Open-BIM und Brandschutz – Beispiele für die praktische Anwendung (2/3)

Laut einer Studie gehen 50 % der versehentlichen Brände in Wohngebäuden auf elektrische Quellen zurück. Des Weiteren wird die unzureichende Umsetzung grundlegender Präventivmaßnahmen wie Rauchwarnmelder, deren verpflichtende Installation in Wohnungen nicht in allen Mitgliedstaaten vorgeschrieben ist, kritisiert. Die International Fire Safety Standards Coalition postuliert die Akzeptanz von fünf grundlegenden Prinzipien während des gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes, um einen angemessenen Brandschutz zu gewährleisten.

Vorbeugung

Im Rahmen der Brandverhütung kann BIM eine entscheidende Rolle beim Schutz vor dem Entstehen eines Brandes und der Begrenzung seiner Auswirkungen spielen. Dies wird durch die besondere Berücksichtigung der Brennbarkeit und der rauchbildenden Merkmale von Baustoffen, einschließlich der Brandklasse, erreicht. 

BIM ermöglicht eine detaillierte Dokumentation und Klassifizierung von Baumaterialien auf der Grundlage ihrer Feuerbeständigkeitseigenschaften und Rauchentwicklung. Durch die Integration von Datenbanken, die Informationen über die Brandklassifizierung, Brennbarkeit und Rauchentwicklung von Materialien enthalten, können Konstrukteure während des Materialauswahlprozesses fundierte Entscheidungen treffen. 

Darüber hinaus ermöglicht die Software die Analyse der Brandschutzklassen für verschiedene Bauteile, wie Wände, Böden und Türen. Durch die Modellierung dieser Komponenten in der BIM-Umgebung und die Zuweisung geeigneter Feuerwiderstandsklassen können die Planer die gesamte Brandschutzleistung des Bauwerks beurteilen und Bereiche identifizieren, die möglicherweise zusätzlichen Schutz oder Verstärkung benötigen. 

Darüber hinaus erleichtert BIM die Planung und Visualisierung von Brandabschnitten in einem Bauwerk. Brandabschnitte sind Bereiche, die durch eine feuerbeständige Konstruktion getrennt sind, um die Ausbreitung von Feuer und Rauch zu verhindern. Gemäß DIN 4102-4 werden feuerbeständige Bauteile als solche definiert, die die Feuerwiderstandsklasse F90-AB erfüllen oder übertreffen. Der Einsatz von BIM ermöglicht es den Planern, diese Bereiche präzise abzugrenzen und so die Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften für die Brandabtrennung sicherzustellen.

Erkennung und Kommunikation

Die Erkennung und Kommunikation im Brandschutz zielt darauf ab, Brände rechtzeitig zu entdecken und Informationen effektiv an die Bewohner und Rettungsdienste weiterzugeben. Der Prozess umfasst sowohl automatische Systeme als auch manuelle Warnverfahren. Automatische Feuermeldesysteme, wie die Brandmeldeanlage (in Deutschland als BMA bekannt), verwenden Sensoren wie Feuersensoren, CO-Sensoren und CO₂-Sensoren, um potenzielle Brandgefahren zu erkennen. Die entsprechenden Sensoren sind im IFC4.3-Schema sowie im buildingSMART Data Dictionary (vgl. Abbildung 2) definiert, sodass Benutzer auf vordefinierte Typen und Merkmalsätze für eine genaue Sensorauswahl zugreifen können.

Ein Beispiel für die Verwendung von vordefinierten Typen ist die IFC-Klasse ifcSensor, der verschiedene Typen wie FIRESENSOR oder SMOKESENSOR enthält. Diese sind jeweils mit Property Sets wie Pset_SensorTypeCommon oder Pset_SensorTypeFireSensor verbunden. Ein wesentliches Merkmal dieser Sets ist das FireSensorSetPoint, welches den Temperaturschwellenwert angibt, bei dessen Überschreitung von Feuer ausgegangen werden kann. Diese Information stellt eine wesentliche Entscheidungshilfe bei der Auswahl des adäquaten Sensortyps für spezifische Erfordernisse im Kontext der Branderkennung dar.

Um EU-weit einheitliche Standards für den Brandschutz zu gewährleisten, müssen grundlegende Anforderungen wie die Rauchmelderpflicht in allen Wohngebäuden eingehalten werden. Diese Standards sollten Inspektionssysteme und Informationsverbreitungsprotokolle umfassen, um einen sicheren Verkehr in der gesamten Region zu ermöglichen.

In diesem Kontext erweist sich das buildingSMART Data Dictionary als essenziell, indem es den Nutzerinnen und Nutzern bei der Auswahl der adäquaten IFC-Klasse, des Typs und der Merkmale behilflich ist. Es bietet einen umfassenden Rahmen, der mit internationalen Klassifizierungen wie Uniclass und ETIM sowie mit nationalen Standards übereinstimmt und somit Einheitlichkeit und Effizienz gewährleistet.

Personenschutz

Der Personenschutz im Brandschutz zielt darauf ab, den Auswirkungen eines Feuers vorzubeugen und eine sichere Flucht zu gewährleisten. Zu den wesentlichen Elementen zählen die Fluchtwege, die Notausgänge sowie die Notbeleuchtung.

„Die Planung und der Bau von Gebäuden müssen mit der gebotenen Sorgfalt erfolgen, um die sichere Evakuierung der Personen im Falle eines Brandes zu gewährleisten“. So heißt es in der Mitteilung der Kommission zu den Grundlagendokumenten der Richtlinie 89/106/EWG des Rates, 1994. Dies unterstreicht die überragende Bedeutung der Integration von robusten Brandschutzmaßnahmen in die Baupraxis. 

Ein anschauliches Beispiel für die Notwendigkeit einer detaillierten Abgrenzung und Festlegung der Fluchtwegbreiten ist im Kapitel "Building Information Modeling im Brandschutz" der Publikation "Bauphysik Kalender 2021 – Brandschutz" zu finden. Die vorgeschriebenen Anforderungen dienen folglich als entscheidender Maßstab, um eine schnelle und sichere Evakuierung der Personen in Notsituationen zu gewährleisten. Dies unterstreicht die unabdingbare Relevanz von openBIM-Methoden bei der Gewährleistung der Einhaltung rigider Brandschutzstandards und -vorschriften. 

Der Einsatz von Open-BIM-Workflows ermöglicht es Planern, Brandschutzmaßnahmen detailliert zu planen und umzusetzen. Dazu integrieren sie wichtige Informationen nahtlos in Gebäudemodelle, um die Evakuierungswege zu optimieren und die Sicherheit der Menschen im Gebäude zu gewährleisten. 

Bei der Planung und Konstruktion von Bauwerken sind Normen wie DIN 18009-1:2016-09, Brandschutzingenieurwesen – Teil 1: Grundsätze und Regeln für die Anwendung, sowie DIN 18009-2:2016-09, Brandschutzingenieurwesen – Teil 2: Räumungssimulation und Personensicherheit, zu berücksichtigen. Diese Normen bieten wesentliche Anhaltspunkte und Rahmenbedingungen für die Gewährleistung eines umfassenden Brandschutzes.

Die Notbeleuchtung spielt eine entscheidende Rolle bei der Evakuierung von Personen aus einem Gebäude, insbesondere wenn die Sicht durch Rauch oder Stromausfälle beeinträchtigt ist. Die Integration von Notbeleuchtungssystemen in ein IFC-Modell kann durch offene Standards wie IFC und BCF für den Austausch von Simulationsergebnissen erleichtert werden. 

Die Integration gewährleistet, dass das Design und die Platzierung der Notbeleuchtung für eine optimale Wirksamkeit bei der Evakuierung der Menschen optimiert werden. Die Integration der Notbeleuchtung in Gebäudemodelle ermöglicht es den Planern, die Abdeckung und Effektivität des Beleuchtungssystems zu analysieren. Simulationswerkzeuge sind in der Lage, IFC-Modelle zu importieren (wie in Abbildung 3 dargestellt), um Beleuchtungsszenarien zu simulieren und zu evaluieren, ob die Notbeleuchtung die gesetzlichen Anforderungen erfüllt und eine angemessene Beleuchtung für einen sicheren Ausgang gewährleistet.

Eindämmung

Die Eindämmung von Bränden zielt darauf ab, die Ausbreitung des Feuers und seiner Folgen auf einen möglichst kleinen Bereich zu beschränken. In diesem Kontext sind ebenfalls die Planung und Umsetzung von Maßnahmen wie Brandwänden zu nennen, welche als Abgrenzung von Brandabschnitten dienen. Sie dienen der Verhinderung der Ausbreitung von Feuer und Rauchgasen auf andere Gebäude oder Gebäudeteile. 

Brandabschnitte und Brandschutztüren gemäß den deutschen Bauvorschriften erleichtern die Planung und Koordination dieser Eindämmungsmaßnahmen, indem sie eine digitale Plattform für die Modellierung und Analyse von Brandabschnittsstrategien bereitstellen. Ein Beispiel für die Anwendung von BIM im Kontext der Brandschutzplanung ist die präzise Darstellung von Brandwänden und Brandschutztüren im digitalen Modell. Dies ermöglicht es den Planern, die Position und Wirksamkeit dieser Elemente bei der Eindämmung von Feuer in bestimmten Bereichen zu visualisieren.

Die Anwendung von BIM-Methoden ermöglicht zudem die Modellierung von Schlitzen und Durchbrüchen, welche eine wesentliche Rolle bei der Bildung von Brandabschnitten einnehmen. Diese Öffnungen müssen in der Regel bei Brandwänden nicht genutzt werden, andernfalls sind sie zu abschotten. Die Richtlinien VDI/buildingSMART 2552 Blatt 11.2 „Schlitz- und Durchbruchplanung“ bieten detaillierte Anleitungen zur Planung von Öffnungen und Hohlräumen sowie deren Abschottung, um eine effektive Brandabschnittsbildung zu gewährleisten. Zuvor als IDM auf UCM veröffentlicht, ermöglicht es die Integration dieser Richtlinien in den BIM-Arbeitsablauf Planern, die Anordnung von Öffnungen und Hohlräumen zu optimieren.

Des Weiteren sind die Open-BIM-Standards von entscheidender Bedeutung für die Gewährleistung der Interoperabilität und der Zusammenarbeit zwischen den an der Planung von Brandschutzmaßnahmen beteiligten Akteuren. Die Einhaltung von Open-BIM-Standards wie IFC und BCF ermöglicht es Planern, lückenlos Informationen auszutauschen und ihre Bemühungen zu koordinieren, um effektive Eindämmungsstrategien umzusetzen.

Rauchabzugsanlagen stellen ebenfalls ein wichtiges Instrument zur Eindämmung von Bränden dar. Die Projektierung und Anordnung dieser Anlagen kann durch den Einsatz von BIM optimiert werden. Die Modellierung von Rauchabzugssystemen, Druckbeaufschlagungssystemen und Rauchschutzvorrichtungen ermöglicht es den Planern, die Wirksamkeit der genannten Systeme bei der Kontrolle der Rauchentwicklung während eines Brandes zu bewerten und notwendige Anpassungen vorzunehmen, um die Eindämmung zu verbessern.

Die Anwendung von BIM in Verbindung mit Open-BIM-Standards ermöglicht eine effektive Planung und Umsetzung von Brandschutzmaßnahmen. Dies wird durch eine genaue Modellierung, Analyse und Koordinierung von Strategien zur Brandabschnittsbildung gewährleistet. Die Integration von Technologien und Standards führt zu einer Verbesserung der allgemeinen Brandschutzsituation von Bauwerken und gewährleistet den Schutz von Menschen und Sachwerten im Falle eines Brandes.

Brandbekämpfung

Die plattformübergreifende Integration und Koordinierung verschiedener Brandschutzmaßnahmen wie Sprinkler und Feuerlöscher wird durch Open-BIM ermöglicht und stellt somit einen entscheidenden Fortschritt in Bezug auf Brandschutz und Umweltschutz dar. Die präzise Modellierung des Layouts und der Funktionalität dieser Systeme durch den Einsatz von BIM gewährleistet die Einhaltung strenger Normen sowie eine optimale Positionierung, um eine maximale Wirksamkeit zu erzielen. 

Die Verwendung von Open-BIM-Standards wie IFC und BCF ermöglicht den Beteiligten eine enge Zusammenarbeit und den Austausch wichtiger Informationen über Löschanlagen über verschiedene Softwareplattformen und Disziplinen hinweg. Die Interoperabilität gewährleistet eine optimale Integration von Brandschutzmaßnahmen in die Gebäudeplanung, wodurch die Effizienz bei der Brandbekämpfung erhöht und die Auswirkungen auf die Umwelt minimiert werden. 

Des Weiteren erlaubt BIM den Konstrukteuren die Durchführung detaillierter Simulationen und Analysen, um die Leistungsfähigkeit von Brandschutzsystemen in unterschiedlichen Szenarien zu evaluieren. Dies erlaubt eine weitere Verfeinerung und Optimierung, um die Sicherheit der Menschen und der Umgebung im Falle eines Brandes zu gewährleisten.

Die oben genannten Common Principles wurden erarbeitet, um eine universelle Anwendbarkeit auf der ganzen Welt zu gewährleisten, die über die bestehenden Normen, Standards und Leitlinien hinausgeht. In Bezug auf die Definition von Schutzzielen lassen sich zwei grundlegende Ansätze unterscheiden: präskriptive Vorschriften und leistungsbezogene Vorschriften. 

Die präskriptiven Vorschriften legen spezifische Anforderungen fest, beispielsweise den Abstand zu Notausgängen oder die Feuerwiderstandsdauer von tragenden Bauteilen. Im Gegensatz dazu basieren leistungsbezogene Vorschriften, wie sie im Brandschutz-Engineering (FSE) zum Einsatz kommen, auf numerischen Methoden zur Berechnung von Faktoren wie der sicheren Fluchtwegezeit. 

Die Vorschriften nehmen eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der Sicherheit der Gebäudenutzer ein, da sie verschiedene Parameter wie Fluchtwege und Raumaufteilung vorschreiben. Um jedoch umfassende Analysen durchführen zu können, muss das Modell detaillierte geometrische und Einwohnerdaten sowie die wichtigsten Simulationsergebnisse enthalten. Die Einbindung solcher Informationen in BIM erfordert einen optimierten Workflow, der auf IDS, bSDD, IFC und BCF basiert. 

Präskriptive Vorschriften umfassen eine Reihe von Faktoren, darunter das Brennverhalten der umgebenden Baustoffe, den Feuerwiderstand sowie die Kapazität und Breite der Fluchtwege. Es ist von essentieller Bedeutung, die komplexen Interdependenzen zwischen diesen Vorschriften zu erfassen, anstatt sich lediglich auf einzelne Anforderungen wie Türbreite oder Größe des Treppenhauses zu fokussieren. Durch das Verständnis dieser Zusammenhänge ist es Planern möglich, eine ganzheitliche Einhaltung der Vorschriften zu gewährleisten und die Brandschutzmaßnahmen in Gebäuden zu optimieren.

In Deutschland unterliegen die Vorschriften für Fluchtwege der beabsichtigten Nutzung eines Bauwerks oder seiner Abschnitte sowie der Höhe der Decke. Diesbezüglich ist insbesondere bei einer Deckenhöhe von über fünf Metern, wie sie bei Veranstaltungsorten wie Konferenzzentren oder Theatern üblich ist, eine Differenzierung zu treffen. In Wohnbauten hingegen finden abweichende Standards für Fluchtwege Anwendung.

Des Weiteren ist es von essentieller Bedeutung zu berücksichtigen, dass jedes Bundesland innerhalb Deutschlands sowie jedes EU-Mitgliedsland über eigene Bauvorschriften und Brandschutzbestimmungen verfügt. Um die divergierenden Anforderungen zu harmonisieren und sie mit dem IFC-Schema (IFC2x3, IFC4 oder IFC4.3) in Einklang zu bringen, insbesondere innerhalb der ifcPlumbingFireProtection Domain (siehe Abbildung 4) ist ein gemeinsamer Rahmen unerlässlich. Das buildingSMART Data Dictionary könnte sich für diesen Zweck als wertvolle Ressource erweisen, da es die Zuordnung verschiedener Vorschriften und Standards erleichtert und somit die Interoperabilität und Konformität über verschiedene Rechtssysteme und Gebäudeinformationsmodelle hinweg gewährleistet.

Gemäß den Erkenntnissen von A. Taciuc, J. Karlshøj und A. Dederichs in ihrer Studie „Development of IFC-based fire safety assessment tools“ kann der Prozess der Abbildung eines IFC-Modells auf einen bestimmten Bereich auf Einschränkungen stoßen, da bestimmte wesentliche Merkmale, wie beispielsweise Feuerwiderstandsklassen und Wärmeabgaberaten, fehlen. Dies bedingt in vielen Fällen die Notwendigkeit zusätzlicher Verfahren zur Bearbeitung und Validierung der IFC-Datei, wodurch das volle Potenzial der digitalen Analyse beeinträchtigt wird. 

Um diesen Ansatz zu optimieren, wird eine nationale Standardisierung für die Raumklassifizierung empfohlen, wobei zudem die Einbindung von benutzerdefinierten Regelfunktionen in das Programm zu berücksichtigen ist. In seiner Universitätsarbeit zum Thema „Brandschutz mit BIM in Industriegebäuden“ untersuchte Florian Sauder die Verwendung von benutzerdefinierten Merkmalssätzen, um Sicherheitsausstiegswege, tragende Strukturen und Arbeitssicherheit zu berücksichtigen. 

In ähnlicher Weise übersetzte Sina Pfuhl in ihrer Diplomarbeit mit dem Titel „Analyse der Austauschanforderungen für die Prüfung der Übereinstimmung mit BIM-basierten Brandschutzvorschriften“ die Brandschutzanforderungen der Bayerischen Bauordnung (BayBO) in Property Sets und konzentrierte sich auf die Entwicklung von Model View Definitions (MVDs) als Teilmenge des IFC-Schemas. 

Im Jahr 2019 gründete buildingSMART Deutschland e. V. die Fachgruppe „Brandschutz mit BIM“, in der zahlreiche Brandschutzexperten und Softwarehäuser zusammenarbeiten, um ihre Erfahrungen aus BIM-Projekten auszutauschen. Das Whitepaper der Gruppe präsentiert den aktuellen Stand von BIM und Brandschutz in Deutschland und betont die Notwendigkeit der Integration des Brandschutzes in BIM-Prozesse. 

Gegenwärtig widmet sich die Arbeitsgruppe der Entwicklung von Anwendungsfällen für den Brandschutz in Übereinstimmung mit der gemeinsamen Richtlinie VDI/buildingSMART 2552 Blatt 11.6. Zu den aktuellen Bemühungen zählt die Definition von Austauschanforderungen, die standardisierte Merkmalsätze im buildingSMART Data Dictionary (bSDD) beinhalten, sowie die Erstellung von BIM-Prozesslandkarten, die für diese Disziplin relevant sind.

Teil 1 des Artikels "Open-BIM und Brandschutz – Beispiele für die praktische Anwendung", können Sie hier nachlesen, Teil 3 hier.

• Whitepaper der buildingSMART-Fachgruppe Brandschutz mit BIM

• IDS als Standard anerkannt
• "Die Struktur des IFC 4.3-Standards ist final"
• IDS – Information Delivery Specification