ΠΛΑΤΦΟΡΜΑ ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΟΥ ΙΣΤΟΥ ΓΙΑ ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗ ΚΤΗΡΙΩΝ ΣΕ ΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΝΕΟΙ ΟΡΙΖΟΝΤΕΣ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΩΝ ΕΙΔΙΚΟΤΗΤΩΝ

ΠΛΑΤΦΟΡΜΑ ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΟΥ ΙΣΤΟΥ ΓΙΑ ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗ ΚΤΗΡΙΩΝ ΣΕ ΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΝΕΟΙ ΟΡΙΖΟΝΤΕΣ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΩΝ ΕΙΔΙΚΟΤΗΤΩΝ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Ν Ε ΚΤΑΡΙ Ο Σ ΛΙΛΗ Σ 1η Επιστημονική Ημερίδα Θεμάτων Αρχιτεκτονικής Τεχνολογίας Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Τμήμα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών 3 6 2016

Πανευρωπαϊκό ερευνητικό πρόγραμμα Η2020 OptEEmAL : www.opteemal-project.eu Ανάπτυξη online πλατφόρμας για την ενεργειακή αναβάθμιση κτηρίων σε αστικό περιβάλλον. Συνεργάτες University College London (UCL) Δημήτριος Ρόβας (Καθ.) Πολυτεχνείου Κρήτης Γεώργιος Γιαννάκης (Δρ.) Κυριάκος Κατσιγαράκης

ΔΟΜΗ 1. Γεωμετρικά Πληροφοριακά μοντέλα κτιρίων (CAD BIM). 2. Πληροφοριακά μοντέλα κτιρίων Ενεργειακή απόδοση (ΒΙΜ BEP). 3. Σημασιολογικό δίκτυο σε κτιριακά μοντέλα. 4. Πλατφόρμα OptEEmAL. 5. Προοπτικές στην εκπαίδευση.

Γεωμετρικά Πληροφοριακά μοντέλα κτιρίων (CAD BIM) Computer Aided Design. (1970 -...) Η γεωμετρία κτιριακών στοιχείων αναπαριστάται ψηφιακά σε δύο η τρεις διαστάσεις και εισάγεται με την βοήθεια H/Y σε ψηφιακό αρχείο. Building Information Model (2000- ) Φυσικά (γεωμετρία, ιδιότητες,...) και λειτουργικά χαρακτηριστικά κτιριακών στοιχείων αναπαριστώνται και εισάγονται Υλικά Ιδιότητες με την βοήθεια H/Y σε ψηφιακό αρχείο. Κόστος Χρόνος Ζωής

Γεωμετρικά Πληροφοριακά μοντέλα κτιρίων (CAD BIM) Χωρίς ΒΙΜ Αλλαγές Σ. Π. (Α) X Με ΒΙΜ Π. Ε. Α. (Α) Π. Ε. Α. (Α) Σ. Π. (Α) ΒΙΜ Σ. Π. (Β) Π. Ε. Α. (Β) Αλλαγές Αρχιτέκτονας και μελετητής ενεργειακής απόδοσης χρησιμοποιούν διαφορετικά προγράμματα που επικοινωνούν διαφορετικά μεταξύ τους. Σ. Π. (Β) Π. Ε. Α. (Β) Αρχιτέκτονας και μελετητής ενεργειακής απόδοσης χρησιμοποιούν διαφορετικά προγράμματα που μοιράζονται κοινή βάση δεδομένων (ΒΙΜ). Σ.Π. : Σχεδιαστικό Πρόγραμμα. Π.Ε.Α. : Πρόγραμμα Υπολογισμού Ενεργειακής Απόδοσης.

Γεωμετρικά Πληροφοριακά μοντέλα κτιρίων (CAD BIM) Industry Foundation Class (IFC) - ISO 13739 (2013). IFC Η δομή δεδομένων IFC (ΒΙΜ) παρέχει τις δυνατότητες για να περιγράψει δεδομένα κτηρίων που χρειάζονται για τον υπολογισμό της ενεργειακής τους απόδοσης με την βοήθεια προγραμμάτων υψηλών προδιαγραφών όπως το EnergyPlus. EnergyPlus - U.S. Dept. OF Energy. Το EnergyPlus είναι ένα πιστοποιημένο πρόγραμμα υπολογισμού ενεργειακής απόδοσης κτηρίων (Builing Energy Performance BEP). Χρονικό βήμα μικρότερο απο ώρα. Υποστήριξη βιοκλιματικών στοιχείων. Υποστήριξη πληθώρας ενεργητικών συστημάτων.? Μπορούμε να συνδέσουμε δομές ΒΙΜ (IFC) με προγράμματα BEP (EnergyPlus) με έναν ημιαυτόματο τρόπο. IFC

Πληροφοριακά μοντέλα κτιρίων Ενεργειακή απόδοση Για την ημιαυτόματη μετατροπή ενός BIM σε BEP απαιτούνται τρία βήματα : ΒΙΜ 1. Ανίχνευση και ημιαυτόματη διόρθωση Σχεδιαστικών γεωμετρικών λαθών. BEP IFC 2. Υπολογισμός Τοπολογίας οριακών επιφανειών από Αρχιτεκτονικά στοιχεία. 3. Σύνδεση Ιδιοτήτων υλικών / Συστημάτων (ενεργητικών / παθητικών) με την τοπολογία οριακών επιφανειών Δοκιμαστικό ΒΙΜ CAD Ορθό ΒΙΜ 1 IFC Λάθη προς διόρθωση Εμπλουτισμένο ΒΙΜ 2 IFC 3 IFC +

Πληροφοριακά μοντέλα κτιρίων Ενεργειακή απόδοση 1. Ανίχνευση και ημιαυτόματη διόρθωση Σχεδιαστικών Γεωμετρικών Λαθών. Α. Πολυεδρικές τομές Οι πολυεδρικές αναπαραστάσεις αρχιτεκτονικών στοιχείων τέμνονται. Α Α-Β Α B B-A ή Β Β. Λάθη στον ορισμό των κτιριακών χώρων Υπάρχουν κενά μεταξύ των εσωτερικών κτιριακών χώρων και γειτονικών αρχιτεκτονικών στοιχείων. Χώρος Κενό Γ. Λάθη στον προσανατολισμό επιφανειών Ο προσανατολισμός των πολυεδρικών αναπαραστάσεων των αρχιτεκτονικών στοιχείων δεν είναι σωστός. Χώρος Χώρος

Πληροφοριακά μοντέλα κτιρίων Ενεργειακή απόδοση 2. Υπολογισμός Τοπολογίας οριακών επιφανειών από αρχιτεκτονικά στοιχεία. Η τοπολογία οριακών επιφανειών περιλαμβάνει : Β1. Χωρικά όρια 2ου επιπέδου που ορίζονται ως το σύνολο των επιφανειών από τις οποίες υπάρχει ροή θερμότητας, από έναν εσωτερικό κτηριακό χώρο σε ένα άλλον ή στο περιβάλλον (εξωτερικός αέρας, έδαφος). Β2. Εξωτερικά σκίαστρα. Εξωτερικά χωρικά όρια (Β1) 1 3 1 2 4 Α. Αρχιτεκτονικά στοιχεία 3 Εσωτερικά χωρικά όρια (Β1) 2 4 Εικονικά χωρικά όρια (Β1) Εξωτερικά σκίαστρα (Β2) Β. Τοπολογία οριακών επιφανειών Ο υπολογισμός της τοπολογίας οριακών επιφανειών (Β), από τα αρχιτεκτονικά στοιχεία (Α) ενός κτιρίου, μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνον εφόσον δεν υπάρχουν Σχ. Γεωμετρικά λάθη, με την βοήθεια του αλγορίθμου Κοινού Ορίου Τομής και Προβολής ( C B I P ).

Πληροφοριακά μοντέλα κτιρίων Ενεργειακή απόδοση Κτήριο CARTIF Βαγιαδολίδ, Ισπανία CBIP Εξωτερικά σκίαστρα Εικονικά χωρικά όρια CBIP Εξωτερικά χωρικά όρια CBIP Εσωτερικά χωρικά όρια Ολικός χρόνος υπολογισμού ~230 sec

Πληροφοριακά μοντέλα κτιρίων Ενεργειακή απόδοση Κτήριο Πολυτεχνείου Κρήτης Χανιά,Ελλάδα CBIP Εξωτερικά σκίαστρα Εικονικά χωρικά όρια CBIP Εξωτερικά χωρικά όρια CBIP Εσωτερικά χωρικά όρια Ολικός χρόνος υπολογισμού ~60 sec

Πληροφοριακά μοντέλα κτιρίων Ενεργειακή απόδοση 3. Σύνδεση Ιδιοτήτων υλικών / Συστημάτων (ενεργητικών / παθητικών) με την τοπολογία οριακών επιφανειών. 1 3 2 4 Β. Τοπολογία οριακών επιφανειών Σύστημα Ψύξης 2 1 3 2 4 Χωρικό Οριο 23 Υλικό 1 Υλικό 2... Σύστημα Θέρμανσης 3 Γ. Τοπολογία οριακών επιφανειών συνδεδεμένη με Ιδιότητες υλικών / Συστήματα Το τελευταίο βήμα για την δημιουργία ενός μοντέλου για τον υπολογισμό της κτιριακής ενεργειακής απόδοσης είνα η σύνδεση Ιδιοτήτων υλικών / Συστημάτων (ενεργητικών / παθητικών) με την τοπολογία οριακών επιφανειών.

Σημασιολογικό δίκτυο σε κτιριακά μοντέλα Απλό δίκτυο Σύνολο κόμβων και ακμών που Συνδέουν τους κόμβους. Σημασιολογικό δίκτυο Οι ακμές συνδέουν τους κόμβους με μια σχέση : (1) Υποκείμενο Subject Α33 Κόμβος Ακμή Δ12 (2) Κατηγορούμενο Predicate (Ακμή) (3) Αντικείμενο Object Α33 Β7 Κ5 Κ2 Δ12 Η τοπολογία ενός απλού δικτύου μπορεί να αναπαρασταθεί με ένα διασυνδεδεμένο γράφο. (Κόμβος) Κ2 Β7 (Κόμβος)

Σημασιολογικό δίκτυο σε κτιριακά μοντέλα Τα σημασιολογικά δίκτυα μας επιτρέπουν να συνδέσουμε εννοιολογικά στοιχεία κτηρίων (αρχιτεκτονικά, στατικά, μηχανολογικά) με έναν τρόπο αντιληπτό από υπολογιστές και ανθρώπους και εύκολα προσβάσιμο. Υ1 Σύστημα Ψύξης 2 1 3 2 Χωρικό 'Οριο 23 Υλικό 1 Υλικό 2... 4 Σύστημα Θέρμανσης 3 Υ2 Εσωκλείει Τ235 Τμήμα Εσωκλείει Χ.Ο. 23 Εφάπτεται Εφάπτεται Τοίχος 235 Χ : Χώρος Χ.Ο. : Χωρικό Όριο Σ.Θ. : Σύστημα Θέρμανσης Σ.Ψ. : Σύστημα Ψύξης Τ : Τοίχος Υ : Υλικό Χ1 Χ2 Περιέχει Περιέχει Σ.Ψ. 2 Σ.Θ. 3

Η πλατφόρμα OptEEmAL H πλατφόρμα OptEEmAL στοχεύει στην επιλογή, με χρήση αλγορίθμων και πολλαπλών Η/Υ, των βέλτιστων στρατηγικών αναβάθμισης κτιρίων σε αστικά περιβάλλοντα. Τα κριτήρια επίδοσης των στρατηγικών συμπεριλαμβάνουν : Ενεργειακή Ζήτηση / Κατανάλωση, Κόστος, Ισοδύναμες εκπομπές θερμοκηπίου, Η πλατφόρμα θα αντλεί δεδομένα από σημασιολογικό δίκτυο, το οποίο θα αναπτύσσεται με πληροφοριακά μοντέλα κτιρίων (IFC), της περιοχής ενδιαφέροντος. Κτίριο 2 Κτίριο.. IFC IFC IFC Κτίριο 1 Κτίριο 1 IFC Κτίριο 2 IFC Σημασιολογικό Υποδίκτυο 1 Σημασιολογικό δίκτυο αστικής περιοχής

Η πλατφόρμα OptEEmAL H πλατφόρμα εξάγοντας δεδομένα από το σημασιολογικό δίκτυο της υπό εξέταση περιοχής, θα μπορεί να αξιολογεί, με πολλαπλά κριτήρια, την αποτελεσματικότητα διαφόρων υποψήφιων επεμβάσεων, και να ιεραρχεί τα αντίστοιχα σενάρια. Αξιολόγηση πολ. κριτηρίων Συν. Εν. Ζήτηση Συν. Κόστος... Σενάριο 1 Ιεράρχηση 1 2 3... Σενάριο 2 Σημασιολογικό δίκτυο αστικής περιοχής Συν. Εν. Ζήτηση Συν. Κόστος... 4... H αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας των σεναρίων θα πραγματοποιείται με κορυφαία προγράμματα υπολογισμού ενεργειακής απόδοσης όπως το EnergyPlus.

Προοπτικές στην εκπαίδευση Δυνατή η αξιολόγηση βιοκλιματικών λύσεων... Με την πλατφόρμα OptEEmAL θα μπορούν να αξιολογούνται ως προς την αποτελεσματικότητα τους, βιοκλιματικές λύσεις (πράσινα δώματα,...), με προϋπόθεση το λογισμικό EnergyPlus να υποστηρίζει αντίστοιχες περιπτώσεις. Θα δοθούν κίνητρα για την υιοθέτηση ανάλογων στρατηγικών και στην φάση του σχεδιασμού και σε περιπτώσεις επεμβάσεων. Δυνατή η εκπαίδευση από απόσταση Με την πλατφόρμα OptEEmAL θα μπορούν να διεξάγονται σεμινάρια και συνεργασίες από απόσταση επειδή το σημασιολογικό δίκτυο ειναι πλήρως συμβατό με τεχνολογίες διαδικτύου. Αναζήτηση δεδομένων σε ελάχιστο χρόνο Εύκολη επικοινωνία ανθρώπου Η/Υ Με την πλατφόρμα OptEEmAL θα μπορούν να πραγματοποιούνται αναζητήσεις δεδομένων πόλεων σε ελάχιστο χρόνο. (Ποια κτίρια έχουν ανοίγματα στο βορρά ).

Προοπτικές στην εκπαίδευση Συνεργασία Μηχ. Διαφορετικών ειδικοτήτων Multi-disciplinary collaboration. H πλατφόρμα OptEEmAL θα ενισχύσει την συνεργασία μηχανικών / σπουδαστών διαφορετικών ειδικοτήτων, διότι στηρίζεται στο ανοιχτό πρότυπο IFC (ΒΙΜ) για την δημιουργία του σημασιολογικού δικτύου. Η συνεργασία αυτή θα μπορεί να πραγματοποιηθεί άνετα με την χρήση του διαδικτύου. ΣΧ.Π. Σχεδιαστικό Προγραμμα Αρχιτέκτων Μηχανικός ΣΤ.Π. ΣΧ. Π. Διαδίκτυο Στατικό Πρόγραμμα Η/Μ. Π. Ηλ./Μηχ. Πρόγραμμα Π.Ε.Α. Πρ. Εν. Απόδοσης Η. Μ. / Μηχ Η/Μ. Π. Π.Ε.Α. IFC Μελετητής Ενεργειακής απόδοσης Πολιτικός Μηχανικός ΣΤ. Π.

Προοπτικές στην εκπαίδευση Ολοκληρωμένη παράδοση έργου Integrated Project Delivery (IPD). H πλατφόρμα OptEEmAL θα συντελέσει ώστε να υιοθετηθεί μια νοοτροπία IPD απο την στιγμή της σύλληψης έως την αποπεράτωση της κατασκευής. Με αυτό τον τρόπο η προσπάθεια θα μετατοπιστεί στην αρχή αυτής της διαδικασίας με αποτέλεσμα την μείωση του συνολικού κόστους και του χρόνου αποπεράτωσης. 1 Ικανότητα αλλαγών Προσπάθεια Σχεδιασμός Αποτέλεσμα 2 Κόστος αλλαγών 1 2 3 Παραδοσιακή μέθοδος 3 4 4 IPD Χρόνος 3 Προσχέδιο Σχηματικός Σχεδιασμός Σχεδιασμός Έγγραφα Κατασκευής Κατασκευή 4 Σύλληψη Επιλογή Κριτηρίων Αναλυτικός Σχεδιασμός Έγγραφα Εφαρμογής Κατασκευή

Συμπεράσματα H χρήση πληροφοριακών μοντέλων κτηρίων (ΒΙΜ) διευκολύνει την συνεργασία μηχανικών για την αποπεράτωση κτιριακών έργων. Τα σημασιολογικά δίκτυα μπορούν να διευκολύνουν την διασύνδεση των πολλαπλών δεδομένων που υπάρχουν σε πληροφοριακά μοντέλα κτιρίων. Η πλατφορμα OptEEmAL χρησιμοποιεί σημασιολογικά δίκτυα που προκύπτουν απο πληροφοριακά μοντέλα κτιρίων και αλγορίθμους ημιαυτόματης δημιουργίας μοντέλων για προγράμματα υπολογισμού ενεργειακής απόδοσης, με σκοπό την αξιολόγηση επεμβάσεων σε αστικά περιβάλλοντα. Η πλατφόρμα αυτή μπορεί να ανοίξει νέες προοπτικές στην εκπαίδευση διότι ενισχύει την συνεργασία από απόσταση μηχανικών πολλών ειδικοτήτων.

Αναφορές Α Σημασιολογικά Δίκτυα σε πληροφοριακά μοντέλα κτηρίων Α1. G. Costa, A. Sicilia, G. N. Lilis, D. V. Rovas, J. Izkara, A comprehensive ontologies-based framework to support the retrofitting design of energy-efficient districts, European Conference on Product and Process Modeling (ECPPM), Limassol, Cyprus, 2016 (to appear). Β. Ημιαυτόματη δημιουργία μοντέλων ενεργειακής προσομοίωσης από ΒΙΜ (CBIP) Β1. G. N. Lilis, G. I. Giannakis, D. V. Rovas, Simulation model gneration combining IFC and CityGML data, European Conference on Product and Process Modeling (ECPPM), Limassol, Cyprus, 2016 (to appear). Β2. G. I. Giannakis, G. N. Lilis, D. V. Rovas, A methodology to automatically generate geometry inpus for energy performace simulation from IFC BIM models Building simulation conference of IBPSA, Hyderabad, India, 2015. Β3. G. N. Lilis, G. I. Giannakis, G. Kontes, D. V. Rovas, Semi-automatic thermal simulation model generation from IFC data, European Conference on Product and Process Modeling (ECPPM), Vienna, Austria, 2014. Γ. Ημιαυτόματη Ανίχνευση / Διόρθωση σχεδιαστικών λαθών σε ΒΙΜ Γ1. G. N. Lilis, G. I. Giannakis, D. V. Rovas, Detection and semi-automatic correction of geometric inaccuracies in IFC files Building simulation conference of IBPSA, Hyderabad, India, 2015

Ευχαριστώ