Urbane Simulationen auf Basis von 3D-Stadtmodellen

geoinfo.potsdam.2016

Arne Schilling

virtualcitySYSTEMS GmbH

Berlin, Germany

2 Arne Schilling

Urbane Simulationen

Überflutungen

Lokale Windfelder

Akustik / Druckwellenausbreitung

Thermische Quartiersanalysen

Ausbreitung von Schadstoffen

(Fußgängerströme, Solarpotential)

3 Arne Schilling

Urbane Simulationen

Simulation von physikalischen Phänomenen in Städten auf Basis von 3D Stadtmodellen

4 Arne Schilling

Technologiepartner

Netzwerk Urbane Simulation

Urbane Simulation

&

Druckwellenausbreitung

Überflutungssimulation& Tsunami Schutz

Urbane Windsimulation

Rauch & Schadstoffausbreitung

Crowd Movement

Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering

5 Arne Schilling

GDI Integration

ETL Prozesse

Offene Architektur Web Schnittstellen Anwendungen greifen auf gemeinsame

Datenbasis zu.

Visualisierung STEP

Simulation

Datenzugriff

6 Arne Schilling

Analyse der Veränderung von Windstömungen durch Neubauten

Auswirkungen auf Fußgänger

Platform: ANSYS CFX (CFD Methode)

Navier-stokes Gleichungen, 𝑘−𝜀 Turbulenzmodell

Fallbeispiel: Luftströmungen

Physikalisches Modell für Simulation Windgeschwindigkeiten auf 7 m Abtrag der Drücke auf Gebäude

Turbulente Luftströmungen Maximale Windgeschwindigkeiten

Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering

7 Arne Schilling

Einsatzszenarien Blingergängerfund und terroristischer Anschlag

Hilfestellung für Kampfmittelräumdienst

Analyse der Resilienz von Baustrukturen

Bewertung von Schadensindikatoren

Fallbeispiel: Detonationssimulation

Simulationsergebnis in ANSYS Darstellung von Schadensindikatoren

Entschärfung eines

Blindgängers,

Evakuierungsgebiet

Struktiuranalyse

8 Arne Schilling

Transiente urbane Rauchausbreitung unter nicht-tubulenten Strömungsbedingungen

Fallbeispiel: Rauchausbreitung

Szenario

Temperaturentwicklung eines Dachstuhlbrandes

Steady-state Luftströmungen Übertrag auf 3D Modell

9 Arne Schilling

Berechnung von Hochwasserereignissen

Sowohl 2D als auch 3D Analyse mit 3D Stadtmodellen und Bathymetrie

Fallbeispiel: Überflutungen

DGM mit Bathymetrie Vergleich Wasserspiegellage in 2D/3D Simulation

Aufstauung durch Brücke 3D Modell von Dresden

10 Arne Schilling

GIS ist nicht für komplexe physikalische Berechnungen geeignet

Durchführung von numerischen Simulationen ist Standard in CAD/CAE Produktentwicklung

-> Technologische Lücke zwischen GIS und CAE

Herausforderungen

Quelle: http://wildeanalysis.co.uk Quelle: http://www.cpdlr.com

?

11 Arne Schilling

Geometrie

Formatkonvertierung von CityGML nach STEP

Herstellung der Topologie

Geometrieheilung

• Keine Selbstverschneidungen

• Keine nicht-mannigfaltigen Geometrien

• Keine internen Flächen

• Wasserdicht

Defeaturing / Generalisierung

Datenaufbereitung

Geometrieheilung, z.B. Entfernung innerer Flächen (oben) und Korrektur von Selbstverschneidungen (unten)

12 Arne Schilling

Physikalisches Modell

Vernetzung -> Finite Elemente

Physikalische Eigenschaften

Randbedingungen

Definition des Szenarios

Modellerstellung

Windeingangsströmung

Detonationspunkt

Vernetzung von LoD3 Gebäude

Vernetzung des Luftraums

13 Arne Schilling

In Simulationssoftware

Messkurven

Schnittebenen

Animationen

Auswertung

Strömungslinien Druckwellenausbreitung Anliegende Luftdrücke

Luftdruck an Sensor über die Zeit

14 Arne Schilling

In GIS bzw. Online Portalen

Für Entscheidungsträger

Karten überlagern als WMS

Auswertung von Voxelräumen

Matching mit Gebäudeteilen (evtl. Speicherung als CityGML ADE)

Auswertung

Überlagerung als Karte über WMS Übertragung von physikalischen Ergebniswerten Indikatoren, hier z.B. Glasbruch

15 Arne Schilling

Beschränkungen

• CityGML LOD 2 Modelle (keine Fenster, Balkone, etc.) werden bevorzugt. LoD 3 / LoD 4 Modelle erfordern erheblichen manuellen Aufwand

• Modellausschnitt beschränkt auf 1x1km (in ANSYS)

• Georeferenzierung geht bei der Übertragung von GIS nach CAD/CAE verloren. Erweiterungen erforderlich, z.B. für STEP

Diskussion

16 Arne Schilling

Forschungsbedarf

• Definition von Schnittstellen zwischen GIS und CAE

• Visualisierung von komplexen Simulationsergebnissen (räumlich-zeitliche Auswertung von großen Vektor- oder Voxelräumen)

• Persistente Speicherung von Simulationsergebnissen in GIS, z.B. über CityGML ADE

• Materialbeschreibungen in 3D Stadtmodellen

• Überführung von BIM Modellen (IFC) für Detailsimulationen (z.B. Rauchentwicklung und Integration in GIS

• Datenaufbereitung: Generalisierung, „Defeaturing“, Validierung, Geometrieheilung, Optimierung durch Einführung von Freiformflächen

Diskussion

Thank You Arne Schilling

virtualcitySYSTEMS GmbH

aschilling@virtualcitysystems.de

http://www.virtualcitysystems.de