Intelligente Aufzugssysteme der Zukunft mit künstlicher Intelligenz, dem Internet der Dinge und BIM-Integration

eingereicht von Volkan Murat ORAKCI, Forschungs- und Entwicklungsingenieur von Merih Elevator

1. Einleitung

Lange Zeit konzentrierten sich Aufzugstechnologien auf die Entwicklung mechanischer und elektromechanischer Systeme. Die digitale Transformation des letzten Jahrzehnts hat jedoch die Prioritäten der Branche grundlegend verändert. Heute lässt sich die Leistungsfähigkeit eines Aufzugsystems nicht mehr allein anhand von Kriterien wie Tragfähigkeit, Geschwindigkeit oder Komfort bewerten. Betriebskosten, Energieeffizienz, Wartungsmanagement und Benutzerfreundlichkeit sind mittlerweile ebenso wichtig wie die technische Leistungsfähigkeit.

Aus der Sicht von Ingenieuren, die in diesem Bereich tätig sind, ist bekannt, dass ungeplante Ausfallzeiten eines der größten Probleme darstellen, die während des gesamten Lebenszyklus eines Aufzugs auftreten.

Unerwartete Ausfälle, insbesondere in stark frequentierten Gewerbegebäuden, erhöhen nicht nur die Instandhaltungskosten, sondern beeinträchtigen auch den Gebäudebetrieb unmittelbar. Aus diesem Grund hat die Branche ihren Fokus in den letzten Jahren von reaktiven Ansätzen zur Behebung von Ausfällen hin zu Lösungen verlagert, die diese im Voraus vorhersagen.

Künstliche Intelligenz (KI), das Internet der Dinge (IoT) und Building Information Modeling (BIM) sind zu Schlüsselkomponenten dieser dringend benötigten Transformation geworden. Dank Fortschritten insbesondere in der Sensortechnologie ist es nun möglich, kontinuierlich Daten von Aufzugsanlagen zu erfassen; diese Daten können analysiert werden, um wertvolle Erkenntnisse über das Verhalten der Anlagen zu gewinnen.

Diese Studie untersucht aus ingenieurtechnischer Sicht, welchen Beitrag diese Technologien zu Aufzugssystemen leisten können, aktuelle Anwendungen und potenzielle zukünftige Möglichkeiten.

1. Analyse der jährlichen Wartungskosten

Annahmen

• Gesamtzahl der Aufzüge: 14

• Durchschnittliche jährliche Wartungskosten (traditionelles System): 6,500 US-Dollar/Aufzug

• Zusätzliche Kosten aufgrund von Ausfällen: 1,800 US-Dollar/Aufzug/Jahr

• Kosten ungeplanter Ausfallzeiten: 900 US-Dollar/Aufzug/Jahr

Nach KI-gestützter vorausschauender Wartung

Erwartete Verbesserungen

• 40 % Reduzierung der Ausfallkosten

• 60 % Reduzierung der Ausfallzeiten

• 15% Optimierung des Instandhaltungspersonals

Kostenpunkt Jährlicher Gesamtbetrag (USD)

Planmäßiger Wartungsvertrag 77,350 US-Dollar

Die Reparaturkosten für einen Defekt belaufen sich auf 15,120 US-Dollar.

Betriebsverlust aufgrund von Ausfallzeiten: 5,040 US-Dollar

Insgesamt 97,510 US-Dollar

Jährliche Einsparungen

• Traditionelles System: 128,800 US-Dollar

• KI-gestütztes System: 97,510 US-Dollar

• Jährliche Nettoeinsparungen: 31,290 US-Dollar

2. IoT-basierte intelligente Aufzugsarchitektur

Die Grundlage intelligenter Aufzugsysteme ist eine IoT-Infrastruktur.

Daten, die von Motoren, Antrieben, Bremssystemen, Türmechanismen und Sicherheitsausrüstung kann an zentrale Datenplattformen übertragen werden.

In diesen Systemen

• Motortemperatur,

• Anzahl der Bremszyklen,

• Häufigkeit des Öffnens/Schließens der Tür,

• Vibrationspegel,

• Energieverbrauch,

• Passagierdichte

• Die Luftqualität kann kontinuierlich überwacht werden.

Dank der Datenerfassung in Echtzeit wird die Leistung der Anlagen kontinuierlich ausgewertet, wodurch Fehler erkannt werden können, bevor sie auftreten.

3. KI-gestützte vorausschauende Wartung

Bei herkömmlichen Instandhaltungsansätzen werden Wartungsarbeiten in festen Intervallen durchgeführt. Da die tatsächlichen Betriebsbedingungen der Anlagen jedoch nicht berücksichtigt werden, kann dies zu unnötigen Teileaustauschen oder unerwarteten Ausfällen führen.

KI-basierte Systeme für die vorausschauende Wartung:

• Sensordaten analysieren,
• Auffälliges Verhalten erkennen,
• Ausfallwahrscheinlichkeiten berechnen,
• Wartungszeitpunkt optimieren.

Beispielsweise können geringfügige Abweichungen in der Schließzeit eines Türantriebs oder Änderungen der Motorvibrationen mithilfe von Algorithmen des maschinellen Lernens analysiert werden, um potenzielle Ausfallszenarien frühzeitig zu erkennen. Dieser Ansatz senkt die Wartungskosten und erhöht gleichzeitig die Systemverfügbarkeit.

4. Personalisierung des Nutzererlebnisses

KI-gestützte Systeme können Benutzergewohnheiten erlernen, um einen effizienteren Service zu bieten.

In der Zukunft:

• Automatische Aufzugsruferzeugung bei Annäherung des Nutzers an das Gebäude.
• Integrierter Betrieb zwischen Parkplatz und Aufzug,
• Anzeige der täglichen Wettervorhersage und Gebäudedurchsagen auf Kabinenbildschirmen,
• Die Optimierung des Verkehrsflusses durch Algorithmen, die die Präferenzen der einzelnen Etagen lernen, wird möglich sein.

Solche Anwendungen können die Wartezeiten erheblich verkürzen, insbesondere in Gebäuden mit hoher Nutzungsdichte und gemischter Nutzung.

5. Energiemanagement und regenerative Systeme

Die Energieeffizienz von Aufzügen hat sich in den letzten Jahren zu einem zentralen Forschungsgebiet entwickelt. Dank regenerativer Antriebssysteme kann überschüssige Energie, die während der Kabinenbewegung entsteht, ins Stromnetz zurückgespeist werden. KI-Algorithmen analysieren diesen Energiefluss, um:

• Energieverbrauchstrends identifizieren
• Spitzenlasten vorhersagen
• Energieoptimierungsstrategien entwickeln

Untersuchungen zeigen, dass regenerative Antriebstechnologien unter geeigneten Betriebsbedingungen den Energieverbrauch um 20–40 % reduzieren können.

6. BIM-Integration und der Ansatz des digitalen Zwillings

Die BIM-Technologie ermöglicht das Management des gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes in einer digitalen Umgebung. Die Integration von Echtzeitdaten aus Aufzugsanlagen in das BIM-Modell führt zu digitalen Zwillingsanwendungen. Dank dieses Ansatzes:

• Der Gerätestatus kann über ein 3D-Modell überwacht werden.
• Die Wartungshistorie kann eingesehen werden.
• Ausfallszenarien können simuliert werden
• Die Lebenszykluskosten können analysiert werden

Digitale Zwillingstechnologien bieten erhebliche Vorteile bei Gebäudemanagementprozessen.

7. Sicherheits- und Notfallmanagement

KI-gestützte Systeme bieten erhebliche Chancen nicht nur hinsichtlich Wartung und Energieeffizienz, sondern auch in Bezug auf die Sicherheit. Insbesondere:

• Schnelle Analyse von Situationen, in denen Fahrgäste im Aufzug eingeschlossen sind
• Automatische Einleitung von Rettungsmaßnahmen
• Ferndiagnose
• Und die Vorabbenachrichtigung der Serviceteams

Solche Anwendungen können die Reaktionszeiten verkürzen. Die endgültigen Sicherheitsentscheidungen müssen jedoch von qualifiziertem Fachpersonal gemäß den geltenden Normen getroffen werden.

8. Fazit

Durch die Integration von KI, IoT und BIM entwickeln sich Aufzugsysteme zu datengesteuerten und vorausschauenden Systemen. Vorausschauende Wartung, Energieoptimierung, verbesserte Benutzerfreundlichkeit und digitale Zwillinge werden in den intelligenten Gebäuden der Zukunft eine entscheidende Rolle spielen. In naher Zukunft werden Aufzüge voraussichtlich nicht nur Transportmittel sein, sondern aktive Datengeneratoren und Entscheidungshilfesysteme innerhalb des Gebäudeökosystems darstellen.

Referenzen

Al-Sharif, L. (2017). Energieverbrauch und Energieeinsparung bei Aufzügen und Rolltreppen. Wiley.

Bortolini, R., Forcada, N., Macarulla, M., & Casals, M. (2021). IoT- und KI-Anwendungen im Gebäudebetrieb und in der Instandhaltung. Journal of Building Engineering, 44.

ISO 8100-32:2020. Aufzüge für den Personen- und Gütertransport — Planung und Auswahl von Personenaufzügen für Büro-, Hotel- und Wohngebäude.

Peters Research Ltd. (2022). Die Zukunft von Aufzugsverkehrsmanagementsystemen.