Vom Raumbuch zum Trassen­­konzept

Während die Architektur noch den Grundriss entwickelt, sind TGA-Bauräume oft nur Annahmen. Spätere Änderungen werden schnell teuer. Der Artikel zeigt, wie schlanke, BIM-basierte Trassenkonzepte diesen Knoten schon früh lösen: Aus wenigen Eingaben werden Netzabschnitte automatisch plausibel dimensioniert und anschließend in Trassenkörper und Leitungen überführt. Am Praxisbeispiel einer Büro-Lüftung wird deutlich, wie sich Varianten schnell prüfen, Querschnitte ableiten und Konstruktionsräume belastbar mit der Architektur abstimmen lassen. Mit der neuen Dimensionierung innerhalb des Trassenkonzepts entsteht ein durchgängiger Workflow – vom Raumbuch bis zur weiterführenden Detailplanung.

Kollaboration in frühen Projektphasen
Frühe Projektphasen zeichnen sich durch eine extrem hohe Variabilität aus. Es werden Raumkonzepte geschaffen, in Teilen wieder verworfen und geeignete Aufteilungen für die angestrebte Nutzung gefunden. Im Architekturmodell entsteht aus einer Liste an Bedarfen und einer Planung der Relationen zwischen räumlichen Bereichen in mehreren Abstimmungsschritten ein konkretes Grundrissmodell des geplanten Vorhabens. Gleichzeitig sind maßgebliche Einflüsse aus anderen Disziplinen, wie zum Beispiel der TGA, noch weitgehend unbekannt und müssen angenommen werden. Weil diese Flächen gleichzeitig im Konflikt mit der Maximierung der nutzbaren Fläche stehen, sind hier tendenziell unterdimensionierte Bereiche für Schächte, Abhangdecken, Unterverteilungen und Technikzentralen zu erwarten.

Das Versprechen einer BIM-basierten Planung – Aufwände nach vorne zu schieben, damit nach hinten heraus gespart werden kann – erscheint mit konventionellen Workflows unrealistisch. Bewege ich mich mit meiner Planung nicht länger in rein schematischen Konzepten, sondern schon in konkret modellierten Verteilsystemen und der Übergabe einzelner Medien, kann jeder noch so vermeintlich harmlose Änderungswunsch Kosten in vergleichbarer Höhe mit der initialen Konstruktion der betroffenen Bereiche verursachen. Auch ist aufgrund der wechselseitigen Abhängigkeiten ein Design-Freeze, also ein Punkt im Gesamtprozess, an dem das Bauwerk als finaler Konstruktionsrahmen für die Technik angenommen werden kann, eher Ausnahme als Regel. Es bedarf einer hohen Kooperationsbereitschaft und Projekterfahrung der Beteiligten, damit hohe Umplanungsaufwände abgewendet werden können.

Einen Weg heraus aus der Umplanungshölle bieten schlanke Trassenmodelle, die sich auf einer deutlich niedrigeren Modellentwicklungstiefe bewegen, gleichzeitig aber flexibel in Bezug auf Anpassungen reagieren. Die Entwicklung solcher Methodiken und der nötigen Werkzeuge wird schon seit einigen Jahren vorangetrieben. In diesem Artikel möchten wir nun eine entscheidende Entwicklungsstufe präsentieren, die es erlaubt, den strukturgebenden Einfluss der TGA schon sehr früh mit in Bezug zu nehmen.

Was bisher geschah
Eine frühe TGA-Planung mittels BIM-Methodiken auf ein anderes Niveau zu bewegen, bedarf neuer Modelle, die mit möglichst wenigen Freiheitsgraden eine hohe Aussagekraft erzeugen und es erlauben, einmal vorhandene Daten in die weitere Detaillierung zu überführen. Einen Vorschlag für solche schlanken Modelle haben wir Ihnen bereits in Ausgabe 2/2020 mit der Einführung der Trassenkonzepte in den LINEAR Desktop vorgestellt. Die wesentliche Neuerung hier war es, dass erstmals ganze Bündel von Leitungen als simple linienbasierte Strukturen mit einem zweidimensionalen Querschnittsplan kombiniert werden konnten, um Störkörper zu dimensionieren. Sofern gewünscht, konnten hier auch schon Raumbedarfe für Abhängungen oder Reserven eingeplant werden. Dieses Vorgehen ermöglichte es nicht nur bereits in frühen Phasen über Raumbedarfe für die TGA zu sprechen. Als angenehmer Nebeneffekt konnte die Trassenmodellierung schon damals in konkrete Leitungen inklusive Dämmung überführt werden (vgl. Abbildung 1).

 

In einem Folgeartikel in Ausgabe 2/2022 haben wir darauf aufbauend Ideen skizziert, die es uns erlauben, den Schritt von der reinen Konstruktion solcher Multi-System-Trassen in eine weitgehend automatisierte und modellbasierte Dimensionierung zu gehen, was eine enorme Erleichterung in der Gestaltung umfassender Trassenkonzepte erlaubt. Nun möchten wir diese Ideen vom Reißbrett nehmen und in die Tat umsetzen. Bevor wir darüber sprechen, lassen Sie uns kurz die wichtigsten Ideen wiederholen.

Wer LINEAR nutzt, der kennt wahrscheinlich unsere Netzberechnungen. Methodisch bedienen wir uns daher bei der Trassendimensionierung einer Analogie, in der wir bestimmte Technikflächen (z.B. für Technikräume oder Dachzentralen) als Erzeuger und Nutzungsbereiche (Räume oder weiter gefasste Bereiche gleicher Nutzung) als Verbraucher ansehen, die über Schächte und Trassen miteinander kommunizieren. Neben der Platzierung der Trassenkörper und der Vorgabe einiger Randbedingungen (z.B. Gebäudetyp, Geschwindigkeitsgrenzen) bleibt lediglich eine Definition von Übergabepunkten und Deckungsanteilen für die einzelnen Systeme. Auf Basis dieser Informationen kann dann aus einem simplen Trassenkonzept eine Systemtopologie abgeleitet werden und – unter Einbeziehung technischer Randbedingungen (z.B. Gleichzeitigkeiten) – können damit jedem Trassensegment automatisch korrekt dimensionierte Leitungen zugeordnet werden. Der Clou ist, dass dies zu jedem Zeitpunkt im Vorplanungsprozess geschehen kann und keine Daten voraussetzt, die wir nicht eh schon haben oder leicht einpflegen können. Da wir unsere Räume als zentrale Modellierungselemente betrachten, öffnen sich weiterhin interessante Synergieeffekte mit einer raumbuchbasierten Vorgehensweise.

Netzaufbau
Der grundsätzliche Netzaufbau unterscheidet sich in Revit kaum von einer frühen Lüftungsplanung mit Teilnetzstart- und -endbauteilen. Mit Hilfe geeigneter Trassen-Modellklassen werden die entsprechenden Korridore für die Versorgungswege modelliert. Hierbei ist die Entscheidung zu treffen, wo sich Steigzonen befinden und ob sich horizontale Trassen im Fußboden oder in Deckenbereich befinden sollen. Entsprechende Übergabe- und Sammelpunkte modellieren die Versorgung konkreter Räume, die zu diesem Zeitpunkt auch noch in gröbere Bereiche zusammengefasst werden können. Eine vereinfachte Darstellung eines Trassensystems ist in Abbildung 2 dargestellt.
 

Für die konkrete Modellierung in Autodesk Revit bieten die LINEAR Solutions vorbereitete Familien für die Trassen-Konstruktionsräume sowie für die benötigten Einspeisungen und Übergabepunkte. Mittels einer entsprechenden Klassifizierung ist aber auch die Verwendung eigener Familien möglich.

Methodik der Dimensionierung
Über ein gegebenes Trassennetz und die Angabe versorgungsrelevanter Informationen an den Endpunkten (Deckungsanteile, Spreizungen, usw.) wird eine Trasse bereits hinreichend gut für eine frühe Modell­phase definiert. So lassen sich für jedes Gewerk nur aufgrund der Konnektivität entsprechende Netze ableiten und Summen über benötigte Flüsse in den einzelnen Netzabschnitten bilden. Bei Sanitärnetzen werden überdies übliche Gleichzeitigkeitsansätze bei der Ermittlung der Spitzendurchflüsse berücksichtigt.

Wir schauen uns zur Verdeutlichung das in Abbildung 2 implizit enthaltene Sanitärnetz an. Ignoriere ich alle Netzabschnitte, die nicht mit Trinkwasser versorgt werden müssen, vereinfacht sich der Netzaufbau erheblich, wie in Abbildung 3 dargestellt.

An den Netzenden lassen sich nun über zahlenmäßige Angaben in den Räumen zu betrachtenden Verbraucher angeben und somit die benötigten Summendurchflüsse an den Netzenden ermitteln. Kombiniert man diese Information mit einem Gleichzeitigkeitsansatz für den jeweiligen Gebäudetypus, lassen sich Spitzendurchflüsse und durch Kombination mit einer maximalen Geschwindigkeit leicht auch Nennweiten für die Leitungsabschnitte ermitteln.

Analog lassen sich die Gewerke Heizung und Kälte behandeln, wobei nicht Durchflüsse sondern Leistungen summiert werden, die durch Angabe einer Spreizung im System auf Volumenströme und bei begrenzter Geschwindigkeit auf Nennweiten umgerechnet werden können. Die raumseitigen Bedarfe werden hier typischerweise durch Angabe flächenbezogener Lasten ermittelt. Liegt bereits eine detaillierte Heiz-/Kühllast vor, lassen sich die Ergebnisse selbstverständlich nutzen. Auch bei der Lüftungsdimensionierung können die in einem Lüftungskonzept ermittelten Luftmengen direkt angesetzt werden. Alternativ, sofern ein Lüftungskonzept noch nicht vorhanden ist, lassen sich die fehlenden Informationen für eine erste Dimensionierung durch Angabe des Anlagentyps im Raum (Zu-/Abluft) und einer Entwurfs-Luftwechselrate aus dem Raumvolumen ableiten.

Praxisbeispiel
Um den Workflow in den LINEAR Solutions für Revit zu verdeutlichen, schauen wir uns eine Lüftungsanlage in einem Bürogebäude an. Das System besteht aus einer Dachzentrale, über die in das Lüftungsnetz eingespeist wird. Abgenommen wird die Luft über 54 Übergabepunkte (je einer pro belüftetem Raum), wobei für die einzelnen Übergabepunkte spezifiziert wird, ob Zu- und/oder Abluft angebunden 
werden soll. 
 

Praxisbeispiel
Um den Workflow in den LINEAR Solutions für Revit zu verdeutlichen, schauen wir uns eine Lüftungsanlage in einem Bürogebäude an. Das System besteht aus einer Dachzentrale, über die in das Lüftungsnetz eingespeist wird. Abgenommen wird die Luft über 54 Übergabepunkte (je einer pro belüftetem Raum), wobei für die einzelnen Übergabepunkte spezifiziert wird, ob Zu- und/oder Abluft angebunden werden soll. 

Mit diesen einfachen Vorarbeiten gelingt es, ein vollständig dimensioniertes Trassenmodell zu erhalten. Die Plausibilität der berechneten Dimensionen lässt sich mit Hilfe der eingebauten Netzvisualisierung prüfen. Im Anschluss können die dimensionierten Systeme automatisch auf die modellierten Trassenelemente geschrieben werden.

Nach der Anreicherung der Trassen lassen sich parametrische Layouts für die Querschnitte definieren. Im vorliegenden Beispiel wurde ein einheitlicher Querschnitt (Zuluft neben Abluft) unter Beibehaltung der individuell ermittelten Dimensionen für das gesamte Gebäude aufgeprägt. Durch Kombination der Dimensionen mit Querschnittsplanungen lassen sich nun die Trassenkörper redimensionieren und als Störkörper, z.B. über den IFC-Weg, für die Bauwerksverantwortlichen exportieren. Es lassen sich mit Hilfe der LINEAR Werkzeuge aber auch aussagekräftige Dokumentationen der wichtigsten Projektabschnitte anfertigen. Über die Leitungsgenerierung lässt sich dann bei Beginn der nächsten Projektphase ein erstes Leitungsnetz für die weitere Detaillierung erstellen.

Fazit und Ausblick
Das LINEAR Trassenkonzept wurde mit der neuen Dimensionierungshilfe deutlich aufgewertet. Mit einfachen Workflows ist es möglich, auf Basis von Raumbedarfen selbst große Netze mit mehreren Systemen zu dimensionieren und schnell Varianten zu untersuchen. Die gezeigten Werkzeuge werden allen Kunden bereits seit Version 26.0 als Betaversion ohne zusätzliche Lizenzkosten zur Verfügung gestellt. Bis zur finalen Version werden noch deutliche Verbesserungen bei der Redimensionierung, also der automatischen Größenänderung der Trassenkörper und der anschließenden Leitungsgenerierung umgesetzt. Wir sind davon überzeugt, dass diese Entwicklung zukünftig einen wichtigen Baustein für die Abstimmung der TGA-Bauräume in frühen Projektphasen bilden kann. Machen Sie also schon jetzt Ihre Erfahrungen und sprechen Sie mit uns. Gemeinsam mit Ihnen wollen wir die TGA-Planung auf die nächste Ebene heben.