Laborgebäude mit BIM planen

Der digitale Zwilling des Reinraums

Wenn Labore neu oder umgebaut werden, stellt das alle Beteiligten vor Herausforderungen. Mit Hilfe eines digitalen Gebäudeinformationsmodells können Planungs- und Bauprozesse optimiert werden.

Virtuelle Realität im „Autodesk VR Lab“ München: Die Personen in der Greenbox „begehen“ das BIM-Modell mittels VR-Brille und begutachten so u. a. Wege und Flächen. Gleichzeitig werden die beiden von außen beraten und geleitet. So können Fachplaner, Nutzer und Sachverständige (hier für Laborabnahme) das Gebäude in der Planung bewerten und optimieren, wodurch sich kostenintensive Änderungen in späteren Phasen vermeiden lassen. © TÜV SÜD

Building Information Modelling (BIM) – mit dieser Methode ist ein besserer Überblick bei einem Projekt von vornherein möglich, und Fehler lassen sich vermeiden. Insbesondere bei speziellen Anforderungen, denen Reinräume unterliegen, hat das klare Vorteile, wie die Erfahrung von TÜV SÜD Advimo aus einem eigenen Projekt zeigt.

Ein Reinraum soll neu errichtet werden. Wie kann schon in der Planungsphase sichergestellt werden, dass die Druckverhältnisse später optimal sind? Dass Wartungsarbeiten reibungslos ablaufen können und sie den Betrieb nicht behindern werden? Welche Auswirkungen hat eine Detailänderung auf das gesamte Projekt? Bei großen Bauprojekten ist es üblicherweise schwierig, den Überblick über jede Einzelheit zu behalten, die Kosten transparent zu halten und die Folgen von Planänderungen abzuschätzen. Hilfe bietet ein digitales Gebäudeinformationsmodell, anhand dessen solche Fragen frühzeitig beantwortet werden.

Zugriff zu jeder Zeit und an jedem Ort

BIM startet im Idealfall schon ab der ersten Planungsphase eines Bauprojektes. Anschließend begleitet die Methode das Bauwerk über den gesamten Lebenszyklus hinweg. Grundlage ist ein digitales Modell des Bauwerks, auf das alle Beteiligten – z. B. Bauherr und Archi­tekten, Fachplaner, Ausführende oder das Facility Management – jederzeit Zugriff haben und das über den Lebenszyklus hinweg aktuell gehalten wird. Da das Modell auf einer geeigneten Plattform, einem sogenannten Common Data Environment (CDE), online zur Verfügung steht, ist diese Zusammenarbeit unabhängig von Ort und Zeit.

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Virtuelle Zusammenarbeit mit der nativen BIM-Lösung Revit: TÜV SÜD Korea und TÜV SÜD Advimo arbeiten gleichzeitig an einem Labor-Projekt, wobei sich die Spezialisten auf unterschiedlichen Kontinenten befinden. © TÜV Süd

Auswirkungen auf das Gesamtprojekt

In dem digitalen Modell des Bauwerks werden nicht nur Basisinformationen (z. B. zu Materialien) erfasst oder Mengen berechnet, sondern kontinuierlich weitere Daten, z. B. zu Kosten, Brandschutzvorschriften, Heizlasten oder Wartungsintervallen, erfasst und hinterlegt. Das Besondere an BIM ist, dass diese Informationen nicht nur erfasst, sondern in Beziehung zueinander gesetzt werden. Änderungen und ihre Auswirkungen können dadurch bereits am Modell simuliert werden: Wird beispielsweise in Erwägung gezogen, die Breite eines Flures zu verändern, wirkt sich dies sofort auf die Kosten zum Umbau aus, doch auch auf Fluchtweglängen, Heizkosten etc. . So kann bereits anhand der Simulation entschieden werden, ob die Planungsänderung sinnvoll ist.

Auf diese Weise werden auch Planungsfehler zu einem früheren Zeitpunkt erkannt: Überschneidungen von Bauteilen werden mit Hilfe einer modellbasierten Kollisionsprüfung sichtbar, ebenso können durch verschiedene Plausibilitätsprüfungen fehlende Flächen und Bauteile in der Mengenberechnung erkannt werden – und dies alles zu einem Zeitpunkt, an dem noch Zeit für Nachbesserung ist. Zugleich werden Anforderungen z. B. an Brandschutz, Fluchtwege sowie Sperrflächen für wartungs- und sicherheitskritische Anlagen frühzeitig bedacht und Flure, Durchgänge, Aufenthalts- und Technikräume mit genügend Platz für die späteren Instandhaltungsarbeiten geplant, ohne überdimensioniert zu werden.

Planung von Reinräumen

Insbesondere für die Planung, den Bau und den Betrieb von Laboren ist die Arbeit mit BIM in vielfältiger Weise von Vorteil. Die Reinräume eines Labors unterliegen beim Bau, bei der Ausgestaltung und der Prüfung Richtlinien wie der ISO 14644 („Reinräume und zugehörige Reinraumbereiche“) und der weiterführenden VDI 2083 („Reinraumtechnik“). So müssen nach der Fertigstellung eines neuen Reinraums beispielsweise die eingebauten Filtersysteme stets auf undichte Stellen untersucht werden: durch Messen der Partikeldichte in der Luft und durch Messen der Luftgeschwindigkeit. Ebenso werden die Druckunterschiede zu angrenzenden Räumen, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Beleuchtung und Akustik gemessen und dem Betreiber in einem Zertifikat schließlich die jeweilige Reinraumklasse bestätigt. Solche Anforderungen werden frühzeitig im digitalen Modell erfasst und während des gesamten Projekts berücksichtigt.

Vereinfachte Zertifizierung

Prüfung des Mindestüberdrucks zwischen Reinraum, Schleuse und Flur mit dem Reinraum Model-Checker Prüfskript. © TÜV SÜD

Auf diese Weise kann der Zertifizierungsvorgang deutlich vereinfacht werden. Im Jahr 2020 wird die Niederlassung von TÜV SÜD in Singapur mit ihren 600 Mitarbeitern ein neues, integriertes Labor- und Bürogebäude beziehen. Dafür haben die BIM-Informationsmanager von TÜV SÜD Advimo eigene Model-Checker für die Reinraumanalyse und -vorzertifizierung entwickelt. Alle relevanten Daten und Anforderungen werden während der Planungs- und der Bauphase in dem digitalen Gebäudeinformationsmodell erfasst, so dass die Planer jederzeit überprüfen können, ob die Räume bereits die Anforderungen für die Zertifizierung erfüllen. Auf diese Weise ist die Qualität durchgängig gesichert, und bei der abschließenden Prüfung wird viel Zeit eingespart, z. B. weil Lüftungsanlagen von vornherein so geplant wurden, dass die Zugänglichkeit sichergestellt ist.

Und auch im späteren Betrieb wird sich die systematische Vorab-Planung und Simulation auszahlen: So wird frühzeitig analysiert, ob die einzelnen Anlagen so ausgelegt sind, dass sie bei Instandhaltungsarbeiten für das Personal gut zugänglich sind, und ob die vorhandenen Reinräume durch Wartungsarbeiten verschmutzt oder im Betrieb beeinträchtigt werden. Sollte dies bei der Simulation der Fall sein, können Änderungen bereits in der Planungsphase vorgenommen werden – mit deutlich geringerem Aufwand als später im Betrieb. Auf diese Weise erhalten Bauherren die Gewissheit, dass ihr Gebäude optimal geplant ist und bei der Übergabe dem Nutzungszweck und den Vorgaben entspricht.

Kosten im Blick

BIM hilft auch, in finanzieller Hinsicht den Überblick zu behalten: Während des Baus werden Modell und Realität kontinuierlich abgeglichen, indem die „AsPlanned“-BIM-Modelle mit Laseraufnahmen validiert werden. Dadurch entsteht in Echtzeit ein „AsBuilt“-Modell, in dem jedes Detail den tatsächlichen Gegebenheiten entspricht. So können die Planer die Abweichungen zur Planung und deren Auswirkungen auf die Kosten für den Bau und den Betrieb in jeder Phase verlässlich berechnen.

Durch das konsequente Vor­halten von digitalen Gebäude­daten über den gesamten Lebenszyklus kann sichergestellt werden, dass sowohl die Inves­titionsausgaben (Capex) als auch die Betriebskosten (Opex) optimiert werden – anhand des Modells wird genau berechnet, wie etwa Lüftungs- und Klimatechnik, Wasser- und Abwasserversorgung und die elektrische Installation so effizient wie möglich geplant und betrieben werden können. Zugleich erleichtert ein solches Vorgehen die spätere Gebäudeverwaltung, denn alle relevanten Informationen sind bereits systematisch abgespeichert und müssen nicht nachträglich manuell eingegeben werden.

Fazit

Zu Anfang eines Projekts mag die Erstellung eines digitalen Zwillings aufwändig erscheinen. Zudem ist ein Umdenken in vielen Gewerken notwendig, denn dieser Ansatz kann nur erfolgreich sein, wenn die Beteiligten konsequent an der Weiterentwicklung des Modells arbeiten, Daten aktuell halten und Informationen transparent machen.

Auf mittlere und lange Sicht jedoch sind die Vorteile von BIM unübersehbar: Die Gefahr, dass Fehler auftreten, die Kosten unerwartet steigen und sich Planungen im Nachhinein als nicht praktikabel herausstellen, sinkt deutlich. Zudem erleichtert das digitale Modell später den laufenden Betrieb, denn über den gesamten Lebenszyklus werden die Gebäudedaten aktuell gehalten und aufwändige Recherchen nach notwendigen Informationen, z. B. nach dem aktuellen Planstand oder dem Zeitpunkt der letzten Wartung, könnten bald gänzlich der Vergangenheit angehören.

AUTORINNEN
DDI Elisabeth Aberger,
Senior Consultant
B. Arch (Univ.) Elise Mandat,
Consultant
TÜV SÜD Advimo GmbH, München
Tel: 089 4110968-10
Vertrieb-RECA@tuev-sued.de
www.tuev-sued.de/advimo

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