Hin zu einem BIM-gestützten Facility-Management-Wissensmanagementsystem für einen energieeffizienten Gebäudebetrieb durch regelbasierte Überprüfung der Einhaltung von Vorschriften

The printed version includes ISBN 978-3-948268-66-4.The building sector is responsible for almost one-third of the total final global energy consumption, meanwhile 70% of existing buildings are not operating energy efficiently. The domain of Facility Management (FM) has a strong influence on the optimal energy consumption of existing buildings. However, when buildings are re-designed, FM Knowledge is minimally used or often ignored altogether. As a result, many newly refurbished buildings fall short of expectations and consume more energy during operation than initially calculated. Due to the last years’ research development in the area of Building Information Modeling (BIM), establishing a specialised BIM-supported Knowledge Management System could solve this long-standing problem. However, existing studies targeting BIM-supported Knowledge Management and BIM-supported Knowledge Management Systems are still limited today. Accordingly, the presented work provides first of all a methodological framework, founded on the systematic alignment of Knowledge Management, Knowledge Engineering, and System Engineering principles, by which the development of such a system can be executed. By applying this methodological framework, the research introduces the system’s development progress in five consecutive layers, encompassing together an ontology-based theoretical framework. Respectively, first of all, an enterprise ontology is established, forming the backbone of the system development. This ontology provides a holistic communication base for people about the essential knowledge processes and the related BIM-supported systems. Second of all, by the navigation of this ontology, an FM Domain Ontology is conceptually developed, enabling the systematic codification of FM Knowledge, especially in terms of buildings’ energy performance. Last of all, by utilising this domain ontology, an application ontology is theoretically established, forming the underlying knowledge base of the system, which is used for rule-based code compliance checking purposes. The validation of the ontology-based theoretical framework, which indirectly validates the methodological framework, is performed on one of the campus buildings of the Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin. The results showed that by implementing the BIM-supported FM Knowledge Management System, Facility Managers and Design Experts can smoothly collaborate regarding building energy performance questions, thus proactively ensuring the optimal operational energy use of existing facilities in the future. Accordingly, the presented research provides a groundwork where an integrated and accelerated design process is established, where the knowledge of Facility Management can gain a significant role in renovative design decisions.Der Gebäudesektor ist für mehr als ein Drittel des gesamten Endenergieverbrauchs verantwortlich, während 70% des Gebäudebestandes nicht effizient betrieben werden. Die Disziplin des Facility Management (FM) hat einen Einfluss auf den optimalen Energieverbrauch von bestehenden Gebäuden. Bei der Umbauplanung von Gebäuden wird dieses Wissen jedoch oft ignoriert oder bestenfalls minimal genutzt. Infolgedessen bleiben viele sanierte Gebäude hinter den Erwartungen zurück und verbrauchen während des Betriebs mehr Energie als ursprünglich berechnet. Durch die Forschungsentwicklung der letzten Jahre im Bereich des Building Information Modeling (BIM) könnte die Errichtung eines speziellen BIM-gestützten Wissensmanagementsystems dieses seit langem bestehende Problem lösen. Allerdings gibt es bis heute nur wenige Untersuchungen, die sich mit BIM-gestütztem Wissensmanagement und BIM-gestützten Wissensmanagementsystemen beschäftigen. Dementsprechend stellt die vorliegende Arbeit zunächst ein methodisches Rahmenwerk zur Verfügung, das auf der systematischen Verknüpfung von Wissensmanagement, Knowledge Engineering-, und System Engineering-Prinzipen basiert und mit dem die Entwicklung eines solchen Systems durchgeführt werden kann. Durch die Anwendung dieses methodischen Rahmenwerks wird der Entwicklungsfortschritt des Systems in fünf aufeinanderfolgenden Schichten vorgestellt, die zusammen ein ontologie-basierte theoretische Rahmenwerk umfassen. So wird zunächst eine Enterprise-Ontologie erstellt, die das Rückgrat der Systementwicklung bildet. Diese Ontologie bietet eine ganzheitliche Kommunikationsbasis für die wesentlichen Wissensprozesse und die damit verbundenen BIM-gestützten Systeme. Durch die Navigation in dieser Ontologie wird in einem zweiten Schritt eine FM-Domänenontologie konzeptionell entwickelt, die die systematische Kodifizierung von FM-Wissen, insbesondere in Bezug auf die Energieeffizienz von Gebäuden, ermöglicht. Schließlich wird unter Verwendung dieser Domänen-Ontologie eine Anwendungs-Ontologie theoretisch erstellt, die die zugrunde liegende Wissensbasis des Systems bildet, die für die regelbasierte Überprüfung der Einhaltung von FM Vorschriften verwendet wird. Die Validierung des theoretischen und damit indirekt auch des methodischen Rahmens wird an einem der Campusgebäude der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Implementierung des BIM-gestützten FM-Wissensmanagementsystems eine reibungslose Zusammenarbeit von Facility Managern und Planungsexperten bezüglich Gebäudeenergieeffizienz möglich ist und somit die optimale betriebliche Energienutzung von Bestandsgebäuden in Zukunft proaktiv sichergestellt werden kann. Dementsprechend bietet die vorgestellte Forschung eine Grundlage für einen integrierten und beschleunigten Planungsprozess, bei dem das Wissen des Facility Managements eine wichtige Rolle bei der Planung von Sanierungsmaßnahmen spielen kann