Start-ups für die TGA

Im Zuge innovativer Entwicklungen durchlaufen wir alle immer wieder die gleichen Phasen. Als in den 1980er Jahren die Vision des papierlosen Büros aufkam, herrschte zunächst große Begeisterung. Dann jedoch wurden Berichte erst einmal immer öfter ausgedruckt, um sie immer perfekter zu gestalten. Irgendwann folgte der Hinweis unter E-Mails, man möge sich zweimal überlegen, ob man sie wirklich ausdrucken muss. Aber heute, gut 30 Jahre später, ist es Realität: Mein Büro ist so papierlos, dass ich nicht einmal einen Platz für die Ablage von Papierunterlagen habe.

Aus der gemeinsamen Sicht eines Software-Entwicklers und eines Venture Capital-Investors, der sich auf Real Estate-Technologien fokussiert, haben wir einen ganz guten Überblick darüber, wie Gebäude in Deutschland aktuell geplant, gebaut und betrieben werden, wo Innovationen stattfinden und welche Perspektiven sich auftun. Und Start-ups spielen dabei eine große Rolle!

Start-ups für die Digitalisierung am Bau

BitStone Capital ist ein international operierender Venture Capital Investor & Company Builder, der sich seit seinem Start vor knapp zwei Jahren auf Frühphaseninvestments im Bereich Real Estate Technologien – u.a. rund um das smarte Gebäude – spezialisiert. Angefangen bei der Planung, über den Bau bis hin zum Betrieb des Objektes investiert BitStone Capital entlang der Wertschöpfungskette in innovative Technologien, die die Digitalisierung und den Wandel der Bau- und Immobilienbranche vorantreiben. Aktuell befinden sich bereits 13 spannende Start-ups im BitStone-Portfolio, die mit den unterschiedlichsten Blickwinkeln auf die Immobilie Lösungen hervorbringen und somit einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung der zukünftigen Gebäude liefern. synavision, eines dieser Start-ups, hat eine Digitale Plattform für das Qualitätsmanagement gebäudetechnischer Anlagen entwickelt. Auf Basis von „Digitalen Zwillingen“ werden Anlagenfunktionen von der Bedarfsplanung bis in den Regelbetrieb spezifiziert und überwacht. Eine der erfolgreichsten Anwendungen in der Praxis ist das immer stärker nachgefragte Technische Monitoring für Gebäude.

Zurzeit erleben wir im Real Estate-Bereich einige Innovationswellen, asynchron und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Digitalisierungsgraden, aber spannend und voller Chancen. Um diese Potentiale nutzen zu können, müssen wir diese Entwicklungen analysieren und diskutieren. Dazu möchten wir in diesem Artikel einige Technologien, Geschäftsmodelle und Szenarien skizzieren.

Smart Building

Das Gebäude der Zukunft ist natürlich „smart“. Doch was bedeutet das im Detail und welche Komponenten des Gebäudes ermöglichen den Wandel und erlauben gleichzeitig eine völlig neue Nutzung? Der Schlüssel ist ein holistischer Ansatz, der es ermöglicht einst separate Systeme miteinander zu einer offenen Plattform zu verbinden, die auf eine bessere wirtschaftliche, soziale und ökologische Performance des Gebäudes und seiner Nutzer einzahlt. Voraussetzung für solch ein intelligentes und vernetztes Gebäude ist die technische Infrastruktur, die das Gerüst und die Basis für alle implementierbaren technologischen Produkte und Features bildet.           

Das Internet der Dinge ermöglicht die interaktive Kommunikation einzelner Komponenten im Gebäude und verbindet die gesamte IoT-fähige Technische Gebäudeausrüstung. Das Spektrum reicht von der Steuerung einzelner Heizkreisläufe bis hin zu komplexer Gebäudeleittechnik. 

Der Einsatz von Sensoren, Mesh-WLAN, Kameras und Co. ermöglicht in Kombination mit Cloud Services die detaillierte Analyse dessen, was im und um das Gebäude stattfindet. Über die Cloud kann die Gebäudeinfrastruktur auch mit unzähligen Nutzer-Apps und FM-Services verknüpft werden.

Das vernetzte Gebäude als offene Plattform ermöglicht neben maßgeblichen Energieeinsparungsmöglichkeiten, effizienteren Abläufen und mehr Transparenz auch völlig neue Wege der Monetarisierung. So lassen sich Services und Dienstleister flexibel integrieren, kombinieren und immer neue Features und Produkte implementieren. Dadurch wird das smarte Gebäude zum zentralen Innovationstreiber für Arbeit, Leben und Freizeit.

Doch nicht nur das Gebäude selbst wird „intelligent“, auch Lösungen rund um das Gebäude, dessen Planung, Bau, Verwaltung und Betrieb werden technologisiert, digitalisiert und effizienter gestaltet.

Vom Rapidographen über CAD zu BIM

Zu Beginn eines Architekturstudiums an der TU Braunschweig in den 1990er Jahren hat sich jeder Student einen Satz Rapidographen gekauft. Schon im Zuge der ersten Semester des Studiums kamen dann leistungsfähige PCs und die ersten CAD-Programme auf. Damals war die Verheißung, dass wir nun „komplette“ 3D-Modelle erstellen würden, aus denen wir jederzeit beliebige Grundrisse oder Schnitte ziehen können. Zunächst wurden aber erst einmal digitale 2D-Zeichungen Realität. Diese waren ein deutlicher Fortschritt im Vergleich zu Tuschezeichnungen. Die Werkzeuge boten aber auch bereits die Möglichkeit, realitätsnahe Visualisierungen mit neuen Darstellungsmöglichkeiten zu generieren.

Heute erstellen schon Erstsemester hochwertige Renderings und Videos bis zu Virtual Reality-Darstellungen. Darüber hinaus können mit Modellen Massen gezogen werden und Informationen zwischen verschiedenen Fachplanern und Gewerken ausgetauscht und zusammengeführt werden. Viele institutionelle Bauherren erproben Building Information Modeling als Gebäude- und Prozessmodell in Projekten und nutzen webbasierte Common Data Environments (CDE), in denen individuell bearbeitete Planunterlagen über standardisierte Industry Foundation Classes (IFC) ausgetauscht und mit Ticketsystemen im Building Collaboration Format (BCF) kommentiert werden. Am Horizont erscheint der Digitale Zwilling für Gebäude – von der Idee bis zum Rückbau – als Basis einer digitalen Innovationswelle.

Bestandsaufnahme

Ein für viele Immobilienverwaltungen höchst relevantes und aktuelles Thema ist die genaue Erfassung und Dokumentation des aktuellen Bestands. Hier existieren in den meisten Fällen nur fehler- und lückenhafte Aufzeichnungen, Pläne und eine unstrukturierte Dokumentation der bestehenden Flächen und Gebäude. Mit Hilfe von 3D-Scanning Software ist es heute schon möglich innerhalb von kürzester Zeit, zentimetergenau und mit 600.000 Laserstrahlen pro Sekunde einen 360°-Scan der Gebäude zu generieren. Im Anschluss können den Kunden digitale 3D-Modelle aus den prozessierten Daten geliefert werden.

Aufzugsmanagement

Eins der wartungs- und kostenintensivsten Komponenten einer Immobilie ist der Aufzug. Jährlich fallen allein in der EU 5 Mrd. € für Wartungs- und Reparaturaufwendungen an, auf aktuell ca. sechs Mio. Aufzüge – mit stetigem Wachstum.Mithilfe einer 360°-Visualisierung des Aufzuges und der Ausstattung mit Sensortechnologie kann ein digitaler Zwilling erstellt werden, der transparente, effiziente und präzise Daten in Echtzeit liefert, auswertet und dadurch Predictive Maintenance ermöglicht. Somit können Aufzüge bedarfsgerecht und optimal betrieben und Ausfallzeiten maximal verringert werden.

Mängelmanagement

Mobile Applikationen für die allgegenwärtigen Smartphones verändern die Bauwelt rasant. Dank mobilem Internetzugang, Kamera und Mikrofon, in der Kombination mit den zunehmend verfügbaren 3D-Gebäudemodellen und webbasierten Ticketsystemen, ist es mittlerweile möglich, die Entwicklung der Baustelle umfangreich, detailliert, präzise und transparent zu dokumentieren. Hier ist ein kompletter Anwendungsprozess vom Klemmbrett in die Cloud digitalisiert worden. Offen ist, wie weit die Digitalisierung reicht: Werden die aufgenommenen Informationen im Projekt verarbeitet und reicht dann die Konnektivität bis zu aller Beteiligten, ggf. auch in andere Systeme und am Ende bis auf die Baustelle zur Mängelbeseitigung und Dokumentation „as built“? Am Ende könnte die mit dem Smartphone erzeugte Ticketliste im Projektmanagement doch wieder von Hand in die mit „Excel“ erstellte Mängelliste übertragen werden. Aber schon jetzt zeigen die Anwendungen, wie sich einzelne Entwicklungen gegenseitig verstärken können.

Gebäudeautomation

Die Gebäudeautomation hat sich in den letzten Jahrzehnten stark weiterentwickelt. Komponenten und Systeme können objektorientiert programmiert werden, über standardisierte Protokolle miteinander kommunizieren und integriert werden. Die entsprechenden Daten stehen dann auf Managementbedienebenen zur Verfügung. Sie können visualisiert oder auch wiederum mit anderen Applikationen wie Ticketsystemen für Alarme, Störmeldungen etc. verknüpft und genutzt werden. Die nächsten Schritte, die sich hier abzeichnen, sind die Verknüpfung der Komponenten über drahtlose Kommunikation im Gebäude und – Stichwort IoT – die direkte Anbindung an Cloud-Services, über die dann viele der mit größeren Latenzzeiten arbeitenden Funktionen abgebildet werden können. So können Schaltschränke in Zukunft vermutlich kleiner dimensioniert werden.

Digitalisierung und Qualitätsmanagement

In der Praxis sehen wir dabei aktuell aber auch neue Herausforderungen. Die Übertragung in die Cloud treibt die Virtualisierung der Anlagenfunktionen noch einmal weiter. Und die Integration von Gebäuden in Smart Grids wird ebenfalls neue und anspruchsvolle Funktionalitäten erfordern. Umso geringer kann ggf. die Verständlichkeit dieser Anlagen für den Fachplaner und Betreiber sein, wenn die Digitalisierung nicht parallel auch genutzt wird, um Funktionalitäten besser zu spezifizieren, zu erläutern und zu prüfen. Hier hat die synavision mit der Einführung des Digitalen Prüfstands als Qualitätsmanagement-Plattform einen innovativen Service entwickelt, mit dem nun funktionale Anforderungen frühzeitig durch den Bauherrn definiert, und später im Betrieb nach transparent definiertem Prozess geprüft und überwacht werden können.

Unter dem Begriff „Technisches Monitoring“ hat dieser Prozess mittlerweile sehr erfolgreich und dynamisch Einzug in Bauwelt gehalten. Mit der AMEV-Empfehlung 135 „Technisches Monitoring“ hat sich ein Leistungsbild etabliert, das Bauherren hilft, ihre funktionalen Ziele für Gebäude präziser und transparenter zu definieren. Durch die Digitalisierung und die Verknüpfung mit der Gebäudeautomation – wieder so ein Brückenschlag zwischen verschiedenen neuen digitalen Werkzeugen – können die Anlagenfunktionen dann im Betrieb automatisiert überprüft werden, inkl. Ticketsystem für das Mängelmanagement, regelmäßigem Reporting im Betrieb oder Dashboards für die Analyse bei Auffälligkeiten.

KI und Maschinelles Lernen

In diesem Bereich zeigt sich auch, dass die aktuell populären Buzzwords wie „Künstliche Intelligenz“ und „Maschinelles Lernen“ in einzelnen Bereichen ganz praktisch angewendet werden können. So haben wir derzeit zum Beispiel den digitalen Prüfstand der synavision um ein Modul zur Überwachung von Korrosionsprozessen erweitert. An diesem Projekt kann man geradezu archetypisch darstellen, wie Digitalisierung und KI im Detail funktionieren.

Korrosion führt in einzelnen Gebäuden, insbesondere in Kühlsystemen, zu erheblichen Schäden. Mit Hilfe eines Kombisensors in einem Bypass können einzelne relevanten Parameter des Korrosionsprozesses messtechnisch überwacht werden. Dazu werden die Daten erfasst, aufbereitet und visualisiert. Experten können diese Visualisierung dann sichten, analysieren und bei Bedarf einschreiten. 

Im Zuge dieser Überwachungen hat die synavision viel Daten zu den Korrosionsprozessen gesammelt. Ziel war es nun, zu identifizieren, welche Leistungen in diesem Prozess digitalisiert werden können. Dieser Prozess ist wichtig: Die Auditierung der Systeme und die Installation des Sensors kann nur sehr aufwändig bzw. gar nicht digitalisiert werden, aber die Überwachung der Sensordaten ist hierfür sehr gut geeignet. Diese Differenzierung hört sich trivial an, ist aber für die Entwicklung eines Geschäftsmodells von großer Bedeutung.

Für die Digitalisierung des Überwachungsprozesses wurde zunächst relevantes Expertenwissen identifiziert und so aufbereitet, dass es algorithmisch abgebildet werden kann. Gleichzeitig wurden die vorhandenen Daten aufbereitet und analysiert, um jeweils für einzelne relevante Phänomene, wie unkritische Korrosion, schädliche Entwicklungen oder fehlerhaften Betrieb typische Datenbeispiele zu identifizieren. Um diese verschiedenen Phänomene anhand der Daten automatisiert erkennen zu können, mussten geeignete Verfahren aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz, hier insbesondere der Mustererkennung, gefunden und angewendet werden. Da diese keine richtigen oder falschen, sondern nur mehr oder weniger geeignete Ergebnisse liefern, ist dies ein aufwändiger und iterativer Prozess, bis eine hinreichend gute Identifikation für einzelne Phänomene gefunden wurde.

Liegen diese Methoden jedoch vor, kann die Datenüberwachung mit Hilfe der Algorithmik automatisiert durchgeführt werden. Wenn dann auch noch die Datenerfassung automatisiert ist und den erkannten Mustern und Phänomenen fachlich sinnvolle Handlungsempfehlungen zugeordnet und diese – z.B. mit einem Ticketsystem – automatisiert an den richtigen Adressaten versendet werden, ist der Überwachungsprozess digitalisiert. Der letzte Schritt hin zu maschinellem Lernen kann dann die kontinuierliche Auswertung der Schleife aus erkanntem Phänomen, Handlungsempfehlung, Maßnahmen und Veränderung im hydraulischen System bilden. Dadurch wird die Software in die Lage versetzt, aus den nun immer weiter eingehenden Daten und Feedbacks die eigene Treffergenauigkeit stetig zu verbessern. Dies kann dann sowohl mit Unterstützung von Experten als auch vollautomatisiert unter Anwendung z.B. von Neuronalen Netzen erfolgen.

Dies ist nur ein kleiner Prozess für ein kleines, wenn auch teilweise kostenrelevantes Detail am Bau. Und wie alle anderen oben beschriebenen innovativen Anwendungen reichert auch diese den digitale Zwilling mit immer weiteren Daten an und bietet wieder neue Potentiale für Verknüpfungen.

Bei allen Chancen muss jedoch auch berücksichtigt werden, dass Aufwand und Kosten hierfür erheblich sein können. Denn untern anderem erfordern diese Innovationen neue Experten, die bisher am Bau nur wenig vertreten sind: Software-Ingenieure.

Bedeutung von Software

In Schulungen der synavision oder bei wissenschaftlichen Veranstaltungen fragen wir oft am Anfang, welche Berufe im Publikum vertreten sind. Software-Ingenieure sind fast nie dabei. Dabei zeigen die Beispiele oben, dass gerade Software für die Baubranche große Chancen bietet. Wenn wir Digitalisierung erfolgreich umsetzen wollen, müssen Software-Experten von Beginn an und intensiv in die Produktentwicklung eingebunden sein. Kritisch ist dabei insbesondere die Fähigkeit, die Qualität und Leistungsfähigkeit von Software überhaupt einschätzen zu können. Software ist nicht billig und rechnet sich über die Skalierung. Entsprechend ist das Ziel nicht „der schnelle Hack“, sondern die Entwicklung nachhaltiger Software, mit der tausende von Gebäuden jahrelang sicher unterstützt werden können.

Die technischen und finanziellen Anforderungen für leistungsstarke, skalierbare und nachhaltige Software sind erheblich. Deshalb ist es wichtig, dass Risikokapitalgeber auch den Immobilienbereich verstärkt in den Blick nehmen und Proptech-Startups in ihrer Entwicklung fördern.

Rollen werden sich verändern: Mögliche Szenarien

Aus unserer Sicht wird – neben den oben beschriebenen Entwicklungen – die Standardisierung und Modularisierung eine Voraussetzung für die erfolgreiche Umsetzung von TGA in der Zukunft sein. Ein Szenario könnte so aussehen:

Ein Teil der Automatisierungstechnik wandert in die Cloud. Hier werden weniger Versorgung- und Elektrotechniker als Software-Entwickler gefragt sein, um verschiedenste Funktionen als Microservices zu programmieren (siehe Alexa-Skills) und Software-Schnittstellen zwischen Komponenten, Gebäuden und Cloud-Plattformen herzustellen.

Hersteller und Errichter werden verstärkt erweiterte, modulare Systeme anbieten, ob die komplette Heizzentrale oder Kombieinheiten aus Raumklimatisierung, Beleuchtung und Einzelraumregelung.

Genauso kann sich der Leistungsbereich der klassischen Fachplanung von der immer wieder neuen Planung eigentlich standardisierbarer Heizzentralen und RLT-Anlagen verschieben, hin zur Planung übergeordneter Funktionalitäten und Schnittstellen, sowie der Systemintegration.

Neu und als zwingend notwendige Dienstleistung wird das Qualitätsmanagement u.a. in Form von Technischem Monitoring und Inbetriebnahmemanagement den Markt ergänzen als Teil des „Model Checking“ im Digitalen Zwilling und dem realen Gebäude. Die oben angesprochene AMEV-Empfehlung hat mit einem ersten klar definierten Leistungsbild gezeigt, wie solche Leistungen pragmatisch in den Markt eingeführt werden können.

Bei all diesen Entwicklungen sind hier auch die Bauherren gefordert: Sie müssten sich auf diese Entwicklungen vorbereiten und die neuen Aufgaben und Rollen in ihren Projekten sinnvoll definieren. Hierzu empfehlen wir Bauherren heute am Anfang eines Projekts neben einer Bedarfsplanung in Bezug auf das jeweilige Projekt auch eine kritische Planung der einzelnen Prozesse und Rollen.

Ein alter Spruch sagt: „Ein Projekt endet so, wie es anfängt.“ Auch wenn es dem leidenschaftlich-kreativen Ingenieur nicht gefällt: Strukturierte Prozesse, transparente Organisation und digitales Management von Projekten und die entsprechende Software werden weiter stark an Bedeutung gewinnen und eine immer wichtigere Voraussetzung für den Projekterfolg werden. Nur so können wir die steigenden Anforderungen unserer Gebäude, die neuen Chancen und die dabei zunehmende Komplexität erfolgreich bewältigen. Dieser Herausforderung stellen wir uns gerne.