Technik
Licht 9 | 2021

Lichtberechnung im Wandel

Wie RELUX und BIM die Lichtplanung automatisieren

Seit 1998 entwickelt RELUX Lichtplanungssoftware. Diese hat sich im Laufe der Jahre stetig verändert und an die Nutzer und Zeiten angepasst. Mit solchen Entwicklungen und in Kombination mit BIM lässt sich der Lichtplanungsprozess immer weiter automatisieren und gibt Planenden mehr Zeit und Freiraum für ihre eigentliche Arbeit: Räume mit Licht zu gestalten. Jüngste Entwicklungen sind der beste Beweis dafür.

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Im Zentrum der Software von RELUX steht der Lichtberechnungskern. Dieser wird umrahmt von einem 3D-Modellierer, diversen Schnittstellen und einer Benutzeroberfläche. Die Lichtberechnung im Kern der Software basiert auf einer Radiosity-Methode, welche schnell Beleuchtungsstärken und andere Gütemerkmale berechnen kann. Allerdings sind alle Oberflächen perfekt diffus und nicht transparent. Für normative Berechnungen ist dies völlig ausreichend und effizient.

RELUX verfügt außerdem über einen zweiten fest eingebauten Rechenkern, der auf Raytracing basiert und Oberflächen-Materialeigenschaften und Transparenz darstellen und berechnen kann. Dabei liefert der Raytracing-Berechnungskern auch Beleuchtungsstärke-Werte. Man kann somit theoretisch auch die Berechnungsergebnisse aus zwei Kernen und Methoden in RELUX vergleichen und ausgeben. Der Existenzgrund und das Hauptanwendungsgebiet für den Raytracing-Kern ist die deutlich bessere Visualisierung. Auch für die Echtzeit-Berechnung in RELUX, dem »dynamischen Planen«, wird der Raytracer verwendet.

Generell trennt man bei der Lichtplanung die Berechnung normativer Werte von der Visualisierung. Beim Berechnen der Werte wird eine Vor-Ort Lichtmessung simuliert. Dazu werden die Räume ausgeräumt und ohne Möbel auf einem festen Raster vermessen. RELUX verwendet das Messraster und die Umgebungseigenschaften einer realen Messung. Als nachgelagerten Schritt kann eine Visualisierung mit Möbeln, Texturen und Dekorationselementen mit dem Raytracer erfolgen. Dies vermittelt dem Anwender eine realistische Anmutung der Szene. Das visuelle Darstellen einer Lichtplanung ist ein wichtiges Element, um allen Nicht-Lichtexperten den Entwurf verständlich zu machen. RELUX hat seine Rechenkerne immer weiter ausgebaut. So kann der Radiosity-Kern neben Leuchtdichte, Blendungswerten, etc. heute auch sphärische Beleuchtungsstärken und Fluence-Raten auf räumlichen Messkörpern für UV-C berechnen.

Abb.: Raytracing mit RELUX – Studio NIT Lightingdesign RELUX

Seit den Anfängen der 3D-Planung bis heute war es wichtig, das 3D-Modell der Räume bzw. des zu planenden Gebäudes selbst durch die Planungssoftware zu ermöglichen. Dies war und ist bei vielen anderen Fachgewerken und deren Softwareanwendungen das Gleiche. Sprich, ein Gebäudemodell wurde von jeder Disziplin als Modell aufgebaut. Der 3D-Modellierer mit allen Werkzeugen und Darstellungen nimmt in Relux Desktop einen großen Teil der Anwendung ein. Mit BIM wird sich dies nach und nach verändern und die Bauwerksmodellierung zentralisieren.

Da die Lichtplanung ein Teil der Planungskette eines Bauwerks ist, waren RELUX-Schnittstellen zu anderen Formaten und Programmen schon früh wichtig. Besonders die Verbindung zu CAD als In- und Export ist für Lichtplanende ein wichtiges Basiselement. RELUX hatte hier schon früh ein AutoCAD-PlugIn angeboten, mit dem in AutoCAD Lichtberechnungen möglich sind. CAD-Hintergründe mit Polylinien können von Relux Desktop direkt in Räume und Messflächen mit dem Button »aus dem CAD-Plan« gepickt werden. Aber auch Excel, gbXML und 3D-Geometrien sind Basis-Schnittstellen von RELUX. Inzwischen ist eine umfangreiche, bidirektionale XML-Schnittstelle »ReCadII« hinzugekommen.

BIM-Anfänge mit Relux

Als BIM im letzten Jahrzehnt einen Hype erlebt hat und die BIM-Autorensysteme entstanden sind und immer populärer wurden, hat auch RELUX sich mit BIM und dessen Einfluss auf die Lichtplanung beschäftigt. Bis heute gibt es ein dominantes Autorensystem, das zudem gute Objekte und Werkzeuge für die technische Gebäudeausrüstung anbietet: Autodesk Revit. Der Plan von RELUX war, eine Schnittstelle und ein PlugIn zu Autodesk Revit zu erstellen, ähnlich dem bereits existierenden Autodesk AutoCAD PlugIn – daher auch der Name ReluxCAD for Revit, da es bereits ReluxCAD for AutoCAD gab. Danach sollten auch andere BIM-Autorensysteme ähnlich über PlugIns angebunden werden. RELUX hat sich auch mit IFC, als offenen Austauschstandards, beschäftigt und diese Option mit Planenden anhand von Beispielprojekten ergründet. Mit dem damaligen IFC-Stand hat man keinen sinnvollen Workflow mit einer Relux Desktop – IFC und ReluxNet – IFC-Schnittstelle gesehen. IFC in RELUX funktioniert heute nur über den Umweg Revit. Revit und sein Bediener übernehmen sozusagen die IFC-Aufbereitung für RELUX. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass eine direkte IFC-Schnittstelle zu RELUX später einmal erstellt wird. Sobald es technisch und in Bezug auf das Anwendungsverfahren Sinn ergibt, wird RELUX IFC integrieren.

Leuchtendaten

RELUX bietet mit ReluxNet ein zentrales Leuchtenportal für alle Leuchten aller Mitgliedshersteller. Dies ermöglicht Planenden eine gute Gesamtübersicht und hilft, das richtige Produkt zu finden. Und es ist eine praktische Publikationsstruktur zwischen Leuchtenherstellern und -nutzenden. Diese zentrale Struktur erlaubt es RELUX, alle Leuchtendaten auch zentral anzureichern. So bietet RELUX allen Mitgliedern eine kostenlose Konvertierung der Leuchten zu Revit-Leuchten im RFA-Format an. Es ist auch möglich, die eigenen RFA auf die eigene Website zu kopieren. Als Hidden-Member kann die RFA-Konvertierung ohne eine Sichtbarkeit auf ReluxNet genutzt werden. Die automatische Konvertierung von RELUX-Leuchtendaten zu RFA war ein wichtiger Schritt, um in Revit mit RELUX-Leuchten arbeiten zu können. So ist es möglich, direkt von ReluxNet mit Leuchten ins Revit zu springen. Genauso wie von ReluxNet ins Relux Desktop. Im Revit-PlugIn gibt es ebenfalls einen direkten Zugang zu ReluxNet.

Beim Konvertieren der Leuchtendaten nutzt RELUX die r3d-Geometrie der Leuchten, die LVKs und alle Merkmale der Leuchte. Auch Leuchten mit mehreren Lichtaustritten werden korrekt konvertiert. Direkt-indirekte Verteilungen werden in der Mitte geteilt und an die jeweiligen Flächen der Leuchten angesetzt. Und seit rund einem Jahr werden alle RFAs in zwei geometrischen LOD-Stufen innerhalb einer Datei konvertiert – zum einen die r3d als feine Stufe und zum anderen die Bounding-Box der Einzelkomponenten als grobe Stufe. Das Umschalten passiert über die Genauigkeitseinstellung in Revit.

RELUX in Revit

Das RELUX-PlugIn für Revit »ReluxCAD for Revit« wurde anfänglich in einem kostenlosen und einem, nach 30 Tagen Test-Nutzung, kostenpflichtigen Teil veröffentlicht. Im kostenlosen Bereich gab es eine Verknüpfung zu ReluxNet für eine Leuchtenauswahl und die bidirektionale Schnittstelle zu Relux Desktop. Damit war es möglich, das Revit Model mit allen Räumen zu Relux Desktop zu transferieren. Das Revit-PlugIn schreibt und liest dabei RELUX-Projektdateien. Beim Erstellen der RELUX-Projektdatei kann aus verschieden Umfängen des Revit-Projekts gewählt werden. Alle Leuchten werden mit ihrer LVK übernommen. In Relux Desktop kann dann eine Lichtplanung erfolgen und das Ergebnis in Form von Leuchten und deren Positionen wieder zurück ans Revit transferiert werden. Dabei werden auch erst in Relux Desktop eingeführte Leuchten berücksichtigt. Allerdings werden keine Grundriss- oder Raumänderungen von RELUX nach Revit übertragen. Dies bleibt Hoheit des BIM-Systems.

Abb.: Revit – RELUX-Schnittstelle RELUX

Schon früh dabei waren Sensoren in Revit, die es als Objekt mit Erfassungsbereich nicht nativ im Revit gibt und erst durch das RELUX-PlugIn möglich sind. Mit der Visualisierung der verschiedenen Sensor-Erfassungsbereiche in 2D und 3D können Sensorplanungen in Revit vorgenommen werden. Daneben gibt es einen CoBie-Export aller Leuchtendaten und einen Wirkungsgradrechner. Der Wirkungsgradrechner nutzt ein Verfahren namens Advanced Cavity. Dieses funktioniert ähnlich wie EasyLux in Relux Desktop und kann für einzelne Räume eine passende Anzahl einer Leuchte, die der Anwender auswählen muss, ausrechnen und in Revit eintragen. Als Hilfen sind als EN 12464-1-Nutzungsprofile hinterlegt. Dieser Leuchten-Dimensionierungs-Prozess kann über einen Raum-Manager auch für das gesamte Projekt automatisiert werden. Hier werden in einem Fenster für jeden Raum oder eine Gruppe von Räumen eine Leuchte und die Raumnutzung ausgewählt und dann im Stapelprozess die Wirkungsgradberechnung angewendet.

Abb.: ReluxCAD for Revit – Raum-Manager RELUX

2020 wurde der kostenlose Teil des ReluxCAD for Revit abgekündigt und dafür die Verwendung von allen Leuchten, egal welcher Herkunft, ermöglicht. Planende konnten nun mit Hersteller-RFA-Dateien oder auch eigenen RFA mit dem PlugIn arbeiten. Die Leuchten benötigten nur eine LVK bzw. IES-Datei in Revit und das RELUX-PlugIn konnte sie berechnen und ins Relux Desktop konvertieren. Diese Freiheit vereinfacht auch die Arbeiten mit eigenen oder fremden herstellerneutralen Leuchten, sogenannten generischen Modellen. Generische Leuchten können in Revit mittels des RELUX-PlugIns mit spezifischen Leuchten verlinkt werden. Mit den Leuchten und LVKs hinter dem Link können in Relux Desktop normale Lichtberechnungen durchgeführt werden. Beim Zurücktransferieren von Relux Desktop zu Revit werden dann wieder die generischen Leuchten genutzt und umpositioniert oder gelöscht.

Ein Jahr später kam die nächste größere Erweiterung dazu: Der Radiosity-Rechenkern des Relux Desktop wurde direkt an Revit angebunden. Seitdem ist es möglich, in Revit photometrisch direkt zu berechnen. Das heißt, es gibt Falschfarben der Beleuchtungsstärke und Gleichmäßigkeitswerte in Revit. Der Radiosity-Kern ergänzt und ersetzt den Wirkungsgradrechner und ist somit auch über den Raum-Manager im Stapelprozess nutzbar. Das Berechnen des gesamten Projekts über eine Funktion ist gedacht für Planende, die nicht direkt mit Licht arbeiten, wie Elektroplanende. Dies deckt nur eine Dimensionierung nach Norm über einen Raumbezug ab. Eine echte Lichtgestaltung ist wesentlich komplexer und verlangt eine intensivere Beschäftigung mit Raum und Licht. Für diesen Anspruch ist auch nach der Dimensionierung der Export in Relux Desktop möglich.

Abb.: ReluxCAD for Revit – Photometrische Berechnung RELUX

Das nächste Update von ReluxCAD for Revit wird mit Messflächen und dem Export von freien Deckenformen ausgestattet sein. Damit kann auch der Bereich der Sehaufgabe photometrisch in Revit berechnet werden. Auch der Außenbereich wird dann mit Messflächen direkt berechenbar. Mit den freien Deckenformen wird es möglich sein, auch komplexere Deckenformen zu Relux Desktop zu exportieren. Revit wird damit immer mehr zum RELUX-Modellierer.

Paradigmenwechsel in der Planung

Wir werden in naher Zukunft sehen, dass sich der Lichtplanungsprozess mit BIM und den heutigen technischen Möglichkeiten immer weiter automatisieren lässt. Mit dem Raum-Manager in Revit und dem damit verbundenen Stapel-Berechnungs- und Leuchten-Eintragungs-Prozess kann man schon heute einen Schritt in diese Richtung sehen. Künftig kann die Dimensionierung nach Norm fast komplett automatisiert werden. Heute wird aus einem Raum, der Anforderung und einer gewählten Leuchte ein Berechnungsergebnis, welches von den Planenden geprüft werden muss und so einen Mensch-Maschine-Iterationsprozess auslöst. Wir erleben gerade, wie dies sich zu Raum und Raumnutzung verändert, bzw. kommen die Anforderungen aus einem BIM-Modell und die Maschine selbst platziert die »beste« Leuchte aus einem Pool von möglichen/gefilterten Leuchten.

Dies ist eine »natürliche« Entwicklung und wird die Lichtplanung verändern. Die reine Dimensionierung wird mehr und mehr automatisiert, ohne dabei Qualitätseinbußen zu erleiden. Vermutlich wird die Qualität im Gegenteil eher steigen. Licht wird immer ein Gestaltungsmittel bleiben, welches von Menschen aus den Bereichen Planung und Design mit Hand und Herz behandelt wird. Und dafür wird es zukünftig mehr Zeit und Kapazitäten geben.

Weitere Informationen:

Autor: Robert Heinze, RELUX Informatik AG, Münchenstein (CH), www.relux.com

Abbildungen: Relux

Dieser Artikel ist erschienen in

Licht 9 | 2021

Erschienen am 25. November 2021