Software-definiertes Gebäude (englisch Software-Defined Building, kurz SDB) bezeichnet ein Gebäudekonzept, das heterogene Gebäude- und IoT-Infrastruktur durch softwareseitige Abstraktion und standardisierte Laufzeitdienste programmierbar macht. Vereinfacht ausgedrückt wird das Gebäude dabei ähnlich wie ein Softwaresystem behandelt, dessen Funktionen über definierte Schnittstellen gesteuert, kombiniert und angepasst werden können. Ziel ist eine portable (zwischen Gebäuden übertragbare), gewerkeübergreifende Orchestrierung (Zusammenschaltung von Diensten) von Funktionen wie Heizung/Lüftung/Klima, Beleuchtung, Zugang oder Elektromobilität. Dafür werden wohldefinierte Schnittstellen (APIs) und semantische Modelle genutzt.
Begriff und Abgrenzung SDB überträgt Prinzipien aus Software-defined Networking und Virtualisierung auf Gebäudesysteme. Physische Ressourcen (z. B. Sensoren, Aktoren und Steuerungen) werden über einheitliche Schnittstellen und semantische Modelle abstrahiert. Darauf bauen Systemdienste auf, etwa Identität und Rollen, ein Ereignis- und Datenbus, Zeitreihenverwaltung, Scheduling (zeitliche Planung) sowie Richtlinien (Policies, z. B. Zugriffs- und Betriebsregeln). Damit unterscheidet sich SDB von klassischen BMS/BAS, die primär gewerkeweise arbeiten. Zudem erlauben sie häufig nur begrenzt portable, gebäudeagnostische Anwendungen.
Historische Entwicklung Wichtige Stationen aus Forschung und Open-Source-Ökosystemen: 2010: sMAP vereinheitlichte Mess- und Stellinformationen über ein REST-Profil. Damit entstand ein früher „einheitlicher Datenpfad“ für Gebäudedaten. 2013: Mit BOSS wurde das Konzept von Operating System Services für Gebäude geprägt. Dazu zählen u. a. eine Hardware Presentation Layer (Abstraktionsschicht für Geräte), Transaktions-/Autorisierungsdienste und ein Zeitreihenservice. 2015/2016: XBOS konkretisierte eine BOS-Architektur inklusive Building Profile (kanonische Metadaten), Demonstratoren und portabler Anwendungen. Seit 2014/2018: Offene Ökosysteme wie Eclipse VOLTTRON verbreiten agentenbasierte Integrations- und Steuerplattformen für Gebäude und Energienetze.
Referenzarchitektur In der Literatur wird SDB häufig als mehrschichtige Architektur beschrieben: Hardware/Device-Ebene: Sensoren, Aktoren, Gateways; Feldbus- und IP-Protokolle (u. a. BACnet, KNX, OCPP). Netzwerk/Kommunikation: IP-basierte Konnektivität sowie Sicherheitslayer (z. B. BACnet/SC), Ereignis- und Datenbus. Management/Betriebssystemdienste: Abstraktionsschicht (Hardware Presentation Layer), semantisches Modell (Ontologien/Tagging), Identität/Rollen, Policy-Durchsetzung, Transaktionen und Zeitreihenverwaltung. Anwendungen & Dienste: gewerkeübergreifende Apps (z. B. Energie-/Lastmanagement, Komfort/Belegung, Zutritt-Energie-Kopplung, Ladeinfrastruktur).
Kernkonzepte und Bausteine Semantische Modelle Einheitliche Metadaten erlauben es, Geräte, Orte, Beziehungen und Funktionen portabel zu adressieren. Beispiele sind Brick Schema und Project Haystack.
Einheitlicher Datenpfad Mit sMAP wurde ein leichtgewichtiges REST-Profil für Mess- und Stellinformationen vorgeschlagen, das als gemeinsame Datenebene dienen kann.
Betriebssystemdienste (BOS) BOSS/XBOS beschreiben u. a. Transaktions- und Autorisierungsdienste. Sie sollen kontrollierte, fehlertolerante Änderungen an physischen Ressourcen ermöglichen (z. B. Prioritäten, Leasing (zeitlich befristete Zuteilung) und Rollback (Rücknahme)).
Agenten-/Service-Ausführung (Edge) Offene Plattformen wie VOLTTRON nutzen verteilte Agents (Software-Komponenten). Diese kapseln Datenintegration, Regeln und Steuerung und laufen auf Gateways oder Servern.
Nutzerzentrierung und Benutzeroberflächen Im Kontext von Software-definierten Gebäuden wird der Betrieb zunehmend nutzerzentriert gestaltet. Unter Occupant-Centric Control (OCC) werden Regelungsansätze zusammengefasst, die Daten zur Anwesenheit, Interaktion und zum Komfort von Nutzerinnen und Nutzern in die Betriebsführung zurückkoppeln. Ziel ist es, Komfort und Energieeffizienz gleichzeitig zu optimieren. Die Literatur beschreibt dafür ein Spektrum von regelbasierten bis zu lernenden Verfahren sowie Umsetzungen in Realgebäuden.
OCC wird häufig als Human-in-the-Loop-Regelung umgesetzt. Dabei werden Präferenzen (z. B. thermischer Komfort) über Feedback-Mechanismen (z. B. mobile Anwendungen) erhoben und in die Stellgrößenführung einbezogen. Normative Leitplanken für Komfort liefern u. a. ASHRAE 55 (thermische Behaglichkeit) und einschlägige Lüftungs- und Komfortnormen. Sie definieren zulässige Bereiche, innerhalb derer nutzerindividuelle Anpassungen stattfinden können.
Aus Sicht der Benutzeroberflächen (HMI/UX) werden SDB-Funktionen meist über mehrere Interaktionskanäle angeboten. Dazu zählen Raum- und Gebäudepanels (Displays), Web- und Mobile-Apps sowie ggf. Sprachschnittstellen. In der Praxis werden für die Ausgestaltung häufig die Grundsätze der ISO 9241-110 herangezogen (u. a. Aufgabenangemessenheit, Selbstbeschreibungsfähigkeit, Steuerbarkeit). Für webbasierte Oberflächen werden außerdem die Web Content Accessibility Guidelines (WCAG) 2.2 sowie im EU-Kontext die EN 301 549 als Barrierefreiheitsnorm für IKT-Produkte und -Dienste herangezogen.
Architektonisch werden Nutzeroberflächen in SDB typischerweise über APIs an Laufzeitdienste angebunden (Kontext, Ereignis-/Datenbus, Policy/Scheduling). Dadurch können Frontends entkoppelt entwickelt werden, und die Portierbarkeit zwischen Gebäuden wird erleichtert. Das W3C Web of Things (WoT) beschreibt hierfür ein abstraktes Architekturmodell, in dem Interaktionen mit Dingen und Services standardisiert werden können.
Insgesamt können nutzerzentrierte Regelkreise und geeignete Benutzeroberflächen individuelle Komfortziele mit betrieblichen Zielen (Energieeffizienz, Lastflexibilität) verbinden. Reviewarbeiten und Programmberichte (z. B. IEA-EBC Annex 79) dokumentieren entsprechende Strategien und Feldumsetzungen.
Typische Anwendungen SDB-Anwendungen reichen von energiebezogenen Diensten (Lastverschiebung, Peak-Shaving, Demand-Response) über Komfort- und Belegungsfunktionen bis hin zu domänenübergreifenden Workflows. Beispiele sind die Kopplung von Raumbelegung, Lüftung, Beleuchtung und Ladepunkten.
Implementierungen und Forschungsvorhaben (Auswahl) Exemplarische Projekte und Plattformen, die Prinzipien von SDB aufgreifen (keine vollständige Übersicht): BOSS – Systemdienste und Abstraktionen für portable Gebäude-Apps. XBOS – verteiltes „Building OS“ mit kanonischer Gebäudebeschreibung (Building Profile). VOLTTRON – offene Agentenplattform für Steuerung und Koordination in Gebäuden und am Grid-Rand. HXA.io (NetTask/NT Technologies) – nutzerzentrierter Betriebssystem-Ansatz. Er koppelt Ressourcen- und Raumbuchung mit vorausschauender Gebäudesteuerung. 2025 wurde das System mit dem Sächsischen Staatspreis für Innovation (Kategorie Produkt-/Dienstleistungsinnovation) ausgezeichnet.
Abgrenzung zu BMS/BAS und „Gebäude-Plattformen“ BMS/BAS bündeln Gewerkesteuerungen und Visualisierung. Sie stellen jedoch häufig nur begrenzt abstrahierte, semantisch durchgängige Schnittstellen bereit. Ein SDB ergänzt diese Systeme um Laufzeitdienste (Kontext/Metadaten, Ereignis- und Datenbus, Transaktionen/Policies, Identität/Rollen). Dadurch werden portable, gebäudeagnostische Anwendungen möglich. Als Beispiel einer Betriebsplattform wird in der Fachpresse Siemens Building X beschrieben. Genannt werden u. a. eine offene, hardware-agnostische Integrations- und Managementplattform einschließlich Entwickler-Ökosystem, Marketplace und Dashboards (z. B. Energy/Sustainability Manager sowie „Comfort AI“). Die Einordnung dient der Abgrenzung des Systemtyps und erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.
Sicherheit SDB erhöht durch Netzwerkkonnektivität die Angriffsfläche. Leitfäden empfehlen insbesondere Netztrennung, Minimierung der Angriffsoberfläche, Härtung auf Geräte- und Agentenebene sowie ein rollen- und policybasiertes Zugriffsmodell. Überblicksanalysen zur Bedrohungslage liefern u. a. die jährlichen ENISA-Berichte.
Siehe auch Gebäudeautomation Software-defined Networking Cyber-physisches System Internet der Dinge Digitaler Zwilling Edge Computing
Weblinks Brick Schema – Ontologie/Metadaten für Gebäude (englisch) Project Haystack – Tagging-Konventionen (englisch) Eclipse VOLTTRON – Open-Source-Agentenplattform (englisch)
Einzelnachweise
Kategorie:Gebäudeautomatisierung Kategorie:Softwarearchitektur Kategorie:Internet der Dinge