Die BIM-Methode (Building Information Modeling) hat sich als unverzichtbares Instrument etabliert.
Dieser Artikel zeigt, wie BIM die Planung von Reinräumen grundlegend verändert und eine kollaborativere, präzisere und nachhaltigere Abwicklung komplexer Projekte ermöglicht. Im Mittelpunkt steht ein konkretes Beispiel für den Einsatz von BIM-Tools durch ein spezialisiertes Entwicklungsteam, ohne dabei den Anspruch zu erheben, sämtliche verfügbaren Funktionen abzudecken. Vorgestellt werden ein Ansatz und ein Prozess, mit denen sich Präzision, Zuverlässigkeit und Agilität bei der Planung von Reinraumprojekten mithilfe von BIM-Software wie Revit, Stabicad und Dynamo verbessern lassen.
Die Möglichkeiten dieser Tools sind äußerst vielfältig. Auch andere Ansätze und Arbeitsabläufe sind denkbar und können je nach Projekt sogar noch effizienter sein.
Bei der Planung und dem Bau von Reinräumen, beziehungsweise kontrollierten Bereichen, sind Präzision und Effizienz entscheidend, um die Luftqualität sicherzustellen und zu kontrollieren und gleichzeitig die regulatorischen Anforderungen zu erfüllen. Angesichts dieser Herausforderungen hat sich die BIM-Methode zu einem wichtigen Instrument für die Transformation der Branche entwickelt. Sie ermöglicht die Optimierung von Prozessen und eine ganzheitliche Kontrolle, die wesentlich zum Projekterfolg beiträgt.
BIM-Tools bieten eine gemeinsame Planungsplattform und ermöglichen die Erstellung eines „Digitalen Zwillings“, der sämtliche Projektphasen abbildet, vom ersten Angebot über die Detailplanung bis hin zur Bauüberwachung und zur Instandhaltung der Anlage über den gesamten Lebenszyklus hinweg.
Dieser „Digitale Zwilling“ ist ein virtuelles Abbild der Anlage, mit dem sich die verschiedenen Fachdisziplinen vor, während und nach der Bauphase simulieren und koordinieren lassen. Dadurch können Risiken und Kosten reduziert und gleichzeitig die geltenden Vorschriften sowie die GEP (Good Engineering Practices) eingehalten werden.
1. Technische Angebotsphase und Basisplanung
Bei jedem neuen Projekt beginnt der Prozess mit der Konzeptphase (Front End) und/oder der Basisplanung (APS beziehungsweise Basic Design).
Diese Phase ist für die Erstellung technischer und kommerzieller Angebote von entscheidender Bedeutung. Das BIM-Team muss in der Lage sein, schnell unterschiedliche Konzepte zu entwickeln und verschiedene Dimensionierungsszenarien für die MEP-Systeme (Mechanical, Electrical & Plumbing) zu prüfen.
Die üblicherweise eingesetzte Planungssoftware Revit bildet dabei die Grundlage, wird jedoch durch weitere Werkzeuge ergänzt. Mithilfe von Stabicad lassen sich erste MEP-Entwürfe schnell erstellen, sodass die Planer die grundlegende Führung der technischen Systeme frühzeitig skizzieren und visualisieren können.
Dabei sind insbesondere zwei Funktionen dieser Software von großem Nutzen: „Solve Node“ sowie die integrierten Berechnungs- und Dimensionierungsfunktionen.
[Abb. 1 Planung der Luftkanäle. „Gesamtansicht eines Luftkanalnetzes“]
Berechnung und Dimensionierung der technischen Anlagen: Angebotsphase
Das Team aus Planern und Ingenieuren arbeitet nach der BIM-Methodik eng zusammen, um bestmögliche Ergebnisse zu erzielen.
Revit bietet eine solide Planungsgrundlage.
Stabicad erleichtert die 3D-Modellierung und Berechnung.
Dynamo automatisiert komplexe Prozesse.
Diese Programme unterstützen die Entscheidungsfindung bei der Berechnung und Dimensionierung der technischen Anlagen.
Mit Stabicad lassen sich bereits in einer frühen Planungsphase die erforderlichen Elemente modellieren, um die Dimensionen der Abluftstränge und Hauptluftkanäle zu bestimmen und eine erste Abschätzung des Material- und Installationsbedarfs vorzunehmen. Dabei kann ein einzelnes Element einen Kanalabschnitt, einen Raumbereich, ein gesamtes Geschoss oder sogar ein vollständiges Gebäude repräsentieren.
Auf diese Weise lässt sich der erforderliche Platzbedarf für das Luftkanalnetz schnell ermitteln und mit der Architektur des kontrollierten Bereichs sowie den anderen technischen Systemen koordinieren, sodass die notwendigen Flächen frühzeitig berücksichtigt werden können. Auch bei späteren Änderungen kann das Modell schnell angepasst werden, ohne zahlreiche Detailelemente erneut bearbeiten zu müssen.
Die Visualisierung in einer einheitlichen, mit dem 3D-Modell verknüpften Umgebung ermöglicht ein klares Verständnis der Volumen- und Raumnutzung. Gleichzeitig lassen sich verschiedene grafische Darstellungen erstellen, um den Kunden einen besseren Überblick und eine anschauliche Vorstellung des vorgeschlagenen Projekts zu vermitteln.
Dadurch kann bereits frühzeitig ein erstes MEP-Konzept entwickelt werden, das die Grundlage für eine optimierte Projektausführung schafft, potenzielle zukünftige Herausforderungen identifiziert, den Koordinationsprozess vorbereitet und eine erste Einschätzung des vorgeschlagenen Systems hinsichtlich Dimensionierung, Leistung und Kosten ermöglicht.
„Solve Node“
Die Funktionen „Solve Node“ und „Solve Node with options“ der Stabicad-Software von Trimble sind leistungsfähige Werkzeuge. Sie kommen bereits in den frühen Projektphasen und während des gesamten Planungsprozesses zum Einsatz. Diese Funktionen zur Lösung von Konflikten und komplexen Knotenpunkten erleichtern und automatisieren die Bearbeitung anspruchsvoller Schnittstellen und Verbindungen innerhalb der MEP-Systeme.
Mit dem Befehl „Solve Node“ lassen sich Luftkanal-, Rohrleitungs- und Elektrosysteme effizient verbinden und optimieren. In Projekten stellt diese Funktion automatisch Verbindungen zwischen Luftkanälen und Endkomponenten, zwischen einzelnen Kanalabschnitten sowie zwischen Luftkanälen und Anlagenkomponenten her. Dadurch wird der Zeitaufwand für die manuelle Planung einer durchgängigen und optimal abgestimmten Luftkanalführung erheblich reduziert.
[Abb. 2 Funktion „Solve Node“. „Anwendungsbeispiel für die Verbindung von Luftkanälen“]
Die Funktion „Solve Node“ passt bei Bedarf die Luftauslässe an und richtet die Verbindungselemente der Luftkanäle durch entsprechende Drehungen gemäß den Planungsparametern aus. Flexible und starre Luftkanäle werden automatisch mit den erforderlichen Längen positioniert. Komponenten wie VCD (Volume Control Damper) und Verbindungselemente werden ebenfalls automatisch hinzugefügt.
Indem die Funktion sicherstellt, dass sämtliche Verbindungen präzise ausgeführt werden und den Herstellervorgaben entsprechen, trägt sie zur Standardisierung der Arbeitsweise der Planungs- und Engineering-Teams bei. Die einfache Anwendung reduziert Fehler und unnötige Arbeitsschritte und macht den Planungsprozess dadurch effizienter.
Während der automatische Befehl „Solve Node“ bereits eine leistungsfähige Lösung für allgemeine Anwendungen bietet, ermöglicht „Solve Node with options“ in Stabicad noch mehr Flexibilität und Kontrolle. Dadurch lassen sich präzisere Lösungen entwickeln, die gezielt an die spezifischen Anforderungen des jeweiligen Projekts angepasst werden können.
[Abb. 3 Optionen von „Solve Node“. „Die Funktion ‚Solve Node‘ bietet verschiedene Möglichkeiten.“]
Die Funktion „Solve Node with options“ ist besonders hilfreich bei der Bearbeitung komplexer Planungsanforderungen in Revit. Sie schlägt automatisch mehrere Anschlussmöglichkeiten für Luftkanal- und Rohrleitungsnetze vor. So kann die optimale Lösung anhand der erforderlichen Winkel und Formstücktypen ausgewählt werden. Dies erleichtert die Bewältigung anspruchsvoller Planungsaufgaben und schafft gleichzeitig ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Kontrolle, Automatisierung und individueller Anpassung.
Der Befehl kann gezielt zur Konfliktlösung oder auf bestimmte Abschnitte angewendet werden. Dadurch lassen sich komplexe Projekte effizient bearbeiten, indem der Fokus auf die Bereiche gelegt wird, die besondere Aufmerksamkeit erfordern, ohne dabei die übrigen Systeme zu beeinflussen.
[Abb. 4 Lösung mit „Solve Node“.
„Stabicad generiert automatisch die erforderlichen Verbindungselemente entsprechend der vom Planer gewählten Option.“]
Dynamo ermöglicht die Automatisierung von Prozessen durch visuelle Programmierung und optimiert dadurch wiederkehrende Aufgaben. Ein Beispiel hierfür ist ein von uns entwickelter und automatisierter Prozess zur Extraktion von Daten aus den in Revit modellierten Luftkanälen der HVAC-Systeme.
Dieser Prozess wird über eine Dynamo-Routine umgesetzt, die mit einer dynamischen Excel-Tabelle verknüpft ist. Dadurch lassen sich die extrahierten Daten einfacher integrieren und in präzise Mengenermittlungen gemäß den GEP (Good Engineering Practices) überführen. Die angewandten Regeln und Standards stellen sicher, dass die ermittelten Mengen das Projekt möglichst genau abbilden. Dabei werden unter anderem Zuschnitte und Materialverluste berücksichtigt, die Revit selbst nicht vorhersagen kann.
Diese Methode entspricht den Arbeitsweisen des üblicherweise eingesetzten Materiallieferanten und ermöglicht dadurch eine präzisere technische Angebotsphase, die besser auf die tatsächlichen Liefer- und Einsatzbedingungen abgestimmt ist.
Die folgende Abbildung zeigt den Ablauf anhand eines parametrischen Bauteils. In diesem Fall kann Revit die Gesamtfläche nicht berechnen. Die entwickelte Routine ermöglicht jedoch den Export der entsprechenden Daten in die Excel-Tabelle.
[Abb. 5 Dynamo-Routine. „Beispiel einer entwickelten Routine zur Datenextraktion.“]
2. Detailplanungsphase
Sobald das Angebot vom Kunden angenommen wurde, geht das Projekt in die nächste Entwicklungsphase über. Die genehmigte Basisplanung wird so weit wie möglich übernommen und weiter optimiert, um daraus die Detailplanung für die gesamte Anlage zu entwickeln.
In dieser Phase werden alle am Projekt beteiligten Parteien und relevanten Aspekte berücksichtigt, von den Lieferanten über die Abstimmung und Koordination mit den anderen beteiligten Fachdisziplinen bis hin zu Instandhaltung und speziellen Montagelösungen. Dadurch wird sichergestellt, dass sämtliche Aspekte der Planung den GEP (Good Engineering Practices) entsprechen und der gesamte Lebenszyklus des kontrollierten Bereichs berücksichtigt wird.
Das Engineering-Team arbeitet die Details aus und optimiert jede einzelne Systemkomponente, um eine maßgeschneiderte Planung zu entwickeln, die den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Produktionsprozesse im kontrollierten Bereich sowie den geltenden regulatorischen Vorgaben entspricht.
In dieser Phase sind Präzision, Effizienz und leistungsfähige Modellierungswerkzeuge für das Engineering-Team von entscheidender Bedeutung. Stabicad ermöglicht präzise und zuverlässige Berechnungen, die automatisierte Dimensionierung der Systeme sowie eine umfassende Dokumentation. Dadurch lassen sich detaillierte MEP-Lösungen präzise und effizient entwickeln und Koordinationskonflikte vermeiden.
Zwei weitere zentrale Funktionen von Stabicad sind in dieser Phase besonders relevant: die „Berechnung“ und die „Dimensionierung“ der MEP-Systeme in Revit. Sie stellen sicher, dass die MEP-Systeme korrekt ausgelegt sind und optimal funktionieren.
Dank der Flexibilität der Software lassen sich die Planung und die Abmessungen der Luftkanäle einfach anpassen. Gleichzeitig können die Auswirkungen kritischer Planungsentscheidungen visualisiert und das System anhand der entsprechenden Berechnungen automatisch überprüft werden.
Ein weiterer wichtiger Aspekt in dieser Phase sind die von Stabicad bereitgestellten Inhalte und Komponentenbibliotheken. Die Software verfügt über eine Bibliothek dimensionierter Komponenten, die auch Bauteile und technische Daten aus den Katalogen verschiedener Hersteller enthält. Positionen der Anschlüsse, Gesamtabmessungen und sämtliche relevanten Komponentenparameter entsprechen damit den Herstellerspezifikationen. Dadurch wird sichergestellt, dass sich das digitale Modell tatsächlich in eine real ausführbare Anlage übertragen lässt.
In Kombination mit der zuvor beschriebenen Funktion „Solve Node“ kann die für das jeweilige Projekt geeignete Komponente schnell eingefügt und das System mit marktüblichen Formstücken und Anlagenkomponenten verbunden werden.
[Abb. 6 MEP Content. „Stabicad-Plattform mit von Herstellern erstellten Komponentenfamilien, die für optimierte Berechnungen zur Verfügung stehen.“]
Die Berechnungen sind entscheidend, um die Leistung und Dimensionierung der Komponenten des HVAC-Systems korrekt zu bestimmen. Für Luftkanal- und Rohrleitungsnetze kann Stabicad automatisch Volumenströme, Strömungsgeschwindigkeiten und Druckverluste berechnen. Dies unterstützt die korrekte Dimensionierung der Anlagen, gewährleistet einen effizienten Systembetrieb und hilft, einen unnötig hohen Energieverbrauch zu vermeiden.
Darüber hinaus können spezifische Planungskriterien definiert werden, darunter:
- die Dimensionierung,
- die optimale Form, Länge, Breite und der optimale Durchmesser,
- die maximalen und minimalen Strömungsgeschwindigkeiten der Medien,
- die maximal zulässigen Druckverluste pro Meter.
Anschließend ermittelt die Berechnungsfunktion automatisch die kleinste verfügbare Dimension, die sämtliche festgelegten Kriterien erfüllt, und übernimmt diese direkt in das 3D-Modell.
[Abb. 7 Luftkanalberechnung. „Beispiel für das Ergebnis einer mit Stabicad durchgeführten Luftkanalberechnung.“]
Die Software ist mit verschiedenen Normen unterschiedlicher europäischer Länder kompatibel und eignet sich daher besonders für den Einsatz bei internationalen Projekten. Für britische Normen sind die Berechnungen sogar CIBSE-zertifiziert, was zusätzliche Sicherheit hinsichtlich Präzision und Zuverlässigkeit bietet.
Einer der wesentlichen Vorteile der Software besteht schließlich darin, dass Berechnungen und Dimensionierungen automatisch aktualisiert werden, sobald Änderungen an der Planung vorgenommen werden. Diese dynamische Funktion stellt sicher, dass die Planung auch bei Änderungen jederzeit präzise und auf dem aktuellen Stand bleibt.
Für das Planungsteam steht Stabicad für Flexibilität, Kontrolle und die Möglichkeit, detaillierte und präzise MEP-Lösungen zu entwickeln, die direkt für die Ausführung auf der Baustelle geeignet sind.
Der Einsatz von 3D-Software ermöglicht es, sämtliche Elemente in einem einzigen Modell zu visualisieren, komplexe Schnittstellen zwischen den MEP-Systemen zu untersuchen und die Auswirkungen einzelner Planungsentscheidungen besser zu verstehen. Gleichzeitig verbessert dies die Zusammenarbeit und Kommunikation mit den Kunden, da ihnen die geplante MEP-Lösung dreidimensional dargestellt werden kann, was mit den früher üblichen 2D-Zeichnungen deutlich schwieriger war.
Ein weiteres Tool, das in dieser Phase besonders hilfreich sein kann, ist Dalux. Mit dieser Software lassen sich alle Projektbeteiligten von Beginn an einbinden, sowohl intern, beispielsweise Projektleiter, Bauleiter und Planer, als auch extern, darunter Kunden, Lieferanten und die weiteren am Projekt beteiligten Fachdisziplinen.
[Abb. 8 Kommunikationsdiagramm Unternehmen/Kunde. „Interner und externer Informationsfluss mit Dalux.“]
Die Dalux-Plattform ermöglicht es, sämtliche technischen Informationen, das BIM-Modell und die grafische Dokumentation zentral an einem Ort zusammenzuführen. Gleichzeitig bündelt sie die internen und externen Kommunikationskanäle, wie E-Mails, Besprechungen und weitere Abstimmungsprozesse. Dadurch werden die Arbeitsabläufe deutlich vereinfacht.
Der Kunde kann sich somit gezielt auf die Prüfung der vorgeschlagenen Planung konzentrieren und sicherstellen, dass diese seinen Anforderungen und Bedürfnissen entspricht.
[Abb. 9 Diagramm der internen Freigabephase. „Beispiel eines internen Kommunikationskanals für die Freigabe von Versionen.“]
In der internen Kommunikation ermöglicht Dalux dem Team, Aufgaben zu priorisieren, zu delegieren und deren Prüfung effizienter zu gestalten. Mithilfe von Farbcodes lässt sich der aktuelle Status jeder Aufgabe schnell und übersichtlich erkennen.
[Abb. 10 Aufgaben. „Aufgabenübersicht eines Projekts: Die Farben kennzeichnen den jeweiligen Status.“]
Der Einsatz verschiedener sich ergänzender BIM-Tools wie Revit, Stabicad, Dalux und Dynamo während der Planungsphase schafft Synergien, die dazu beitragen, die Effizienz und Qualität der Projekte zu optimieren.
3. Bauphase
Auch in der Bauphase werden die Synergien zwischen den bewährten BIM-Tools wie Revit, Stabicad und Dalux weiterhin genutzt.
In dieser Phase ist die kontinuierliche Aktualisierung des „Digitalen Zwillings“ von entscheidender Bedeutung. Mit jeder Anpassung und Änderung nähert sich das Modell dem endgültig realisierten Zustand an und stellt sicher, dass sämtliche Details jederzeit unter Kontrolle bleiben.
Mit Dalux können die Monteure direkt auf der Baustelle auf die Projektdokumentation zugreifen. Über die mobile App können die Inbetriebnahmeteams die Abläufe für Inbetriebnahme, Inspektion und Kontrolle einsehen und digital dokumentieren sowie die C&Q-Prozesse (Commissioning & Qualification) abbilden.
Wenn alle beteiligten Fachkräfte jederzeit Zugriff auf die relevanten Informationen haben, erleichtert dies eine reibungslose Kommunikation zwischen den verschiedenen Teams auf der Baustelle und in den Planungsbüros.
[Abb. 11 Dalux-Benutzeroberfläche in einem Projekt. „Navigationsansicht in Dalux.“]
Dalux enthält das digitale Modell sowie sämtliche Projektdaten und stellt den Teams die jeweils für ihre Aufgaben erforderlichen Werkzeuge zur Verfügung. Die Plattform ermöglicht eine BIM-basierte Zusammenarbeit in Echtzeit, die auch ohne Internetverbindung funktioniert.
[Abb. 12 Beispielansicht. „Kombination aus 3D-Modell und 2D-Informationen in Dalux.“]
Die Implementierung dieser kollaborativen Plattform, an der Bauleitung, Projektleitung, Planungsteam und weitere Projektbeteiligte gemeinsam arbeiten, gewährleistet einen reibungslosen Projektablauf und trägt dazu bei, eine Vision erfolgreich in die Realität umzusetzen.
4. Betriebsphase
Während der gesamten Nutzungsdauer der Anlage empfiehlt es sich, den „Digitalen Zwilling“ kontinuierlich auf dem aktuellen Stand zu halten und ihn als zentrale Referenz für die Überwachung und Instandhaltung der kontrollierten Bereiche zu nutzen.
Wenn es die Anforderungen des Kunden erfordern, werden entsprechende Lösungen implementiert. Dabei kommen dieselben Softwarelösungen zum Einsatz, die bereits in der Bauphase verwendet wurden, darunter auch Dalux.
Die Software erleichtert insbesondere die Verwaltung und Nachverfolgung von Instandhaltungsmaßnahmen und ermöglicht eine effiziente und präzise Überwachung sämtlicher Aktivitäten. Durch die Anbringung von QR-Codes an den Anlagenkomponenten kann beispielsweise schnell auf Informationen zugegriffen werden, die bereits in den vorherigen Planungs- und Projektphasen erfasst wurden.
Zusätzlich zu allen Informationen, die während der vorherigen Phasen in das Modell integriert wurden, können auf der Plattform auch Daten aus dem Steuerungs- und Überwachungssystem der kontrollierten Bereiche erfasst und gespeichert werden. Das Instandhaltungspersonal kann dadurch entsprechende Benachrichtigungen direkt auf dem Smartphone erhalten.
Dies trägt dazu bei, die Arbeitsabläufe zu optimieren, Komponenten eindeutig zu identifizieren und die Ersatzteilbestände effizienter zu verwalten.
Dieser Ansatz stellt sicher, dass die kontrollierten Bereiche dauerhaft unter optimalen Betriebsbedingungen gehalten werden und die Anforderungen an die Luftqualität und damit an die Qualität der Produktionsprozesse zuverlässig erfüllt werden.
[Abb. 13 Instandhaltungsmitarbeiter. „Über Dalux haben wir Zugriff auf die im digitalen Modell hinterlegten Daten, die für die Instandhaltung und den Betrieb des Projekts erforderlich sind.“]
Fazit
Der Einsatz von BIM-Tools in jeder Phase des Lebenszyklus eines Projekts für kontrollierte Bereiche erleichtert nicht nur die Planung und Ausführung, sondern optimiert auch die Kommunikation und Koordination zwischen den Teams und trägt damit wesentlich zur Kundenzufriedenheit bei.
Dieser Ansatz ermöglicht es, den „Digitalen Zwilling“ jedes Projekts parallel zum realen Projekt weiterzuentwickeln. Dadurch entsteht eine wertvolle Datenbasis für die zukünftige Instandhaltung und das Management der Anlage.
Durch die Integration von Revit, Stabicad, Dynamo und weiteren Anwendungen entsteht ein effizienter Workflow, der auf die technischen und regulatorischen Anforderungen abgestimmt ist und gleichzeitig die notwendige Flexibilität bietet, um die Gesamtleistung und die Qualität des Projekts kontinuierlich zu verbessern.
Abkürzungen und Referenzen
BIM: Building Information Modeling
MEP: Mechanical, Electrical and Plumbing
VCD: Volume Control Damper
HVAC: Heating, Ventilation and Air Conditioning
ZAC: Kontrollierter Bereich (Zone d’Activité Contrôlée)
Stabicad: Stabicad für Revit ist eine leistungsfähige BIM-Lösung für die Planung mechanischer und elektrischer Gebäudesysteme.
https://mep.trimble.com/en/products/stabicad
Dynamo: Dynamo ist ein Tool für visuelle Programmierung, mit dem sich Aufgaben und Prozesse in BIM-Software wie Revit automatisieren lassen.
https://dynamobim.org/
Dalux: Software für das Management des gesamten Projektlebenszyklus.
https://www.dalux.com/
