Brandschutzplanung mit Methoden des Building Information Modeling

Eine moderne Planung steht stets in Verbindung mit der Anwendung zeitgemäßer Technologien und der fortwährenden Entwicklung von zukunftsweisenden Methoden. Aus dem Einsatz von BIM-Methoden ergeben sich auch für die Brandschutzplanung neue Möglichkeiten.

BIM im Bauwesen ist keine Randerscheinung mehr. Insbesondere bei Großbauvorhaben wird die Methode zunehmend diskutiert – sei es als übergeordnete Vorgabe des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr (BMDV) [1], als besondere Anforderung durch den Auftraggeber, zur Optimierung in der Fachplanung oder aber auch in der interdisziplinären Projektplanung. Während der Einsatz von BIM-Methoden für andere Gewerke zum Teil schon fester Bestandteil der Ausschreibung von Projekten geworden ist, sind die Einsatzmöglichkeiten dieser Methode bei der Brandschutzplanung noch wenig bekannt.

Bei BIM-Projekten steht meist die Erstellung von sogenannten Fachmodellen, also spezifischen 3D-Modellen unterschiedlicher Planungsgewerke, im Fokus. Die jeweiligen Objekte, die dabei in einer BIM-Modellierungssoftware erstellt werden, können mit einer Vielzahl von Informationen ergänzt werden (Abb. 1). Im Ergebnis entsteht eine Datenbank in Form von digitalen Modellen. Man spricht von mehrdimensionalen Modellen, wobei neben der räumlichen Ausprägung der Objekte der jeweilige Informationsgehalt als eigenständige Dimension betrachtet werden kann [2]. Entsprechende Attribute an den Objekten dienen als eine Art Ablage für Informationen. Die Anwendung von Modellierungssoftware hat in die Architektur, aber auch in andere Gewerke, wie die Lüftungs- und Sanitärplanung bereits weitestgehend Einzug gefunden.

Neben der realitätsgetreuen Darstellung des Bauwerks lassen sich durch das Zusammenführen der Modelle auch Kollisionen in der Planung frühzeitig erkennen. Aber auch modellgestützte Berechnungssoftware, wie sie z.B. für die Auslegung von Lüftungsanalgen zum Einsatz kommt, findet immer wieder Verwendung. Damit können Veränderungen in der Planung bzw. in den Modellen automatisiert in die Berechnungen übernommen werden. Umgekehrt werden die Berechnungsergebnisse und daraus folgende Anpassungen ebenfalls automatisiert in das Modell überspielt.

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Stand der Brandschutzplanung mit BIM

Solche vorgefertigten Softwarelösungen sind für die Brandschutzplanung derzeit noch nicht auf dem Markt erhältlich. Auch ein konkreter Ansatz für ein eigenständiges Fachmodell für die Brandschutzplanung ist softwareseitig von den Herstellern noch nicht entwickelt.

Obwohl unter dem Begriff BIM meist die Erstellung von Gebäudemodellen verstanden wird, steckt hinter diesem Akronym eine viel weiter greifende Bedeutung. Im Zusammenhang mit dieser Planungsmethode sollte man vorrangig von einem Building Information Management sprechen. Dieses umfasst die Erarbeitung von Prozessen und Datenbankstrukturen für die systematische Gewinnung, Bereitstellung und Verteilung von Informationen. Dies kann als wesentlicher Schwerpunkt bei der Entwicklung von BIM-Methoden für die Brandschutzplanung betrachtet werden. Auch wenn es dafür durchaus Anwendungsfälle gibt, muss BIM nicht zwangsläufig mit einem eigenen BIM-Modell für den Brandschutz in Verbindung stehen.

Bei BIM-Projekten erfolgt der Austausch von Fachmodellen mittels einer standardisierten IFC-Schnittstelle. Diese ermöglicht, dass die Modelle auch software- und gewerkeübergreifend als Referenzen zur Planungsabstimmung und Informationsgewinnung genutzt werden können. Es können aber auch weitere Dateiformate, z.B. pdf- oder dwg-Dateien, eingebunden werden. So können Modelle auch mit 2D-Plänen hinterlegt werden oder in einem Common Data Environment mit anderen Datenbanken verknüpft werden. In Abhängigkeit von den verfolgten BIM-Zielen ergibt sich auch in der Brandschutzplanung ein breites Spektrum an Anwendungsfällen für den Einsatz von BIM (siehe Tabelle).

Tabelle: Zuordnung der BIM-Ziele und Anwendungsfälle (nach VDI 2552 Blatt 10: 2021-02)

Leistungssteigerung durch die BIM-basierte Brandschutzplanung

Ein derzeit noch begrenzter Kreis von innovativen Brandschutzunternehmen verfügt bereits über Leistungsangebote, die zu den BIM-Standards gezählt werden können. Darunter fällt z.B. die Verwertung von BIM-Modellen anderer Gewerke für die Informationsgewinnung oder zur Optimierung von Brand- und Personenstromsimulationen. Aber auch die Führung von modellgestützten Planungsbesprechungen und die Projektkommunikation via BIM-Collaboration-Format, kurz BCF, verstehen sich als zeitgemäße Methoden, die eine deutliche Effizienzsteigerung im Informationsaustausch erwarten lassen können.

Grundlegend bei der Zusammenarbeit in BIM-Projekten ist es, den Informationsaustausch „digital zu denken“. Auch unabhängig von der Erstellung vollständiger Gebäudemodelle mit BIM-Modellierungssoftware können Daten durch den Einsatz von digitalen Technologien deutlich gewinnbringender verwertet werden. So lassen sich z.B. herkömmliche 2D-Pläne durch eine räumliche Zuordnung besser im Zusammenhang verstehen (Abb. 2).

Vorkonzept Brandschutz mit BIM

Modellierungssoftware kann ebenfalls vielseitige Verwendung finden. Durch vereinfachte Modelle zur Konzeptionierung und Koordinierung kann bereits im frühen Planungsstadium des Bauprojekts ein Mehrwert generiert werden (Abb. 3).

Noch unabhängig von konkreten Bauteilen, die als einzelne BIM-Objekte erstellt werden, handelt es sich dabei um reine Volumenkörper. Entsprechend der Planungstiefe erfolgt eine Modelleinteilung in charakteristische Bereiche der Brandschutzplanung. Inhalt der Modellkörper ist die Unterteilung von Abschnittsebenen wie Brandabschnitte und Nutzungseinheiten oder der Struktur des Rettungswegesystems. Die Volumenkörper werden durch Attribute befüllt, sodass daraus die brandschutzrelevanten Informationen ableitbar sind.

Durch die Ausgabe als IFC-Datei und die Überlagerung mit anderen Fachmodellen können somit allen Planungsbeteiligten die brandschutzrelevanten Zusammenhänge im virtuellen Raum veranschaulicht werden.

Digitaler Anleiterversuch

Auch unabhängig von der rein bauwerksbezogenen Modellierung bietet der Einsatz von digitalen Modellen, insbesondere im Kontext mit BIM, individuelle Möglichkeiten, auf besondere Fragestellungen des Brandschutzes zu reagieren. Die BIM-Modelle können dabei aufgrund ihres spezifischen Informationsgehalts eine wesentliche Basis für die Entwicklung neuartiger Nachweisverfahren bilden. Unter anderem kann in Verbindung mit den komplexen Visualisierungsmöglichkeiten die Akzeptanz bei Abstimmungsprozessen, u.a. mit Genehmigungsbehörden, deutlich erhöht werden.
Derzeit befindet sich z.B. der Nachweis des zweiten Rettungswegs über Rettungsgeräte der Feuerwehr mit Methoden des Building Information Modeling in der Entwicklung (Abb. 4). Dabei handelt es sich um einen digitalen Anleiterversuch, der ohne den Einsatz von Fahrzeugen oder das reale Gebäude vorgenommen werden kann.

Modellbasiertes Brandschutzkonzept

Die Erarbeitung eines Brandschutzkonzepts als Bestandteil der Genehmigungsplanung ist ein planerischer Schwerpunkt des Brandschutzes. Ein modellbasiertes Brandschutzkonzept ist somit die Kerndisziplin der BIM-basierten Brandschutzplanung. Zielstellung ist es dabei, die Brandschutzplanung auch in den BIM-basierten Bauantrag einzubinden. Pilotprojekte zu einem solchen Antragsverfahren wurden bereits durch einzelne Behörden durchgeführt [3]. Die Brandschutzplanung hat jedoch in Ermangelung geeigneter digitaler Methoden bisher nur eine untergeordnete Rolle gespielt.

Obliegt die Gestaltung des Gebäudes und somit auch die Modellierung eines entsprechenden Modells dem Architekten, liegt die Aufgabe des Brandschutzplaners schwerpunktmäßig in der Erarbeitung und Konkretisierung brandschutztechnischer Anforderungen. Diese werden nicht nur an einzelne Bauteile, sondern auch an Räume oder ganze Bauwerksabschnitte gestellt. Darunter fallen z.B. Anforderungen, die sich aus der Gestaltung von Rettungswegen und Planungsvorgaben für sicherheitstechnische Anlagen ergeben, aber auch die Unterteilung in Brandabschnitte und Nutzungseinheiten.

Konventionell erfolgt die Planung primär deskriptiv, also durch textliche Beschreibung in einem Brandschutzkonzept. Dieses wird zumeist durch schematische Darstellungen in Grundriss- und Schnittdarstelllungen ergänzt. Es handelt sich dabei um semistrukturierte Daten. Die Schwierigkeit besteht darin, dass die entsprechenden Inhalte der Brandschutzplanung erst durch die anderen Planungsbeteiligten gemäß Brandschutzkonzept interpretiert werden müssen, um sie in die entsprechenden Fachplanungen übernehmen zu können. Gerade bei komplexen Sachverhalten besteht jedoch das Risiko des Informationsverlusts oder einer Fehlinterpretation.

Grundlegend gilt es, zuerst auch digital eine gemeinsame Sprache zu finden. Dafür ist es entscheidend, dass neben dem Inhalt der Information auch die Verortung genaustens abzustimmen ist. Sind diese Abstimmungen in anderen Gewerken schon weitgehend durch die Abläufe der eingesetzten Software oder Regelwerke vordefiniert, gibt es für die Brandschutzplanung derzeit nur wenige Grundlagen. Spezielle BIM-Planungssoftware für den Brandschutz ist zurzeit auf dem Markt noch nicht erhältlich. Eine mögliche Ursache dafür ist, dass Anbieter von BIM-Software ihre Produkte meist auf einem breiten Markt vertreiben wollen. Die Brandschutzplanung gestaltet sich jedoch sehr individuell. Sind Anforderungen zur Klassifizierung von Bauteilen und Baustoffen inzwischen zumindest europaweit weitgehend harmonisiert [4], wird die objektspezifische Brandschutzplanung zum Teil noch auf Ebene der Bundesländer geregelt. Programmbasierte und somit standardisierte Softwareprozesse werden dadurch erschwert.

Als vorteilhaft hat sich in BIM-Projekten die Verwendung von IFC-Dateien erwiesen. Es handelt sich um ein offenes Dateiformat, in dem neben der geometrischen Beschreibung von Objekten auch ein breiter Katalog an standardisierten Klassifizierungen und Attributen für die BIM-Objekte festgelegt ist [5]. Zudem ist es möglich, weitere Informationen frei zu integrieren. So lassen sich beispielsweise weitere Attribute zu den Standardwerten ergänzen. Dank dieses offenen Datenstandards ist es einer Empfängersoftware mit einer integrierten IFC-Schnittstelle möglich, das Modell zu interpretieren, unabhängig davon, welche Autorensoftware verwendet wurde. Somit ist ein Modellaustausch auch softwareübergreifend realisierbar.

In einem ersten Schritt hat der Verein zur Förderung von Ingenieurmethoden im Brandschutz (VIB e.V.) eine Reihe an Parametern identifiziert und diese in seinen Muster-AIA (Auftraggeber-Informations-Anforderungen) definiert [6]. Diese sind zum Teil noch nicht in den Standardattributen des IFC enthalten, können aber i.d.R. in der Autorensoftware dem Modell beliebig hinzugefügt werden (Abb. 5). Mit dem damit festgelegten Umfang an Informationen lassen sich nahezu alle inhaltlichen Belange eines Brandschutzkonzepts in einem Modell abbilden.

Die Erstellung des Modells erfolgt in einer BIM-Modellierungssoftware. Dabei kann das eigentliche Gebäudemodell durch den Brandschutzplaner selbst erstellt werden. Ein derart befülltes Modell ist als BIM-basiertes Brandschutzkonzept zu verstehen und stellt somit das Brandschutzmodell dar. Dieses lässt sich für die weitere Verwendung als IFC-Datei exportieren. Nicht immer ist es aber sinnvoll, das Brandschutzmodell vom Architekturmodell zu trennen. Gerade im Hinblick auf den Modellierungsaufwand, die Übereinstimmung der Planung und das kollaborative Arbeiten ist es sinnvoll die Brandschutzplanung in das Architekturmodell zu übertragen.

Wird dieselbe Modellierungssoftware verwendet, können unter Abstimmung der Bearbeitungsschritte gemeinsame Modelle erstellt werden. Es ist aber auch möglich, das Architekturmodell als Referenz zu verwenden. Die befüllten Attribute werden dann über Parameterlisten zu festen Bearbeitungszeitpunkten, sogenannten Data-Drops, übertragen. So kann bei systematischem Vorgehen, trotz fortwährender Überarbeitung bei der Planung, eine 100-%-Übereinstimmung von Brandschutz- und Architekturplanung erzielt werden.

Die automatisierte Planableitung ist ein Vorteil der Modellerstellung. Durch die Verankerung der Information in den Objekten lassen sich diese über Filter- und Ansichtsvorlagen automatisiert visualisieren (Abb. 6). Dieser technischen Möglichkeit kommt aber fast eine untergeordnete Bedeutung zu. So stehen die Daten auch für weitere automatisierte Prozesse wie die Erstellung von Leistungsverzeichnissen oder eine Kollisionsprüfung direkt zur Verfügung. Künftig ist es das Ziel, insbesondere im Hinblick auf BIM-basierte Bauanträge eine regelbasierte Modellprüfung durch Genehmigungsbehörden und Prüfingenieure zu ermöglichen.

Es bedarf dazu neben den technologischen Grundlagen auch der Erarbeitung komplexer Workflows, um Prozesse zur Datenübergabe zwischen den Modellen abzustimmen. Dafür sind umfangreiche Kenntnisse im Umgang mit BIM-Software aufseiten der Brandschutzplanung sowie aller anderen Planungsbeteiligten erforderlich.

Die brandschutztechnische Konzeptionierung und auch das textliche Brandschutzkonzept zur objektspezifischen Nachweisführung können durch die Erstellung von Modellen nicht gänzlich ersetzt werden. Weiterhin sind die Modellierung und die notwendigen Abstimmungen zu den BIM-Prozessen mit einem erhöhten Aufwand im Vergleich zur konventionellen Planung verbunden. Die Aspekte der gesteigerten Planungssicherheit, des reduzierten Abstimmungsbedarfs dank des erhöhten Informationsaustausches sowie die Einbindung in automatisierte Prozesse lassen aber übergeordnet eine Effizienzsteigerung für das Gesamtprojekt in Zukunft erwarten.

Fazit

BIM darf nicht nur als Anforderung durch den Auftraggeber verstanden werden, sondern als zukunftweisende technische und prozessorientierte Möglichkeit, um die Qualität der gewerkeübergreifenden Planung zu steigern.

Derzeit hat BIM im Brandschutz noch nicht seinen endgültigen Reifegrad erreicht, um auf jede Fragestellung mit einer fertigen Lösung zu reagieren. Löst man sich von diesem Gedanken, kann BIM für die Brandschutzplanung aber schon jetzt gewinnbringend in die Projekte eingebracht werden. Dafür bedarf es neben dem technischen Verständnis für die softwareseitigen Möglichkeiten meist auch eines hohen Grads an Innovationsbereitschaft. Es ist davon auszugehen, dass Unternehmen, die bereit sind, diesen Mehraufwand zu betreiben, auch zukünftig in ihren Projekten durch prozessorientierte und qualifizierte Lösungen zu einer innovativen Planung beitragen.

Mit den dargestellten Methoden ist es schon jetzt möglich, den Informationsfluss in Projekten deutlich zu verbessern und somit zur Planungssicherheit und einer daraus folgenden Kostenoptimierung beizutragen. Auch die Entwicklung gänzlich neuer Verfahren ist Teil einer modernen Planung. Wie bei den meisten technischen Neuentwicklungen gilt es jedoch auch bei der Brandschutzplanung mit BIM bei allen Beteiligten sukzessive für Aufklärung und Akzeptanz für diese neue Methode zu sorgen.

Der Artikel ist in Ausgabe 5.2022 des FeuerTrutz Magazins (Oktober 2022) erschienen.

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