31. Dezember 2020

Teil 1: Kollaborative Planung ab der frühen Entwurfsphase

Während kollaborative Prozesse in detaillierten Entwurfsphasen zunehmend Einzug in die Praxis halten, steckt eine abgestimmte Arbeitsweise sämtlicher Akteure in frühen Phasen vielerorts noch in den Kinderschuhen. Mögliche Folgen sind beispielsweise die Unterdimensionierung von Technikzentralen und Leitungstrassen, was im Projektverlauf zu aufwendigen Anpassungen aufseiten aller beteiligten Gewerke führen kann. Um dem strukturgebenden Charakter der Gebäudetechnik schon in frühen Phasen Rechnung zu tragen, bedarf es im Zeitalter von BIM neuer kollaborativer Ansätze, welche anhand „intelligenter“ Platzhalter und bedarfsorientierter Dimensionierung das Problem in der Abstimmung zwischen Bauwerk und TGA lösen. Die zweiteilige Artikelserie gibt einen Ausblick darauf, wie eine Planung früher Entwurfsphasen sowie die darauf aufbauende Modellentwicklung aussehen kann.

Die integrale Planung verfolgt als ganzheitlicher Planungsansatz das Ziel, eine optimale Lösung für die Errichtung und den Betrieb eines Gebäudes und der zugehörigen technischen Anlagen zu schaffen. Hierfür müssen alle Planungsbeteiligten bereits in den frühen Planungsphasen gemeinsam am Konzept des Gebäudes zusammenarbeiten, um eine optimale Lösung für die Anforderungen des Bauherrn zu erreichen. Die steigenden Anforderungen an Energie- und Kosteneffizienz sorgen jedoch dafür, dass man mit konventionellen Arbeitsweisen sehr schnell an Grenzen stößt, wenn es darum geht, Zusammenhänge einfach zu erkennen und den anderen Beteiligten zu kommunizieren. Als Werkzeug für das Komplexitätsmanagement in der Bauplanung und -ausführung hebt sich die Technik des Building Information Modeling (BIM) hervor, welche das Versprechen gibt, eine verlässliche und stets aktuelle Datengrundlage für alle Beteiligten zu liefern und damit eine kontinuierliche Anreicherung der relevanten Informationen und Relationen zu ermöglichen.

Auch die Verwendung des besten Werkzeugs muss gemeistert werden. Die Einführung von BIM krankt in vielen Unternehmen aktuell noch daran, dass man sich zu sehr auf das Endprodukt und zu wenig auf den Weg dahin fokussiert. Dies äußert sich darin, dass man zwar den erheblichen initialen Mehraufwand spürt, dieser sich jedoch kaum in Form schlankerer Abstimmungsprozesse kompensieren lässt, sobald man in alte Muster zurückfällt. Im Gegenteil: Die deutlich detailliertere Form der Modellierung und die häufigere Synchronisierung von Arbeitsständen machen es in einem konventionellen Arbeitsmodus zusätzlich schwer, das Signal vom Rauschen zu trennen. In der Folge überfordert Kommunikation mehr, als dass sie nützt. Dieser Kommunikations-Overhead ist mitnichten eine Besonderheit der Bauplanung, sondern findet sich auch in anderen Disziplinen wieder, sei es dem Management in großen Konzernen oder dem parallelen Hochleistungsrechnen. Immer dann, wenn viele Akteure (Mitarbeiter, Prozessoren) gemeinsam an einer Lösung arbeiten sollen, ist eine Abstimmung auf feinen Skalen ineffizient. Das „big picture“ geht verloren, optimale Lösungen werden nur mit immensem Aufwand oder gar nie gefunden, da sich die Akteure in Details verlieren.

Um dieser Herausforderung zu begegnen, bemüht man sich in einem zyklischen Prozess um eine Abstimmung zwischen groben und feinen Modellen. Will man also das Potenzial heben, das in der Einführung von BIM steckt, dann darf man nicht bloß umdenken, sondern muss einige Arbeitsschritte radikal neu denken.

Schrittweise von grob nach fein

In der integralen Planung mit BIM werden erste mehrskalige Ansätze bereits erfolgreich praktiziert. Mithilfe vereinbarter Modellentwicklungsgrade wird beispielsweise bei der Aufstellung des BIM-Abwicklungsplans (BAP) eine Informationsbedarfstiefe spezifiziert, d. h., es wird festgelegt, welchen Ausarbeitungsoder Fertigstellungsgrad (engl. „Level of Development“, kurz: LoD) ein bestimmter Modellinhalt in einer bestimmten Planungsphase besitzen soll. Hierbei unterscheidet man zwischen den messbaren Kriterien zum benötigten Modellinhalt sowie der erforderlichen Modellqualität und Abstimmung. Der Entwicklungsgrad anhand dieser Kriterien wird in der Regel über eine Darstellung als dreistellige Ziffernfolge angegeben, wobei man üblicherweise von 100 (grob) nach 500 (fein) einteilt. Auch Zwischenstufen wie LoD 350 sind mitunter gebräuchlich. Wie in Tabelle 1 verdeutlicht wird, ist die alleinige Angabe eines Gesamtentwicklungsgrads im Kontext des BAP nicht sinnvoll, da je nach Gewerk und Leistungsphase unterschiedliche Anforderungen an die Geometrie (LoG), die Informationen (LoI) und kollaborativen Entwicklungsgrade wie die Koordination (LoC) und Logistik (LoL) gestellt werden können.

Andere Codierungen (z. B. die Kombination LoG-I-C-L) greifen dies bei der Angabe des LoD auf, indem sie eine kombinierte vierstellige Ziffernfolge mit ausdifferenzierbarer Informationsbedarfstiefe verwenden. So würde z. B. LoD 1221 in Tabelle 1 den Anforderungen an die Modellierung der Kostengruppe 410 in der Vorplanung entsprechen (die Ziffer 1221 setzt sich aus den jeweils ersten Ziffern der Kombination LoG-I-C-L zusammen). In der DIN EN ISO 19650 wird hierfür, abweichend von der Literatur, der Begriff „Level of Information Need“ (LoIN) synonym verwendet. Die Spezifikation eines LoD (oder LoIN) ist i. d. R. als Mindestanforderung zu sehen, d. h., die Bereitstellung höherer Entwicklungsgrade als der geforderten ist insofern zulässig, als dass dies den Projektablauf nicht stört, beispielsweise in Form von Performance-Einbußen.

Level of Geometry

Bei der Einführung von Modellentwicklungsgraden fehlt es aktuell an einheitlichen und verbindlichen Definitionen. Um die Verwirrung für den Leser also möglichst gering zu halten, fokussiert sich dieser Artikel auf den geometrischen Entwicklungsgrad („Level of Geometry“, LoG) und verwendet für die Präsentation die vereinfachte Definition aus Tabelle 2, welche sich an die Definitionen der VDI-Richtlinie 2552 anlehnt.

Die gegebene Definition ist zweifelsohne nicht umfassend und kann in diversen Aspekten ergänzt werden, z. B. die Verbindlichkeit einer Modellierung von Bedien- und Montageräumen wartungsintensiver Komponenten (Bild 1). Ebenso ist die Einordnung in die unterschiedlichen LoGs sowie deren Benennung keineswegs unstrittig. Die Festlegung erlaubt es aber, unter Vermeidung formaler Spitzfindigkeiten, die wesentliche Mechanik hinter der Modellentwicklung zu beleuchten.

Insbesondere lässt sich gut erkennen, dass ab LoG 200 konkrete Bauteile (z. B. Pumpen, Rohren, Ventilen …) im Fokus stehen, während der LoG 100 sich auf schematische Darstellungen bzw. generische Ersatzgeometrien ganzer Bauteilgruppen (z. B. Trassen) stützt, somit praktisch ein eigenes Teilmodell darstellt.

Im Folgenden zeigt der Artikel die TGA-Modellentwicklung mit liNear auf der Plattform Autodesk Revit. Dazu werden Möglichkeiten dargestellt, um die Komplexität der eigenen Planungsleistung besser im Griff zu behalten und eine effiziente sowie zielgerichtete Abstimmung mit den anderen Beteiligten zu erreichen. Im Vordergrund steht dabei entsprechend den Grundsätzen der DIN EN ISO 19650 die proaktive Kollisionsvermeidung, damit strukturelle Probleme im Informationsmodell bereits bei der Erzeugung von Informationen und nicht erst nach deren Bereitstellung erkannt werden können.

Kollaboration in frühen Planungsphasen

Gebäudetechnische Systeme benötigen ausreichend große Technikzentralen, deren strukturelle Anordnung einen massiven Einfluss auf die Trassenführung, aber auch auf die Gebäudestatik, die Optik und die Baulogistik haben kann. Beispielsweise können Dachzentralen als vorgefertigte Komponenten per Kran eingebracht werden, sind jedoch von außen sichtbar und verursachen hohe Schachtquerschnitte.

Um eine effektive Kollaboration im gesamten Planungsprozess zu fördern, liegt es im Interesse aller planungsbeteiligten Gewerke, in der Vorentwurfsphase ausreichende Flächen und Bereiche für die Gebäudetechnik abzustimmen und diese mit einfachen geometrischen Volumenkörpern (LoG 100) zu reservieren. Die frühe Festlegung der Bereiche bietet den Vorteil, dass in fortgeschrittenen Planungsphasen nur noch Abstimmungen bei der Verletzung dieser Bereiche notwendig werden. Wird darüber hinaus bei der Konstruktion der einzelnen Gewerke schon versucht diese Grenzen einzuhalten, wird auch die Notwendigkeit reduziert, zeitund kostenintensive Planänderungen an detaillierten und ggf. bereits abgestimmten Fachmodellen vorzunehmen. Um solch eine Planungsleistung im Kontext BIM erbringen zu können, bedarf es intelligenter Platzhalter für technische Anlagen, sogenannter „Provisions for Space“. Die Benennung entstammt den in IFC Version 4 neu eingeführten Platzhalter-Elementen, zu denen auch die „Provisions for Void“ zählen, welche als provisorische Abzugskörper das Fundament bewährter Kollaborationsmethodiken zur Schlitz- und Durchbruchsplanung sind. Ob nun über „Provision for Void“ oder „Provision for Space“ geredet wird, der TGA-Planer verwendet in beiden Fällen lediglich einfache geometrische Körper als Vehikel, um den Wunsch „Hier bitte Platz lassen!“ zu äußern. Klassisch geschieht diese Kommunikation zwecks Kollisionsauflösung nach detaillierter Ausführungsplanung der technischen Gewerke. In manchen Projekten werden bereits Entwurfspläne mittels einer Durchbruchsplanung koordiniert, um strukturelle Fragen im Vorfeld zu klären. Kollisionen werden also nach Möglichkeit proaktiv vermieden, anstatt sie später aufwendig zu beheben.

Im Gegensatz zu einer frühen Abstimmung von Durchbrüchen in der Entwurfsplanung hat die im Folgenden vorgestellte „Provision for Space“-Methodik den Vorteil, dass sie neue Arten von Informationscontainern einführt, welche über die reine Durchbruchsplanung hinaus zu weiteren Koordinationsaufgaben herangezogen werden können.

Der vollständige Teilprozess der Vorentwurfsplanung ist in Bild 2 beispielhaft vorgestellt, welche der Einfachheit halber auf eine Einführung von BIM-Managern und Fachkoordinatoren verzichtet und stattdessen lediglich die Interaktion der Bauwerksdisziplin mit der TGA skizziert.

Nachdem die Bedarfsermittlung mit dem Bauherrn abgeschlossen ist, beginnt der Architekt einen Konzeptkörper des Gebäudes zu erstellen, in dem er anschließend Funktionsbereiche und Räume festlegt und positioniert. Unter Einbeziehung der Bedarfsplanung in diesem frühen Entwurf lassen sich optional erste Aussagen über ein energetisches Konzept machen. Beispielsweise kann mit Autodesk Insight eine erste Analyse auf Basis des Konzepts erstellt werden, um die Auswirkungen verschiedener technischer Optionen zu untersuchen (Bild 3). Die TGA nutzt nun zunächst das Bauwerks-Konzept und die verfügbaren Eckdaten des Gebäudes, um die erforderlichen Technikflächen sowie deren Lage abzuschätzen (z. B. anhand der Empfehlungen aus VDI 2050 Blatt 1). Da die Positionen der Technikzentralen maßgebend die Erschließung beeinflussen, sollten deren Lage und Größe in einer ersten Koordinationsstufe mit den Bauwerksverantwortlichen abgestimmt werden. Haben sich alle Beteiligten auf ein anforderungsgemäßes Modell der Funktionsbereiche inklusive Technikzentralen geeinigt, können in einer zweiten Stufe die Versorgungstrassen von den TGA-Planern positioniert und dimensioniert werden. Ist auch dieser Abstimmungsprozess erfolgreich verlaufen, liegt im Ergebnis ein Vorplanungsmodell vor, mit dem alle Planungsbeteiligten die weitere Detaillierung des Modells für die Entwurfsplanung vornehmen. Die Datenübergabe kann hierbei über offene Austauschformate (z. B. als „Provision for Space“ via IFC 4) oder über eine gegenseitige Referenz des Trassenmodells in Revit stattfinden und in der weiteren Planung bei Bedarf überlagert werden.

Ausblick

Im zweiten und abschließenden Beitrag (in der Ausgabe Dezember) wird die praxisbezogene Umsetzung (Modellentwicklung) mit der Soft ware liNear auf der Revit-Plattform aufgezeigt.

Autoren: Christian Waluga und Peter Hollenbeck, beide Unternehmen liNear

Bilder: liNear

www.linear.eu