BIM-Merkmale für Beleuchtung und Sensoren

Licht und Beleuchtung

Licht ist ein wichtiges Gewerk für die Gebäudenutzung und stellt einen wesentlichen Bestandteil des Architekturkonzepts eines Gebäudes darstellt. Darüber hinaus bildet Beleuchtung ein Bindeglied zwischen Architektur und Elektrotechnik. Die Planung der Beleuchtung benötigt spezifische Berechnungen und basiert auf eigenen Einheiten, Messungen, Regeln und Normen. Die lichttechnischen Berechnungen erfolgen in eigenen Softwarelösungen (Abbildung 1) und benötigen komplexe Daten vom Bauwerk und den vorgesehenen Leuchten. Diese Daten sind digital und räumlich, damit eine genaue Berechnung der Beleuchtung basierend auf der Lichtverteilung der Leuchten erfolgen kann.

Abbildung 1: Ergebnis einer Lichtberechnung mit der RELUX-Software (Bild: RELUX)

Die Entwicklung dieser komplexen Lichtverteilungen benötigt eine hohe Expertise der Leuchtenhersteller, damit eine optimale Beleuchtung für verschiedene Anwendungen sichergestellt ist (Abbildung 2).

Abbildung 2: Digitales Lichtformat ROLF (XML und Model) für eine Stehleuchte (Bild: RELUX)

Motivation für eine Merkmalsliste

Seit 2012 veröffentlichen immer mehr Hersteller BIM-Modelle ihrer Leuchten. Sie sind in der Regel kostenlos über die Websites der Hersteller oder BIM-Modell-Distributoren bzw. -Portale verfügbar. Insbesondere sind die Leuchtenmodelle auch als Autodesk-Revit-Familien abrufbar (Abbildung 3).

Abbildung 3: Beispiel eines Leuchtenmodells in Revit (Bild: RELUX)

Vereinzelt sind Leuchten auch in ArchiCAD GDL und als IFC verfügbar (¹).

Auch die Anbieter von Lichtberechnungssoftware begannen frühzeitig, BIM-Schnittstellen aufzubauen. Im Ergebnis bieten die zwei in Europa führenden Anbieter DIAL und RELUX unterschiedliche Konzepte an: DIAL setzt mit seinem Programm DIALux auf IFC, während RELUX einen Im- und Export zu Revit anbietet und auch eine Lichtberechnung über ein Add-on innerhalb Revit ermöglicht.

Mit BIM steigen auch die Datenanforderungen der Planer und Anwender in Richtung Hersteller in Umfang und Inhalt; leider oft ohne klaren Anwendungsfall oder klaren Zweck. Neue Formulare und Product Data Templates wie z. B. COBie sind entstanden, die länderspezifisch unterschiedlich gestaltet wurden.

Bei der Bereitstellung der Daten durch die Hersteller stellt sich in der Planung heraus, dass oft für die gleichen Merkmale unterschiedliche Bezeichnungen verwendet werden. Die Bandbreite reicht von verschiedenen Sprachen, Abkürzungen bis hin zu neuen Begriffen. Besonders in Revit wird deutlich, dass in einem Bauwerk mit mehr als einem Leuchtenhersteller das Verständnis erschwert ist (Abbildung 4).

Abbildung 4: Beispiele für Leuchtenmerkmale von verschiedenen Herstellern in Revit (2017), Bild: RELUX

Ein tabellarisch aufgestellter Vergleich von Leuchten verschiedener Hersteller aus dem Jahr 2017 zeigt, dass dieselben Merkmale unterschiedlich bezeichnet wurden. Zum Beispiel ist Lichtstrom von Hersteller A der Luminous Flux von Hersteller B und Lumen von Hersteller C. Ein zuverlässiger Vergleich bzw. eine Übersicht kann dann nur noch manuell durch den Planer erfolgen, was zu einem erhöhten Aufwand führt. Darüber hinaus ist das ein Umstand, der eigentlich mit BIM und der Digitalisierung verhindert werden sollte. Dies führte vermehrt zur Forderung nach einer Liste oder einem Format mit einheitlichen, vollständigen und anwendungsnahen Merkmalen.

Beginn der Arbeiten

Im Jahr 2017 stellte der ZVEI-Fachverband Licht eine BIM-Projektgruppe auf. Damit dieses wichtige Thema umfassend abgebildet ist, sind folgende Bereiche beteiligt:

• 16 internationale Hersteller
• die Licht-Softwarefirmen DIAL und RELUX
• in der Normung aktive Experten
• Elektroplaner

Die Erstellung der ersten kompletten Merkmalsliste benötigte knapp ein Jahr Arbeit. Als Quellen für die Lichtmerkmale wurden hauptsächlich Klassifikationssysteme, Normen, Daten-Formate und Hersteller-PIM-Systeme herangezogen. Dies waren unter anderem IFC, das CIE ILV, diverse CEN und IEC-Normen, ETIM, das britische NBS, COBie und das CIBSE Product Data Template. Die DIALux- und RELUX-Datenbanken erwiesen sich als wichtige Merkmalsquellen. Dabei wurden keine neuen Merkmale kreiert, sondern nur vorhandene zusammengeführt.

Alle Merkmal-Dubletten, von denen es reichlich gab, wurden gelöscht. Aus den verschiedenen Quellen für Merkmale entstand daraus eine Referenz.

Ergebnis der Arbeit

Jedes Merkmal hat genau eine Beschreibung in Deutsch und Englisch, um es gegen andere Merkmale abzugrenzen und eine klare Anwendung zu unterstützen. Entscheidend und wichtig ist eine ID/GUID-Struktur für alle Merkmale. Nur mit der eindeutigen GUID ist eine maschinelle Verarbeitung reibungslos möglich. Resultat der Arbeiten sind rund 350 Merkmale in acht Kategorien:

1 Mechanik
2 Elektrotechnik
3 Notlicht
4 Photometrie
5 Sensoren
6 Befestigung/Zubehör
7 Marketing
8 Betrieb/Wartung

Diese Merkmale können als Mapping Core verwendet werden und unterstützen den strukturierten Austausch von Leuchtendaten (Abbildung 5). So erlauben die Merkmal-ID eine Maschine-zu-Maschine-Kommunikation, zum Beispiel die Übergabe von Leuchtendaten von einem Hersteller-PIM-System zu einem BMEcat mit ETIM Daten. Oder beispielsweise die Übergabe von Leuchten aus einem Hersteller-PIM-System zu einer Lichtplanungssoftware und einer späteren Ausleitung von dieser Software zu einem Product Data Template. Im letztgenannten Beispiel könnten auch Merkmale durch die Lichtplanungssoftware durchgeschleust werden, die diese selbst nicht verwertet, die aber in dem Product Data Template relevant sind. Durch die festen und definierten Merkmal-ID kennt jede Applikation den Inhalt und kann recht einfach die Daten aufnehmen und wieder abgeben. Selbst ohne BIM ist diese branchenweite Merkmalsliste mit ihren Mapping Optionen sehr nützlich.

Abbildung 5: Die Lichtmerkmale erlauben ein Mapping über eine eindeutige ID (Bild: RELUX)

Einige der BIM-Merkmale für Beleuchtung und Sensoren, wie zum Beispiel Montageort und Montagetyp, haben feste Merkmalssätze. Dies vereinfacht den IT-Umgang mit den Werten des Merkmals und macht die Anwendung verbindlicher. Ein Mapping der Lichtmerkmale zu den entsprechenden Merkmalen in IFC und ETIM ist ebenfalls vorhanden. Das IFC-Format ist mit 48 Lichtmerkmalen gut geeignet, um Leuchten zu transportieren. Es kann auch eine Lichtstärkeverteilungskurve (LVK) beschreiben.

Die Beschreibung der Merkmale selbst basiert auf der neuen BIM-Norm EN ISO 23386 „Building information modeling and other digital processes used in Construction – Methodology to describe, author and maintain properties in interconnected dictionaries“, welche die Erstellung von Merkmalen für BIM normt; also die Merkmale der Merkmale bzw. im englischen Original: The Attributes of the Properties.

In den Lichtmerkmalen finden keine Priorisierung, keine Gruppierung und keine Pflicht/Options-Unterscheidung statt. Dies wurde anfänglich versucht; konnte aber nicht neutral und unabhängig festgelegt werden. Damit sind alle Merkmale gleich wichtig bzw. unwichtig. Auch die Verwendung kann unabhängig von der Anwendung erfolgen. Wenn man ein Lichtmerkmal verwendet, dann sollte dieses mit der Bezeichnung und der ID aus der Liste erfolgen.

Dazu passend gibt es auch keine spezifische Anwendung, keinen spezifischen Einsatz und kein Product Data Template. Aber die Lichtmerkmale sind eine Basis für Product Data Templates mit einem spezifischen Anwendungsfall.

Normung und Abstimmung

Die Wichtigkeit einer einheitlichen Merkmalsliste für die Lichtbranche legte es nahe, die Ergebnisse als Vorlage in die Normung einzubringen, damit diese als Stand der Technik genutzt werden. Dafür wurde im europäischen Normungskomitee CEN/TC 169 „Licht und Beleuchtung“ ein Normungsantrag gestellt, der einstimmig von den CEN-Mitgliedern befürwortet wurde. Im Jahr 2018 wurde in der Working Group 1 „Grundlagen“ des CEN/TC 169 die Task Force BIM gegründet, welche die Aufgabe bekam, die Merkmale zu standardisieren.

Die europäischen Experten in dieser Task Force überarbeiteten die Merkmale noch einmal fachlich und brachten sie in eine normative Form. Es wurde entschieden, eine CEN/TS (Abkürzung für Technical Specification) zu erstellen, die einer Vornorm entspricht. Dies hat den Vorteil, dass weniger öffentliche Konsultationen erforderlich sind und eine Überarbeitung aufgrund erweiterter Merkmale einfacher initiiert werden kann. Ein weiterer Vorteil eines europäisch genormten Dokuments besteht darin, dass dieses nach Veröffentlichung in die jeweilige Landessprache übersetzt wird, die fachlich geprüft ist.

Nach dem Start der Arbeiten zeigten nachfolgende europäische Normungskomitees Interesse und schlossen sich an:

• CENLEC 34 „Lamps and related equipment“ (Dieses Gremium befasst sich mit der Produktnormung und elektrischen Sicherheit von Lichtprodukten)
• CENLEC 205 „Home and Building Electronic Systems“ (HBES)
• CEN/TC 247 „Building Automation, Controls and Building Management“

Durch diese Kooperation ist sichergestellt, dass die Merkmale gewerkeübergreifend anerkannt sind. Dies führte insbesondere bei den Merkmalen für Sensoren im Gebäude zu einer höheren Präzisierung.

Die fachlichen und technischen Arbeiten wurden 2019 abgeschlossen. Im Laufe des Jahres 2020 steht die Veröffentlichung der CEN/TS „BIM Properties for Lighting – Luminaires and Sensing devices“ an.

Nach den erfolgreichen Arbeiten auf europäischer Ebene beschlossen die Mitglieder der Task Force ihre Ergebnisse als Vorlage in die internationale Normung einzubringen. Dazu wurde in ISO/TC 274 „Licht und Beleuchtung“ ein Antrag auf Erweiterung des Arbeitsprogramms mit BIM eingereicht, dem auch hier einstimmig zugestimmt wurde. Durch die enge Kooperation des TC mit der CIE (Internationale Beleuchtungskommission, zuständig für die Grundlagennormung in der Lichttechnik) wird sichergestellt, dass die gesamte internationale Lichtwelt eingebunden ist. Im Januar 2020 wurde die Task Force BIM in ISO/TC 274/JWG 1 gegründet, die in Kürze mit den Arbeiten startet.

Abbildung 6: Inhaltsverzeichnis des CEN/TS-Entwurfs (Bild: RELUX)

Ausblick

Eine regelmäßige Aktualisierung der Merkmale in Form von Updates stellt sicher, dass diese dem Stand der Technik entsprechen. Die Experten der Arbeitsgruppen sind sich dessen bewusst, und sie sind bereit, die Merkmale fortlaufend zu überprüfen. Die Einbeziehung angrenzender Normungskomitees soll beibehalten und die europäische und internationale Arbeit eng abgestimmt werden, um eine Abweichung zu vermeiden. Es besteht die Hoffnung, dass weitere technische Gewerke im Gebäude sich dieser Vorgehensweise anschließen und damit die bestehende Merkmalsliste ausgebaut wird.

Für die gute Verfügbarkeit der genormten Merkmale sind weitere Veröffentlichungsformen erforderlich, um einen leichten Zugang aller Nutzer zu ermöglichen. In Papierform bzw. als PDF sind die Lichtmerkmale nur schwer von Menschen und Maschinen nutzbar und müssen deshalb digital verfügbar sein, idealerweise über einen Merkmalsserver. Damit könnten sowohl Softwareprogramme als auch Anwender die Merkmale direkt und flexibel nutzen. Zum Beispiel kann für eine ID der Merkmalsname in Deutsch oder Französisch abgerufen werden. Das Lesen einer Merkmalsbedeutung in Englisch ist ebenso möglich wie die Suche nach einem Merkmalsnamen und das Abrufen der entsprechenden ID. Hier können auch existente und zukünftige Mappings wie zum Beispiel zu IFC- oder ETIM-Merkmalen bequem abgerufen werden.

Auch für den Expertenkreis wäre eine zentrale IT-gestützte Merkmalsverwaltung sehr praktisch, um den aktuellen Stand zu begutachten und zentral Änderungen und Ergänzungen einzupflegen. Auch das Einbringen in eine bSDD (buildingSMART Data Dictionary)-Licht-Domain stellt eine sinnvolle Erweiterung dar.

¹ IFC Beschreibung: Heute können im IFC-Format Leuchten, wie auch andere Bauteile, nur innerhalb eines IFC-Projektes übertragen werden. Dies führt dazu, dass über IFC die Produkte nur projektbezogen transportiert werden können. Bildlich dargestellt, können Bauteile ausschließlich in einem IFC-„Bauwerks-Container“ übermittelt werden. Um dieses Problem zu lösen, wird derzeit ein spezielles produktbezogenes IFC-Format im CEN/TC 442/WG 2 „Building Information Modelling (BIM)/WG2: Exchange information“ entwickelt.

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