Cooperative optimization of compartment air flows using agent-based measuring-, operation- and control-techniques within a Computational Steering environment

Die Planung eines Bauwerks im konstruktiven Ingenieurbau erfordert zur Vermeidung von Konstruktionsfehlern eine enge Kooperation zwischen den beteiligten Fachplanern. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Ansatz verfolgt, durch eine kooperative und interaktive Simulation von Entwurfs- und Konstruktionsvarianten der einzelnen Fachmodelle mit gleichzeitiger Visualisierung ihrer Zielfunktionswerte über einen gemeinsamen virtuellen Entwurfsraum eine gegenseitige Verständigung zu verbessern. Durch die schrittweise Modifizierung der einzelnen Fachmodelle, welche in einem IFC Produktmodell vorgehalten werden, ist die interaktive Optimierung des Modells möglich. Der virtuelle Entwurfsraum wird als Softwarelösung realisiert und koppelt Module zur dreidimensionalen Modellierung, Simulation und Visualisierung, welche für einen interaktiven Prozessablauf über automatisierte Schnittstellen verknüpft sind. Ein CAD-System wird zur Modellierung eingesetzt, ein CFD-Kern ermöglicht die Optimierung von Raumluftströmungen unter Berücksichtigung des Klimakomforts. Eine Multi-User-Umgebung erlaubt den vernetzten Zugriff der Fachplaner. Interaktive Elemente des Entwurfsraums wurden durch die Verwendung des Computational Steering Ansatzes unter Einbezug einer Virtual Reality Umgebung sowie einer Großrechenanlage realisiert. Das als Datenbasis eingesetzte IFC Produktmodell wird über einen automatisierten Modelltransfer in ein für den Simulationskern ein interpretierbares Berechnungsmodell abgeleitet, welches auch für die Strömungssimulation notwendige Randbedingungen beinhaltet. Der Software-Prototyp ermöglicht die Konzeption von HVAC-Systemen. Hierbei werden mess-, steuer- und regeltechnische Prozesse einer Klimaanlageninstallation emuliert und mit dem Entwurfsraum gekoppelt. Durch sensorisch erfasste Größen wie Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftgeschwindigkeit wird die einströmende Luft aus den Klimamodulen dynamisch angepasst. Dies erfolgt durch den Einsatz von Software-Agenten.Functional Design of complex CAE objects in civil engineering requires a close co-operation of specialists in various disciplines. An automated computer-assisted system serving as a framework for this process would presuppose a consistent theoretical description of all partial models as part of an object and process oriented generalized theory about the interactions of all building components and processes. This thesis describes a heuristic strategy: A group of engineers from different disciplines come together in an interactive and virtual design space and evaluate in close cooperation the mutual implications of their specific design variants. In the course of a step-by-step modification of the partial models which are condensed into a single IFC product model, the interactive optimization of this model is potential. The virtual design space is developed as a software-prototype and is based on several linked modules for three-dimensional modeling, simulation and visualization with automated interfaces to allow an interactive process flow. The basis for the modeler is a CAD-system. A CFD-kernel allows the optimization of the airflow within a room with respect to the human wellness index. The virtual design space may externally be modified by additional engineers by utilizing a multi-user-environment. Interactive elements of the design space are introduced by utilizing a computational steering system, a virtual reality environment and a pc-cluster as compute server. The IFC product model as a data basis is transformed into an interpretable calculation model for the CFD simulation within an automated model transfer. The dynamical behavior of HVAC installations depending on the climatic conditions inside a room which is controlled by measuring-, operation- and control- techniques can be emulated by interactive software-agents, which are bidirectionally coupled with the simulation kernel and wrap the HVAC objects of the modeler