Generation and application of a BIM-based repository of highly insulated building construction details

Abstract

Es besteht in der heutigen Zeit eine große Notwendigkeit der Verbindung von Werkzeugen zur Darstellung und topologischen Modellierung von Bauwerken und Werkzeugen zur Performance-Evaluierung dieser Bauwerke. Diese interoperable Verbindung ist in den letzten Jahren zu einem wichtigen Forschungsgegenstand in der AEC-Community (Architecture, Engineering, andConstruction) geworden und eine Vielzahl von Projekten und Publikationen sind in den letzten Jahren zu der Thematik erschienen. Ein Grund dafür, warum dieses Thematik als sehr wichtig betrachtet wird, liegt daran, dass der Großteil der Design-Entscheidungen, die dazu führen, dass ein Gebäude energieeffizient wird, in sehr frühen Entwurfsphasen getroffen werden müssen. Daher kann eine rasche und sinnhafte Verbindung von Design und Design-Evaluation als wichtige Notwendigkeit der Gebäudegestaltung im 21. Jahrhundert bezeichnet werden. Diese Master-Arbeit ist in Bemühungen eingebettet, ein Decision-Support-System für Studierende und Stakeholder im Design- und Bauprozess zu erschaffen, welches Information zur richtigen baulichen Ausgestaltung von Baudetails in einfacher, rascher und vor allem zuverlässiger und umfassender Form zu liefern im Stande ist. Die präsentierten Informationen sollen Zeichnungen, semantische Informationen und Performance-Daten der Details beinhalten. Zur einfachen Erweiterung ist das Studium des Transfers zwischen Zeichen- bzw. Modellierwerkzeugen und Performance-evaluierungs-Tools erforderlich. In dieser Arbeit werden die Transfermöglichkeiten zwischen aktuellen Building-Information- Modelling-Werkzeugen (BIM, namentlich Autodesk Revit und Graphisoft ArchiCAD) sowie einem State-of-the-art numerischen Wärmebrücken-Simulations-Werkzeug (AnTherm) untersucht. Wärmebrückensimulationen können dazu beitragen, die negativen Effekte von Wärmebrücken (Kondensat, Schimmel, reduzierte Innenoberflächentemperaturen, Bauteilzerstörung) durch deren Vermeidung zu verhindern. Daher ist eine Verbindung dieser Werkzeuge als wesentlicher Bestandteil einer Unterstützung und Rationalisierung des Planungsprozesses zu betrachten. Diese Arbeit beinhaltet einen ausführlichen Überblick über das Potential dieser Verbindung, untersucht im Detail die Verbindungsmöglichkeiten zwischen den Werkzeugen und illustriert diese und liefert einen -proofofconcept- hierzu. Letzteres wird über die Verwendung der beschriebenen Verbindungsmöglichkeiten anhand eines Satzes von Details und die Dokumentation des Prozesses erreicht. Die Arbeit schließt mit einer SWOT-Analyse (Strengths-Weaknesses-Opportunities-Threats) des Ansatzes ab und möchte mittels Guidelines für den Transferprozess und Empfehlungen für zukünftige Weiterentwicklungen dazu beitragen, Building Information Modelling und Building Performance Simulation näher zusammenzubringen.

The concept of merging energy performance tools with design software can be considered as a recent trend in the AEC (Architecture, Engineering and Construction) industry and has been constantly explored in a multitude of research projects and publications during the last few years. This is due to the fact that majority of decisions, resulting in sustainable building design solutions, are required to be made in early phases of the building development and planning. In recent times, the consideration of energy requirements within initial design phases is indispensable. This contribution is embedded in the design concept for a decision support system that is oriented towards sustainable building design. Thereby, a repository of contemporary building construction details should be presented in a form that offers helpful information for both students and professionals. This information includes drafts of the details and performance implications via utilization of state of the art Building Information Modeling (BIM) techniques. This contribution addresses the specific transfer process between widely used drafting and building information modeling tools (Autodesk Revit and Graphisoft ArchiCAD) and a specific building performance evaluation tool, namely the numeric thermal bridge simulation tool - AnTherm. Such evaluations are used to avoid the negative effects of thermal bridges, which are condensation, mold growth, increased heat loss, reduced comfort as a result of lowered indoor surface temperatures, and building construction decay. This link between design tools and performance assessment has the capability to fundamentally support the building design and delivery process. This thesis includes a comprehensive overview of the potential of a link between these tools, illustrates the development of information transfer between them, and delivers a proof of concept for the overall approach. This is done via application of the transfer process to a set of building construction joints and the presentation of the results for this set. The work concludes with a summary of strengths and weaknesses of the approach, a guideline for smooth conduction of such transfers, and - as an outlook - with recommendations for future development.