BIM und TGA (eBook)

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BIM und TGA 1
THOST Projektmanagement GmbH 2
SCHOLZE-THOST GmbH Planen und Beraten 3
Impressum 6
Inhaltsverzeichnis 7
Autorenporträt 11
Vorwort zur zweiten Auflage 13
Vorwort zur dritten Auflage 15
Vorwort 17
1Einleitung 19
1.1Allgemeines 19
1.2BIM und TGA 27
1.2.1Allgemeines 27
1.2.2Vorgehen 32
2Projektbezogene BIM-Vorgaben 38
2.1Einleitung 38
2.2Auftraggeber-Informations-Anforderungen 41
2.3Anwendungsfälle 43
2.4BIM-Abwicklungs-Plan 47
2.5LOX – Modellentwicklungsgrade 48
2.5.1LOD – Level of Development 48
2.5.2LOG – Level of Geometry 51
2.5.3LOL – Level of Logistic 52
2.5.4LOC – Level of Coordination 53
2.5.5LOI – Level of Information 53
2.5.6LOIN – Level of Information Need 53
2.6Issue-Management 56
3BIM-Honorierung 60
3.1Einleitung 60
3.2BIM-Leistungsbilder 60
3.3AHO Nr.?11 – Leistungen BIM 63
3.4Planungsleistungen und Honorar mit BIM 65
4Planung von Technischer Gebäudeausrüstung 66
5Bedarfsermittlung 71
5.1Übersicht 71
5.2Lüftungsbedarf – DIN EN 15251 73
5.3Wärmebedarf – DIN EN 12831 74
5.4Kühlbedarf – VDI 2078 82
5.5Beleuchtungsberechnung 86
5.6EnEV – DIN V 18599 88
5.7Raumbuch 91
6Systementwurf 97
6.1Systeme der Technischen Gebäudeausrüstung 97
6.1.1Allgemeines 97
6.1.2Systeme der Mechanik 99
6.1.3Systeme der Elektrotechnik 107
6.1.4Systeme der Gebäudeautomation 111
6.2Allgemeines 113
6.3TGA und Anlagenbau 113
6.4Mechanische Systeme 119
6.4.1Systementwurf 119
6.4.2Systembereiche der Nutzenübergabe und Verteilung im Gebäude 121
6.4.3Systembereiche in Versorgungszentralen 125
6.4.4Prozess-Leittechnik-Schnittstelle 128
6.5Elektro-, sicherheits- und informationstechnischeSysteme 141
6.6Automationssysteme 147
6.6.1Einleitung 147
6.6.2Hierarchisch, funktionsbezogene Leittechnik-Dokumentationsmethode 149
7Anlagenplanung 177
7.13-D-Anlagenplanung 177
7.2Schlitz- und Durchbruchsplanung 181
7.3Plattformen für digitale TGA-Bauteile 187
8Ausschreibung von TGA-Bauleistungen 190
9Errichtung der Technischen Gebäudeausrüstung 194
9.1Errichtung 194
9.2Technisches Monitoring 197
9.3Inbetriebnahme 200
10Nachhaltigkeit und Zertifizierung 203
11Betreiben von Technischer Gebäudeausrüstung 208
11.1Übersicht 208
11.2Instandhaltung 213
11.3Lebenslaufakte 220
11.4Ausschreibung von Facility Services 224
12Informationsmodelle 230
12.1Allgemeines 230
12.2Entity-Relationship-Modell 234
12.3EXPRESS und EXPRESS-G 240
13Referenzkennzeichnung 244
13.1Übersicht 244
13.1.1Strukturierung 246
13.1.2Funktionsbezogene Struktur 251
13.1.3Produktbezogene Struktur 251
13.1.4Ortsbezogene Struktur 252
13.2Referenzkennzeichen 252
13.3Funktionskennzeichen 254
13.4Produktkennzeichen 256
13.5Ortskennzeichen 257
13.6Dokumentenkennzeichnung 258
13.7Signalkennzeichnung 268
13.7.1Anschlusskennzeichnung 270
13.8Typkennzeichnung 271
13.9Kennzeichnung von Relationen 272
13.10ISO 81346-12 – RDS CW 275
13.10.1Grundlagen 275
13.10.2Beispielanwendungen 283
14Literatur 309
15Normen und Richtlinien 313
16Danksagung 321
Bildverzeichnis 323
Bild 1.1: Digitalisierung in verschiedenen Bereichen 19
Bild 1.2: Digitalisierung nach Industrien, 2013 und 2014 21
Bild 1.3: Digitalisierungstrends und deren Einfluss auf den Maschinen- und Anlagenbau 23
Bild 1.4: Arbeitsproduktivität je Erwerbstätigen in verschiedenen Branchen 24
Bild 1.5: Die Zukunft der Bauindustrie: BIM – BAM – BOOM 25
Bild 1.6: Aufwandsverlagerung und Einfluss auf Kostenentwicklung 26
Bild 1.7: Aufgabenverteilung in der Planung mit BIM 28
Bild 1.8: Megatrends Nachhaltigkeit und Digitalisierung 29
Bild 1.9: Chancen verschiedener Baubeteiligter bezogen auf die Megatrends 30
Bild 1.10: Auswirkungen der Digitalisierung auf die Arbeitsweise im Engineering 31
Bild 1.11: Akkumulation von Information ohne Datenverlust 33
Bild 2.1: Inhalte eines BIM-basierten Vertrages 40
Bild 2.2: Notwendige AIA-Festlegungen für die TGA a. d. B. VDI 2552 43
Bild 2.3: Beispiel für Anwendungsfallbeschreibung 45
Bild 2.4: LoD-Definition einer Pumpe 49
Bild 2.5: Zuordnung von LOD zu HOAI-Planungsphasen 50
Bild 2.6: Detaillierungsgrade des Level of Geometry 51
Bild 2.7: Objekt mit Störraumdarstellung 52
Bild 2.8: LOIN-Rahmen 54
Bild 2.9: Beispielformular zur LOIN-Definition 55
Bild 2.10: Dashboard-Darstellung von Issues in einem Collaboration-Server 56
Bild 2.11: Maske zur Beschreibung eines einzelnen Issues 57
Bild 2.12: Liste einzelner Issues 58
Bild 2.13: Bearbeitungsprozess von Issues im Collaboration-Server 59
Bild 4.1: Vorgehen bei der Planung von Technischer Gebäudeausrüstung in deren Lebensweg 67
Bild 4.2: Planungs- und Dokumentationsmatrix nach VDI 6026 (Entwurf 2020-07) 68
Bild 4.3: BIM-Cloud mit funktions-, bauteil-, nutzungs- und betriebsbezogenen Teilmodellen 69
Bild 5.1: Abstimmung vom Modellanforderungen zwischen Architektur- und TGA-Model für Autodesk Revit™ 73
Bild 5.2: Vorgaben für die raumweise Berechnung der Norm-Heizlast und Auslegungs-Heizleistung 76
Bild 5.3: Raumbezogene Innentemperaturen, Luftwechsel und Wiederaufheizzeiten 76
Bild 5.4: Raumliste als Zusammenfassung der berechneten Räume 77
Bild 5.5: Lese- und Aufenthaltsraum 78
Bild 5.6: gbXML-Datenübertragung 79
Bild 5.7: Heizlastberechnung des Lese- und Aufenthaltsraums 80
Bild 5.8: Energetische Bauteilbewertung auf Basis des spezifischen Transmissionswärmeverlustes 81
Bild 5.9: Ergebnisdarstellung der Energieanalyse im Gebäudemodell 81
Bild 5.10: Auszugsweise Raumdaten für Kühllastberechnung – Raumdaten (oben), innere Lasten (unten) 83
Bild 5.11: Grafische Ergebnisdarstellung einer Raum-Kühllastberechnung 85
Bild 5.12: Beispieldarstellung aus einer Beleuchtungsberechnung 87
Bild 5.13: Berechnungsergebnis für Beleuchtung Besprechungsraum 87
Bild 5.14: Bildung von Zonen im Rahmen der EnEV-Berechnung 90
Bild 5.15: Phasen eines Raumbuchs 92
Bild 5.16: Planungsraumbuch mit TGA-bezogenen Raumeigenschaften 93
Bild 5.17: Heizungsanlage mit Raumbezügen 94
Bild 5.18: Lüftungsanlage mit Raumbezügen 94
Bild 5.19: Ausschnitt aus einem Ausführungsraumbuch: Raumeigenschaften 95
Bild 5.20: Ausschnitt aus einem Ausführungsraumbuch: TGA-Objekte 95
Bild 5.21: Ausschnitt aus einem Ausführungsraumbuch: TGA-Objekteund Objektbeziehungen 96
Bild 5.22: Ausschnitt aus einem Ausführungsraumbuch: TGA-Objekteund Versorgungsbezüge 96
Bild 6.1: IFC-Datensatz einer Pumpe (IfcPump) 103
Bild 6.2: Einbettung von TGA-Objekten in ein BIM-Modell 106
Bild 6.3: Auszug aus dem IFC-Datensatz einer Leuchte (IfcLightFixture) 109
Bild 6.4: Klassifizierungssysteme und Übertragungsstandards in der Elektrotechnik 110
Bild 6.5: Grundfließschema 115
Bild 6.6: Verfahrensfließschema mit Grund- und Zusatzinformationen 116
Bild 6.7: Rohrleitungs- und Instrumentierungsfließschema (R& I-Schema)
Bild 6.8: R& I-Schema und zugehörige 3-D-Anlagendarstellung
Bild 6.9: Darstellung des Wärmebedarfs und Wärmeversorgung eines Konferenz- und eines Besprechungsraums in einem Heizungsschema 120
Bild 6.10: Zu- und Abluftversorgung eines Besprechungs- und Konferenzraums 121
Bild 6.11: Berechneter Lüftungsbedarf eines Raumes 122
Bild 6.12: Bedarfsbezogene Versorgungseinrichtungen 123
Bild 6.13: Berechnete Luftvolumenströme in einem Lüftungskanalsystem 124
Bild 6.14: Lüftungsschemaausschnitt zur Luftverteilung und Nutzenübergabe 125
Bild 6.15: Ausschnitt aus dem Funktionsschema eines Kälteverteilsystems 126
Bild 6.16: Geometrische Anlagenmodell der Pumpen 127
Bild 6.17: Objektliste mit Pumpeneinheiten 127
Bild 6.18: Organisation von PCE-Aufgaben 129
Bild 6.19: Referenzkennzeichnung einer PCE-Aufgabe 129
Bild 6.20: Allgemeine Darstellung einer PCE-Aufgabe im R& I-Schema
Bild 6.21: Lokale Druck- (PI) und Temperatur-Anzeige (TI) 131
Bild 6.22: Druck- und Temperaturanzeige in einem zentralen Leitstand 131
Bild 6.23: AUF?/?ZU-Ventil mit Positionsanzeigen 132
Bild 6.24: Temperaturregelung 132
Bild 6.25: Durchflussregelung 133
Bild 6.26: Lokale Regelungen 133
Bild 6.27: Ansteuerung einer Pumpe 134
Bild 6.28: Datenpunktliste 134
Bild 6.29: P& ID-Beispiel eines Rückspülfilters
Bild 6.30: P& ID-Beispiel einer Pumpeneinheit
Bild 6.31: PCE-Aufgaben in einem GA-Funktionsschema einer Rampenheizung 136
Bild 6.32: PCE-Elemente im GA-Funktionsschema einer RLT-Anlage 137
Bild 6.33: Automationsrelevante Objekte in einer Heizungsverteilung 137
Bild 6.34: GA-Aktoren und -Sensoren in einer Installationszeichnung (Ausschnitt) 138
Bild 6.35: GA-Objekte in einer Technikzentrale 138
Bild 6.36: PCE-Elemente im Anlagenschema zu einem Heizkreis 139
Bild 6.37: PCE-Elemente im GA-Funktionsschema einer Wärmeverteilung 140
Bild 6.38: Anlagenobjekt mit GA-Relevanz (SLC_MSR_Anschluss) 140
Bild 6.39: GA-Objektliste 141
Bild 6.40: Schaltschema einer Niederspannungs-Hauptverteilung 143
Bild 6.41: Schaltschema einer Niederspannungs-Unterverteilung 145
Bild 6.42: Auszug aus einer Installationszeichnung der Elektrotechnik 146
Bild 6.43: Stromlaufschemapaket mit verschiedenen Dokumentenarten 147
Bild 6.44: Übersichtsdarstellung der hierarchisch, funktionsbezogenen Leittechnik-Dokumentationsmethode 150
Bild 6.45: Beispiel für Leittechnik-Funktionseinheiten in der Gebäude-Leittechnik 152
Bild 6.46: Leittechnik-Hierarchie mit Leittechnik-Funktionseinheiten (LT-FE) 153
Bild 6.47: Leittechnik-Hierarchie in der Produktions- und Prozessleittechnik 154
Bild 6.48: Leittechnik-Aufgaben einer Leittechnik-Funktionseinheit 155
Bild 6.49: Beispiel eines Funktions-Übersichtsschemas 161
Bild 6.50: Funktionsschema 162
Bild 6.51: Auszug aus GA-Funktionsliste 163
Bild 6.52: Funktions-Übersichtsschema 164
Bild 6.53: Beispiel eines Funktions-Einzelschemas zur Regelung 166
Bild 6.54: Beispiel eines Funktions-Einzelschemas zur Messung 169
Bild 6.55: Beispiel eines Funktions-Einzelschemas zur Stellsignalausgabe 170
Bild 6.56: Darstellungselemente der Ablaufsprache 171
Bild 6.57: Teilanlagenschema der RLT-Anlage Duschraum 173
Bild 6.58: Funktions-Einzelschema der Ablaufsteuerung (Anfahr-Schrittkette) 174
Bild 6.59: Funktions-Einzelschema-Typical „Büro“ 176
Bild 7.1: Koordinationsmodell verschiedener Versorgungssysteme 177
Bild 7.2: Konstruktionsmodell der Pumpeneinheiten 178
Bild 7.3: Zusammenhängende Darstellung von Anlagentechnik und Automatisierung in unterschiedlichen Dokumentenarten 179
Bild 7.4: Konstruktion der RLT-Anlage =TL2 – Zuluft-Kanalsystem WP02 – Schnitt?/?Formteil 9 180
Bild 7.5: Auszug aus der modellbasierten Luftkanal-Berechnung 181
Bild 7.6: Beispiel Schachtausfädelung mit Durchbruchsbestimmung 182
Bild 7.7: Aus TGA-Planung resultierender Wanddurchbruch 183
Bild 7.8: TGA-Komponenten im Versorgungsschacht 184
Bild 7.9: 3-D-Darstellung von Durchbrüchen im IFC-Modell 185
Bild 7.10: 2-D-Darstellung von Durchbrüchen in einer Ebene 186
Bild 7.11: Beispielanwendung zur BIM-orientierten Aufzugskonstruktion 187
Bild 8.1: Entwicklungen und Veränderung durch BIM im Ausschreibungsprozess 190
Bild 8.2: Modellbasierte Erstellung von TGA-Leistungsverzeichnissen 191
Bild 9.1: Multimodell nach Forschungsprojekt Mefisto 195
Bild 9.2: Vorgefertigte Verteiler für Heizung und Kälte 196
Bild 9.3: Prozess des technischen Monitorings 198
Bild 9.4: Technisches Monitoring und Inbetriebnahme 199
Bild 9.5: Zeitliche Einbindung des Inbetriebnahmemanagements 200
Bild 10.1: Relevanz von TGA und BIM in der Nachhaltigkeitszertifizierung nach DGNB 204
Bild 10.2: Prinzipdarstellung der BIM-basierten Berechnung einer Ökobilanz 205
Bild 10.3: Rechengang bei der BIM-Modell-basierenden Berechnung einer Ökobilanz (Life Cycle Assessment) 206
Bild 11.1: Übergang von der Bau- in die Betriebsphase aus Informationssicht 208
Bild 11.2: Facility-Management-Modell 209
Bild 11.3: Prozess zur Informationsbereitstellung für das Gebäudemanagement 210
Bild 11.4: Auszug aus Instandhaltungsleistungen des Technischen Gebäudemanagements 212
Bild 11.5: Strukturierte Anlagendarstellung im Instandhaltungsmanagementsystem 214
Bild 11.6: Instandhaltungsmanagement von Sicherheitsbeleuchtungsanlagen 215
Bild 11.7: Vernetzung von Versorgungseinrichtungen 216
Bild 11.8: Visualisierung von Wartungsinformation mit Hilfe eines GIS-Systems 217
Bild 11.9: Vorgehen zur Datenübergabe eines Bestandsmodells an ein CAFM-System 218
Bild 11.10: Objektbestandsdaten im P& ID-Modell
Bild 11.11: Bestandsdaten im Revit-Modell mit Foto der eingebauten Pumpe 220
Bild 11.12: Überblick über die Lebenslaufakte und die damit in Bezug stehenden Aufgabenbereiche 221
Bild 11.13: Struktur und Aufbau einer Lebenslaufakte 223
Bild 11.14: Beziehung von Objekt und dokumentierter Information 223
Bild 11.15: Beziehung von Objekt-, Modell- und Informationsebene 224
Bild 11.16: Übersicht Erstellung von Dienstleistungs-Leistungsverzeichnissen für Instandhaltung 226
Bild 11.17: Objektliste als Grundlage für objektbezogen Instandhaltungsleistungsverzeichnisse 227
Bild 11.18: Zuordnungsmatrix Objekte und objektbezogene Dienstleistungen 227
Bild 11.19: Auszug aus Instandhaltungsleistungsverzeichnis 228
Bild 11.20: Übersicht Erstellung von Dienstleistungsleitungsverzeichnissen für infrastrukturelle Leistungen 229
Bild 12.1: Drei-Ebenen-Modell eines Datenbanksystems 231
Bild 12.2: Strukturen von Datenmodellen 233
Bild 12.3: Sprachelemente der Entity-Relationship-Modellierung 235
Bild 12.4: Beispiele zur Instanziierung 236
Bild 12.5: Beispiele von ERM-Beziehungstypen 237
Bild 12.6: Beispiel zur Umsetzung eines Datenmodells 237
Bild 12.7: Beispiel Erfassungstabelle Sicherheitsbeleuchtung 239
Bild 12.8: ERM-Gebäude-Modell 240
Bild 12.9: Sprachelemente in EXPRESS-G-Darstellung 241
Bild 12.10: EXPRESS-G-Darstellung des Datenmodells eines Produkts 242
Bild 12.11: Auszugsweise Darstellung des EXPRESS-G-Datenmodells 243
Bild 13.1: Übersicht und historische Entwicklung der Kennzeichnungsnormen 244
Bild 13.2: Normen im Zusammenhang mit der Referenzkennzeichnung 245
Bild 13.3: Hierarchischer Strukturbaum 247
Bild 13.4: Alternative Strukturdarstellung 247
Bild 13.5: Aspekte eines Objekts 249
Bild 13.6: Die vier verschiedenen Aspekte der ISO 81346-12 mit Beispielen aus der TGA 249
Bild 13.7: Beispiel für die Kennzeichnung nach einem „anderen Aspekt“ 250
Bild 13.8: Aufbau des funktionsbezogenen Referenzkennzeichens nach DIN 6779-12 254
Bild 13.9: Dokumente als Sicht auf das Gebäudeinformationsmodell 259
Bild 13.10: Prinzipieller Aufbau eines Dokumentenkennzeichens 260
Bild 13.11: Zusammenhang zwischen Objekten in Strukturen und deren Dokumentation 260
Bild 13.12: Aufbau des Dokumentenartenschlüssels 261
Bild 13.13: Beispielbeschreibung der Dokumentenart R& I-Schema (P&
Bild 13.14: Dokumentenbeschreibung am Beispiel einer Feuerwehr-Laufkarte 266
Bild 13.15: Beispiel für Dokumentenkennzeichen in einem Projekt 267
Bild 13.16: Aufbau eines Signalkennzeichens 268
Bild 13.17: Aufbau des Anschlusskennzeichens 270
Bild 13.18: Beispiel zur Kennzeichnung von Anschlüssen 270
Bild 13.19: Beispiel zur Bildung von Relationen-Kennzeichen 274
Bild 13.20: Layout des Referenzkennzeichens als Mehrebenen-Kennzeichen 276
Bild 13.21: Referenzkennzeichnungsbeispiel eines Wandsystems 284
Bild 13.22: Referenzkennzeichnungsbeispiel eines Kälteerzeugungssystems 285
Bild 13.23: Schema-Darstellung einer Lüftungszentrale mit Referenzkennzeichen 286
Bild 13.24: Referenzkennzeichnungsbeispiel eines Stromversorgungssystems 288
Bild 13.25: RDS-Beispiel Wärmeversorgungssystem im Anlagenschema (Ausschnitt) 290
Bild 13.26: RDS-Beispiel Wärmeversorgungssystem in der Strukturdarstellung 291
Bild 13.27: RDS-Beispiel Kälteversorgungssystem im Anlagenschema 292
Bild 13.28: RDS-Beispiel Kälteversorgungssystem in Strukturdarstellung 293
Bild 13.29: RDS-Beispiel Elektrische Energieversorgungssystem im Anlagenschema (Ausschnitt) 295
Bild 13.30: RDS-Beispiel Elektrische Energieversorgungssystem in der Strukturdarstellung 296
Bild 13.31: RDS-Beispiel Elektrische Energieversorgungssystem im Anlagenschema Alternativstrukturierung 297
Bild 13.32: RDS-Beispiel Elektrisches Energieversorgungssystem im Anlagenschema Alternativstrukturierung 298
Bild 13.33: RDS-Beispiel Brandmeldesystem im Anlagenschema 299
Bild 13.34: RDS-Beispiel Brandmeldesystem in der Strukturdarstellung 300
Bild 13.35: RDS-Beispiel Abluftsysteme 301
Bild 13.36: RDS-Beispiel RLT-System 302
Bild 13.37: RDS-Beispiel Abluftsysteme in der Strukturdarstellung gem. Abbildung 13 35 303
Bild 13.38: RDS-Beispiel Abluftsysteme in der alternativen Strukturdarstellung 304
Bild 13.39: RDS-Beispiel Teilklimaanlage in der Strukturdarstellung (Auszug) 305
Tabellenverzeichnis 333
Tabelle 6.1: Systeme?/?Gewerke der Technischen Gebäudeausrüstung nach DIN 276 97
Tabelle 6.2: Normenteile der VDI 3805, Stand 2020 105
Tabelle 6.3: Bestimmungszeichen für Aktionen 172
Tabelle 13.1: Baubezogene Anlagenklassen (Quelle: nach DIN 6779-12) 255
Tabelle 13.3: Kennbuchstaben für DCC-Datenstelle A1 (nach IEC 61355 (abgeleitet DIN EN 61355)) 262
Tabelle 13.5: Kennbuchstaben und Beschreibung von Dokumentenarten (nach IEC 61355 (abgeleitet DIN EN 61355), Auszug) 263
Tabelle 13.6: Arten von Signalen (nach DIN EN 61175) 269
Tabelle 13.7: Beispiele für Objekttypkennzeichen 272
Tabelle 13.8: Objektklassen und Klassencodes der Funktionalen Systeme (Auszug) (Quelle: ISO DIS 81346-12.2) 277
Tabelle 13.9: Objektklassen und Klassencodes der Technischen Systeme (Auszug) (Quelle: ISO DIS 81346-12.2) 279
Tabelle 13.10: Objektklassen und Klassencodes nach dem aktuellen Entwurf der IEC 82346-2 281
Tabelle 13.11: Beispiele für Referenzkennzeichen (Quelle: nach ISO 81346-12) 282
Tabelle 13.12: Beispiele für RDS mit Objekteigenschaftsinformationen 289