Prepojenie BIM modelu so senzorovými dátami ako základ energetického manažmentu budov
Energetický manažment budov sa mení na proces riadený dátami. Predpokladom je prepojenie informačného modelu budovy s prevádzkovými meraniami. Článok predstavuje prístup riešený v pracovnom balíku WP4 projektu InnovAIte Slovakia: architektúru digitálnej dvojičky, tvorbu BIM modelov z minimálnych podkladov a priestorovú vizualizáciu senzorových dát.
Projekt InnovAIte Slovakia a pracovný balík WP4
Budovy spotrebúvajú približne 34 % svetovej energie [1]. Ťažisko nákladov pritom neleží vo výstavbe, ale v prevádzke, keďže s užívaním a správou stavby súvisí až 70 % jej nákladov [2, 3]. Štruktúrované dáta, ktoré vznikajú pri navrhovaní a výstavbe vďaka BIM, sa však v prevádzke takmer nevyužívajú [4].
Budovy už nie sú vnímané iba ako pasívni spotrebitelia energie, ale ako komplexné technicko-prevádzkové systémy, ktoré môžu reagovať na zmenu počasia, obsadenosti, cien energie, prevádzkových režimov a dostupnosti obnoviteľných zdrojov. Projekt InnovAIte Slovakia (Illuminating Pathways for AI-Driven Breakthroughs) [5] sa zaoberá aplikáciami umelej inteligencie vo viacerých doménach. Oblasť budov a energetickej efektívnosti rieši pracovný balík WP4 AI-Driven Buildings. Jeho cieľom je inteligentné riadenie dodávky a spotreby energie s ohľadom na ekonomiku prevádzky, energetickú efektívnosť a uhlíkovú stopu. Na rozdiel od izolovaných riešení energetického monitoringu prepája BIM model, senzorové dáta, časové rady, požiadavky používateľov a algoritmy umelej inteligencie do jedného systému.
Zodpovedným partnerom WP4 je Slovenská technická univerzita v Bratislave. Ďalšími partnermi sú IT4Innovations pri VŠB-TU Ostrava, Asseco Central Europe, DFKI a Trenčiansky samosprávny kraj. Interdisciplinárne zloženie konzorcia vychádza z povahy problému. Energetická optimalizácia budov závisí rovnako od algoritmov ako od kvality vstupných dát, kontextu budovy a prevádzkových obmedzení.
BIM model a digitálna dvojička
TNI CEN/TR 18077 [6] a STN EN 18162 [7] vymedzujú digitálnu dvojičku ako virtuálnu reprezentáciu fyzického aktíva. Obsahuje informácie relevantné pre určené použitia a je priebežne synchronizovaná s jeho skutočným stavom. BIM model preto sám o sebe digitálnou dvojičkou nie je. Stáva sa ňou až ako súčasť systému dát, väzieb, aktualizácií a rozhodovacích funkcií.
Informačným základom je informačný model aktíva (AIM) podľa série STN EN ISO 19650 [8], teda štruktúrovaný a udržiavaný súbor informácií o stavbe po jej odovzdaní do prevádzky. Digitálna dvojička na neho nadväzuje a dopĺňa ho o dynamickú vrstvu prevádzkových a senzorových dát.
Model a časové rady
Formát IFC je vhodný na opis geometrie, priestorových vzťahov a sémantiky prvkov, nie však na priebežný zápis meraní. Ukladanie hodnôt priamo do vlastností modelu vedie k problémom s verziovaním, redundanciou a výkonom. Navyše neuchováva históriu meraní, ktorá je pre algoritmy umelej inteligencie rovnako dôležitá ako aktuálna hodnota.
Riešenie preto využíva oddelenú architektúru so živým prepojením (live-link) [9]. BIM model slúži ako priestorový a sémantický index a merania sú uložené v databáze časových radov. Väzbu medzi senzorom, priestorom alebo technologickým prvkom a príslušným dátovým tokom zabezpečuje jednoznačný identifikátor prvku (GUID). Model tak zostáva konzistentný, objem dát je škálovateľný a každá nameraná hodnota má priestorový kontext.
Úroveň detailu modelu pri existujúcich budovách
Väčšina existujúcich budov nemá použiteľný BIM model. K dispozícii býva papierová, PDF alebo DWG dokumentácia, čiastkové zamerania a neúplné prevádzkové údaje. Súčasťou WP4 je preto metodika tvorby BIM modelov z minimálnych vstupov, teda z 2D dokumentácie, mračien bodov a verejne dostupných dát.
Pilotné overenia ukazujú, že potrebná úroveň detailu závisí od účelu. Na predbežný screening portfólia postačuje objemový model tvorený priestormi (IfcSpace) (Obr. 3a). Energetické hodnotenie a návrh úsporných opatrení vyžadujú strednú úroveň so stenami, otvormi a priestorovou štruktúrou (Obr. 3b). Dynamické simulácie a facility management si vyžadujú komplexný model s dôslednou klasifikáciou prvkov podľa IFC (STN EN ISO 16739-1 [10]), vytvorený na základe dokumentácie, laserového skenovania a 360° snímok (Obr. 3c). Správna klasifikácia umožňuje prvkom automaticky priradiť informačné požiadavky, sady vlastností a väzby na externé dáta. Tento odstupňovaný prístup znižuje bariéru vstupu pre vlastníkov a správcov existujúcich budov.
Priestorová vizualizácia prevádzkových dát
Bežné systémy energetického manažmentu zobrazujú merania v tabuľkách a grafoch, ktoré musí používateľ sám priradiť k priestorom a zariadeniam. Pri rozsiahlych objektoch to spomaľuje identifikáciu anomálií. Aplikácia vyvíjaná v rámci WP4 preto zobrazuje merania priamo v 3D modeli. Priestory s prekročenou koncentráciou CO₂, neštandardnou teplotou alebo zvýšenou spotrebou sú farebne odlíšené (obr. 1) a po výbere priestoru sa zobrazí história meraní príslušného senzora (obr. 4). Správca budovy tak vidí nielen hodnotu, ale aj miesto a systém, ktorého sa týka.
Dátová infraštruktúra a stav riešenia
Využitie umelej inteligencie závisí od kvality dátovej infraštruktúry. WP4 preto definuje interný formát časových radov, do ktorého sa prevádzajú údaje z CSV a Excel súborov, API rozhraní a databáz. Každý záznam obsahuje časovú stopu, hodnotu, jednotku, typ merania, zdroj a metadáta a prechádza validáciou, napríklad kontrolou monotónnosti, súčtovou kontrolou podružných meraní alebo detekciou anomálií.
Dokončená alebo výrazne rozpracovaná je architektúra platformy vrátane vývojovej a integračnej infraštruktúry, validačnej vrstvy, ukladania dát, autentifikácie a správy nájomníkov a projektov. Vznikli pilotné overovacie riešenia (proof-of-concept), koncepcia využitia umelej inteligencie, 1D model budovy a modul na určenie solárneho zaťaženia. V oblasti energetického manažmentu boli vyhodnotené požiadavky používateľov a definované prvé KPI s dôrazom na vykurovanie a prípravu teplej vody. Rozpracované sú výpočtové a ekonomické moduly na hodnotenie prínosu úsporných opatrení.
Záver
Výsledky WP4 ukazujú, že využitie umelej inteligencie v budovách nezačína algoritmom, ale dátovým základom, teda prepojením BIM modelu, senzorov, časových radov, validácie a používateľského rozhrania. Vlastníci a správcovia budov často disponujú mnohými dátami, no BIM model, BMS, energetické audity, faktúry, senzorové merania a prevádzkové záznamy nebývajú navzájom prepojené. Ich prepojenie umožňuje, vo verejnom sektore napríklad pri správe portfólií škôl, úradov a zdravotníckych zariadení, znižovať spotrebu energie a prevádzkové náklady a presnejšie plánovať investície do obnovy. Digitálna dvojička je tak dostupná aj pre existujúce budovy bez kvalitného BIM modelu.
Autori:
doc. Ing. Tomáš Funtík, PhD.
Ing. Richard Varga, Katedra technológie stavieb, Stavebná fakulta STU v Bratislave
Ing. Lukáš Michalák, Katedra technických zariadení budov, Stavebná fakulta STU v Bratislave
Poďakovanie
Financované EÚ NextGenerationEU prostredníctvom Plánu obnovy a odolnosti Slovenskej republiky v rámci projektu č. 09I02-03-V01-00029.
O projekte
Projekt InnovAIte Slovakia: Illuminating Pathways for AI-Driven Breakthroughs sa realizuje v rámci výzvy Transformačné a inovačné konzorciá za podpory z Plánu obnovy a odolnosti SR. Počas 30 mesiacov sa sústreďuje na výskum a overovanie technológií, ktoré sú technologicky vyspelé, etické, ekologicky udržateľné a spoločensky prospešné. Projekt zastrešuje Gratex International, pričom medzi členov konzorcia patria Asseco Central Europe, CANEX, Optima Ideas, German Research Center for AI (DFKI), IT4Innovations – Národní superpočítačové centrum pri VŠB-TU Ostrava, Slovenská technická univerzita v Bratislave, Univerzita Komenského v Bratislave, Trenčianska univerzita Alexandra Dubčeka v Trenčíne, Trenčiansky samosprávny kraj a Centrum vedecko-technických informácií SR.
Literatúra
[1] ZHANG, T. et al. Application of Building Information Modeling for Energy Efficiency: A Systematic Review. In Buildings. 2025. Vol. 15, no. 20, s. 3722.
[2] FUNTÍK, T. et al. The Status of Building Information Modeling Adoption in Slovakia. In Buildings. 2023. Vol. 13, no. 12, s. 2997.
[3] CHATSUWAN, M. et al. BIM-FM Interoperability Through Open Standards: A Critical Literature Review. In Architecture. 2025. Vol. 5, no. 3, s. 74.
[4] HAMMES, S. et al. Ten questions concerning building information modeling (BIM): Energy-efficiency in design, construction, and operation. In Building and Environment. 2026. Vol. 296, s. 114497.
[5] InnovAIte Slovakia: Illuminating Pathways for AI-Driven Breakthroughs. Project description, 2025.
[6] TNI CEN/TR 18077: Digital twins in the built environment.
[7] STN EN 18162: Digital twins in the built environment.
[8] STN EN ISO 19650-1: Organizácia a digitalizácia informácií o stavbách a inžinierskych dielach vrátane informačného modelovania stavieb (BIM). Manažment informácií s využitím informačného modelovania stavieb. Časť 1: Pojmy a princípy.
[9] Michalák, L.; Straková, Z.: Dynamic Data in BIM. Slovak University of Technology in Bratislava, 2026.
[10] STN EN ISO 16739-1: Schéma Industry Foundation Classes (IFC) pre zdieľanie dát v stavebníctve a v správe nehnuteľností. Časť 1: Dátová schéma. buildingSMART International: https://technical.buildingsmart.org/standards/ifc/
Kontakt: tomas.funtik@stuba.sk
Komentáre