Terwijl architecten nog bezig zijn met het ontwerpen van de plattegrond, worden de ruimtes voor installatietechniek vaak op basis van aannames bepaald. Toekomstige wijzigingen kunnen al snel zeer kostbaar worden. Dit artikel laat zien hoe gestroomlijnde, op BIM gebaseerde Pipe Route Concepts dit probleem in een vroeg stadium oplossen: met slechts een handvol invoergegevens worden netwerksecties automatisch gedimensioneerd en op plausibele wijze omgezet in leidingtrajectmodellen en leidingen. Een praktisch voorbeeld van een ventilatiesysteem voor kantoren laat duidelijk zien hoe we snel varianten kunnen controleren, doorsneden kunnen afleiden en installatieruimtes betrouwbaar kunnen afstemmen op de architectuur. De nieuwe dimensionering die het Pipe Route Concept biedt, zorgt voor een continue workflow – van het ruimtegegevensblad tot het verdere gedetailleerde ontwerp.
Samenwerking in de vroege projectfasen
De vroege projectfasen worden gekenmerkt door een grote mate van variabiliteit. Ruimteconcepten worden ontwikkeld, deels verworpen en er worden geschikte indelingen voor het beoogde gebruik vastgesteld. In het architectonische model worden een lijst met eisen en een overzicht van de onderlinge relaties tussen ruimtelijke zones gebruikt om in verschillende coördinatiestappen een concreet plattegrondmodel van het geplande project te creëren. Tegelijkertijd zijn belangrijke invloeden van andere disciplines, zoals de installatietechniek, nog grotendeels onbekend en moeten deze worden verondersteld. Deze gebieden staan vaak op gespannen voet met de noodzaak om de bruikbare ruimte te maximaliseren. Als gevolg hiervan worden ruimtes voor schachten, verlaagde plafonds, subdistributie en technische ruimtes vaak te klein gedimensioneerd.
De belofte van BIM-gebaseerd ontwerpen – vooraf inspanningen leveren om later tijd en geld te besparen – lijkt onrealistisch bij conventionele werkprocessen. Zodra ik in mijn ontwerp verder ga dan puur schematische concepten en begin te werken met concrete distributiesystemen en de overdracht van de afzonderlijke media, kunnen zelfs schijnbaar onschuldige wijzigingsverzoeken leiden tot kosten die vergelijkbaar zijn met die van de oorspronkelijke bouw van de betreffende ruimtes. Vanwege de onderlinge afhankelijkheden is een ontwerpbevriezing, waarbij de structuur kan worden geaccepteerd als het definitieve bouwkader voor de technische installaties, eerder uitzondering dan regel. Er is een hoge mate van samenwerking en projectervaring van alle betrokkenen vereist om aanzienlijke extra kosten voor herontwerp te voorkomen.
Lean-modellen voor leidingtrajecten bieden een uitweg uit de nachtmerrie van herontwerp. Deze modellen worden op een aanzienlijk lager detailniveau ontwikkeld, maar bieden tegelijkertijd flexibiliteit wat betreft aanpassingen. De ontwikkeling van dergelijke methodologieën en de benodigde tools is al enkele jaren aan de gang. In dit artikel willen we een beslissende ontwikkelingsfase presenteren waarmee in een zeer vroeg stadium rekening kan worden gehouden met de structurerende invloed van het ontwerp van de gebouwtechniek.
Wat is er tot nu toe gebeurd?
Om het vroege MEP-ontwerp naar een hoger niveau te tillen met behulp van BIM-methodologieën, zijn nieuwe modellen nodig die een hoge informatieve waarde genereren met zo min mogelijk vrijheidsgraden en die het mogelijk maken bestaande gegevens over te dragen naar verdere detaillering. In uitgave 2/2020 hebben wij al een voorstel voor dit soort gestroomlijnde modellen gepresenteerd met de introductie van de Pipe Route Concepts in LINEAR Desktop. De belangrijkste innovatie hierbij was dat voor het eerst complete bundels van leidingen en kanalen konden worden gecombineerd als eenvoudige, op lijnen gebaseerde structuren met een tweedimensionaal dwarsdoorsnedeplan om obstakels te dimensioneren. Indien gewenst konden hier ook ruimtebehoeften voor ophangingen of gereserveerde ruimtes worden gepland. Deze aanpak maakte het niet alleen mogelijk om in een vroeg stadium de ruimtebehoeften voor installatiesystemen te bespreken. Een prettig neveneffect was dat de modellering van de leidingtrajecten al kon worden omgezet in daadwerkelijke leidingen, inclusief isolatie (zie afbeelding 1).
In een vervolgartikel in nummer 2/2022 hebben we op basis hiervan ideeën geschetst waarmee we de overstap kunnen maken van het louter ontwerpen van dergelijke leidingstrajecten met meerdere systemen naar een grotendeels geautomatiseerde en modelgebaseerde dimensionering, wat het ontwerp van uitgebreide leidingstrajectconcepten aanzienlijk vereenvoudigt. Nu willen we deze ideeën van de tekentafel halen en in de praktijk brengen. Voordat we in detail treden, zullen we de belangrijkste ideeën kort nog eens doornemen.
Iedereen die LINEAR gebruikt, is waarschijnlijk bekend met onze netwerkberekeningen. Wij baseren onze methode voor de dimensionering van leidingtrajecten dan ook op een analogie waarin wij bepaalde technische ruimtes (bijvoorbeeld voor technische ruimtes of dakunits) behandelen als generatoren en gebruiksruimtes (kamers of bredere gebieden met hetzelfde gebruik) als verbruikers die met elkaar communiceren via schachten en leidingtrajecten. Naast de plaatsing van de leidingtrajectmodellen en de specificatie van bepaalde randvoorwaarden (bijv. gebouwtype, snelheidslimieten), hoeft u alleen nog maar de overdrachtspunten en de dekking voor de afzonderlijke systemen te definiëren. Op basis van deze informatie kan uit een eenvoudig leidingtrajectconcept een systeemtopologie worden afgeleid en kunnen – rekening houdend met technische beperkingen (bijv. gelijktijdigheden) – automatisch correct gedimensioneerde leidingen aan elk leidingtrajectsegment worden toegewezen. Het belangrijkste punt is dat dit in elke fase van het voorontwerpproces kan worden gedaan en dat er geen gegevens voor nodig zijn die we niet al hebben of niet eenvoudig kunnen invoeren. Aangezien we onze ruimtes als centrale modelleerelementen beschouwen, ontstaan er interessante synergie-effecten met een aanpak op basis van ruimtegegevensbladen.
Netwerkstructuur
De basisnetwerkstructuur in Revit verschilt nauwelijks van vroeg ventilatieontwerp met gedeeltelijke netwerkstart- en eindcomponenten. De bijbehorende routes voor de toevoerleidingen worden gemodelleerd met behulp van geschikte leidingtrajectmodelklassen. Hier moet worden besloten waar stijgzonezones zich bevinden en of horizontale leidingtrajecten in de vloer of het plafond moeten worden geplaatst. Bijbehorende overdrachts- en verzamelpunten modelleren de toevoer naar specifieke ruimtes, die in dit stadium nog in bredere categorieën kunnen worden gegroepeerd. Een vereenvoudigde weergave van een leidingroutesysteem is te zien in figuur 2.
Voor de daadwerkelijke modellering in Autodesk Revit biedt LINEAR Solutions kant-en-klare families aan voor het ontwerpen van de bouwruimte voor leidingtrajecten en voor de benodigde toevoer- en overdrachtspunten. Door gebruik te maken van een passende classificatie is het echter ook mogelijk om uw eigen families te gebruiken.
Methode voor dimensionering
Een leidingtraject kan in een vroege modelfase voldoende goed worden gedefinieerd aan de hand van een gegeven leidingtrajectnetwerk en informatie die relevant is voor de toevoer op de eindpunten (dekkingsgraden, temperatuurverschil, enz.). Dit betekent dat voor elke installatie de bijbehorende netwerken uitsluitend op basis van connectiviteit kunnen worden afgeleid en dat de totalen voor de benodigde debieten in de afzonderlijke netwerksecties kunnen worden berekend. In het geval van sanitaire netwerken wordt bij het bepalen van piekdebieten ook rekening gehouden met standaardbenaderingen voor gelijktijdigheid.
Laten we ter verduidelijking eens kijken naar het sanitairnetwerk dat impliciet in figuur 2 is weergegeven. Als ik alle netwerksecties negeer die geen drinkwatervoorziening nodig hebben, kan de netwerkstructuur aanzienlijk worden vereenvoudigd, zoals weergegeven in figuur 3.
Aan de uiteinden van het netwerk kunnen nu numerieke gegevens worden gebruikt om de in de ruimtes aanwezige apparaten te specificeren, waardoor het vereiste totale debiet aan de uiteinden van het netwerk wordt bepaald. Door deze informatie te combineren met een benadering op basis van gelijktijdig gebruik voor het betreffende gebouwtype, kunnen piekdebieten eenvoudig worden bepaald. Door dit te combineren met een maximale stroomsnelheid, kunnen ook de nominale diameters voor de leidingdelen eenvoudig worden bepaald.
Verwarmings- en koelsystemen kunnen op dezelfde manier worden behandeld, waarbij niet de debieten maar de vermogens worden opgeteld. Deze kunnen worden omgerekend naar volumestromen door een temperatuurverschil in het systeem te specificeren en naar nominale diameters bij een beperkte snelheid. De ruimtegerelateerde eisen worden hier doorgaans bepaald door het specificeren van oppervlaktegerelateerde belastingen. Indien er al een gedetailleerde verwarmings-/koelbelasting beschikbaar is, kunnen de resultaten uiteraard worden gebruikt. De in een ventilatieconcept bepaalde luchtvolumes kunnen ook direct worden toegepast op de dimensionering van de ventilatie. Als er nog geen ventilatieconcept beschikbaar is, kan de ontbrekende informatie voor de eerste dimensionering worden afgeleid uit het systeemtype in de ruimte (toevoer-/afvoerlucht) en een voorlopige luchtverversingsfrequentie uit het ruimtevolume.
Praktijkvoorbeeld
Om de werkwijze in LINEAR Solutions for Revit te illustreren, bekijken we een ventilatiesysteem in een kantoorgebouw. Het systeem bestaat uit een dakunit die het ventilatienetwerk voedt. De lucht wordt afgevoerd via 54 aansluitpunten (één per geventileerde ruimte), waarbij bij elk aansluitpunt wordt aangegeven of er toevoer- en/of afvoerlucht moet worden aangesloten.
Met deze eenvoudige voorbereidende stappen is het mogelijk om een volledig gedimensioneerd leidingtrajectmodel te verkrijgen. De plausibiliteit van de berekende afmetingen kan worden gecontroleerd met behulp van de ingebouwde netwerkvisualisatie. De gedimensioneerde systemen kunnen vervolgens automatisch worden toegepast op de gemodelleerde leidingtrajectelementen.
Na het verrijken van de leidingtrajecten kunnen parametrische lay-outs voor de dwarsdoorsneden worden gedefinieerd. In dit voorbeeld werd een uniforme dwarsdoorsnede (toevoerlucht naast afvoerlucht) toegepast, waarbij de individueel bepaalde afmetingen voor het gehele gebouw behouden bleven. Door de afmetingen te combineren met dwarsdoorsnedeplannen kunnen de leidingtrajectmodellen nu opnieuw worden gedimensioneerd en als obstakels worden geëxporteerd, bijvoorbeeld via het IFC-pad, voor de verantwoordelijken van het gebouw. De LINEAR-tools kunnen echter ook worden gebruikt om informatieve documentatie van de belangrijkste projectfasen te creëren. Aan het begin van de volgende projectfase kan de leidingfunctie voor het genereren van leidingen en kanalen worden gebruikt om een initieel leidingnetwerk te creëren voor verdere detaillering.
Conclusie en vooruitzichten
Het LINEAR Pipe Route Concept is aanzienlijk verbeterd dankzij de nieuwe dimensioneringsassistent. Met eenvoudige workflows is het mogelijk om zelfs grote netwerken met meerdere systemen te dimensioneren op basis van ruimtevereisten en snel verschillende varianten te onderzoeken. De getoonde tools zijn sinds versie 26.0 voor alle klanten beschikbaar als bètaversie, zonder extra licentiekosten. Aanzienlijke verbeteringen op het gebied van herdimensionering, d.w.z. het automatisch aanpassen van de afmetingen van leidingtrajectmodellen en het daaropvolgende aanmaken van leidingen, zullen vóór de definitieve release worden geïmplementeerd. Wij zijn ervan overtuigd dat deze ontwikkeling in de toekomst een belangrijke bouwsteen kan vormen voor het coördineren van MEP-bouwruimtes in vroege projectfasen. Ga nu aan de slag met deze functie en neem contact met ons op. Samen met u willen wij het MEP-ontwerp naar een hoger niveau tillen.