Kick-off-Meeting im November wurden zunächst intern Aufgabenbereiche abgesteckt und ein geeignetes Referenzobjekt ausgewählt. Schon im Januar wollen die Forscher mit der volldigitalen Erfassung und Analyse des Gebäudes beginnen.