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Smart Buildings auf dem Weg zu Cognitive Buildings

von Nada Welker | Jan. 8, 2021 | Smart Cities, Bauindustrie, Cyber Security Management Systeme, Future Economy, Internet of Things, IoT Cyber Security

Sicherheit und Geborgenheit sind wohl in kaum einem anderen Bereich so elementar wichtig wie in den eigenen vier Wänden. Nach außen wehrten diese schon immer Eindringlinge oder auch Wind und Wetter ab. Innen begrenzen sie Räume. Bisher standen Wände jedoch lediglich um die Innenräume herum und dienten neben der Sicherung der Statik vor allem als passive Träger von Versorgungseinrichtungen und nützlichen Zutaten wie Elektro-, Gas- oder Wasserleitungen, Lichtschaltern oder Badezimmerarmaturen. In Zukunft können Wände jedoch fühlen, und die Redewendung: „Wände haben Ohren“ erhält durch Smart Buildings eine ganz neue Bedeutung.

Smart Buildings Denken Künftig Mit

Artificial Intelligence (AI) beziehungsweise künstliche Intelligenz (KI) hält im Zeitalter des Internet of Things (IoT) Einzug in Smart Buildings, noch bevor diese von ihren Nutzern betreten werden. IP-Kameras zur Überwachung, biometrische Lesegeräte für die Zutrittskontrolle oder Thermostatregler, die je nach Anzahl anwesender Personen die Raumtemperatur steuern, sind nur wenige Beispiele für Vernetzungsmöglichkeiten, die ein Smart Building erst so richtig intelligent machen. Daten von Geschäftsprozessen werden mit denen des Gebäudes auf einer Gebäudemanagement Plattform vernetzt, so dass die KI Vorschläge zur optimierten Nutzung oder auch zu Wartungen machen kann, noch bevor eine Reparatur fällig wird. Das spart nicht nur Zeit sondern auch Unannehmlichkeiten und Geld. Hier zeigt sich schon ein Faktor, der Smart Buildings mehr und mehr zu sogenannten Cognitive Buildings machen kann.

Zukunftsweisende Smart Buildings in Deutschland

Im Nordwesten von Köln entstand im vergangenen Jahr mit The Ship eines der Vorzeigegebäude zukunftsweisender Smart Buildings. Vom Kölner Start-up- Unternehmen Fond Of in Auftrag gegeben, leitet das nach Angaben der Bauherren „digitalste Bürogebäude Deutschlands“ Besucher über eine App zum Beispiel zu ihren jeweiligen Gesprächspartnern oder passt bei Raumbelegung die Helligkeit selbständig entsprechend den natürlichen Lichtverhältnissen außerhalb des Smart Buildings an. Im Februar 2020 wurde der Cube auf dem Washingtonplatz in Berlin eröffnet. In dem zehngeschossigen Würfel mit einer Kantenlänge von 42,5 Metern und einer auf allen Seiten nach innen gefalteten Glasfassade sind 3800 Sensoren für die intelligente Steuerung und Nutzung via App verbaut. Das Areal von Hammerbrooklyn in Hamburg soll 2027 fertiggestellt sein. Einen Pavillion mit den Visionen für den Digital Campus kann man dort schon jetzt besuchen. Europas größtes Innovationsquartier soll in Frankfurt am Main entstehen. Intelligente Gebäude werden dort unter der Bezeichnung SpringPark Valley eine ganze Smart City bilden. 330 Wohneinheiten für rund 6000 Menschen sollen überwiegend in Form von Serviced Apartments eine angenehme Nähe zu den geplanten 8000 Arbeitsplätzen schaffen. Eine Quartiers-App wird die User effizient durch Zeit und Raum lotsen und dabei immer den Raum vorfinden lassen, der am besten an die angemeldeten Bedürfnisse angepasst ist. So der Plan für die Smart Buildings, die auf 90.000 Quadratmetern und einer Bruttogrundfläche von ca. 242.000 Quadratmetern entstehen sollen.

Bund Gibt Fördermittel Für Smarte Lösungen Frei

Trotz der genannten Giga-Projekte sind Bauherren in Bezug auf Smart Buildings in Deutschland noch zögerlich. Weltweite Vorreiter sind China und die Vereinigten Arabischen Emirate. Die Bundesregierung will das seit Beginn des Jahres mit der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) ändern. Voraussichtlich mit 8 Milliarden Euro soll von Januar 2021 ab dem Ausbau von smarten Gebäuden auf die Sprünge geholfen werden. Auch das Bundesministerium des Innern BMI fördert jedes Jahr Smart City Projekte. Die Bundesregierung hat 2016 die Dialogplattform Smart Cities eingerichtet, welche den nationalen und internationalen Austausch zu stadtentwicklungspolitischen Fragen der Digitalisierung fördert. Im Jahr 2021 sind dafür 300 Mio Euro eingeplant.

Sind Unsere Daten Sicher?

Allerdings stellt sich im Zuge dieser Entwicklung auch die Frage nach der Kehrseite der Medaille von Smart Buildings, denn egal wie viele Euro, Dollar oder Yuan ein Smart Building kostet, bezahlt wird letztlich mit nur einer einzigen Währung: den persönlichen Daten der menschlichen Nutzer. Eine McKinsey-Studie aus dem Jahr 2018 beschreibt die Technologie in Smart Cities als Faktor zur Steigerung der Lebensqualität in Städten. So prophezeit die Studie einen Rückgang der Pendelzeit um 20 bis 30 % und damit einhergehend eine deutliche Verbesserung des Zeitmanagements und der Luftqualität . „Datenbasierte Kriminalitätsvorhersagen und Sicherheitssysteme in Wohnhäusern“ können der Studie zufolge um bis zu 40% verringert werden. Andererseits funktioniert diese schöne neue Welt in Symbiose mit KI nur, wenn der Mensch bereit ist, seine persönlichsten Vorlieben und Abneigungen, Gewohnheiten und Eigenheiten bis hin zu biometrischen Daten preiszugeben. Wer garantiert, dass diese Daten von denjenigen, die sie erheben, nicht an Versicherungen, Werbetreibende oder Behörden weiterverkauft werden?

Eine Cyber-Security-Strategie ist Zwingend Notwendig

Das im Bau- und Immobiliensektor tätige internationale Beratungsunternehmen Drees & Sommer in Stuttgart gibt Entwarnung. So könnten Sicherheitslücken zum Beispiel im System von Smart Buildings bei Anwendung von Hackermethoden durch sogenannte Penetrationstests aufgespürt werden. Bei Einhaltung der EU-Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO) und dem deutschen Recht würden Rückschlüsse auf individuelle Verhaltensmuster unmöglich gemacht werden. Schließlich gewähren dem Beratungsunternehmen zufolge die Anonymisierung und Pseudonymisierung der Daten weitere Sicherheiten. Dabei sei ein Datenschutzbeauftragter unerlässlich. Eine umfassende Cyber-Security-Strategie, die in der Automobilindustrie mittlerweile schon gesetzlich vorgeschrieben ist, halten Drees & Sommer und wir von magility indes für jeden Eigentümer, Bestandshalter oder Investor auf dem Gebiet der smarten Gebäude ebenfalls für zwingend notwendig. Wir von magility implementieren gerne ein für die Bauindustrie und Wohnungswirtschaft individualisiertes Cyber Security Management System (CSMS) in Ihrem Unternehmen.

Ausblick in die Welt der Cognitive Buildings

Begonnen hat es mit Sensoren für Temperaturmessung sowie automatisierter Steuerung für Beschattungs- Lüftungs- und Lichtsysteme. Daraus ist ein umfassendes Ökosystem von Sensoren und Aktuatoren geworden.

Der sich selbst verändernde Regelkreis

Die Sensoren erfassen Daten sozusagen als “Sinnesorgan” des Internet of Things (IoT) von z.B. Räumen und deren Zuständen. Diese Daten zu Zuständen wie z.B. der Raumtemperatur, Luftqualität, Türen, Fenstern, werden bei Smart Buildings über ein Kommunikationsnetz des IoT zu einem Gateway übertragen. Dort werden sie mit weiteren Daten von mobilen Geräten oder aus weiteren IoT-Netzwerken konsolidiert und an einen Applikationsserver weitergeleitet, welcher die Stammdaten zuordnet und interpretiert sowie Rohdaten aufbereitet. Algorithmen und KI sowie Deep Learning Systeme (DL) finden hier ihren Einsatz, bevor die Daten in der Datenbank abgelegt werden. Außerdem erfolgt in Echtzeit ein Steuerungs-Kommando an die Aktuatorik (Antriebs-, Regelungs- und Automatisierungstechnik sowie Mechatronik-Anwendung), also der Befehl an das zu steuernde Gerät. Nachfolgend kommen wieder die Sensoren an die Reihe, und so entsteht ein sich selbst optimierender, selbst lernender Regelkreis.

Bei Cognitive Buildings, Smart Districts oder der Smart City geht es nicht mehr nur um ein einzelnes intelligentes Gebäude und dessen automatisierte Steuerung. Nein, es geht vielmehr um die Steuerung ganzer Gebäude-Cluster. Big Data Analytics sowie Kooperationen mit Gewerken wie z.B. Energieversorgern und Stadtwerken spielen dabei eine erfolgsentscheidende Rolle.

Steuerung ganzer Gebäude-Cluster

Werden also die Regelkreise der Smart Buildings wiederum mittels Cloud- oder Plattform-Anwendungen mit den Regelkreisen anderer intelligenter Geräte und Gebäude sowie mit den vorhandenen Daten von Gewerken vernetzt, entsteht ein übergeordneter Regelkreis, in dem Unmengen an Daten zusammenkommen und eine ganzer Gebäude-Cluster intelligent gesteuert werden kann. Es entstehen neue spannende Anwendungsmöglichkeiten, die zur Bewältigung aktueller Herausforderungen beitragen können z.B. der Klimakrise, die durch Reduktion des CO2-Footprint über den kompletten Gebäudelebenszyklus abgemildert werden kann. Auch Lösungen für Herausforderungen im Zusammenhang mit der Corona-Krise, können durch die intelligent gesteuerte Organisation neuer Arbeitsformen und die damit zusammenhängende Digitalisierung entstehen. Zudem ergeben sich Möglichkeiten für neue Geschäftsmodelle und für einen nachhaltigen, kostenreduzierten Gebäudebetrieb oder ein nachhaltiges Facility Management. Die Vernetzung der Geräte und Sensoren wird in Zukunft wohl überwiegend über Cloud Services und Plattformen erfolgen. Alle vorhandenen unstrukturierten Daten gilt es zu analysieren und zu interpretieren und aus den Daten zu lernen. Bereits jetzt können aktuelle Daten mit historischen Daten der IoT- Geräte verglichen und zur Steuerung des Regelkreises in Echtzeit genutzt werden. Dadurch werden möglicherweise auch noch unbekannte Korrelationen entdeckt, die dabei helfen, intelligente Gebäude nach und nach zu selbst denkenden, also kognitiven Gebäudekomplexen weiterzuentwickeln.

Die Entwicklungen bleiben spannend. Wir von magility sind an den neuen Möglichkeiten und Trends dran und arbeiten mit Start-ups zusammen, die sich intensiv mit der Weiterentwicklung von Smart Buildings zu Cognitive Buildings auseinandersetzen und spannende High-Tech Lösungen versprechen. Kontaktieren Sie uns gerne, wenn Sie an mehr Informationen zu diesem spannenden, uns alle berührenden Thema interessiert sind oder wenn Sie ein Cyber Security Management System in Ihrem Unternehmen implementieren möchten. Wir helfen Ihnen gerne dabei.

Bauindustrie 4.0 – Cyber Security im Fokus

von Nada Welker | Apr. 28, 2020 | Cyber Security Management Systeme, Bauindustrie, Internet of Things, IoT Cyber Security, Smart Cities, Themenreihe Digitalisierung

Bauindustrie 4.0 – Cyber Security im Fokus

Die fortschreitende Digitalisierung hat viele Lebensbereiche in Staat und Gesellschaft bereits deutlich verändert. Auch in der Wirtschaft sind viele Branchen vom Wandel durch die Digitalisierung betroffen und zeigen heute ein völlig anderes Gesicht als noch vor wenigen Jahren. Die Bauindustrie steht noch am Anfang dieser tiefgreifenden Umgestaltung. Neue Entwicklungen im Bereich von Hard- und Software bilden die Basis dafür, dass Gebäude in Zukunft benutzerfreundlicher gestaltet, sowie kostengünstiger und klimafreundlicher betrieben werden können. Enabler dafür sind insbesondere vernetzte Geräte, sogenannte “IoT-Geräte” und Sensoren, welche die Möglichkeiten der Gebäudeautomation auf ein neues Level heben. Zu den IoT-Geräten zählen alle Vorrichtungen und Komponenten, die an ein Netzwerk angeschlossen sind und Daten verarbeiten sowie übertragen können. Durch deren systemische Vernetzung, können engmaschig Daten für intelligente Entscheidungen der Gebäudesteuerung abgeleitet werden. Das Statista Research Department schätzt die Anzahl der IoT-Geräte 2020 insgesamt auf 30 Milliarden. Mit der zunehmenden Verbreitung vernetzter Geräte wachsen aber auch exponentiell die Risiken durch Cyberangriffe.

Digitalisierung in der Bauindustrie

Die vernetzten Gebäude, ob ‘Smart Home’ oder ‘Smart Building’, bringen neue Anforderungen an die integrierte Datensicherheit mit sich. Akuter als jemals zuvor, ist die Bauindustrie heute beim Thema Cyber Security gefordert. Insbesondere im Gegensatz zu produzierenden Industrien, wie etwa der Automobilindustrie, die bereits seit Jahren immer mehr vernetzte Technologien einsetzen und somit Teil des Internet of Things (IoT) geworden sind, hat die Bauindustrie diesbezüglich noch viele Potenziale.

Intelligente Gebäude können durch die Steuerung von Applikationen und Energieverbrauchern die Branchentrends treffen: Smart Buildings erhöhen den Komfort für die Nutzer, senken die Betriebskosten und minimieren klimaschädliche Emissionen. Dazu ist die Vernetzung gleich mehrerer Gebäudefunktionen und -ausstattungselementen erforderlich, wie etwa Lichtsteuerung, Heiz- und Klimatechnik, Zugangskontrolle oder das Energiemanagement. Die hohe Anzahl von Geräten und Sensoren, die dafür vernetzt werden müssen, bieten allerdings auch vielfältige Möglichkeiten für Manipulationen und illegale Datenflüsse.

Mit der Digitalisierung steigen die Möglichkeiten für Angriffe

Neue Technologien führen zu einer wachsenden Komplexität der Systemarchitekturen, durch die ohne ein präventives Monitoring schnell Sicherheitslücken entstehen. Neben der Komplexität steigt auch die Anzahl der vernetzten Geräte stetig an. Jedes IoT-Gerät kann für einen digitalen Angriff zweckentfremdet werden. Kriminelle Spezialisten nutzen diese Einfallstore für ihre illegalen Machenschaften. Die Szenarien, die sich dadurch ergeben können, sind bekannt. Bei der digitalen Modernisierung von Gebäuden ist es folglich unabdingbar, von Anfang an eine ganzheitliche end-to-end Cyber Security-Strategie zu entwickeln und die sich daraus ergebenden Anforderungen an die Betriebssicherheit über den gesamten Lebenszyklus zu gewährleisten.

Ein CSMS schützt vor Bedrohungen

Für Planer und Betreiber von Gebäuden wird ein Cyber Security Management System CSMS in Zukunft zum erfolgsentscheidenden Faktor. Die unterschiedlichen Systeme eines digitalisierten Gebäudes können durch ihre zahlreichen Schnittstellen mannigfach unberechtigt manipuliert werden. Jedes verbaute smarte Gerät bietet eine potentielle Angriffsfläche für Hacker. Zu diesen IoT-Geräten zählen z.B. Türschlösser, Überwachungskameras, Alarmanlagen, Rauchmelder, Bildschirme, Lautsprecher, Lampen oder Thermostate. Genauso können Angriffe über die Smartphones und mobilen Apps erfolgen, durch die die Geräte des Smart Buildings bedient werden können. Weitere Angriffsflächen bieten Online-Plattformen oder Cloudspeicher, die für die Steuerung der Daten von Smart Buildings eingesetzt werden. Durch ein ‘Security by Design’ können bereits viele potenzielle Bedrohungen vermieden werden. Nach der Fertigstellung und Inbetriebnahme einer Immobilie sollte eine lückenlose 24/7 Überwachung der Datenströme zur Erkennung von Unregelmäßigkeiten erfolgen. So können die Verantwortlichen in Echtzeit auf einen Cyber Angriff reagieren oder ihn bestenfalls durch proaktives Vorgehen ganz vermeiden.

Mehrstufige Relevanz der CSMS für die Bauindustrie 4.0

Die gestiegene Relevanz von CSMS in der Bauindustrie 4.0 wird noch durch weitere aktuelle Entwicklungen verdeutlicht. Denn die Digitalisierung betrifft nicht nur einzelne Wohn- oder Bürogebäude, nicht bloß Ensembles oder Produktionsstätten. Auch das Funktionieren ganzer Städte hängt vermehrt direkt von der Zuverlässigkeit und Sicherheit digitaler Systeme und Geräte ab. In der Smart City werden Verkehr, Energieversorgung, Infrastruktur und Sicherheitskoordination ebenfalls digital gesteuert. Wenn Smart Buildings in der Zukunft auch Teil einer Smart City werden, kommunizieren die Gebäude nicht nur untereinander sondern mit allen vernetzten Teilen der Smart City. Betrachtet man das mögliche Ausmaß der Wirkungskette, die sich dadurch bei einem Cyber Angriff auf ein vernetztes Gebäude ergeben kann, wird deutlich, dass der Einsatz eines CSMS für die Bauindustrie und deren Zulieferer höchste Relevanz hat. Folgendes Beispiel-Szenario unterstreicht dies: Ist ein Smart Building mit der Plattform vernetzt, über die eine Smart City gesteuert wird, die wiederum mit Kraftwerken vernetzt ist, dann kann sich ein Hacker, indem er das Einfallstor eines digitalen Lichtschalters benutzt, im Worst Case bis in ein Kraftwerk ‘empor hacken’. Stromausfälle ganzer Städte können die Folge sein.

Digitale Sicherheit jetzt!

Wir von magility als technologieorientierte Unternehmensberatung sind durch unsere langjährigen strategischen Partnerschaften mit HighTech-Unternehmen wie Argus Cyber Security, einem der führenden Automotive Cyber Security Unternehmen, sowie dem unabhängigen Zertifizierungsdienstleister DEKRA, bestens aufgestellt wenn es um Cyber Security Themen geht. Vorausschauend haben wir schon vor Jahren ein CSMS entwickelt, das wir fortlaufend auf dem neuesten Stand halten. Kommen Sie auf uns zu, unsere Cyber Security Experten stehen Ihnen gerne zur Seite. Wir begleiten Ihr Unternehmen bei der Implementierung eines ganzheitlichen Cyber Security Management Systems (CSMS).