Bauherren, Betreiber und Nutzer von Reinräumen profitieren gleichermaßen von digitalen Gebäudemodellen. Denn Building Information Modelling (BIM) hilft, die Planung von komplexen Sonderbauten und der technischen Gebäude­­ausrüstung optimal auf die Bau- und Nutzungsphase abzustimmen. Das spart Kosten – insbesondere im späteren Betrieb. TÜV Süd erläutert, wie Bauprojekte mit BIM besser gelingen.

Konzeption, Planung und Inbetriebnahme von Reinräumen sind anspruchsvoll. Die technische Ausstattung und die Flächenauslegung müssen den Anforderungen der benötigten Reinraumklasse entsprechen. Gleichzeitig sollen sie den Arbeitsalltag des Personals unterstützen und möglichst wirtschaftlich sein. Fehler in der Planungs- oder Bauphase haben meist weit reichende Auswirkungen. Wenn etwa Anschlüsse nicht dort gelegt sind, wo sie später gebraucht werden, oder Lüftungs- und Filteranlagen nicht ausreichend dimensioniert sind, können kostenintensive Anpassungen notwendig werden, um das erforderliche Reinraumzertifikat zu erhalten. Zudem wird die Nutzung häufig unnötig erschwert und die Arbeitsprozesse laufen nicht optimal ab.
Mit BIM werden solche Planungs- und Kon­struktionsfehler reduziert und nachträgliche Korrekturen meist unnötig. Ein digitales Gebäudemodell dient allen am Projekt beteiligten Architekten und Fachplanern als gemeinsame Datenplattform – von der Planung über den Bau bis zum Betrieb. Mit Hilfe des Modells werden kollidierende oder fehlende Bauteile sofort erkannt. Flächen können optimiert und die Funktionen technischer Einrichtungen simuliert werden. BIM erleichtert die Zusammenarbeit der verschiedenen Gewerke durch integrale Planung und modellbasierte Kommunikation. Prozesse werden transparenter und Kosten lassen sich exakter kalkulieren.

Bauherren erhalten außerdem ein detailgetreues, digitales Modell ihres Gebäudes. Das erleichtert Umbauten und Sanierungen. Zudem profitiert auch das Facility Management (FM), sofern es bereits konsequent in der Planungsphase berücksichtigt wird. Anforderungen des FM oder an die technische Gebäudeausrüstung (TGA) können soweit umgesetzt werden, dass z. B. Reparaturen, Reinigung und Wartung die Arbeiten in den Reinräumen kaum stören oder beeinflussen. Das gelingt unter anderem, indem die Auswirkungen von Material-, Auslegungs- und Flächenparametern auf die spätere Nutzung bereits zu Beginn der Planung erkennbar sind. Das sichert einen störungsfreien Betrieb und verbessert die Auslastung.

Reinräume vorzertifizieren
Labore, Operationssäle, die Sterilisation und Instrumentenaufbereitung, die Apotheke oder bestimmte endoskopische oder onkologische Stationen: Vor allem in größeren Kliniken gibt es viele Reinräume unterschiedlicher Klassen. Sie alle müssen nach der Fertigstellung zertifiziert werden. Für den Bau, die Ausgestaltung und die Prüfung gibt es internationale Normen wie die ISO 14644 („Reinräume und zugehörige Reinraumbereiche“) oder die weiterführende VDI 2083 („Reinraumtechnik“). Entscheidend für eine erfolgreiche Zertifizierung ist unter anderem die Leistung der Luftfilter. Dazu wird die Partikeldichte der Luft gemessen. Weitere wichtige Faktoren sind Luftgeschwindigkeit, -temperatur und -druck ebenso wie die Beleuchtung und Akustik.

Oft stellen TÜV Süd-Sachverständige bei den Prüfungen für die Zertifizierungen fest, dass die fertig gebauten Reinräume die Anforderungen an die Reinraumklasse nicht erfüllen – weil beispielsweise Filtersysteme undicht sind oder die Leistung und Luftwechselrate der Lüftungsanlage nicht ausreicht. Dann muss der Bauherr nachbessern, um das benötigte Reinraumzertifikat zu erlangen. Es entstehen zusätzliche Kosten für die Änderungsmaßnahmen sowie die möglicherweise verzögerte Inbetriebnahme.
Mit sogenannten Modell-Checkern, wie sie die BIM-Informationsmanager von TÜV Süd Advimo entwickelt haben, können Fachplaner und Prüfer die digitalen Modelle der verschiedenen Reinräume im Vorfeld analysieren, Leistungsparameter simulieren und die Räume so frühzeitig bewerten. Das bedeutet, die Planer können schon während der Planung prüfen lassen, ob die Räume die Anforderungen für das Zertifikat erfüllen werden. Gleichzeitig kann dieses Vorgehen auch die abschließende Prüfung der fertigen Räume erleichtern. Denn die Lüftungsanlage kann bspw. so konstruiert werden, dass alle für die Abnahmeprüfung relevanten Teile leicht zugänglich sind. Das ist heute nicht die Regel. Meist müssen einzelne Komponenten oder ganze Teilsysteme für die Prüfung ab- und anschließend wieder anmontiert werden – was häufig unnötig Kapazitäten, Personal und Zeit kostet.

Eine Analyse der Wartungsflächen hilft zudem, die Technikräume so zu planen, dass alle Anlagen, Komponenten und Bauteile für das Servicepersonal gut zugänglich sind. So wird auch dafür gesorgt, dass die Reinräume durch Arbeiten an der Haustechnik nicht verunreinigt werden und dass der Betrieb nicht gestört wird. So werden die Nutzungszeiten der Einrichtungen maximiert und Ausfallzeiten minimiert.

Flächen optimieren
Neben Sperrflächen für sicherheitskritische Bereiche helfen die Modell-Checker auch die Brandschutzmaßnahmen, die Fluchtwege, die Verschattung oder die WLAN-Signale zu prüfen, sodass diese optimiert werden können. Zudem kann das digitale Planungsmodell, das sogenannte „as planned-Modell“, im Bau fortlaufend mit exakten Messungen mittels Laser validiert werden. Mögliche Abweichungen oder notwendige Korrekturen können unmittelbar in das digitale Modell übertragen werden. Im Ergebnis entsteht ein „as-built-Modell“, welches das Gebäude realitätsnah und detailliert abbildet. So generiert BIM einen großen Mehrwert über die Bauphase hinaus, weil es dem Facility Management wertvolle Informationen für den Betrieb liefern kann.

Architekten können Räume bestmöglich gestalten und gleichzeitig auf eine optimale Nutzbarkeit hinwirken. Das gilt für Flure, Durchgänge, Wartezonen, Aufenthalts- und Besprechungsräume ebenso wie die Technikzentralen. Diese müssen ausreichend Platz für Instandhaltungsarbeiten bieten und sollen gleichzeitig nicht überdimensioniert sein. Auch Türen, Flure und Durchgänge müssen groß genug sein, um technische Ausrüstung, medizinische Geräte oder die Laboreinrichtung problemlos installieren und austauschen zu können.

Arbeit in Kliniken erleichtert
TÜV Süd Advimo hat im BIM-Management bereits erfolgreich Großprojekte im Bereich Medizin- und Laborgebäude begleitet. Das Universitätsklinikum im schottischen Glasgow plante mit dem New South Glasgow Hospital den bis dahin größten Klinikbau und damit das zu diesem Zeitpunkt größte Bauprojekt des Landes. Die rund 170.000 m2 Nutzfläche des Komplexes beinhalten neben Studieneinrichtungen und zwei Kliniken auch über 25.000 m2 Laborräume. Die Herausforderung für die Planer: Die Bauherren wollten den Energieverbrauch des Gebäudes gegenüber den rund einhundert Bestandsgebäuden um ein Viertel senken. Mit Hilfe von BIM wurde dieses Ziel nicht nur erreicht, sondern unterboten: Indem sie Material, Auslegung, Flächen und Energiebedarf in den digitalen Prototypen simulierten, optimierten die Planer die virtuellen Modelle soweit, dass es gelang, in den realen Gebäuden weitere 25 % Energie einzusparen.

Bei einem anderen Klinikprojekt mit Laboreinrichtungen halfen Wartungs- und Flächensimulationen die Gebäudenutzung zu optimieren. Die Planer nutzten Simulationen für die ideale Anordnung der Technikzentralen des Gebäudes. Damit optimierten sie die Auslegung der Gebäudetechnik – etwa, indem die zeitintensiven Laufwege für Haustechniker stark verkürzt wurden. Das erleichterte einerseits Wartungsarbeiten und reduzierte andererseits störende Einflüsse auf die Reinraumtechnik.

Labore in Singapur
Ein eigenes Bauprojekt verfolgt TÜV Süd in Singapur. Die dortige Niederlassung bezieht 2020 mit ihren 600 Mitarbeitern ein neues Gebäude. Auf rund 18.900 m2 finden sich sowohl Labore als auch Büros. Die Planer legten besonderen Wert auf Nachhaltigkeit und Energieeffizienz. Dazu, wie auch um das FM zu verbessern, erweiterte TÜV Süd Advimo die lokalen BIM-Standards und integrierte von Beginn an einen CAFM-Datenstandard. So konnten die Fachplaner die Informationen zu Flächen und technischen Anlagen direkt und zentral ablegen. Die Gebäudeverwaltung hat damit auch alle relevanten Daten für die Betriebsphase sofort vorliegen und muss diese nicht erst nachträglich erfassen. Dank BIM fielen Mängel bereits während der Planung auf, die sonst erst beim Bau erkannt worden wären und dann ad hoc hätten beseitigt werden müssen.

Gesamten Lebenszyklus begleiten
Damit der Einsatz von BIM zum Erfolg führt, müssen die Ziele des Projekts, die in den Auftraggeber-Informationsanforderungen (AIA) formuliert und festgehalten sind, konsequent umgesetzt werden. Das erfordert eine gut aufgestellte Projektorganisation, qualifizierte BIM-Koordinatoren und -Manager und eine vollständige Datengrundlage von hoher Qualität. Die AIA stellt das BIM-Lastenheft dar und ist Vertragsbestandteil. Darauf aufbauend erstellen die Planer einen BIM-Abwicklungsplan (BAP). Damit verfügt der Bauherr über ein zentrales Dokument mit einer wichtigen Funktion für die Projektbearbeitung mit BIM: Alle Entscheidungen und Prozesse werden dort protokolliert und die Zusammenarbeit aller ausführenden Fachplaner wird dort definiert. Darüber hinaus sammelt das BIM-Management gemeinsam genutzte Dateien, Projektvorlagen und Kollisionssetups und macht sie für andere Projektbeteiligte verfügbar. Der BAP enthält sämtliche projektspezifischen Informationen sowie Termine für die Modellprüfung, begleitet den gesamten Projektverlauf und dient dabei als Pflichtenheft für die ausführenden Unternehmer. Im Übrigen entfaltet BIM seine ganze Wirkung, wenn es nicht nur auf Planung und Bau angewendet wird. Um den größtmöglichen Mehrwert zu erzielen, sollten die digitalen Modelle – gemeinsam mit dem CAFM – über die Inbetriebnahme hinaus und über die gesamte Lebensdauer des Objekts gepflegt werden.

Auf einen Blick: Die Vorteile von BIM

• Mehr Effizienz und weniger Planungsfehler durch frühzeitiges Qualitäts­management und Modell-Checks
• Gleichzeitiger Zugriff auf den aktuellen Planungsstand aller Gewerke und ­Abstimmung der Gewerke in einem ­Koordinationsmodell Transparente Evaluierung von identifizierten Optimierungsmaßnahmen und dadurch die Möglichkeit, Entscheidungen schneller zu treffen
• Detailliertere Prüfung von Planungs­inhalten
• Optimierung des Gebäudebetriebs ­bereits während der Planung
• Planungssicherheit und Kostenvorteile durch früh­zeitige Einbindung von Modell-Checkern und -Audits
• Höhere Prozessgeschwindigkeit und ­höheres Quali­tätsniveau durch den Einsatz von digitalen Audit­mechanismen.