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Meilensteine und Aufgaben bei BIM im Brandschutz

Anhand eines Mustermodells soll der Informationslieferungszyklus von Planern bzw. Fachplanern, Spezialisten und Behörden (z.B. Brandschutz, Bauphysik, etc.) erläutert werden (nachfolgende Abbildung SIA 2051, Figur 5). Der mögliche Informationsbedarf Organisation Auftragnehmer (ION) der Planer und Spezialisten sowie der mögliche Informationsbedarf der Brandschutzbehörde wird beleuchtet. Wo nötig wird dieser ein Nutzungstaugliche Portionen (Aktivitäten) unterteilt, um eine eindeutigere Definition zu gewährleisten bzw. um die Parteien eindeutig einem Informationsbesteller und einem Informationslieferanten zuzuordnen.

Aktivitäten

Dies geschieht beispielhaft anhand einer Reihe von Aktivitäten aus der Spezialisten Disziplin Brandschutz. Die dazugehörigen Ziele, Prozesse, Informationsbedürfnisse sowie Informationsanforderungen an die digitalen Bauwerksmodelle werden auszugsweise dokumentiert. Dabei beruhen die Überlegungen auf den heute bekannten Standards und Normen, insbesondere dem Datenaustauschmodell IFC (SN EN ISO 16739).

Demnach wird eine Aktivität klar abgegrenzt und beschrieben, wozu Prozesspläne die komplexeren Zusammenhänge gut visuell unterstützend erklären können. Auf dieser Basis wird der entsprechende Informationsbedarf abgeleitet,durch ein Mapping auf ein standardisiertes Datenmodell (in diesem Fall IFC 4.3) als Exchange Requirement (ER) formuliert und maschinenlesbar als Profil zur Verfügung gestellt.

Mehrwert für Steakholder Brandschutz

Auf dieser Basis können automatische Prüfroutinen entwickelt werden. Damit werden Bauherren/Investoren, Architekten und Fachplanende bei einer weitestgehend selbstständigen Abwicklung von Projekten der Quälitätssicherungsstufe 1 (QSS1) unterstützt, da die automatischen Prüfroutinen Zwischen- und Phasenabschlussprüfungen von BIM-Projektständen ermöglichen.

Dieselben Prüfroutinen können bei der Abwicklung von Projekten der Quälitätssicherungsstufen 2-4 (QSS2-4) unterstützend eingesetzt werden. Ebenfalls ergibt sich die Möglichkeit, dass Behörden die Prüfroutinen zur Kontrolle von zur Bewilligung eingereichten Projekten einsetzen können. 

Geteilte Autorenschaft von Informationen

Ein*e Spezialist*in ist in der Regel für die Informationslieferung für Modellelemente zuständig, welche nicht durch ihn selbst erstellt bzw. modelliert werden. Dieser Umstand ist bereits heute in der aktuellen Projektabwicklung bestehend und wird durch Konzepte, Simulationen und Berichte dokumentiert, welche dann durch eine*n Fachplaner*in in die Projektierung eingearbeitet wird. Um dieser geteilten Autorenschaft von geometrischen und nicht-geometrischen Informationen auch in der modellbasierten Abwicklung gerecht zu werden, sind verschiedene Szenarien der Zusammenarbeit denkbar.

Die Arbeitsgruppe setzt dabei in ihren Überlegungen auf eine Lösungsstrategie mit zwei verschiedenen Arten von Informationen welche an Modellelementen angehängt und gepflegt werden. Dabei wird zwischen Anforderungs- und Leistungswerten unterschieden.

Prinzip Anforderungs- und Leistungsinformationen

Als Anforderungswerte werden jene Informationen verstanden, welche man als Anforderung an ein Bauteil stellt - man könnte auch von den Auslegungswerten sprechen. Sie geben also vor, welche Performance ein Bauteil erbringen muss um den gesetzlichen, bauphysikalischen, nutzungsabhängigen, etc. Gegebenheiten zu genügen. In dieser Situation also den Anforderungen aus der Betrachtung einer spezifischen Disziplin; im hier beschriebenen Anwendungsfalls dem Brandschutz.

Diese Betrachtung findet in erster Linie aufgrund von Nutzungszonen und Raumnutzungen statt. Diese sind im Grunde auch der Wert für den Auftraggeber – denn er bestellt umbauten, nutzungsspezifisch zonierten Raum und nicht Bauteile. Insofern sollte den Nutzungszonen und Raumnutzungen bei der modellbasierten Abwicklung ein besonderes Augenmerk zukommen. Man könnte auch sagen, dass die Anforderungsinformationen im Grunde durch die Raumnutzung und deren spezifischen Zusammenhänge (Zonen) gegeben sind, bzw. abgeleitet werden können. Die IG BIM&BS setzt entsprechend den Fokus darauf, dass die Dokumentation der Überlegungen des (Brandschutz-) Spezialisten anhand der Raumelemente stattfinden kann.

Aufgrund der Raumnutzungen sind durch den Spezialisten dann die Anforderungswerte an die Bauteile abzuleiten und ebenfalls zu dokumentieren. Dank der Verankerung der Anforderungsinformationen an den Zonen und Räumen ist man aber nicht bei jeder kleinen Anpassung von Layouts gezwungen ein allfälliges Fachmodell «Brandschutz» anzupassen. Zudem lassen sich zukünftig vermehrt Algorithmen nutzen um die einfachsten Abhängigkeiten zu automatisieren, also beispielsweise brandabschnittsbildende Bauteile zwischen zwei Brandabschnitten generieren lassen.

Da eine Projektierung immer verschiedene, Projekt-spezifische Aspekte zu berücksichtigen hat, ergeben sich folglich mehrere Anforderungsinformationspakete. Aufgrund der unweigerlich vorkommenden Überlagerung von spezifischen Betrachtungen pro Bauteil ist eine entsprechende Koordination der Anforderungswerte notwendig.

Aufgrund dieser konsolidierten Anforderungsinformationen eines Bauteils werden nun Aufbauten für die Bauteile gewählt, welche mit ihrer konstruktiven Ausprägung wie Material, Fügung, Behandlung, etc. die entsprechenden Leistungswerte aufweisen, welche das Bauteil aufgrund der koordinierten, zonen- und raumabhängigen Anforderungen konkret leisten können muss. Dies entspricht einer integralen Betrachtung des Bauteils und seiner Aufgabe in der geplanten Situation. In diesem Fall also den Leistungen der Bauteile aus einer koordinierten Betrachtung der Gesamt-Projektierung (Planer und Fachplaner). Dies entspricht im Sinne des SIA Merkblatt 2051 dem Informationsmodell Projektierung (IMP).

Disziplinspezifische Anforderungs- und Leistungsinformationen

Im Falle des gewählten Spezialisten Gebiets Brandschutz beschreiben die Anforderungsinformationen die Brandschutzanforderungen, welche an das Bauprojekt bestehen. Sie werden im Brandschutzkonzept dokumentiert und den Behörden zur Bewilligung abgegeben. Die Leistungsinformationen dokumentieren dann die projektierten Brandschutzmassnahmen der baulichen und technisch gewählten Lösung des Projektteams. Dies sind auch die Informationen, welche durch die Qualitätssicherung Brandschutz überwacht werden müssen.

Die Anforderungsinformationen bleiben, da zonen- und raumabhängig, aber über den Verlauf der Projektierung erhalten und können immer wieder zur Prüfung zu Hilfe gezogen werden, ob das was bewilligt auch einplant, bestellt und verbaut wurde. Dies in Form des bewilligten Stands des IFC oder auch zusätzlich im Autorenmodell – dies bedingt allerdings eine weiterlaufende Pflege und Sicherstellung der Informationsqualität.

Dasselbe Prinzip lässt sich sinngemäss auch auf andere Spezialisten-Disziplinen adaptieren. Dabei wird im Grunde das Konzept als Anforderungsinformationen festgehalten und die Projektierung als Leistungsinformationen. Es gilt für die Anforderungsinformationen zu beachten, dass diese auf den räumlichen Elementen eines digitalen Bauwerkmodells effizienter und flexibler zu pflegen sind.

Beispiele:

Brandschutz

• Anforderungsinformationen
  • der Räumlichen Elemente (IfcSite, IfcBuilding, IfcBuildingStorey, IfcSpace)
    • Pset_SpaceFireSafetyRequirements
  • der Bauelemente (IfcWall, IfcDoor, …)
    • FireRatingReq[1]
  • Leistungsinformationen
    • der Bauelemente (IfcWall, IfcDoor, …)
      • FireRating

Akustik

• Anforderungsinformationen
  • der Räumlichen Elemente (IfcSite, IfcBuilding, IfcBuildingStorey, IfcSpace)
    • …
  • der Bauelemente (IfcWall, IfcDoor, …)
    • …
  • Leistungsinformationen
    • der Bauelemente (IfcWall, IfcDoor, …)
      • …

Bauphysik

• Anforderungsinformationen Bauphysik
  • der Räumlichen Elemente (IfcSite, IfcBuilding, IfcBuildingStorey, IfcSpace)
    • …
  • der Bauelemente (IfcWall, IfcDoor, …)
    • …
  • Leistungsinformationen
    • der Bauelemente (IfcWall, IfcDoor, …)
      • …

Das Beispiel der Feuerwiderstandsklasse zeigt auch, dass ein Bauteil eben nicht nur den Leistungswert (FireRating) sondern in einigen Fällen auch einen Anforderungswert (FireRatingReq) kennt. Im  IFC-Datenmodell ist als Regel definiert, dass die genannten Informationen als Leistungswerte zu verstehen sind. Das CEN/TC 442 schlägt dazu vor, dass falls Anforderungswerte kommuniziert werden, diese durch das Kürzel «Req» zu kennzeichnen sind.

[1] Für die Spezifizierung von eigenen Property Set gibt es seitens CEN/TC 442 Vorgaben. Diese wurden in diesem Vorschlag beispielhaft umgesetzt. Aktuell gibt es allerdings noch keine offiziellen Publikationen eines Property Set des VKF. Die Publikation und insbesondere die Pflege solcher Sets darf nur im Namen der entsprechenden Behörde, Verband, Verein, etc. vorgenommen werden. Eine Zuwiderhandlung wie dies bereits durch CAD-Reseller gemacht wird führt zu weiteren Informationsaustauschproblemen!

Spezialisten-Disziplin Brandschutz

Durch die steigende Komplexität bei Bauvorhaben werden Spezialisten-Disziplinen wie die Brandschutzplanung zunehmend wichtiger. Bei der Brandschutzplanung geht es darum, spezielle Anforderungen aus den eidgenössischen Brandschutzvorschriften in ein Bauprojekt einfließen zu lassen, so dass es im Hinblick auf die Sicherheit im Brandfall bewilligungsfähig und realisierbar wird.

Definition Brandschutzplanung

Das Ziel der Brandschutzplanung ist es die optimalen, auf das vorliegende Objekt passenden, Brandschutzmaßnahmen aufzuzeigen. Diese bestehen aus einer gut abgestimmten Kombination aus dem baulichen[1], dem technischen[2], dem organisatorischen[3] und dem abwehrenden[4] Brandschutz.
Die mit der Brandschutzplanung beauftragte Person steht dem Architekten- und Planungsteam  für die Beurteilung von Varianten und Optimierungen beratend zur Seite.
Zur Erarbeitung eines stimmigen Brandschutzkonzeptes müssen von der mit der Brandschutzplanung beauftragten Person eine Vielzahl von Schnittstellen aus verschiedenen Gewerken erkannt und geklärt werden. Die Anforderungen aus den eidgenössischen Brandschutzvorschriften müssen oft zuerst richtig interpretiert und mit dem vorliegenden Konzept in Abstimmung gebracht werden. Zudem erfolgt dies, wie bei anderen Disziplinen am Bau auch, phasengerecht. Die Qualität der Brandschutzplanung hängt hierbei stark vom Informationsgehalt, der Qualität und der Aktualität der ausgetauschten Unterlagen ab.

[1] Bauliche Brandschutzmassnahmen wie z.B. Brandabschnittsbildung, Tragwerksanforderungen etc. [2] Technische Brandschutzmassnahmen wie z.B. Löschanlagen, Brandmeldeanlagen, etc. [3] Organisatorische Brandschutzmassnahmen wie z.B. Evakuationsplanung, Brandfallplanung, etc. [4] Brandschutzmassnahmen durch die Einsatzkräfte der Feuerwehr

Definition QS-Brandschutz

Die Qualitätssicherung im Brandschutz entspricht der Summe der Handlungen zur Sicherstellung der Funktionstüchtigkeit aller baulichen, technischen, organisatorischen und abwehrenden Maßnahmen im Brandschutz.

Jedes Bauvorhaben kann in einer von vier QS-Stufen (QSS1 – QSS4) eingeteilt werden. Die QS-Stufe ist für sehr einfache und unkomplizierte Bauvorhaben tief und steigt mit zunehmender Komplexität des Brandschutzes. Die QSS definiert die Anforderungen an die benötigen Dokumentationen, Konzepte und Nachweise sowie die Anforderungen an die qualitätssicherungsverantwortliche Person im Brandschutz. Die Qualitätssicherungsverantwortliche Person Brandschutz ist damit betraut, eine korrekte Umsetzung der Brandschutzmaßnahmen in der Planung und Realisierung des Bauvorhabens sicherzustellen.
Ihre Aufgabe ist es die Bauleitung auf Abweichungen vom Brandschutzkonzept hinzuweisen und gemeinsam nach Alternativen zur Sicherstellung des definierten Brandschutzkonzeptes zu suchen. Sie ist das Bindeglied zwischen der Bauleitung und der Brandschutzbehörde. Ihre Aufgaben bestehen weiter darin, integrierte und integrale Testläufe der technischen Brandschutzmaß-nahmen zu planen und durchzuführen um schlussendlich die Abnahmen des Bauvorhabens mit den Behörden zu ermöglichen.

Teilprozesse Brandschutz

Entwurf Brandschutzkonzept (Vorprojekt):

Die mit der Brandschutzplanung beauftragte Person (Brandschutzplaner:in) entwirft auf der Basis des Vorprojektes vom Architekten- und Planungsteam eine erste Variante des Brandschutzkonzeptes. Dieses beinhaltet insbesondere Anforderungsinformationen, welche im Hinblick auf den Brandschutz zur Erreichung der Bewilligungsfähigkeit eingehalten werden müssen. Zur Erarbeitung benötigt die mit der Brandschutzplanung beauftragte Person bereits eine konkrete Planungsbasis. Die erforderlichen Angaben werden ihr durch das Architekten- und Planungsteam in der geforderten Informationsdichte bereitgestellt. Die mit der Brandschutzplanung beauftragte Person prüft die Vollständigkeit der erhaltenen Informationen und fordert gegebenenfalls fehlende Informationen beim Architekten- und Planungsteam nach. Sobald die Informationen in der vorgesehenen Qualität und Menge vorhanden sind wird in einem iterativen[1] Prozess mit dem Architekten- und Planungsteam das Brandschutzkonzept als Entwurf erarbeitet. Die mit der Brandschutzplanung beauftragte Person hat hierbei die Möglichkeit, spezifische Abklärungen direkt bei der Brandschutzbehörde zu tätigen. Hierfür muss sie auch seinerseits Informationen in einer der Anfrage entsprechenden Qualität und Menge zur Verfügung stellen. Sobald der Entwurf des Brandschutzkonzeptes ausgearbeitet ist, werden dessen Informationen ganzheitlich an das Architekten- und das Planungsteam weitergereicht.

[1] Ein sich wiederholender Arbeitsprozess, bei dem Erkenntnisse aus dem Spezialgebiet in das Projekt einfliessen, bei Bedarf angepasst und erneut geprüft werden. 

Brandschutzkonzept Kontrollen (Bauprojekt):

Im Grundsatz soll die mit der Brandschutzplanung beauftragte Person möglichst früh zur Mitarbeit in einem Bauvorhaben eingeladen werden. Dies bedeutet, dass die Grundlagen des Brandschutzkonzeptes bereits im Vorprojekt (siehe 4.3.1 Entwurf Brandschutzkonzept) definiert werden sollten.
Ist dies nicht der Fall und die mit der Brandschutzplanung beauftragte Person erhält erst in der Phase Bauprojekt den Auftrag, sind die aufgeführten Leistungen im Bauprojekt nachzuholen.
Im Normalfall gilt es das Brandschutzkonzept aus dem Vorprojekt mit den aktuellen Unterlagen des Bauprojektes abzugleichen. Allfällige Änderungen sind auf Übereinstimmung mit den Brandschutzvorschriften zu prüfen und wo nötig entsprechend in Zusammenarbeit mit dem Architekten- und Planungsteam zu überarbeiten. Auch können in dieser Phase wiederholte Abklärungen mit der Brandschutzbehörde notwendig sein.

Anpassung Brandschutzkonzept (Baueingabe):

In der Phase Baueingabe wird das bereits weitgehend erarbeitete Brandschutzkonzept aus dem Bauprojekt  auf die Übereinstimmung mit den Baueingabeplänen geprüft und zur Baueingabe ausgearbeitet. Diese Ableitung erfolgt aus dem digitalen Bauwerksmodell und den darin enthaltenen Informationen.  Allfällige Änderungen gegenüber den vorangegangenen Phasen sind auf Übereinstimmung mit den Brandschutzvorschriften zu prüfen und wo nötig entsprechend in Zusammenarbeit mit dem Planungsteam zu überarbeiten. Zudem können in dieser Phase wiederholte Abklärungen mit der Brandschutzbehörde notwendig sein.

QS Brandschutz (Baueingabe):

Für Bauprojekte ist nicht nur ein stimmiges Brandschutzkonzept wichtig. Es muss je nach Bauprojekt auch aufgezeigt werden, wie die entsprechenden Massnahmen vor Ort umgesetzt und kontrolliert werden sollen. Hierfür wird ein entsprechendes QS-Konzept erarbeitet.
Das QS-Konzept soll allen am Bau beteiligten als Hilfestellung für die Umsetzung der im Brandschutzkonzept definierten Massnahmen dienen. Weiter sollen darin die notwendigen Testläufe wie Rauchversuche und Integraltests definiert und in Zusammenhang mit dem baulichen Ablauf aufgezeigt werden.
Das QS-Konzept ist nach Möglichkeit mit der Gesamtleitung und der Bauleitung zu erarbeitet und abzustimmen. Zudem können in dieser Phase wiederholte Abklärungen mit der Brandschutzbehörde notwendig sein.

Disziplinübergreifende Zusammenarbeit

Das Kernthema der BIM-Methode ist die integrale Zusammenarbeit aller Projektbeteiligten in jeder Planungs- und Bauphase.  Es ist essentiell für den Projekterfolg, dass die relevanten Informationen aller Planungsfachbereiche, Spezialisten-Disziplinen - aber besonders auch von Besteller, Nutzer und Betreiber - bekannt und zentral zugänglich sind.

Damit dies funktionieren kann, braucht es eine durchgängige, einheitliche Datenstruktur, in welcher die Informationen für alle verständlich geführt und ausgetauscht werden können.
Aus Sicht der IG BIM&BS handelt es sich beim Brandschutz grossmehrheitlich um Anforderungsinformationen, welche weniger auf einzelnen Bauteilen & Komponenten, sondern eher auf räumlichen Elementen wie Zonen und Räumen, zur Vernetzung und Vererbung dieser Eigenschaften abgebildet werden.
Das heisst, dass sich aus den Zonen- oder den Raum-Anforderungen ergibt welche Eigenschaften die sich darin oder dazwischen befindenden Bauteile aufweisen müssen, um den vielen verschiedenen Anforderungen zu genügen.
Die BIM-Methode ermöglicht eine Zusammenarbeit, in der Erkenntnisse aus den Fachbereichen oder Spezialgebieten, wie dem Brandschutz, rasch vermittelt, geteilt und zugänglich gemacht werden können. Damit daraus ein Nutzen für das Projekt entsteht, müssen Planungsabläufe im Projektteam gemeinsam entwickelt und von allen akzeptiert werden.

Dabei muss berücksichtigt werden, dass sich immer wieder Iterationen in den verschiedenen Planungsphasen ergeben. Zur Erreichung der gemeinsamen Projektziele muss folglich genügend Zeit für die Inputs der Projektbeteiligten eingeräumt werden.

Meilensteine und Aufgaben bei BIM im Brandschutz

• Definition der Aufgaben innerhalb des Anwendungsfalls
• Verortung im Gesamtprozessplan (BPMN)
• Erarbeitung Detailprozesse und Transaktionen
• Ableitung von Informationsbedarf
• Dokumentation von Informationsanforderungen
• Modellvalidierung
• Output und Nutzung

Bisher definierte Aufgaben

Aufgabe Entwurf Brandschutzkonzept:

Hier geht es darum wie die Grundlageinformationen vom Planenden zum Spezialisten gelangen und wie dieser auf deren Basis seinerseits ein Konzept erarbeitet und dokumentiert. Gemäss der vorgeschlagenen Lösungsstrategie werden aus dem Brandschutzkonzept die Anforderungsinformationen formuliert und auf den räumlichen Elementen (Gebäude, Geschoss, Zone, Raum) des digitalen Bauwerksmodells festgehalten.

Aufgabe Prüfung Brandschutzkonzept:

Hier geht es um die qualitative Beurteilung des Brandschutzkonzepts und deren Umsetzung im vorliegenden Projekt durch die Behörde. Dabei werden nun die Anforderungs-informationen des Projekts zusammengetragen und der Prüfinstanz in definierter Form zur Verfügung gestellt. Die Beurteilung erfolgt unter anderem indem geprüft wird ob die Anforderungsinformationen der räumlichen Elemente und der Bauteile den gesetzlichen Vorgaben genügen. Die Prüfinstanz gibt also das Konzept und nicht die Projektierung frei.

Aufgabe Prüfung Fluchtweglängen:

Hier werden spezifisch die vorhandenen und entsprechend bezeichneten Fluchtwege aus dem Anforderungs- oder aus dem Leistungsmodell beleuchtet. Die vorhandenen Fluchtwege werden mit den Anforderungen aus den geltenden Brandschutzrichtlinien (BSR 16-15 Flucht- und Rettungswege) der VKF verglichen. Hierbei wird unter Berücksichtigung der bestehenden Anzahl von Fluchtwegen geprüft ob die entsprechenden Anforderungen aus den Richtlinien eingehalten werden.

Aufgabe Prüfung Feuerwiderstandsklassen:

Hier werden spezifisch die brandabschnittsbildenden Bauteile aus dem Anforderungs- oder aus dem Leistungsmodell beleuchtet. Die brandabschnittsbildenden Bauteile werden mit den Anforderungen aus den geltenden Brandschutzrichtlinien (BSR 15-15 Brandschutzabstände Tragwerke Brandabschnitte) der VKF verglichen. Hierbei wird unter Berücksichtigung der Gebäudeabmessungen und der vorgesehenen Nutzung geprüft ob die entsprechenden Anforderungen aus den Richtlinien eingehalten werden.