Requirements for an interactive and educational construction generation and evaluation tool

Abstract

In den letzten Jahren eröffneten sich durch die ubiquitäre Verfügbarkeit von verschiedensten Werkzeugen zur Gebäudeevaluierung und -simulation zahlreiche neue Möglichkeiten die Qualität einer Gebäudeplanung bereits im Vorhinein schnell und kostengünstig zu bewerten. Darüber hinaus gibt es mit Building Information Modelling (BIM) einen Ansatz, wie Daten unterschiedlichster Werkzeuge zu einheitlichen Modellierungen vereinigt werden können. Der zugrunde liegende Gedanke ist eine Vereinheitlichung und Vereinfachung des Bau- und Planungsprozesses. Leider zeigen viele Studien, dass die Realität eine andere ist - es gibt vielfach Kompatibilitäts- und Datenintegritätsprobleme, dazu setzt sich der Ansatz aus verschiedenen Gründen nur langsam durch. Eine mögliche Anwendung des beschriebenen Building Information Modellings - nämlich dieses für Zwecke der Ausbildung in Form eines holistischen pädagogischen Ansatzes heranzuziehen - ist bis dato kaum näher betrachtet worden. Die angestrebte flexible und modulare Architektur von BIM-Systemen, die die Verknüpfung unterschiedlicher Datenstrukturen und verschiedenster semantischer Daten adressiert, zeigt viele Parallelen zu dem, was Planende aber auch Ausführende heute oft mühsam manuell an Informationen zusammentragen müssen. Diese Masterthese befasst sich mit einzelnen Aspekten dieser Idee: - Zunächst werden aktuelle technologische Entwicklungen und einige weitverbreitete Software-Werkzeuge und deren Interfaces (auch aus Nicht-Bau-Domänen) betrachtet und miteinander verglichen, um eine Inspiration für das beschriebene Werkzeug zu erhalten. Dabei werden Konzepte wie immersive Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR) und Gaming - Ansätze untersucht. - Aufbauend auf diesen Untersuchungen wird ein spezifischer Anwendungsfall, basierend auf zwei sehr unterschiedlichen, existierenden Werkzeugen untersucht. Eine weitverbreitete Spiel-Umgebung (Minecraft), dessen Benutzeroberfläche für viele Anwender als sehr intuitiv betrachtet wird, wird als potentielle Datenquelle für eine hochspezialisierte Gebäudesimulationssoftware (die numerische Wärmebrückensimulations-Software AnTherm) herangezogen. Beide Werkzeuge haben Gemeinsamkeiten (wie das Arbeiten mit "Bauelementen" bzw. "Blöcken"), zeigen aber hinsichtlich Benutzeroberfläche, Datenhandling und den Möglichkeiten der Geometriemanipulation doch große Unterschiede. In der Arbeit wird die Kopplung dieser beiden Werkzeuge für eine vereinfachte und schnellere Bearbeitung von Wärmebrückenproblemen diskutiert. Dabei werden Möglichkeiten aufgezeigt sowie potentielle Probleme adressiert. Mögliche Workflows zur Datenübernahme werden skizziert und hinsichtlich ihres Nutzens untersucht. Die vorliegende Masterarbeit befasst sich somit mit einem kleinen, aber sehr wichtigen Baustein des beschriebenen Environments, nämlich den Aspekten der vereinfachten und intuitiven Dateneingabe für komplexe Werkzeuge. Es ist davon auszugehen, dass ob der vielen Erfahrungen die jungen Menschen heute im Bereich Gaming und Computer-Nutzung sammeln, solche Ansätze durchaus vielversprechend sein können.

In recent years, the ubiquitous availability of various tools for building evaluation and simulation has opened up numerous new possibilities for quick and cost-effective assessment of building design and planning. In addition, Building Information Modeling (BIM) provides an approach to combine data from a wide range of tools into a comprehensive data space that represents all important aspects of a building. The underlying idea is to unify and simplify the construction and planning process. However, studies have shown that often compatibility and data integrity problems can be observed. Moreover, the general approach is accepted by practitioners and stakeholders slower than expected for a variety of reasons. A possible application of Building Information Modeling - namely to be used as an educational medium to support a holistic pedagogical approach - has hardly been considered until now. The flexible and modular architecture of BIM systems, which addresses the linking of different data structures and various means of semantic data, shows many parallels to the workflow of researchers and building professionals. The manual acquisition, organization, and structuring of information that is the current practice can be considered outdated, and could benefit from the BIM-ideas, if properly deployed for educational purposes. This master thesis focuses on important aspects within this idea: - First, current technological developments and some widely distributed software tools and their interfaces (also from non-construction domains) are reviewed and compared with each another. This is done to obtain inspiration for the described environment. Concepts such as immersive virtual reality (VR), augmented reality (AR), gaming approaches and their educational potential are thoroughly examined. - Based on these research efforts, a specific application and subsequently the coupling of two existing software tools, which were originally designed for different purposes, is examined. Specifically, a wide-spread gaming environment (Minecraft), often described as intuitive, is considered as a potential input data source for a highly specialized building simulation software (the numerical thermal bridge simulation software AnTherm). These tools share some similarities but show great differences regarding user interface, data handling and the possibilities of geometry manipulation. The coupling of these two tools is discussed and aims at a simplified, more efficient workflow for assessing thermal bridges. Potential problems and opportunities are illustrated. Possible workflows for the data transfer are outlined, examined and discussed regarding their advantages and disadvantages. The present master thesis engages in a small but very important domain of the described environment, namely the aspect of simplified and intuitive data input for complex tools. Given the wide-spread use of gaming engines such as Minecraft amongst young people, the approach can be considered as a promising idea.