14. Januar 2021

Teil 2: Praxisbeispiel zur Umsetzung eines Planungsablaufs

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. Im ersten Teil der Artikelserie (Ausgabe November 2020) wurden Maßnahmen und Möglichkeiten zur Umsetzung einer kollaborativen Planung ab der frühen Entwurfsphase aufgezeigt. Für den zweiten und abschließenden Beitrag steht die praxisbezogene Umsetzung (Modellentwicklung) mit der Software liNear auf der Revit-Plattform im Vordergrund.

Dimensionierung und Verortung von TGA-Zentralen
Die Ermittlung der Technikflächen soll anhand eines Beispiels erläutert werden. Im Folgenden wird angenommen, dass das in Bild 3 entworfene Verwaltungsgebäude geplant werden soll. Die Büroräume sollen mit einem flächenbezogenen Zu- und Abluftstrom von 6 m³/(h · m²) maschinell belüftet werden. Eine zusätzliche Kühlung über eine Betonkernaktivierung und die Installation einer Sprinkleranlage sind gewünscht.

Aus dem Konzeptkörper des Architekten lässt sich nach Einführung von Körpergeschossen sowohl die Gebäudehöhe von 64 m als auch eine vorläufige Bruttogrundfläche von 32 700 m² ableiten. Die gegebenen Eingangsdaten erlauben nun unter Zuhilfenahme einer Berechnung nach VDI-Richtlinie 2050, Blatt 1 eine differenzierte Berechnung technischer Funktionsflächen (Bild 4). Neben der Ermittlung des Flächenbedarfs für Technikzentralen anhand weniger Eingabegrößen liefert diese Richtlinie auch Hinweise über eine geeignete strukturelle Anordnung im Gebäude.

Die ermittelten Zahlenwerte werden auf Wunsch in eine Tabelle übernommen, welche die Bedarfsplanung für die Technikflächen der unterschiedlichen Anlagentypen ermittelt. Über ein Platzierungs-Werkzeug lassen sich nun die entsprechenden Platzhalter für die Technikzentralen im Plan anordnen (Bild 5). Ein prüfender Abgleich bereits geplanter Flächen mit den eingangs ermittelten Sollwert-Korridoren ist während dieser Entwurfsphase jederzeit möglich.

Versorgungstrassen platzieren und dimensionieren
Um eine realistische Einschätzung für den Platzbedarf der TGA zu erhalten ist nach der Abstimmung zu Größe und Lage der Technikzentralen ein weiterer Planungsschritt erforderlich. Hierbei ist es zunächst nötig, den groben Verlauf der Verteiltopologie zu definieren, wobei bereits ein geschätzter Platzbedarf angenommen werden kann. Alternativ lassen sich in einer groben Darstellung auch zunächst die Hauptverteilwege skizzieren, wobei die Dimension der Trassenabschnitte unberücksichtigt bleibt.

Statt Konzeptgeometrien verwendet die Software liNear zur Skizzierung der Trassenverläufe intern spezielle Kanalklassen, welche sich geometrisch für eine Trassendefinition eignen und sich über eine Typklassifizierung für den IFC-Export als „Provision for Space“ ausweisen lassen. Dies hat den Vorteil, dass keine neuen Zeichenbefehle erlernt werden müssen und man den Trassenverlauf als zusammenhängendes Verteilnetz modellieren kann. Da die Trassenobjekte auf eigenen Systemen liegen, lassen sie sich über die liNear-Sichtbarkeitssteuerung ein- und ausschalten (Bild 6).

Um eine Dimensionierung der Versorgungstrassen und somit einen Platzbedarf für Schächte, Abhangdecken und sonstige Konstruktionsräume abschätzen zu können, ist im nächsten Schritt erforderlich, dass die Querschnitte der Hauptverteilwege geplant und dimensioniert werden. Dazu ist zunächst eine Einteilung der Gebäudeflächen in Versorgungsbereiche notwendig. Aus den Nutzungsanforderungen und energetischen Standards ergeben sich beispielsweise Leistungen und Luftmengen, aus denen sich anschließend eine grobe Dimensionierung der einzelnen Leitungen in den Querschnitten ergibt. Diese Informationen gilt es nun über einen grafischen Editor in zweidimensionalen Querschnitten zu organisieren und den entsprechenden Trassensegmenten zuzuweisen. Auch zusätzliche Abstände sowie Dämmstärken und Leitungsgefälle bei Abwassersystemen können hier bereits angegeben werden, damit sie in der Dimensionierung der Trasse berücksichtigt werden können.

Die Querschnittsprofile bleiben den einzelnen Abschnitten zugeordnet und können beim Übergang in die Entwurfsplanung dazu verwendet werden, um automatisiert Leitungstrassen zu generieren. Damit an Kreuzungspunkten keine Schwierigkeiten entstehen, sollten in einer frühen Konzeptphase bereits zusätzliche Störräume vorgesehen werden, damit eine spätere Anbindung an die Haupttrasse kollisionsfrei erfolgen kann (Bild 7).

Modellentwicklungsgrade
Sind die Abstimmungen in der frühen Phase erfolgt, geht die Planung in eine detaillierte Modellierung der Anlagentechnik über. Auch in dieser Phase gibt es vielfältige Gründe, um den Detailgrad der aktuellen Ansicht zu erhöhen oder zu verringern. Während der Arbeit kann es vorteilhaft sein, das Modell auf einen niedrigen Detailgrad (z. B. LoG 200 oder LoG 300) zu schalten, damit ein performantes Arbeiten mit dem Modell möglich ist. Auch kann eine neutrale Ausschreibung mit LoG 400 die Ausblendung produktspezifischer Details erfordern. Um dies alles in einer Plattform wie Revit, die von Haus aus drei Detailstufen mit sich bringt, zu bewerkstelligen, bedarf es diverser Festlegungen in der Modellierung. Hier steht man bereits vor der ersten Herausforderung. Welche Festlegung ist die Richtige? Weiterhin stellt sich die Frage, wie man mit Familien aus Toolboxen anderer Anbieter, Hersteller-Content oder eigenen Inhalten verfahren soll. Damit eine erfolgreiche Lösung zur Verwaltung und ansichtsabhängiger Schaltung von Modellentwicklungsgraden in einer Lösung wie dem liNear Desktop für Revit erfolgen kann, sind also mehrere Maßnahmen erforderlich.

Eine naheliegende Maßnahme ist die projektspezifische Definition eines LoG, denn viele Fragen kann man nicht abschließend klären: Wird es im BAP die Zwischenstufe LoG 350 geben, soll das anfangs erwähnte LoG-I-C-L-Schema verwendet werden oder will man eine ganz andere Benennung einführen? Welche Farbe haben Wartungsräume, welche haben Bedienräume? Ab wann sollen Rohrleitungen volumetrisch dargestellt werden? Letztendlich sollte eine Lösung sinnvolle Vorschläge machen, den Anwendern jedoch die Freiheit geben, individuell nach den gegebenen Projektanforderungen zu entscheiden.

In Bild 8 ist die Konfigurationsmatrix der geometrischen Modellentwicklungsgrade im liNear Desktop für Revit am Beispiel der LoG-Definition aus Tabelle 2 dargestellt. In der eingestellten Konfiguration werden die fünf Modellentwicklungsgrade teilweise über den Revit-Detaillierungsgrad der Ansicht gesteuert, teilweise über die Ein- und Ausblendung vereinbarter Unterkategorien. So ist sowohl eine Umschaltung von groben zu feinen Modellgeometrien möglich als auch z. B. eine „Neutralisierung“ durch die Ausblendung herstellerspezifischer Merkmale innerhalb der feinen Detailstufe. Zusätzlich zu der Steuerbarkeit des LoG bietet sich im Rahmen der Ansichtssteuerung die optionale Ein- und Ausblendung von Störkörpern wie Bedien- und Wartungsräumen an. Die Voraussetzung für die Nutzbarkeit dieser Mechanismen ist, dass die zugrunde liegenden Familien entsprechend modelliert wurden.

Die Annahme, dass sich alle Familien an dieselben Spielregeln halten, ist zum jetzigen Zeitpunkt utopisch, da viele Entscheidungen seitens einzelner Hersteller getroffen werden und der schon existierende Umfang von Bauteil-Familien bei Herstellern und externen Content-Anbietern gewaltig ist. Jedoch lassen sich mit einfachen Mitteln auch vorhandene Familien auf den oben gezeigten LoG-Mechanismus abstimmen: Per Doppelklick auf ein konkretes Bauteil wechselt der Anwender in den Familieneditor, wo ein spezielles Tool dafür sorgt, dass korrekte Unterkategorien für die LoGs sowie Störräume zur weiteren Bearbeitung angelegt werden. Mit wenigen Handgriffen lassen sich so beispielsweise Bedien- und Wartungsräume in einer Bauteilfamilie nachmodellieren (Bild 9). Werden diese Informationen bei Herstellerbauteilen im Rahmen der VDI 3805 bereits erfasst, so kann der liNear-CAD-Browser die entsprechenden Räume bereits bei der Platzierung anlegen. Diese lassen sich über Typ-Parameter optional für das aktuelle Projekt aktivieren und im Falle einer Aktivierung anschließend über die entsprechenden Unterkategorien ein- und ausblenden. So kann der Nutzer entscheiden, ob er Störkörper als verbindlichen Teil der Modellentwicklung anlegen will oder nicht.

Die Einführung parametrischer Wartungs- und Montageräume in neutrale parametrische Bauteile ist nicht sinnvoll, denn ein doppelt so breiter Kessel hat vielleicht nicht eine doppelt so breite Wartungsöffnung oder benötigt nicht doppelt so viel Wandabstand wie eine kleinere Komponente. Auch wenn neutrale Bauteile diese Störkörper prinzipiell vorbereiten können, bleibt die exakte Modellierung daher Planungsaufgabe und hat in der vorab vereinbarten Planungsphase zu erfolgen.

Gute Parametrik, schlechte Parametrik
Abschließend ein Ausblick in die Möglichkeiten der parametrischen Modellierung. Oft wird die Frage gestellt, warum bestimmte Abläufe nicht automatisch gehen, weil eine voll-parametrische Lösung wie Revit als Grundlage vorliegt.

Aus Sicht des Softwareunternehmens sind die Gründe vielfältig, denn parametrische Modellierung und Abhängigkeiten im Modell können positive und negative Eigenschaften haben. Korrekt eingesetzt, reagieren Bauteile und dazu in Relation stehende Komponenten automatisch auf Änderungen geometrischer Parameter oder der Lage bestimmender Bauteile. So werden z. B. beim Verschieben einer Leitung verknüpfte Elemente ebenfalls verschoben oder beim Ändern einer Leitungsdimension werden automatisch Übergänge erstellt, angrenzende Bauteile ändern ebenfalls die Dimension. Solange automatische Anpassungen nur das eigene Gewerk betreffen, sind diese in der Regel gewünscht und führen zu einem flexibleren und schnelleren Arbeiten.

Wo liegen nun die Schwierigkeiten? Eine Antwort ergibt sich bei dem Blick auf die benötigte Rechenkapazität. Ein Modell mit starken Relationen erfordert Rechenzeit, um gemachte Änderungen auf abhängige Bauteile zu übertragen. Je mehr dieser Abhängigkeiten eingeführt werden, umso aufwendiger die Arbeit, die Revit investieren muss, um Änderungen herbeizuführen. In dem Programm lassen sich durch Klick auf Schloss- und Pin-Symbole schnell viele Tausende solcher Punkte einführen, was im Extremfall dazu führt, dass ein Modell träge und unbeweglich wird.

Unabhängig von der Modellperformance gibt es auch noch andere Schwierigkeiten, wenn man die Bauplanung als interdisziplinäres Vorhaben versteht, in dem Abstimmungsprozesse essenzieller Bestandteil sind. Für den Projektfortschritt ist es dabei notwendig, bereits getroffene Vereinbarungen nicht durch einen Automatismus zu verändern, auch wenn dieser für die eigenen Arbeitsabläufe sinnvoll erscheint. Hier ist eine Stabilität im Gesamtprozess höher einzuordnen als der eigene Komfort, da unbemerkte Verletzungen getroffener Vereinbarungen im späteren Verlauf des Projekts zu zeit- und kostenintensiven Koordinationsaufgaben führen. Anhand einiger Beispiele lässt sich gut erläutern, warum nicht alles Machbare im Kontext BIM auch automatisch sinnvoll ist.

Es wird bisweilen als schlechte Modellierung angesehen, wenn z. B. eine Änderung der Geschosshöhen oder das Versetzen einer Wand sich nicht automatisch auf die TGA-Systeme übertragen lässt. Dabei wird oft übersehen, dass es vielleicht keine Sache schlecht definierter Abhängigkeiten ist, wenn eine TGA-Anlage sich nicht automatisch der Architektur anpasst, sondern vielleicht bewusst so gewollt ist. Selbst wenn die Änderung vergleichsweise harmlos ist, so sollte sie zwischen den Akteuren koordiniert werden. Findet sich eine günstigere Leitungsführung, hat die Änderung am Ende gar Auswirkungen auf die Wahl der Komponenten? All diese Fragen stellen sich den Beteiligten nicht, wenn das Modell „zu intelligent“ aufgebaut ist.

Was bei einem Übermaß an Automatismen im Gebäudemodell außerdem schief gehen kann, lässt sich an dem Beispiel der Durchbruchsplanung verdeutlichen: Dieser BIM-Anwendungsfall erfordert eine Abstimmung verschiedener Fachdisziplinen. Der TGA-Planer legt die Rohrleitungen fest und erzeugt Vorschläge für Durchbrüche, die von dem beteiligten Architekten und Statikern geprüft und genehmigt werden müssen. Ist eine solche Abstimmung bereits erfolgt, dann wird der Planstand eingefroren. So sollte der Durchbruchsvorschlag bei einer Änderung der Leitungsführung oder -dimension nicht automatisch mitwachsen (Bild 10), da eine neu entstandene Kollision so schlimmstenfalls im Laufe des Projekts lange unbemerkt bleibt und später einen hohen Aufwand in der Kollisionsbehebung erzeugt. Sinnvoller ist es, die Prozesse so aufzustellen, dass eine Durchbruchsplanung erst nach Ermittlung der Lage und Dimension der Leitungen erfolgt. Werden nachträgliche Änderungen einzelner Trassenabschnitte erforderlich, dann muss allen Beteiligten klar sein, dass ein erneuter Abstimmungsprozess in den betroffenen Gebäudeabschnitten erforderlich ist. Solch eine Abstimmung sollte nur durch bewusste Entscheidungen gestartet werden.

Autoren: Christian Waluga und Peter Hollenbeck, beide Unternehmen liNear

Bilder: liNear

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