Technik
Licht 7 | 2020

Leuchtenmodelle im digitalen Bauwerk

Vorteile eines digitalen Leuchten-Zwillings

Building Information Modeling schafft digitale Modelle realer Bauobjekte. Mit dem digitalen Abbild lässt sich virtuell und kostengünstig planen und simulieren. Darüber hinaus bietet ein digitaler Zwilling Vorteile für eine Kommunikation der Planung, was beim Bau und seinen vielen Gewerken und Beteiligen entscheidend ist.

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Die produzierende Industrie nutzt schon länger die detaillierten, digitalen Konstruktionsmodelle von Produkten. Dazu gehören auch Leuchten sowie ihre Planung und Erstellung. Dies wird mit BIM auch auf Bauwerke übertragen. Auch für den Betrieb und die Wartung ist ein digitales Modell des Bauwerks von Vorteil. Es ist auch eine praktische Gebäude-Grundstruktur und Verortung für alle IoT- bzw. IoL-Anwendungen (Internet of Light). Damit wird teilweise die Verbindung der virtuellen und realen Zwillinge bidirektional möglich. Je mehr Merkmale und Daten so ein digitales Modell aufnimmt, desto mehr und detaillierter kann damit geplant und simuliert werden. Allerdings wird damit auch die Bearbeitung schwerfälliger und die benötigten Programme nehmen in Anzahl und Komplexität zu. Es ist schwer, über die Gewerkgrenzen hinweg das richtige Maß zu treffen. Zudem müssen alle diese Daten auch erstellt werden oder vorhanden sein und zugeordnet werden, was Aufwand und Kosten verursacht.

Generell arbeiten alle Lichtplaner, die Relux oder DIALux nutzen, schon seit über 20 Jahren mit digitalen Zwillingen. Allerdings eingeschränkt auf Bauwerkbereiche, wie Räume, und den klaren Anwendungsfall Lichtberechnung. So interessiert sich die Lichtplanung zum Beispiel nur für die Raumbegrenzungsflächen und deren Merkmale (Reflexionsgrad) und nicht dafür, was alles in der Wand ist oder wie dick diese ist. Aber digitale Objekte, wie Wände, Fenster, Möbel und Leuchten, sind BIM-typisch als solche klassifiziert und haben eine räumliche Relation zueinander. Diese Relation wird für eine photometrische Berechnung verwendet. In einer CAD-Anwendung, fehlt der Aspekt der Klassifikation. Das bedeutet: Die Wand ist nur ein Strich und trägt den Namen »Wand«. Und auch die Beziehung unter den Objekten ist nur durch das Koordinatensystem existent.

Abb.: Digitaler Zwilling in Lichtplanungsprogramm Relux Relux

Produktmodelle mit BIM planen

Neben dem Bauwerk selbst sind auch alle technischen Objekte, die in ein Bauwerk eingebaut werden, für ein digitales Abbild entscheidend. Dazu gehört alles – vom Fenster, über Waschbecken bis hin zum Kabel und Einrichtungsgegenständen wie den Möbeln. Diese Produktmodelle werden dann mit einer Relation zu deren Befestigungsobjekt und Koordinaten in dem BIM-Modell eingetragen bzw. geplant. So sitzt dann ein Fenster in einer Wand und besitzt im BIM räumliche Koordinaten. Oder eine Leuchte hängt an der Decke.

Ein solcher Produktzwilling sollte möglichst viele Merkmale mitbringen, um für eine Planung und den Einsatz Eigenschaften zur Verfügung zu stellen. Diese Eigenschaften können vom Planer, anderen Beteiligten und auch von Programmen gelesen und verwendet werden. Es existieren darüber hinaus Produkte im digitalen Planen, die dynamische Merkmale in Abhängigkeit von anderen verbunden Produkten haben. So ist zum Beispiel der Volumenstrom eines Zuluftventilators abhängig von der Geometrie des angeschlossen Lüftungskanals und ggf. der Filteranlage.

Neben ihren Merkmalen verfügen die Bauobjekte (engl. construction objects) über eine Geometrie. Alle Objekte in einem digitalen Bauwerksmodell benötigen eine Geometrie, die jedoch schlicht gehalten werden kann. Die einfachste Geometrie stellt die Bounding Box dar, die nur Länge, Breite und Höhe benötigt. In die andere Richtung sind kaum Grenzen gesetzt und beliebig komplexe und umfangreiche Geometrien sind abbildbar. Bei der Geometrie und bei den Merkmalen stehen Planer jedoch häufig auf vor der Herausforderung, das richtige Maß zu finden. Dies ist generell immer planungs- oder anwendungsfallspezifisch. Diese Thematik wird unter dem Punkt LOD diskutiert.

Leuchten- und Sensor-Modelle

Theoretisch könnte man die gebräuchlichen Leuchtenformate ROLF (Relux) und ULD (DIALux) schon als vollwertige BIM-Modelle betrachten. Sie haben eine Geometrie und viele Merkmale in verschiedenen möglichen LOD-Stufen und sind als Leuchten klassifiziert. Auch Eulumdat und das IES-Leuchtenformat lassen sich als digitales Bauobjekt definieren, allerdings ohne viel Geometrie (Bounding Box der Leuchte in Eulumdat und Lichtaustritts-Fläche/-Körper in IES). An dieser Stelle noch ein interessanter Hinweis: DIAL und RELUX arbeiten aktuell an einem neuen gemeinsamen Leuchtenformat, das alle Möglichkeiten von ULD und ROLF beinhaltet sowie alle neuen BIM-Leuchtenmerkmale des ZVEI. Leuchtenhersteller müssen nur noch ein Format erzeugen und Planer nur eines verwalten. Dieses neue Format soll irgendwann mal alle anderen Leuchtenformate ablösen.

Abb.: DIAL und Relux entwickeln gerade ein gemeinsames Leuchten Datenformat Relux

Seit 2013 stellen immer mehr Leuchtenhersteller Leuchtenmodelle für BIM-Autorensysteme zur Verfügung, vor allem im proprietären Autodesk Revit-Format RFA, aber auch vereinzelt als ArchiCAD GDL und selbst als IFC. Da es allerdings noch kein Construction Object (Produkt) IFC gibt und jede IFC-Datei immer ein komplettes Bauwerk beinhaltet, sind die heutigen Leuchten-IFCs eingebettet in Räume von Bauwerken. Und der Austausch oder der Import dieser Leuchten im IFCs in ein eigenes Projekt ist schwierig. IFC ist heute noch wie eine Projektdatei von Relux oder DIALux. Man kann auch über RDF-, DLX- und EVO-Dateien Leuchten von Projekt zu Projekt transportieren. Aber bequem ist das nicht, wenn es überhaupt funktioniert. Technisch ist IFC durchaus in der Lage, Leuchten zu transportieren. Die LVK und 48 Merkmale können zusammen mit komplexen Geometrien im IFC gespeichert werden.
Abb.: Leuchten im IFC (IfcLightSourceGoniometric) vom buildingSMART International Relux

Die Dominanz von Revit bei den Leuchtenmodellen hat zwei Ursachen. Zu einem war und ist Revit unter den BIM-Autorensystemen weit verbreitet. Hier hat Autodesk seine Markführerschaft aus dem CAD-Bereich (AutoCAD) recht erfolgreich in die BIM-Area transferiert. Zum anderen bietet Revit technisch eine nahezu vollständige Palette an Bauobjekten mit einer umfangreichen Struktur. So sind Leuchten mit mehreren LVK (über IES-Dateien), drehbaren Gelenken, vielen Standardmerkmalen und individuellen Merkmalen möglich. Die Leuchten können direkt im Revit mit vielen 3D-Objekt-Importoptionen, mehreren LOD-Stufen und auch mitleuchtende Lichtaustrittsflächen erstellt werden. Die Möglichkeiten reichen fast an die einer Lichtberechnungsanwendung heran. Lediglich das Verschatten des Leuchtengehäuses funktioniert nicht im Revit. Im Vergleich zu allen anderen BIM-Autorensystemen ist es beeindruckend, wie Leuchten hier digital abgebildet werden. Die Verbreitung von Revit trug auch dazu bei, dass alle Leuchten von allen Herstellern auf ReluxNet automatisch und kostenlos als RFA konvertiert und downloadbar sind.
Abb.: Leuchtenmodell in Revit Relux

In der europäischen BIM-Normung wird vermutlich nächstes Frühjahr die Norm EN 17549 in zwei Teilen über ein Produkt-IFC veröffentlicht. Diese Construction Objects Data View erlaubt das Erzeugen von IFCs spezifisch für einzelne Bauobjekte, zu denen auch Leuchten gehören. Technisch kann man sich das als IFC mit anderem Header ohne Bauwerksbezug vorstellen. Auch die Geometrie wird IFC (STEP)-typisch auf einer von fünf möglichen Beschreibungsarten erfolgen (CSG primitiv, Extruded solid, Surface model, Brep model und Tessellated item). Bauprodukte und damit auch Leuchten werden so recht einfach, genormt und universell austauschbar. Allerdings anfänglich vor allem im IFC-Umfang, also für Leuchten mit den 48 nativen IFC-Merkmalen und der LVK. Es können zwar auch beliebig viele individuelle Merkmale in das Format übernommen werden. Hier bleibt jedoch ein universeller Lichtmerkmalsserver zu erwarten, mit dem alle zusätzlichen Merkmale von allen verstanden werden können.

Eine größere Hürde ist die Implementierung des Formats durch die Produktdatenerzeuger, sprich Hersteller und Datennutzer, sprich den BIM-Autorensystemen. Die großen BIM-Programme werden vermutlich technisch wenig Probleme haben, aber auf ausreichend Dateien der Hersteller warten. Die Hersteller werden vermutlich nur mit viel technischen Aufwand IFC-Dateien erzeugen können.

Generische Modelle

Lichtplaner, die intensiv und routiniert mit BIM arbeiten, benötigen mehr als nur die Herstellermodelle der Leuchten. Sie arbeiten mit verschieden Herstellern und müssen deren Merkmale isolieren und miteinander vergleichen können. Sie brauchen für die Planung ohne spezielle Visualisierung keine aufwändige Geometrie, die die Programme ohne Not belasten. Hersteller haben den tiefsitzenden und nachvollziehbaren Drang, ihre Produkte so umfangreich und detailreich, wie möglich zu beschrieben. Lichtplaner müssen für Ausschreibungen und einen Produkt-Qualifizierungsprozess herstellerneutral arbeiten können.

Es gibt nur wenig Quellen für generische Leuchtenmodelle für BIM-Systeme. Ein paar BIM-Bauteilkataloge aus dem Elektrotechnikumfeld mit Fokus auf elektrotechnische Merkmale bieten neutrale Symbole/Modelle für Leuchten an. Die meisten Lichtplaner erstellen daher ihre eigenen Leuchtenmodelle und -merkmale, die sie von Projekt zu Projekt mitnehmen und anpassen. Eine Eigenart von BIM ist die sehr frühe Spezifizierung. Schon beim Einfügen eines Bauteils, verlangen die Autorensysteme ein spezifisches Produkt oder die Geometrie, alle Merkmale, den Hersteller und die Artikelnummer.

Das funktioniert für eine komplexe Bauplanung mit mehreren Gewerken und deren Abstimmungen aber nicht. Am Anfang definiert der Architekt oder Planer vielleicht nur die Leuchtenpositionen und den Montagetyp. Ohne zu wissen, welchen Lichtstrom es braucht oder gar welches Fabrikat es werden wird. Diese generischen Leuchtenmodelle werden als Platzhalter für die spezifischen Leuchten verwendet und erhalten vom Planer Schritt für Schritt mehr Merkmale. Bei großen Projekten wird zudem eine neutrale Ausschreibung benötigt.

Nach der Lichtplanung oder der Vergabe wird aus dem generischen ein spezifisches Produkt. Relux bietet mit seiner Software ReluxCAD for Revit die Möglichkeit, jedes generische Leuchtenmodell durch Verlinken mit einer LVK für eine Lichtberechnung zu verwenden. Dabei bleiben die Modelle neutral und die LVK oder das spezifische Produkt wird nur für die Berechnung oder einen Export zu Relux Desktop verwendet. Bei einem Rück-Import von Relux Desktop zu Revit ist die Leuchte wieder generisch. Natürlich kann auch mit spezifischen Leuchten-RFA aus ReluxNet, direkt vom Hersteller oder aus allen anderen Leuchtenmodellquellen gerechnet werden.

Bauteilkataloganbieter

Mit dem BIM-Hype des letzten Jahrzehnts entstanden auch neue Dienstleister im Bereich Bauteilkataloge bzw. etablierte Anbieter orientierten sich stärker an BIM. In der Tat ist es für Architekten und Planer umständlich an gute BIM-Produkt-Modelle zu kommen, besonders wenn man viele verschiedene Gewerke benötigt. Ein Bauteilkataloganbieter hilft, die Lücke zwischen Herstellern und Anwendern zu schließen und die Produktdaten über Web-Portale zu transportieren. Das Geschäftsmodell ist meist ähnlich zu dem, was wir in der Lichtbranche kennen: Der Anwender der Modelle bekommen einen kostenlosen oder sehr günstigen Zugang zu allen Modellen und der Hersteller zahlt einen regelmäßigen Beitrag und die Erstellung der Daten bzw. Modelle.

Der Fokus der Anbieter liegt oft auf der 3D-Geometrie, die für eine Planung allerdings eine untergeordnete Rolle spielt. Generell fehlt es allen BIM-Bauteilplattformen an Lichttechnischer Kompetenz in Bezug auf die Leuchtenmodelle und -merkmale. Es fühlt sich an, als ob man ein Möbel aus einem Online-Shop auswählt. Dabei sollen Leuchten anhand ihrer Eigenschaften für einen Anwendungsfall qualifiziert werden. Wenn aber das Möbel im Vordergrund steht, dann gibt es zahlreiche BIM-Formate zum Download oder als Abruf über Portal-PlugIns in die BIM-Autorensysteme. Die unterschiedlichen Formate müssen vom Hersteller oder für eine Gebühr vom Portalanbieter erstellt werden. Eine voll-automatische Konvertierung zwischen den meisten 3D- oder BIM-Formaten gibt es nicht. Gut gemacht sind bei vielen Anbietern die statistische Auswertung der Modellabrufe, die viele Hersteller gerne verwenden und die hohen Kosten für die Portale damit argumentieren zu können.

Weitere Informationen:

Autor/Grafiken: Robert Heinze, Relux

www.relux.com

Dieser Artikel ist erschienen in

Licht 7 | 2020

Erschienen am 25. September 2020