Basis für zeitgemäße Gebäudeautomations-Konzepte und deren Umsetzung

Voraussetzung für neue Anwendungen ist zum Beispiel die Weiterentwicklung der Gebäudeautomation hin zu einer „BIM-fähigen“ Gebäudeautomation, das heißt Funktionen und Parameter der Gebäudeautomation müssen auch entsprechend in ein passendes BIM-Modell für das Gebäude inklusive der Anlagentechnik eingebunden sein. Und dies in beiden Richtungen: Die Gebäudeautomation liefert Informationen für ein integriertes BIM-Datenmodell; aber auch umgekehrt werden dem BIM-Datenmodell relevante Daten und Informationen für die Gebäudeautomation z. B. für ein kontinuierliches Anlagen- und Energie-Monitoring und verbesserte Betriebsführungskonzepte geliefert. Eine notwendige Basis hierfür sind standardisierte Daten- und Funktionsmodelle, die eine eindeutige Syntax und Semantik für den wechselseitigen Austausch in verschiedenen BIM-basierten Tools ermöglichen.

Seit vielen Jahren gibt es schon eine genormte Kennzeichnungssystematik [1], welche mehr oder weniger konsequent bereits bei der Planung einer Gebäudeautomation mit definiert und über die Ausführung als wichtiges Dokumentations- und Beschreibungssystem für das Gebäude und Facility Management genutzt wird. In der Praxis wird dies üblicherweise als Anlagenkennzeichnungssystem (AKS) bezeichnet. Zudem haben sich basierend auf dieser allgemeinen Kennzeichnungssystematik eine Vielzahl von unterschiedlichsten „Standards“ entwickelt, die etwa von Bauherren und Betreiber-Seite von großen Liegenschaften verbindlich vorgegeben werden.

Mit der neuen Richtlinienreihe VDI 3814 Gebäudeautomation ist nunmehr zum Dezember 2017 mit dem Blatt 4.1. ein Entwurf erschienen, der das Thema Kennzeichnungs- und Adressierungssystem speziell für die Zwecke der Gebäudeautomation beschreibt [2]. Darin heißt es: „Für die strukturierte Planung, Projektierung, Errichtung, Inbetriebnahme, das Betreiben und die Instandhaltung von gebäudetechnischen Anlagen ist ein einheitliches Kennzeichnungssystem erforderlich. Die Gliederungsstruktur und -tiefe richtet sich nach den jeweiligen projektspezifischen Anforderungen. Zum Betrieben muss ein Kompromiss gefunden werden, der zwischen „so kurz wie möglich“ und „so lange wie erforderlich“ liegt. Es dient der einheitlichen Bezeichnung und eindeutigen Identifizierung und gegebenenfalls auch Lokalisierung von Anlagen, Komponenten und Funktionen.“

Der Entwurf der VDI 3814 unterscheidet hierbei folgenden Bestandteile:

• Anlagenkennzeichnungssystem (AKS) zur eindeutigen Kennzeichnung der Anlagen
• Betriebsmittelkennzeichnungssystem (BKS) zur eindeutigen Kennzeichnung von Betriebsmitteln
• Benutzeradressierungssystem (BAS) zur eindeutigen Bezeichnung von GA-Funktionen

Das Definieren eines Kennzeichnungssystems (KS) ist das Eine. Die konkrete Implementierung und konsistente Umsetzung auf die konkreten Anforderungen das Andere – und in der Praxis viel Schwierigere. Am Institut für Gebäude- und Energiesysteme (IGE) der Hochschule Biberach beschäftigt man sich schon seit längerem mit der passenden Definition und vor allem flexiblen Umsetzung eines datenbankgestützten Kennzeichnungssystems. Hinzu kommt, dass gerade an einer Hochschule neben dem üblichen Gebäude- und Anlagenbetrieb vielfältige Sonder-Anwendungen (Laboranlagen, Feldanlagen) für Lehre und Forschung existieren, die zum Teil recht anspruchsvolle ergänzende Rahmenbedingungen für ein einheitliches Kennzeichnungssystem nach sich ziehen.

Durch die eingangs geschilderten aktuellen Entwicklung im Kontext des digitalen Planens, Bauens und Betreibens kommt dem Kennzeichnungssystem nunmehr eine noch wichtigere Rolle als bisher zu. Daher empfiehlt es sich hier eine eindeutige und durchgängige Systematik einzuführen. Im Folgenden wird dazu eine Methodik und konkrete Umsetzung vorgestellt, die am Institut für Gebäude- und Energiesysteme der Hochschule Biberach für die projektspezifischen Anforderungen entwickelt wurde und mittlerweile von mehreren Projektgruppen am Institut eingesetzt wird. Hierbei wurde insbesondere auf eine standardisierte Kennzeichnung der einzelnen Bestandteile eines Kennzeichnungssystems wert gelegt. Als Basis hierfür wurden die Quellen [1] und [2] sowie in der Praxis etablierte Quasi-Standards herangezogen. Des Weiteren sollte für die Umsetzung ein Datenbanksystem eingesetzt werden, welches mit verschiedenen Nutzerrechten bearbeitet werden kann und beliebig anpassbar ist, damit es auch für andere Anwendungsfälle beziehungsweise Anwender verwendet werden kann.

Methodik des Kennzeichnungssystems

Für die Einführung eines einheitlichen Kennzeichnungssystems wurden im Vorfeld intensive Gespräche mit den einzelnen Projektgruppen (Kältetechnik, Gebäudeautomation, Geothermie) durchgeführt, um die verschiedenen Anforderungen abzugleichen und daraus eine Konzeption zu entwickeln. Ein in der Praxis häufig auftretendes Problem ist etwa die eindeutige Benennung von Prozess- und Messgrößen, wenn diese Gewerke übergreifend definiert werden sollen. Während zum Beispiel in der Heizungstechnik in hydraulischen Kreisen üblicherweise die Temperaturen mit Vorlauf (VL) und Rücklauf (RL) benannt werden, bezeichnet man sie in der Kältetechnik häufig mit Eintritt (1) und Austritt (2).

Daher empfiehlt es sich, das Kennzeichnungssystem in verschiedene Abschnitte (Ort, Funktion, Zusatzangaben) einzuteilen. Dies ist insbesondere für flexible Anwendungen wie zum Beispiel bei Labor- und Forschungsprojekten am Institut für Gebäude- und Energiesysteme wichtig, weil hier oftmals für detailliertere messtechnische Untersuchungen mehrere Messpunkte an gleichen Messorten gesetzt werden, welche ohne Zusatzangaben zu doppelten Bezeichnungen führen würden. Dies kann zwar durch einen Stromlaufplan mit entsprechenden Betriebsmittelkennzeichen vermieden werden, aber es zeigt sich in der Praxis, dass es gerade bei vielen Datenpunkten sehr vorteilhaft sein kann, wenn sämtliche Informationen direkt aus dem Kennzeichnungssystem mit ausgelesen werden können, ohne parallel den Stromlaufplan öffnen zu müssen.

Diese zusätzlich eingeführte Kennzeichnung kann auch auf das im aktuellen Entwurf erschienene Blatt 4.1 der neuen Richtlinienreihe VDI 3814 gut abgeglichen werden. Der Entwurf im Blatt 4.1. der VDI 3814 unterscheidet hierbei folgende Bestandteile:

• Anlagenkennzeichnungssystem (AKS) zur eindeutigen Kennzeichnung der Anlagen
• Betriebsmittelkennzeichnungssystem (BKS) zur eindeutigen Kennzeichnung von Betriebsmitteln
• Benutzeradressierungssystem (BAS) zur eindeutigen Bezeichnung von GA-Funktionen

Das Bild zeigt hierbei das Kennzeichnungssystem mit Bezug zu den Begriffen aus Blatt 4.1 der Richtlinie VDI 3814.

Umsetzung des Kennzeichnungssystems

Aufgrund der relativ großen Anzahl an Bearbeitern und Nutzern des Kennzeichnungssystems am Institut musste ein datenbankbasiertes Tool gefunden werden, welches universell einsetzbar und flexibel anpassbar sein sollte. Zudem zählte die Möglichkeit verschiedener Nutzer mit spezifischen Rechten anlegen zu können zu den Anforderungen. Um Fehleingaben zu vermeiden, sollte darüber hinaus eine intuitiv bedienbare Eingabemaske für die Erstellung der Datenpunkte vorhanden sein.

Basierend auf diesen und weiteren Anforderungen fiel nach eingehenden Recherchen die Wahl auf die Software-Umgebung Microsoft Sharepoint. Neben der Installation eines MS Sharepoint Servers auf der eigenen Hardware bietet sich grundsätzlich die Nutzung auf der Microsoft Cloud (Sharepoint online) an. Dadurch ist es möglich auch mit Benutzern, die in einem anderen Planungsbüro tätig sind, gemeinsam am KS zu arbeiten. Die Umsetzung an der Hochschule Biberach wurde im Jahr 2015 mit einem Sharepoint Server 2010 durchgeführt. Als Grundlage für die Umsetzung wurden die benötigten Informationen in verschiedenen Listen, die flexibel bei ergänzenden Anforderungen erweitert werden können, angelegt.

Sämtliche Eingaben, die durch einen Benutzer vorgenommen werden, erfolgen über eine Eingabemaske, die in dem sogenannten Sharepoint Designer frei erstellt werden kann. Die Listeneinträge sind dann über ein Pull-Down Menü auswählbar, damit der Benutzer keine falschen Eingaben durchführen kann.

Folgendes Bild zeigt einen Ausschnitt der Eingabemaske in der Microsoft Sharepoint Umgebung.

Obwohl das Betriebsmittelkennzeichen (BMK) auf der einen Seite im Kennzeichnungssystem (KS) sehr hilfreich bei der Fehlersuche ist, birgt dieses natürlich auch die Gefahr, dass bei einer unvorsichtigen Veränderung des dazugehörigen Stromlaufplanes sich alle Betriebsmittelkennzeichen verschieben. Dies würde z. B. beim nachträglichen Einfügen einer Seite geschehen. Dadurch würden alle nachfolgenden Betriebsmittel nicht mehr mit den bereits erstellten KS übereinstimmen. Entweder muss deshalb festgelegt werden, dass Ergänzungen nur am Ende angehängt werden dürfen, oder es muss mit der Datenbank-ID anstatt des BMK gearbeitet werden. Ein Beispiel hierfür zeigt die Tabelle.

Während in der ersten Zeile der BMK mit „10R1“ hervorgehoben ist, befindet sich an derselben Stelle in der zweiten Zeile die ID des Datenpunktes in der Datenbank („na“ steht für den Hinweis, dass hier das BMK fehlt).

Die Selektion bestimmter Inhalte bedingt eine automatische Filterfunktion für nachfolgende Felder. Beispielsweise sind dann nur noch Räume auswählbar, die in einem bestimmten Gebäude vorhanden beziehungsweise zuvor angelegt worden sind. Genauso verhält es sich bei den Zusatzfeldern. Sobald bei dem Bereich „Gebäudeautomation“ ausgewählt wird, sind auch nur noch Informationen aus diesem Bereich in den Zusatzfeldern auswählbar.

Nachdem mit dieser Eingabemaske ein Datenpunkt angelegt wurde, werden sogenannte Workflows bei MS Sharepoint 2010 aktiv, die zuvor einmalig in dem Sharepoint Designer „programmiert“ worden sind. Hierbei handelt es sich um einfache „Wenn-Dann“-Bedingungen, die sehr einfach zu administrieren sind.

Durch dieses Vorgehen entsteht eine Datenbank mit hervorragenden Filtereigenschaften, weil grundsätzlich jeder Listeneintrag einzeln selektiert werden kann und somit die Gesamtliste der Datenpunkte mit wenigen Mausklicks stark eingeschränkt werden kann. Ein Beispielfilter könnte sich aus der Anlagennummer (z. B. 442018), der Funktion (z. B. MW – Messwert) und dem Datenpunkt (z. B. T – Temperatur) zusammensetzen.

Ein weiterer Vorteil der MS Sharepoint Umgebung ist die Kommunikation mit den MS Office Programmen. So ist es beispielsweise möglich, die komplette Datenpunktliste einfach nach Excel zu exportieren. Dies wird an der Hochschule Biberach unter anderem für die Bereitstellung von ausgewählten Datenpunkten für studentische Arbeiten genutzt. Dadurch müssen keine zusätzlichen Nutzer auf dem Sharepoint Server verwaltet werden und die Studenten können mit diesem exportierten Stand ihre projektspezifischen Themen bearbeiten, ohne dass das Original auf dem Server beeinflusst wird. Für die projektspezifische Arbeit ist natürlich die konsistente Datenhaltung auf dem Server sehr wichtig, weil dadurch stets gewährleistet ist, dass jeder denselben Stand hat und mit aktuellen Daten arbeitet.

Diese Eigenschaft wird noch zusätzlich durch die Versionsverwaltung von MS Sharepoint unterstützt. Dadurch ist jederzeit eindeutig nachvollziehbar, wer, wann, wo welchen Datenpunkt angelegt beziehungsweise verändert hat.

Standardisiertes Kennzeichnungssystem als Grundlage einer zeitgemäßen Automatisierungslösung

Gleich in mehreren Projekten konnte die Praxisrelevanz des entwickelten Kennzeichnungssystems an der Hochschule Biberach getestet werden:

• Erfassung von mehreren Feldanlagen (Kälteanlagen, Erneuerbare Energieanlagen, …) in einem Energiemanagement-Tool
• Automatisierung verschiedener HLK-Anlagen durch eine Automationsstation (AS) in hochschuleigenen Gebäuden über den Kommunikationsstandard BACnet
• Visualisierung unterschiedlicher Anlagensysteme über ein Gebäudeautomationsmanagement (GAM)

Bei allen Projekten ist der Einsatz des KS enorm hilfreich, weil diese Systeme eine eindeutige und gleichzeitig flexible Datenpunktstruktur verlangen.

Für die differenzierte Unterscheidung der Datenpunkte wird in jeder Anlage das Benutzeradressierungssystem (BAS) mit den Zusatzfeldern zu Grunde gelegt. Nicht benötige Zusatzfelder werden von dem entsprechenden Workflow mit Unterstrichen gekennzeichnet, da manche Softwaretools auf feste Längen des BAS angewiesen sind. Die folgende Tabelle erläutert die unterschiedlichen Darstellungsarten des BAS, die derzeit noch zwischen den einzelnen Softwaretools unterschiedlich sein können.

Ein großes Problem sind beispielsweise sehr oft die Sonderzeichen, die durch Unterstriche ersetzt werden müssen.

Fazit und Ausblick

Es ist darauf zu achten, dass die Erzeugung und die Pflege des Kennzeichnungssystems standardisiert, flexibel erweiterbar, möglichst intuitiv und übersichtlich gestaltet ist.

Durch die in diesem Beitrag vorgestellte Methodik und konkrete Implementierung ist es möglich, jeden Datenpunkt eindeutig zu kennzeichnen und in den unterschiedlichsten Softwaretools (Energiemanagement, Gebäudeautomationsmanagement) einfach zu integrieren. Nach einer gewissen Einarbeitungszeit ist es möglich, aus dieser eindeutigen Bezeichnung alle benötigten Informationen eines jeden Datenpunktes auszulesen. Für weitere Informationen kann zudem durch die Filterfunktion von Microsoft Sharepoint sehr schnell auf weiterführende Informationen zugegriffen werden. Die umgesetzte Sharepoint Umgebung hat sich für die bisherigen Anwendungen in den Projekten am Institut für Gebäude- und Energiesysteme der Hochschule Biberach in diesem Kontext als äußert passend und flexibel erwiesen.

Entwicklungsbedarf besteht noch in der automatisierten Umsetzung für verschiedene Softwaretools, da manche Tools grundsätzlich eine feste Länge des AKS vorgeben, keine Sonderzeichen erlauben oder keine Groß- und Kleinschreibung unterscheiden können. Beispielsweise kann nicht zwischen „p“ für Druck und „P“ für Leistung unterschieden werden. Aus diesem Grund musste in einem solchen Fall ein Unterstrich zur Unterscheidung von Groß- und Kleinschreibung genutzt werden.

Die neue Richtlinie VDI 3814 bietet mit dem aktuellen Entwurf von Blatt 4.1. eine gute Grundlage für ein standardisiertes Kennzeichnungssystem. Bei der Spiegelung dieser Richtlinie auf das am Institut für Gebäude- und Energiesysteme der Hochschule Biberach bereits vorher entwickelte Konzept für ein Kennzeichnungssystem empfehlen die Autoren, in der Richtlinie noch klarere Vorgaben für eine möglichst eindeutige Umsetzung in Softwaretools zu machen. Beispielsweise im Hinblick auf die Groß- und Kleinschreibung und die Verwendung von Sonderzeichen.

 

 

Literatur:

[1] DIN 6779–12: Kennzeichnungssystematik für technische Produkte und technische Produktdokumentation, Teil 12: Bauwerke und technische Gebäudeausrüstung, Beuth-Verlag, Juli 2013

[2] VDI 3814, Blatt 4.1. Entwurf: Gebäudeautomation (GA) – Methoden und Arbeitsmittel für Planung, Ausführung und Übergabe – Kennzeichnung, Adressierung und Listen, Dezember 2017