Digitale BIM-Produktdaten nach VDI 3805/ISO 16757

Die Digitalisierung ist allgegenwärtig in der Gesellschaft. Unter dem Stichwort "Industrie 4.0" wird dabei die Verknüpfung von Daten für intelligente und vernetzte Produktionsprozesse verstanden. Durch die Vernetzung wird die Möglichkeit der Optimierung ganzer Wertschöpfungsketten ermöglicht. Dabei werden alle Phasen des Lebenszykluses eines Produktes – Entwicklung, Fertigung, Nutzung, Wartung, Recycling – eingeschlossen. Das Building Information Modeling (BIM) ist in diesem Zusammenhang ein entscheidender Baustein der Digitalisierung.

Im Bereich der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA) wird die Digitalisierung von Produktdaten bereits seit mehreren Jahren mit Hilfe der VDI-Richtlinienreihe 3805 "Elektronischer Produktdatenaustausch in der TGA" angewandt. Mit der VDI 3805 wird ein Standard für die Datenerfassung von technischen und geometrischen Produkteigenschaften für die Planung, Auslegung und Betrieb von Anlagen verwendet. Diese digitalen Produktdaten nach VDI 3805 bilden die Basis eines ganzheitlichen Ansatzes in der TGA zur Integration in ein BIM-Gebäudemodell.

Mit Hilfe dieser digitalen Daten können innerhalb eines BIM-Modells die beteiligten Gewerke koordiniert, die Planungssicherheit erhöht und kritische Punkte schneller überprüft werden. Darüber hinaus kann das BIM-Modell auf das Facility-Management ausgedehnt werden und dort den Arbeits- und Kostenaufwand minimieren.

Neben diesen Anwendungsfeldern für die VDI 3805 wird die softwarebasierte CAD-Planung und Auslegung von Anlagen der TGA unter Berücksichtigung von Gesetzen und Verordnungen (z.B. EEWärmeG oder EnEV sowie zukünftig das GEG) bzw. Normen (z.B. DIN V 18599) in der Praxis unterstützt.

Mit der VDI 3805 wird der Produktdatenaustausch für Komponenten und Anlagen der Heiz-, Raumluft- und Sanitärtechnik im rechnergestützten Prozess geregelt. Dazu wurde die Erfassung technischer und geometrischer Daten vereinheitlicht, um unterschiedlichste Aufgabenstellungen mit dem Zugriff auf nur eine Produktdatenbank abzudecken.

Der Zugriff auf die VDI 3805-Daten wird durch die Webapplikation www.vdi3805-portal.de vereinfacht, denn dem Anwender wird ein zentraler Anlaufpunkt für die Nutzung aktueller Herstellerdaten angeboten. Über die Verknüpfung zu vielen Softwareherstellern ist außerdem eine einfache Datenüber­nahme in die entsprechende Software gewährleistet. Die internationale Verwendung elektronischer Produktdaten wird durch die Überführung der VDI 3805 in die ISO 16757 "Produktdaten für Anlagenmodelle der Technischen Gebäudeausrüstung" realisiert, wodurch zukünftig eine Integration von digitalen Produktdaten der TGA in internationale BIM-Modelle möglich ist.

Nationale Richtlinienarbeit

Der erste Schritt in den standardisierten elektronischen Datenaustausch in der TGA erfolgte bereits 1986 mit der Gründung der fachspezifischen Ausschüsse Heiz- und Sanitärtechnik sowie Raumlufttechnik im VDI. In der Folge erarbeiteten beide Ausschüsse die VDI 3805 und ermöglichten so den Einstieg in das digitale Zeitalter.

Im Oktober 2011 wurde letztmalig der Weißdruck der VDI-Richtlinie 3805 "Produktdatenaustausch in der TGA Blatt 1: Grundlagen" veröffentlicht. Ergänzend zu Blatt 1 wurden nachfolgend die produktspezifischen Blätter, welche die Einzelheiten zum Datenaustausch der jeweiligen Produkte regeln, an die neue Struktur angepasst und inhaltlich aktualisiert.

Ein Überblick über aktuell verfügbare Richtlinien ist im Internet unter www.vdi.de/3805 zu finden.

Mit der Fertigstellung der ISO 16757 wird der VDI die Richt­linienarbeit Zug um Zug abgeben. Die VDI 3805 wird für eine Übergangszeit weiterhin Gültigkeit besitzen und kann angewendet werden. Über den erreichten Stand hinausgehende Aktualisierungen werden dann von der ISO 16757 übernommen. Die neu entstehende internationale Norm wird sich in ihrem Aufbau wesentlich an die VDI 3805 anlehnen, um die Konvertierung der VDI 3805-Daten möglichst einfach gewährleisten zu können.

Die Definition von Produktmerkmalen in der ISO 16757 erfolgt nach dem Datenmodell aus der ISO 13584 "Industrielle Automatisierungssysteme und Integration". Beim Transfer des jetzigen Datenmodells (VDI 3805) in einen ISO-Standard bleiben aber sowohl die Dateninhalte als auch die grundsätzliche Struktur unverändert. Eine Änderung erfährt lediglich die Syntax, d.h. die Form, in der die Daten abgelegt werden. Bisher erfasste Daten können damit weiter verwendet werden.

ISO-Normung

Die momentan in Bearbeitung befindliche ISO 16757 "Produktdaten für Anlagenmodelle der Technischen Gebäudeausrüstung" wird im ISO TC 59 "Buildings and civil engineering works" SC 13 "Organization of information about construction works" erarbeitet und soll den durch die VDI 3805 etablierten Standard internationalisieren. Zunächst werden die Grundlagen für den elektronischen Produktdatenaustausch auf internationaler Ebene in den Teilen 1 bis 5 definiert.

Der im Februar 2015 veröffentlichte Teil 1 "Konzepte, Architektur und Modelle" beschreibt den grundsätzlichen Aufbau des Datenaustausches. Der im November 2016 publizierte zweite Teil "Geometrie" beschreibt die Darstellung der Geometrie und umfasst nahezu 1:1 die Angaben aus der VDI 3805. Im dritten Teil werden die Programmiersprache sowie Funktionen beschrieben. Der vierte Teil behandelt die Interaktion zwischen der ISO 16757 mit anderen BIM Standards. Im fünften Teil wird das Austauschformat für die Produktdaten definiert. Ab dem Teil 10 erfolgt die Beschreibung der produktspezifischen Daten sowie deren spezifischer Austauschformate. Diese Arbeiten werden erst nach Abschluss der Erarbeitung der Grundlagen­teile begonnen. Bis zu deren Veröffentlichung wird die VDI 3805 weiterhin angewandt.

Die im ISO TC 59 erarbeiteten Normen zählen zum Building Information Modeling (BIM). Daher wird die ISO 16757 in enger Abstimmung mit den anderen ISO-Normen im Bereich BIM erstellt. Das Sekretariat der zuständigen Arbeitsgruppe 11 im ISO TC wird vom Deutschen Institut für Normung (DIN) betreut, wodurch eine enge und direkte Verbindung zwischen den Arbeiten an der VDI 3805 und der ISO 16757 gewährleistet wird.

Da 2015 auf europäischer Ebene das CEN TC 442 "Building Information Modeling (BIM)" gegründet wurde, setzt sich der BDH gemeinsam mit dem VDMA sowie den Industrieunternehmen und Softwareherstellern für eine Übernahme der ISO 16757 als eine europäische Norm ein.

Die Zusammenhänge zwischen nationaler, europäischer und internationaler Normung sind im Bild dargestellt:

Den generellen Zusammenhang zwischen der ISO 16757 und anderen BIM Standards zeigt das folgende Bild:

Im Detail wird die ISO 16757, wie jetzt die VDI 3805, digitale Produktdaten zur Einbindung der Herstellerdaten in Berechnungs-, Simulations- und Planungsprogramme sowie generell BIM-Modelle unterstützen. Mit Hilfe der ISO 16757 wird es möglich, eine softwaregestützte Suche und Auswahl von Produkten durchzuführen und darüber hinaus die gewünschten Produktdaten in CAD/CAE-Programme zu integrieren.

Um diese Vielfalt an verschiedenen Anwendungsfeldern abdecken zu können, müssen die Daten eine Reihe von Anforderungen erfüllen. Sie müssen z.B. Produktklassen zugeordnet werden, die Produkteigenschaften müssen erfasst sein, die Geometriedaten müssen vorhanden sein, die Eigenschaften des Produkts im realen Betrieb müssen, soweit möglich, ebenso beschrieben sein wie die Planungs- und Berechnungsalgorithmen. Außerdem müssen Informationen zu Inspektion und Wartung im Datensatz enthalten sein. Letztendlich greift die ISO 16757 dabei auf bereits bestehende Standards wie IFC und IFD zurück.

Die Einbettung dieser Daten in BIM-Modelle wird dann den Datenaustausch zwischen EDV-Systemen ermöglichen. Über die Unterstützung der Planung hinaus ergibt sich dadurch eine Fülle von Vorteilen auch für andere Anwendungen, wie z.B. die Bestandsverwaltung (Life-Cycle-Management).

Die Entwicklung der ISO 16757 wird so erstmals ein international genormtes TGA-Datenformat anbieten, welches eine einheitliche Handhabung von technischen, kaufmännischen, Wartungs- und Instandhaltungs- sowie Geometriedaten, Bilddaten, Videodaten und Textinformation ermöglicht.

Building Information Modeling (BIM)

Der Begriff Building Information Modeling steht für eine durchgehende Betrachtung der gesamten Wertschöpfungskette am Bau, von der Planung und Ausführung über das Facility Management, die Instandhaltung bis hin zum Rückbau.

Allgemein kann BIM als digitale Unterstützung des gesamten Lebenszykluses von Bauwerken bezeichnet werden. Dieser Prozess wird immer wichtiger und BIM bietet dafür eine digitale Plattform.

Dieser durchgehende Ansatz wird aktuell in vielen Ländern beim Planen, Bauen und Betreiben von Gebäuden immer stärker eingefordert. Die Entwicklung hin zu BIM-Modellen erfordert die Einführung neuer Arbeitsabläufe und der dafür benötigten Standards. Mit der Veröffentlichung des BIM-Leitfadens 2014 durch das Bundesministerium für Verkehr, Bauen und Stadtentwicklung (BMVBS) ist das Thema BIM auch in Deutschland stärker ins Bewusstsein gerückt. Für den Bereich der TGA bedeutet dies, dass mit Anwendung der VDI 3805 die benötigten digitalen BIM-Daten bereits zur Verfügung stehen.

Webapplikation zur Datenanwendung

Durch die ISO 16757 und deren Einbettung in das BIM-Umfeld können die benötigten Daten zur Auslegung, Berechnung, Planung (inklusive CAD bzw. CAE) oder Simulation von Anlagen der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA) in jedes Softwareprogramm mit der entsprechenden Schnittstelle für eine durchgängige Planung eingelesen werden.

Die Verteilung der erforderlichen Daten geschieht am zweckmäßigsten auf elektronischem Weg, wofür jedoch einheitliche und den Anforderungen gerecht werdende Regelungen erforderlich sind. Dies wird momentan über die VDI 3805 realisiert.

Um nun dem Anwender jederzeit Zugriff auf die aktuellen Datensätze der Hersteller sowie die Anbindung an verschiedene Anwendungsprogramme (z.B. über Webservices) zu ermöglichen, hat der BDH die Webapplikation VDI 3805 unter www.vdi3805-portal.de ins Leben gerufen. Neben der Applikation dient das Portal als zentrale und unabhängige Datenquelle.

Die Webapplikation hat das Ziel, die von den Herstellern bereitgestellten aktuellen VDI 3805 Datensätze (z.B. für Wärmeerzeuger, Heizkörper, Wohnungslüftungsgeräte, Luftdurchlässe, Brenner, Flächenheizung/-kühlung, Verteiler/Sammler, Rohre und Formstücke, Heizungsarmaturen, Solarkollektoren, Speicher und Durchlauferhitzer, Trinkwasserarmaturen oder Wärmepumpen) über gängige Internetbrowser dem Anwender frei zugänglich zur Verfügung zu stellen. Durch Zusatzfunktionen wird der Anwender bei der Produktauswahl und Zusammenstellung unterstützt.

Die Anwendung verwaltet somit Kataloge verschiedener Hersteller und Länderversionen (Sortiment, Sprache). Damit ist neben der Ausgabe der technischen Daten auch die Dar­stellung der CAD-Daten mit Anschlüssen und Störräumen zur Kollisionskontrolle über einen 3D-Viewer inklusive Drehen, Zoomen und Verschieben des Produkts möglich.

Dadurch ergibt sich die Chance, die verschiedenen Verwendungsvarianten der Produkte zu visualisieren sowie alle Produktabhängigkeiten, z.B. Anschlusseigenschaften wie Verbindungselemente oder Anschlussformen und Materialeigenschaften, darzustellen. Die Geometrien der ausgewählten Produkt­varianten können anschließend in CAD-Programme als DWG, STEP, IFC und DXF exportiert werden. Zusätzlich wird ein Plug-In angeboten, um den CAD-Export direkt in Autodesk Revit zu ermöglich.

Dabei können zwei voneinander unabhängige geometrische Darstellungen des Produktes gewählt werden, eine einfache zur schnellen Planung oder eine detaillierte in der Fertigzeichnung.

Die Webapplikation dient somit neben der Funktion einer einfachen Produktauslegung, als CAD-Datenbank bzw. CAD-Bibliothek für den Anwender. Die Ergebnisse können auch ausgedruckt werden. Zusätzlich lassen sich die umfassenden technischen Produktdaten per Webservice in Planungsprogramme einfügen.

Ferner ist die Weitergabe von grafischen Informationen (Media-Daten, z.B. Bilder, Zeichnungen, Katalogseiten, Bedienungs- und Montageanleitungen, Videos oder akustische Informationen) möglich und die Verbindung zu kaufmännischen Daten (z.B. Datanorm oder StLB) gegeben. Außerdem können die technischen Daten für Berechnungen im Zusammenhang mit der Energieeinsparverordnung (EnEV) bzw. der DIN V 18599, des Energieausweises oder als Nachweis für KfW-Anträge genutzt werden.

Zum Import der Daten in Anwendungsprogramme namhafter Softwarehersteller zur Planung oder Dimensionierung von SHK-Anlagen (z.B. Auslegung von Solarkollektoren, Auslegung von Heizflächen oder Dimensionierung von Schornsteinen) können die Produktdaten im VDI 3805 Datenformat exportiert werden.

Die Anwendung verwaltet keine Preise, ist kein Angebots- oder Ausschreibungsprogramm und kann keine normgerechte Berechnung ersetzen. Ein weiterer Vorteil ist die sich durch den Viewer und die Webauslegung ergebende optische Kontrolle der Herstellerdaten in der Webapplikation.

Um die Nutzung digitaler Produktdaten über die VDI 3805 noch stärker am Markt bekannt zu machen, hat der BDH zusammen mit dem VDMA ein Positionspapier erarbeitet. BDH und VDMA setzen sich bei der Einführung von BIM in Deutschland dafür ein, dass im Bereich der TGA die VDI 3805/ISO 16757 als Standard für den Austausch der Herstellerdaten genutzt wird. Dieser Ansatz wird sowohl von zahlreichen Industrieunternehmen als auch Softwareherstellern unterstützt.

Für die Hersteller ergibt sich durch die standardisierten Schnittstellen (neutrales, einheitliches, offenes und genormtes Datenformat) der Vorteil, dass nur ein Datenformat gepflegt werden muss. Dadurch wird der Aufwand erheblich minimiert. Da das Format die Pflege durch den Hersteller ermöglicht, ergibt sich zudem eine hohe Datenqualität und garantiert die Datenhoheit des Herstellers.

Individuelle Anwendungen des Herstellers sind einfach und schnell zu programmieren. Auch der Datenaustausch wird vereinfacht, da das Datenvolumen relativ gering ist, auch wenn komplexe Produkte beschrieben werden. Letztendlich können alle technischen und geometrischen Daten eines Produktes mit Hilfe der VDI 3805/ISO 16757 übergeben werden.

Eine Verknüpfung zu kaufmännischen und Ausschreibungsdaten ist über die Artikelnummer in der VDI 3805 gegeben. Dies schließt auch die europäischen Anforderungen aus der ErP-Richtlinie bzw. dem Labelling ein. Denn auch die Weitergabe einer Produktkennzeichnung ist mit Hilfe der VDI 3805/ISO 16757 möglich.

In der Praxis können die Herstellerdaten nach VDI 3805 in verschiedene Softwareprogramme zur Anwendung gelangen. Exemplarisch wird die praktische Anwendung anhand der liNear Software dargestellt. Am Beispiel der Planung einer Wohnsiedlung wird aufgezeigt, wie VDI 3805-Daten in der Praxis eingesetzt werden.

In der weiteren Planung dieser Wohnsiedlung werden die geometrischen und technischen Daten der ausgewählten Produkte aus dem VDI-Datensatz der jeweiligen Hersteller in die Software importiert. Dies kann entweder über die Webapplikation VDI 3805 oder über eine in die Software eingebaute Schnittstelle geschehen. Am Beispiel von Armatur- und Heizkörperauswahl wird das Vorgehen erläutert.

Zunächst wählt der Anwender eine Armatur aus den vorhandenen Herstellerdaten aus.

Zu einer ausgewählten Armatur kann sich der Anwender dann die zugehörigen geometrischen und technischen Daten anzeigen lassen.

Ein weiteres Merkmal der VDI 3805 sowie der Webapplikation ist die Deklaration und freie Definition von Funktionen zur Abbildung von z.B. Diagrammen, Ermittlung von Arbeitspunkten oder Auswahlalgorithmen nach einem in der VDI 3805 vorgegebenen Muster. In diesem Beispiel sind Betriebsparameter einer Drosselarmatur dargestellt.

Ist eine Armatur ausgewählt, so kann diese innerhalb der Software an die benötigten Stellen platziert werden. In der CAD-Darstellung innerhalb der Software kann dann noch einmal die geometrische Darstellung des Produkts im Detail angezeigt werden.

In ähnlicher Weise können alle weiteren Produkte geplant, dimensioniert und angezeigt werden (z.B. Auslegung von Solarkollektoren, Auslegung von Heizflächen oder Dimensionierung von Schornsteinen). Zum Import der Daten in das Anwendungsprogramm können die Produktdaten im VDI 3805 Datenformat exportiert werden. Nachfolgend noch ein Beispiel für die Heizkörperauslegung.

Die einzelnen Softwareprodukte entnehmen also aus der umfassenden Datenbank die für die jeweilige Anwendung benötigten Daten und erhalten alle notwendigen Informationen, die in der Software selektiv genutzt werden können. Für die Anwender in der TGA-Branche stellt dies eine sichere und zeitsparende Alternative zur manuellen Auswahl und Übernahme der technischen und geometrischen Daten aus einem Herstellerkatalog dar.

Fazit

Die VDI 3805 regelt den Produktdatenaustausch für technische und geometrische Daten in der TGA zwischen Herstellern und Planern bzw. ausführenden Firmen. Damit ist gewährleistet, dass hersteller- und softwareübergreifend diese technischen und geometrischen Daten eines Produktes standardisiert übertragen werden können.

Durch die Schaffung dieses einheitlichen Datenformats ist die Programmierung entsprechender Schnittstellen in Auslegungs-, Simulations-, CAD- und energetischen Berechnungsprogrammen zum Einlesen und Verarbeiten von Produktdaten nach VDI 3805 möglich. Hierdurch wird die einfache und sichere Übernahme von digitalen Produktdaten in den softwaregesteuerten Projektprozess möglich und erleichtert.

Für die Hersteller ergibt sich der Vorteil, dass die Produktdaten nur noch in einem Datenformat zu pflegen sind. Diese Vorteile werden durch die ISO 16757 demnächst auch auf internationaler Ebene anwendbar sein. Durch die zusätzliche Verknüpfung mit BIM sind die Produktdaten auch für das Facility Management verwendbar.

Vor diesem Hintergrund sprechen sich VDMA und BDH dafür aus, für die Realisierung von BIM-Modellen im Bereich der TGA auf Datensätze im Format VDI 3805 zurückzugreifen. Diese Empfehlung ist vor dem Hintergrund der zunehmenden Datenpflege im Format VDI 3805 durch die Hersteller zu sehen. Hierdurch werden die beschriebenen Vorteile für Hersteller und Anwender umgesetzt.

Für die VDI 3805 bzw. die ISO 16757 spricht aus Sicht der Hersteller das neutrale, einheitliche, offene und genormte Datenformat, welches für alle Berechnungs- und CAD-Programme einsetzbar ist. Auf Grund der redundanzfreien Datenhaltung ergibt sich eine hohe Datensicherheit bzw. -qualität.

Die Herstellerdaten können mit geringem Aufwand in jede Berechnungssoftware übernommen werden und auch eine Entwicklung von spezifischer Berechnungssoftware ist möglich. Die komplexen und umfangreichen Daten bleiben durch das einfache und komprimierte Datenformat handhabbar. Dabei erleichtern unter anderem Funktionen die Beschreibung komplexer Produkte. Zudem kann das komplette Zubehör zu einem Produkt verwaltet werden.

Dem Anwender (Planer, Ausführender, Architekt) bietet die VDI 3805 ebenfalls Vorteile. Aus der Webapplikation können digitale Herstellerdaten für viele Produktbereiche der TGA entnommen werden und damit eine genauere, schnellere und detailliertere Projektierung durchgeführt. Dem Anwender stehen direkt alle Daten inklusive des Zubehörs zu einem Produkt zur Verfügung und mit der Verknüpfung zu Datanorm sind auch die kaufmännischen Daten verfügbar.

Daher kann abschließend das Fazit gezogen werden, dass die Technische Gebäudeausrüstung mit der VDI 3805 schon BIM-fähige Daten zur Verfügung stellt und somit BIM-Ready ist!