BIM wordt vaak voorgesteld als een multidimensionale ontwerpmethodologie, waarbij een 3D-model wordt verrijkt met informatie over planning (4D), kostenbeheersing (5D), duurzaamheid (6D), enzovoort. Elke nieuwe dimensie na de tijdas staat niet voor een fysieke dimensie, maar metaforisch voor extra vrijheidsgraden die aan het model kunnen worden toegevoegd. Dit is opmerkelijk, aangezien de term dimensie slechts gedeeltelijk in zijn eigenlijke betekenis wordt gebruikt. Dit kan de indruk wekken dat de hogere dimensies stroomafwaarts in het ontwerpproces liggen en als "optioneel" kunnen worden beschouwd. Kosten zijn echter een essentiële indicator voor het al dan niet doorgaan van een project. Een verkeerde optimalisatie kan ten koste gaan van de exploitatiekosten, wat een negatief effect heeft op de levenscycluskosten en mogelijk op de duurzaamheid van het gebouw. De hogere "dimensies" zoals kosten en duurzaamheid moeten daarom vroeg in het ontwerpproces in aanmerking worden genomen.
In de praktijk worden dergelijke overwegingen - als ze al worden gemaakt - helaas vaak pas in een laat stadium overwogen. De eigenlijk enorme werkstap in de vroege servicefasen 1 t/m 3, waarbij vanuit een behoefteplanning een driedimensionaal gebouwmodel moet worden gemaakt, wordt in de meeste populaire weergaven van de BIM-methode niet apart genoemd. Dit komt vermoedelijk doordat de betrokken architecten de eerste driedimensionale modellen meestal op basis van intuïtieve overwegingen maken. De diepte van de weergave van technische voorzieningen wordt vaak tot een minimum beperkt, omdat technische toegangen, in tegenstelling tot nuts- en verkeersruimten, geen representatieve waarde hebben.
Om het doelconflict tussen architectonische, bouwkundige en installatietechnische oppervlakte- en ruimte-eisen te doorbreken, stelt DIN EN ISO 19650 een zogenaamde federatie- en informatiecontainerindeling voor. Wat betekent dit? Wel, het doel is in wezen om verschillende taakgroepen tegelijkertijd aan delen van het informatiemodel te laten werken zonder ruimtelijke of functionele onverenigbaarheden te introduceren. De aanpak van het zogenaamde "BIM volgens ISO 19650" is in wezen bedoeld om de informatieveiligheid te vergroten en een structureel kader voor samenwerking te scheppen - en wel zo mogelijk voordat de afzonderlijke teams zich met gedetailleerde ontwerptaken gaan bezighouden. Daartoe moeten ruimtelijke grenzen worden gedefinieerd waarbinnen elk taakteam de systemen, componenten of bouwelementen moet vinden waarvoor het verantwoordelijk is. ISO 19650 maakt onderscheid tussen primaire lineaire en ruimtelijk complexe constructies. Primaire lineaire structuren, zoals schachten of leidinggangen, kunnen worden voorgesteld door een gedimensioneerde doorsnede; complexere situaties worden idealiter voorgesteld door een verzameling in elkaar grijpende obstakels. Een aangenaam neveneffect: in de praktijk is een permanente overlapping van verschillende detailmodellen dus overbodig; voor veel coördinatietaken volstaat de uitwisseling van lichte informatiemodellen.
De ontwerpbenadering van de LINEAR-software in de eerste fasen geeft deze aanbevelingen op passende wijze weer in de discipline "pipeline corridor concept". Het breidt de basisideeën uit met intelligente informatiecontainers voor het structureel in kaart brengen van noodzakelijke ruimten voor verschillende technische media en elektrische systemen. Dit vereenvoudigt het ontwerp en de documentatie van doorsneden van pijpleidingcorridors met behulp van intuïtieve hulpmiddelen. De gegeven informatie wordt ook gebruikt ter ondersteuning van de dimensionering van de noodzakelijke informatiecontainers en om de overgang naar gedetailleerde ontwerpfasen te vereenvoudigen. Dit maakt het mogelijk om in een vroeg stadium overeenstemming te bereiken over de benodigde ruimte met behulp van lichtgewicht modellen.
Een van de belangrijkste uitdagingen bij het maken van driedimensionale ontwerpmodellen is dat klassieke modelleertechnieken geen flexibele reactie op veranderingen mogelijk maken. Als men werkt op een modelniveau waar de betrokken beroepen reeds op componentniveau zijn gebouwd, zullen zelfs de eenvoudigste wijzigingen tijdrovende aanpassingen vergen. In het onderstaande willen wij daarom een alternatieve aanpak schetsen die het mogelijk maakt om in vroege ontwerpfasen samen te werken aan een driedimensionaal pre-concept ontwerpmodel dat de basis vormt voor de daaropvolgende processtappen. Uitgangspunten hierbij zijn een iteratieve modelontwikkeling van grof naar fijn en het end-to-end gebruik van gegevens in alle ontwikkelingsfasen.
Bouwmodellen zonder CAD
Het ontwerp van een gebouw begint met eisenplanning. In deze fase worden de eisen en ruimtebehoeften van functionele gebieden bepaald. Bovendien worden de relaties van de functionele gebieden tot elkaar bepaald. Zo wordt,
wordt bijvoorbeeld de receptie bij de ingang van het gebouw geplaatst of de toiletten bij de kantine. De kenmerken van de functionele ruimten die voortvloeien uit de eisen omvatten het aantal bewoners in de functionele ruimten, het type en de hoeveelheid sanitaire kranen, schattingen van de initiële thermische belasting en volumestromen voor de ventilatie. Bij deze stap is nog niet noodzakelijkerwijs een geometrisch model beschikbaar. Een uitdaging in het verdere ontwerpproces is de functionele structuur van het project in overeenstemming te brengen met zowel een ruimtelijke als een technische structuur. De verkregen informatie moet zoveel mogelijk in een machinaal leesbare vorm worden gedocumenteerd in de vorm van een digitaal kamerlogboek (zie blz. 16, Het kamerlogboek als hulpmiddel in het ontwerpproces). Men moet niet in de verleiding komen te denken dat een ruimtelogboek een documentatie is van de gegevens van de architectonische ruimten. Vooral in de eerste fasen is het natuurlijk toegestaan om te abstraheren van de specifieke ruimte en in het belang van een efficiënte werkwijze bredere gebieden met vergelijkbaar gebruik te plannen. Men zou bijvoorbeeld een hele kantoorruimte aanpakken in plaats van afzonderlijke aangrenzende kantoorruimten afzonderlijk te beschouwen.
De weg naar drie ruimtelijke dimensies
Op basis van een afgeronde behoefteplanning kan een eerste geometrische modellering plaatsvinden. Om te voorkomen dat hier al beslissingen worden genomen die een te smalle corridor voorschrijven voor energie- en duurzaamheidsdoelstellingen, is een aanpak nodig die stap voor stap verdere dimensies introduceert in coördinatie met de ambachten die het bouwwerk maken.
De eerste dimensie vanuit architecturaal oogpunt wordt gevormd door bouwhoogten en verdiepingshoogten. Deze vrijheidsgraden worden aanzienlijk beïnvloed door het bestaande gebouwenbestand of, in het geval van nieuwe gebouwen, door de eisen van de klant, officiële specificaties en de grootte van het bouwraam. Vanuit het oogpunt van benuttingsprocessen kunnen de vloercapaciteiten al worden gebruikt als basis voor de eerste indeling van functionele eenheden naar oppervlakte. Vanuit MEP-oogpunt vormt deze informatie de initiële ontwerpbasis voor verticale distributieconcepten. Eenvoudige schematische overwegingen - in combinatie met empirische waarden - kunnen worden gebruikt om de plaats en de grootte van technische ruimten en verticale toegang via toevoerschachten te coördineren. De dimensionering van dergelijke ruimtebehoeften vereist geen expliciete geometrische netwerkmodellering, maar kan louter op basis van totalen in tabelvorm gebeuren.
Pas wanneer de tweede ruimtelijke dimensie wordt toegevoegd, wordt een zekere mate van geometrisch ontwerp noodzakelijk. Het is echter ook hier raadzaam om te beginnen met een ruwe beschouwing in gebieden om het datamodel licht te houden en flexibel te kunnen reageren op veranderingen. In deze stap bepaalt MEP de precieze locatie van de uitrustingsgebieden en toevoerschachten, en worden de distributieleidinggangen ruwweg van de respectieve uitrustingsgebieden naar de afzonderlijke functionele gebieden geleid. Deze stap bepaalt dus alleen waar en hoe de functionele gebieden worden ontsloten, maar er wordt geen expliciete kabelroutering in het functionele gebied gemodelleerd. Dit heeft het voordeel dat wijzigingen in het concept van de pijpleidingcorridor gemakkelijk kunnen worden bijgewerkt, aangezien een pijpleidingcorridor gewoonlijk meerdere leidingen bevat en een gedetailleerde modellering in de functionele gebieden bewust achterwege wordt gelaten. Deze twee punten leiden ertoe dat het aantal objecten in het model ondanks de hoge informatieve waarde klein wordt gehouden, waardoor de verwerkingsinspanning voor het opsporen van eventuele wijzigingen klein blijft. Op die manier kunnen verschillende versies worden gemaakt en zonder veel moeite met elkaar worden vergeleken. De juiste organisatie van de gegevens uit het ruimtelogboek en de structurele identificatiekenmerken maakt een overdracht naar het model en een daaropvolgende optelling mogelijk om de dimensionering af te leiden. Bovendien kan de combinatie van kamerlogboekgegevens en leidinggangconcepten worden gebruikt om eerste schattingen van materiaalhoeveelheden af te leiden.
De hierboven beschreven procedure maakt het mogelijk om in een vroeg stadium met een beheersbare inspanning een hoog niveau van informatie over technische varianten met betrekking tot de locatie van machineruimten en toevoerleidinggangen te genereren en tegelijkertijd de noodzakelijke ruimtebehoeften met voldoende precisie te specificeren.
1. eisenplanning
Beschrijving
- Geen 3D-model beschikbaar
- Bepaling van eisen en ruimtebehoeften voor functionele gebieden
- Bepaling van relaties van functionele gebieden tot elkaar
Beschikbare informatie
- Type gebouw
- Aantal personen
- Schattingen van de belasting
- Type en aantal verbruikers
2. functioneel concept
Beschrijving
- Creëren van een concept body
- Plaats van functionele gebieden in het conceptlichaam
- Creëren van energie- en systeemconcepten
Beschikbare informatie
- Overdracht van eisen van eisenplanningstabellen naar afzonderlijke functionele gebieden
3 Concept pijpleidingcorridor
Beschrijving
- Plaats en ruimtebehoefte van de uitrustingszones van de afzonderlijke ambachten
- Bepaling van de schachten voor de bevoorrading van de verdiepingen
- Bepaling van de leidinggangen voor de bevoorrading van functionele gebieden
Beschikbare informatie
- Uitrustingszones als bron
- Functionele gebieden als verbruikers
- Pijpleidingscorridors met leidingtypes
- Systeem topologie
4. modelontwerp
Beschrijving
- Creëren van kamers
- Omzetten van leidinggangen in afzonderlijke leidingen en luchtkanalen
- Modelleren van leidingtracés in functionele gebieden / kamers
Beschikbare informatie
- Eisen van functionele gebieden worden overgebracht naar kamers
- Gedetailleerde belastingsberekeningen
- Resultaten van leiding- en luchtkanaalnetwerkberekeningen
Conflicten vermijden en complexiteit beheren
De voordelen van een collaboratieve ontwerpaanpak in de eerste fasen worden duidelijk als men kijkt naar een voorbeeld van een chronologische volgorde (zie figuur 2). Het proces begint met eisenplanning en benadert stap voor stap een eerste ruw concept voor de functioneel-ruimtelijke en technisch-organisatorische structuur. Het aantal iteraties en overwogen facilitaire varianten kan hier vrij hoog zijn, aangezien de conceptuele corridormodellen voor pijpleidingen licht en flexibel zijn in vergelijking met conventionele driedimensionale ontwerpen. Pas zodra overeenstemming is bereikt over het ruwe structurele ontwerp, beginnen de afzonderlijke trades met de verdere detaillering van het modelontwerp. Ook hiervoor is een pijpleidingcorridorconcept een goed uitgangspunt voor gespecialiseerde modelleertools. Als de informatie in het model consequent en continu wordt gebruikt, kan zonder veel moeite naar een vorige of volgende stap worden overgeschakeld. Ter verduidelijking zijn in figuur 2 de afzonderlijke stappen met een korte beschrijving en de beschikbare informatie weergegeven.
Voorbeeldtoepassing
Opzettenvan eisenplanning Om de afzonderlijke stappen van het MEP-ontwerp in vroege fasen te verduidelijken, lichten we ze eenmalig expliciet toe aan de hand van een voorbeeld*. Wij beschouwen een klein kantoorgebouw dat moet worden uitgerust met 50 werkplekken. Er moeten verschillende vergaderzalen, een cafetaria en, op de bovenste verdiepingen, een loungeruimte met een kitchenette komen. Op basis van de eerste eisen van de bouwheer en de bouwrechtelijke basisvoorwaarden wordt een eerste plan van eisen in tabelvorm opgesteld. Voor het geplande pand kan een bouwraam van ca. 40 m x 20 m met een bouwwijze van drie verdiepingen worden gerealiseerd. Op basis van deze basisvoorwaarden worden functionele ruimten voor kantoor, vergadering, WC-voorzieningen, opslag/techniek en verkeersruimten gedefinieerd. Voor elk type functionele ruimte wordt de ruimtebehoefte per verdieping bepaald. Voorts kunnen specifieke belastingen voor verwarming en koeling, basisvereisten voor luchtkwaliteit, bezettingsdichtheid van personen en het aantal sanitaire kranen reeds in deze fase worden gespecificeerd (zie figuur 3).
*Er zijn enkele vereenvoudigingen aangebracht om de basismethodologie te verduidelijken. In een echt project kan er in elke fase veel meer informatie beschikbaar zijn.
Aanpak van het functionele concept en de pijpleidingcorridor Uit de behoefteplanning moet een functioneel concept worden afgeleid, waarin de functionele gebieden in een architectonisch conceptlichaam worden ondergebracht en een energie- en systeemconcept wordt geschetst. De posities van de afzonderlijke functionele gebieden en de keuze van de systeemtechniek zijn van grote invloed op de omvang van de toevoerleidingen. Daarom wordt het functioneel concept in verschillende iteratiestappen opgesteld. Daartoe wordt door middel van herhaalde uitwisseling en aanpassing van de conceptvoorstellen een stapsgewijze benadering tot een optimale oplossing uitgewerkt tussen de betrokken ontwerppartijen. Het systeemconcept specificeert onder andere het type verwarmings- en koelingsoverdrachtsysteem (radiatoren, paneelverwarming, enz.). Uit deze specificatie worden verdere basisvoorwaarden afgeleid, bijvoorbeeld de systeemtemperaturen en het temperatuurverschil voor het verwarmings- en koelsysteem. De belastingen (verwarming, koeling) en volumestromen (ventilatie, sanitair) kunnen nu voor elk functioneel gebied worden bepaald op basis van de informatie in de behoefteplanning. Samen met de basisvoorwaarden van het energie- en systeemconcept kunnen leidingafmetingen worden bepaald, die op hun beurt nodig zijn om schachten en leidinggangen te dimensioneren.
In de eerste stap van het functioneel concept worden met behulp van een conceptlichaam de gebouwomtrekken bepaald en de functionele gebieden langs het gebouwraster op elke verdieping verdeeld, zodat de gespecificeerde oppervlakken van de functionele gebieden ongeveer worden aangehouden en de relaties tussen de functionele gebieden optimaal op elkaar worden afgestemd. Met dit functionele concept wordt de omvang van de machineruimtes bepaald in een eerste leidinggangconcept en opnieuw afgestemd op het functionele concept. De voor de machineruimten geplande functionele ruimten worden aangepast aan de geraamde ruimtebehoefte, wat weer gevolgen heeft voor het ontwerp van de andere functionele ruimten. In de volgende stap worden de posities en de vereiste schachtafmetingen bepaald en opnieuw vergeleken met het functionele concept. Als de posities van de uitrustingsruimten en schachten goed overeenkomen met het functionele concept, wordt het leidinggangconcept uitgebreid en worden in de volgende ontwerpstap de afzonderlijke functionele ruimten op de verdiepingen via leidinggangen met de schachten verbonden. Ook hier kunnen meerdere stappen nodig zijn totdat een optimale oplossing is gevonden voor het functionele concept en voor de posities en afmetingen van de schachten en leidinggangen.
De afzonderlijke stappen in het voorbeeldproject In het voorbeeldgebouw voorziet het energie- en systeemconcept dat de centrale eenheden voor verwarming, koeling en sanitair op de begane grond worden geplaatst en de ventilatiecentrale op het dak. Bovendien is het de bedoeling dat de ruimten worden verwarmd en gekoeld door middel van luifels aan het plafond. Figuur 4 toont de functionele gebieden van de begane grond in de conceptromp. Door het importeren van de behoefteplanning wordt de informatie overgebracht naar de functionele gebieden en kan worden uitgebreid met de informatie van het systeemconcept. Met de informatie bij de functionele gebieden kan een vergelijking worden gemaakt tussen de geplande gebieden uit de eisenplanning en de werkelijke gebieden in het model. Voorts kan de informatie worden gebruikt om de belastingen te schatten die worden gebruikt voor de dimensionering van leidinggangen en schachten. Dit wordt geïllustreerd aan de hand van het ventilatiesysteem. In de behoefteplanning zijn voor de functionele gebieden de bewonerdichtheid en de luchtkwaliteitseis (categorie) gedefinieerd. Met de waarden van het gedefinieerde gebouwtype voor de verdunning van emissies (belasting met schadelijke stoffen) kan voor elke functionele ruimte een luchthoeveelheid worden bepaald volgens DIN EN 16798-1. Voor de sanitaire ruimten worden de regels van de werkplekrichtlijn toegepast, gebaseerd op het aantal WC's en urinoirs, die ook in de behoefteplanning zijn bepaald.
Om te beginnen met de dimensionering van schachten en leidinggangen door het optellen van de volumestromen, moet eerst aan de hand van het systeemconcept per functiegebied worden bepaald welk systeem deze zal verzorgen. Op die manier kan in dit stadium in het ontwerp al rekening worden gehouden met meerdere systemen op verschillende plaatsen in het gebouw of met afzonderlijke leidinggangen. Het systeemconcept in het voorbeeld bepaalt dat alle ruimten door één systeem van toe- en afvoerlucht worden voorzien, zodat geen afzonderlijke sommatie voor elk systeem nodig is. Figuur 5 toont de analyse en sommatie van de volumestromen in het model. Aangezien het systeem zich op het dak bevindt, worden de afmetingen van de kanalen voor de schacht op de begane grond berekend uit de som van de volumestromen van alle functionele ruimten op de begane grond. De schacht op de eerste verdieping is gebaseerd op de som van de oppervlakten op de begane grond en de eerste verdieping. De schacht voor de tweede verdieping is gebaseerd op de som van alle functionele gebieden. In het model zijn overeenkomstige leidingganglichamen geplaatst op de plaatsen waar de schachten zijn gepland. Op de leidingganglichamen is vastgelegd welke soorten leidingen worden uitgevoerd (toevoer/afvoerlucht, toevoerverwarming, enz.). Met de gesommeerde belastingen en volumestromen worden de afmetingen van de leidingen van de leidingganglichamen voor alle beroepen bepaald. Voor de ventilatieschacht op de begane grond worden buisafmetingen van 450 mm x 350 mm gekozen voor de toevoer- en afvoerluchtkanalen met de gesommeerde volumestroom van 2,732 m³/uur en de gekozen maximale snelheid van 5 m/s. De definitie van de dwarsdoorsneden van de pijpleiding met de positionering van de kanalen en de bepaling van de afstanden tussen de kanalen resulteert in één dimensie voor de kanaallichamen die wordt overgenomen in het model. De gepositioneerde en gedimensioneerde schachten worden vergeleken met het functionele concept. Na verschillende iteraties wordt een oplossing gevonden die aan alle eisen voldoet. Op basis hiervan kunnen nu de leidinggangen in de verdiepingen van de schachten naar de functionele ruimten worden gepositioneerd en gedimensioneerd.
Overgang naar het modelontwerp Op basis van het concept van de functies en de leidinggangen wordt een meer gedetailleerd architectuurmodel ontwikkeld dat voldoende ruimte biedt voor een efficiënt leidingtracé. De functionele gebieden worden nu in het model onderverdeeld in afzonderlijke ruimten. Het model is verrijkt met verdere informatie zodat gedetailleerde berekeningen van de belasting (bv. verwarmings- en koelbelasting) mogelijk zijn. De berekende belastingen van de ruimten illustreren een grote kracht van deze methode, namelijk de consistentie van de informatie in alle afzonderlijke stappen: De basisbepaling begon met een geschatte specifieke verwarmingsbelasting. Het specifieke vermogen werd gebruikt in het functie- en leidinggangconcept om de leidingafmetingen en dus ook de afmetingen van de leidinggangen te bepalen. De gedetailleerde belastingen per ruimte die nu in het modelontwerp beschikbaar zijn, kunnen nu weer worden opgeteld voor de overeenkomstige functionele gebieden, zodat deze belastingen kunnen worden gebruikt voor een hernieuwde optimalisatie van het leidinggangconcept. In het algemeen wordt tijdens het ontwerpproces steeds meer informatie verzameld of verder gedetailleerd in het model en bouwt elke stap voort op de informatie van de vorige stap. De toename van de informatiedichtheid gebeurt zonder verlies, zodat informatie uit eerdere ontwerpstappen op elk moment kan worden gebruikt om iteratief een optimaal ontwerp te benaderen. In het voorbeeldgebouw worden de paden van de leidinggangen gegenereerd (na de optimalisatie van het leidinggangconcept zoals zojuist beschreven) en worden de belastingen in de ruimten geplaatst en aangesloten (zie figuur 7).
De leidingganglichamen worden verder gebruikt als lichtgewicht coördinatiemodel voor botsingscontrole. Hier komen zij overeen met gereserveerde ruimtebehoeften die zijn afgestemd met de andere betrokken ontwerppartijen. Als deze subverdeling van verantwoordelijkheidsgebieden strikt wordt gevolgd, hoeft er alleen uitgebreide coördinatie met andere betrokken ontwerppartijen plaats te vinden als de gereserveerde gebieden worden doorkruist, bijvoorbeeld als er niet genoeg ruimte is voorzien voor het modelleren van het loskoppelen. In dat geval kunnen de kritieke gebieden specifiek worden gecoördineerd met andere betrokken ontwerppartijen.
Vooruitzichten De in het voorbeeld geïllustreerde integrale ontwerpmethodiek kan nu al worden toegepast met LINEAR Solutions for Revit. Toekomstige ontwikkelingen zullen de bepaling van de leidingafmetingen in de leidinggangen echter nog verder vereenvoudigen. Methodisch zal dit mogelijk zijn aan de hand van een analogie waarin we uitrustingsruimten beschouwen als producenten en functionele ruimten als consumenten die via schachten en leidinggangen met elkaar communiceren. Naast het plaatsen van leidingganglichamen hoeven dan alleen nog de overdrachtspunten en het dekkingspercentage van de media in de uitrustingsruimten en functionele ruimten te worden bepaald. Op basis van deze informatie kan een systeemtopologie worden afgeleid uit een leidinggangconcept en kunnen - rekening houdend met technische basisvoorwaarden (bv. gelijktijdigheden) - automatisch correct gedimensioneerde leidingen worden toegewezen aan elk leidinggangsegment. De afmetingen van de pijpleidingen vormen dan - zoals voorheen - de basis voor het ontwerp van de doorsnede en de coördinatie van de benodigde ruimte voor technische media. In de toekomst zal het concept van berekenbare pijpleidingcorridors het voor gebruikers nog gemakkelijker maken om de eerste fasen mee vorm te geven en snel de intuïtieve veronderstellingen van de bouwverantwoordelijken te controleren. Ook kwantiteitsberekeningen op basis van het ruimtelogboek en de informatie over de leidingstraat worden aanzienlijk vereenvoudigd, zodat de kosten en duurzaamheid van de gebruikte materialen met weinig moeite kunnen worden beoordeeld.