geoinfo.potsdam.2016 14.06.2016

1. Urbane Simulationen auf Basis von 3D-
Stadtmodellen
geoinfo.potsdam.2016
Arne Schilling
virtualcitySYSTEMS GmbH
Berlin, Germany

2. 2 Arne Schilling
Urbane Simulationen
 Überflutungen
 Lokale Windfelder
 Akustik / Druckwellenausbreitung
 Thermische Quartiersanalysen
 Ausbreitung von Schadstoffen
 (Fußgängerströme, Solarpotential)

3. 3 Arne Schilling
Urbane Simulationen
Simulation von physikalischen Phänomenen in Städten auf
Basis von 3D Stadtmodellen

4. 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. 5 Arne Schilling
GDI Integration
ETL Prozesse
Offene Architektur
Web Schnittstellen
Anwendungen greifen auf gemeinsame
Datenbasis zu.
VisualisierungSTEP
Simulation
Datenzugriff

6. 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. 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. 8 Arne Schilling
 Transiente urbane Rauchausbreitung unter nicht-tubulenten
Strömungsbedingungen
Fallbeispiel: Rauchausbreitung
Szenario
Temperaturentwicklung eines Dachstuhlbrandes
Steady-state LuftströmungenÜbertrag auf 3D Modell

9. 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 Brücke3D Modell von Dresden

10. 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.ukQuelle: http://www.cpdlr.com
?

11. 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. 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. 13 Arne Schilling
In Simulationssoftware
 Messkurven
 Schnittebenen
 Animationen
Auswertung
Strömungslinien Druckwellenausbreitung Anliegende Luftdrücke
Luftdruck an Sensor über die Zeit

14. 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. 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. 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

17. Thank You
Arne Schilling
virtualcitySYSTEMS GmbH
aschilling@virtualcitysystems.de
http://www.virtualcitysystems.de