Kosteneinsparung durch Optimierung des Planungsablaufes
Kosteneinsparung durch Optimierung des Planungsablaufes
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<strong>Kosteneinsparung</strong> <strong>durch</strong> <strong>Optimierung</strong> <strong>des</strong> Planungsablaufs<br />
Oder Entwurf-Werkzeug beschleunigt Planung<br />
„Unser Planungsablauf hat sich seit Jahren bewährt“ oder „Wieso sollten wir den Ablauf ändern – es<br />
funktioniert doch einigermaßen“. Diese Aussagen sind menschlich, da Veränderungen ein Umdenken<br />
erfordern und somit mit Arbeit verbunden sind. Mit voranschreitender Technik sind Anpassungen <strong>des</strong><br />
Arbeitsablaufs in Planungsbüros unverzichtbar. Büros, in denen mit dem Zeichenbrett gearbeitet wird, sind<br />
heute undenkbar. CAD-Systeme sind ein unverzichtbarer Bestandteil <strong>des</strong> Planungsalltages. Doch die<br />
Entwicklung bleibt nicht stehen. Mit welchen Werkzeugen der Planungsablauf zeitsparender und<br />
wirtschaftlicher gestaltet werden kann, bei gleichzeitig erhöhter Planungssicherheit, soll im Folgenden<br />
dargestellt werden.<br />
Problem: Der typische Planungsablauf<br />
Es bleibt festzuhalten, dass verschiedene Varianten gedanklich deutlich schneller erarbeitet werden können,<br />
als in einer Skizze oder gar in einem CAD-System. Mit der Komplexität eines Werkzeugs steigt der<br />
Detaillierungsgrad und damit der Aufwand für die Bearbeitung. Das Ziel muss folglich sein, ein mächtigeres<br />
und da<strong>durch</strong> trägeres Werkzeug erst so spät wie möglich einzusetzen. Aber wie kann der Einsatz eines CAD-<br />
Systems hinausgezögert werden?<br />
Ein weiterer Grund verführt dazu, CAD-Systeme frühzeitig einzusetzen: In vielen Planungsbüros werden heute<br />
Berechnungsprogramme direkt in Verbindung mit CAD Programmen verwendet. Um dem Architekten die<br />
gewünschten Daten liefern zu können, werden gleich die mächtigen und für grundlegende Änderungen<br />
weniger geeigneten CAD-Systeme verwendet. Unausbleibliche Änderungen werden somit teuer bezahlt.<br />
Kosten für Bearbeitung<br />
Skizze<br />
Kopf<br />
Szenario 1: Heute typischer Planungsablauf<br />
CAD<br />
Berechnung<br />
Zeit<br />
Das Ziel in der Vorplanungsphase ist es, frühzeitig und mit geringem Aufwand zu Berechnungsergebnissen<br />
und Massen zu kommen. Für die Berechnung eines Heizungs-, Kälte- oder Luftkanalnetzes ist die<br />
Strangführung wesentlich und sollte grafisch definiert werden. Auf den ersten Blick naheliegend, drängt sich<br />
der Einsatz eines CAD-Systems auf. Die Anlagen werden ohne vorherige Dimensionierung konstruiert. In
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einer sich anschließenden (Nach-) Berechnung werden die im CAD-System „geschätzten“ Abmessungen<br />
festgeschrieben, was einer ingenieurmäßigen Vorgehensweise widerspricht.<br />
Ein weiteres Problem liegt in der stockwerkweisen<br />
Planung im CAD-System. Für eine Berechnung ist eine<br />
korrekte logische Verknüpfung aller Pläne unerlässlich.<br />
Der Aufwand, die Daten aufzubereiten, ist auch mit den<br />
in den CAD-Systemen 'scheinbar' integrierten Berechnungsprogrammen erheblich und wird <strong>durch</strong><br />
nachträgliche Änderungen immer umfangreicher. Dies führt zu häufig dazu, auf korrekte Berechnungen zu<br />
verzichten. In der Praxis zeigt sich auch, dass in der Entwurfsphase CAD-Systeme für Ingenieure / Techniker<br />
keine geeigneten Werkzeuge für effektive Planungen sind.<br />
Ziel: Mit geringem Aufwand Berechnungsergebnisse und Massen erhalten<br />
Probleme: - Zu zeichnende Dimensionen liegen nicht vor<br />
- Abmessungen werden geschätzt<br />
- CAD arbeitet mit Stockwerkplänen, keine Bearbeitung <strong>des</strong> Gesamtmodells<br />
- großer zeitlicher Aufwand im CAD<br />
- CAD-System für Ingenieur / Techniker ungeeignetes Werkzeug<br />
Mit dem heute typischen Planungsablauf ist das Ziel nicht zu erreichen, da der zeichnerische Aufwand im<br />
CAD-System viel zu hoch ist. Auf jeden Fall muss die Berechnung vor dem Einsatz <strong>des</strong> CAD-Systemes<br />
liegen!<br />
Kosten für Bearbeitung<br />
Kopf<br />
Skizze<br />
Berechnung<br />
Szenario 2: Berechnung sollte vor CAD-Einsatz erfolgen<br />
CAD<br />
1. Lösungsschritt: Der Einsatz eines Entwurf-Werkzeugs<br />
Häufig wird in der TGA-Branche zuerst<br />
konstruiert und dann berechnet. Dies widerspricht<br />
einer ingenieurmäßigen Vorgehensweise.<br />
Zuerst berechnen!<br />
Zeit<br />
Der Planer muss dem Architekt bereits sehr frühzeitig Angaben z.B. über die Größe der<br />
Versorgungsschächte, Heiz-/Lüftungszentralen, Mauer<strong>durch</strong>brüche usw. liefern. Auch sollten die Daten für<br />
eine Ausschreibung meist lange vor der Ausführungsplanung vorliegen. Idealerweise sollten Berechnungen<br />
und Massenzusammenstellungen bereits frühzeitig und ohne großen Aufwand, möglichst als „Abfallprodukt“<br />
einer mehr oder weniger genauen Zeichnung (Skizze) erstellt werden können.
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Eine Berechnung setzt das Vorliegen eines kompletten Anlagenmodells voraus. Da zum schnellen Erstellen<br />
eines Anlagenmodells CAD-Systeme ungeeignet sind, kommt ein Entwurf-Werkzeug (CAE-System) zum<br />
Einsatz. Im folgenden wird von einem CAE-System gesprochen, wobei ein „echtes“ CAE-System gemeint ist<br />
(siehe Kasten).<br />
Vorteile:<br />
• Eine deutlich schnellere grafische Erfassung als im CAD-System, wobei die komplette Anlage in<br />
einem Anlagenmodell erfasst wird, anstelle vieler unzusammenhängender Stockwerkzeichnungen.<br />
• Nahtlose Integration der Berechnungsprogramme. Zeichnung und Berechnung bilden eine Einheit.<br />
Berechnungen können sofort nach dem Zeichnen ohne Datenübergaben <strong>durch</strong>geführt werden.<br />
• Änderungen (z.B. verschieben von Steigleitungen) werden im Anlagenmodell <strong>durch</strong>geführt. Dieselben<br />
Änderungen sind in stockwerk-orientierten CAD-Systemen aufwändig und fehleranfällig.<br />
• Die Kontrolle / Analyse der Eingabedaten und Berechnungsergebnisse der kompletten Anlage ist eine<br />
der Hauptstärken eines CAE-Systems und trägt zur Planungssicherheit bei.<br />
• Erstellen von Massenauszügen.<br />
• Die Entwürfe eines CAE-Systems können häufig als DWG-Vorlage ohne umfangreiches Nacharbeiten<br />
im CAD geplottet werden.<br />
• Grob-Koordination mit anderen Gewerken<br />
Nachteil:<br />
Nur „echte“ CAE-Systeme sind Entwurf-Werkzeuge<br />
Der Begriff CAE wird von vielen Software-Anbietern verwendet, um die angebotenen Programme<br />
Ingenieuren schmackhaft zu machen. Wenn CAD-Systeme mehr oder weniger integrierte<br />
Berechnungen enthalten, handelt es sich jedoch nicht um Entwurf-Werkzeuge. Für Ingenieure und<br />
Techniker geeignete Werkzeuge setzen zeitlich deutlich vor dem Einsatz eines CAD-Systems an.<br />
CAD-Systeme sind für diesen Einsatzzweck aufgrund der aufwändigen Bedienung denkbar<br />
ungeeignet. Abhilfe schafften hier „echte“ CAE-Systeme, die auf die Aufgaben der Ingenieure und<br />
Techniker zugeschnitten sind.<br />
• Sofern eine detaillierte 3D-Konstruktion im CAD-System erforderlich ist, muss die CAE-Vorlage im<br />
CAD nochmals gezeichnet werden.<br />
Der Einsatz eines CAE-Systems führt automatisch zu einer höheren Planungsqualität. Nachträgliche<br />
Änderungen sind im CAE-System wesentlich einfacher nachzuführen als im CAD, sodass das aufwändige<br />
CAD-System später zum Einsatz kommt. Die berechneten Dimensionen können zur Konstruktion in einem<br />
CAD-System verwendet werden. Trotz <strong>des</strong> nochmaligen Zeichnens der Anlage wird der Gesamtaufwand der<br />
Planung verringert.
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Kosten für Bearbeitung<br />
Szenario 3: Einsatz eines CAE-Systems<br />
2. Lösungsschritt: Statt Konstruieren - Generieren von CAD-Plänen<br />
Der oben beschriebene Nachteil <strong>des</strong> nochmaligen Zeichnens der Anlage kann mit einem leistungsfähigen<br />
CAE-System beseitigt werden. Aus der im CAE-System erstellte Entwurfsplanung werden automatisch Pläne<br />
aller Stockwerke für das CAD-System generiert. Der Zeichner erhält eine perfekte Vorlage, was eine enorme<br />
Zeitersparnis bedeutet. Wichtig ist, dass die generierten Pläne nicht „dumme“ Blöcke oder Linien einer<br />
gewöhnlichen DWG-Zeichnung sind, sondern intelligente Objekte. Die generierte Zeichnung ist identisch mit<br />
einer Zeichnung, die der Zeichner direkt im CAD-System erstellt hätte und kann so unmittelbar mit den<br />
vollständigen Fähigkeiten <strong>des</strong> CAD-Systems weiterverarbeitet werden. Aktuell wird das Generieren der Pläne<br />
von mh-software für AutoCAD ® - MEP angeboten.<br />
Kosten für Bearbeitung<br />
Kopf<br />
Kopf<br />
Skizze<br />
Skizze<br />
Entwurf<br />
CAE-Berechnung<br />
Entwurf<br />
CAE-Berechnung<br />
Szenario 4: CAE generiert „intelligente“ Pläne für CAD<br />
Einsparung<br />
CAD<br />
CAD<br />
Einsparung<br />
CAD-Pläne generieren<br />
Zeit<br />
Zeit
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Entwurf-Werkzeug generiert „intelligente“ Pläne für CAD
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Der Aufwand im CAD-System wird deutlich verringert. Die im CAE-System erstellten Entwürfe werden im<br />
CAD-System um Detailkonstruktionen, die Fein-Koordination mit anderen Gewerken und Schnitte ergänzt.<br />
Die Stärken eines CAE-Systems sind neben<br />
der schnellen Erfassung eines<br />
Anlagenmodells zweifellos die Flexibilität<br />
nachträglicher Änderungen. Hier<strong>durch</strong> kommt<br />
dem Zeitpunkt der Generierung der CAD-<br />
Pläne eine besondere Bedeutung zu. Wird das<br />
CAD-System zu früh eingesetzt, müssen<br />
nachträgliche Änderungen aufwändig im CAD-<br />
System nachbearbeitet werden. Es ist daher<br />
sinnvoll, den Einsatz <strong>des</strong> CAD-System so spät<br />
wie möglich vorzunehmen, um das<br />
Einsparungspotenzial <strong>durch</strong> das CAE-System<br />
vollständig auszuschöpfen.<br />
Teilweise wird es auch möglich sein, komplett<br />
auf die Detailkonstruktion in einem CAD-<br />
System zu verzichten, sofern die erzeugten<br />
DWG-Pläne den Anforderungen bereits<br />
genügen. In diesem Fall ist die Einsparung<br />
natürlich am größten. Das Bestreben sollte<br />
immer darauf ausgerichtet sein, den Einsatz<br />
<strong>des</strong> aufwändigsten Werkzeugs (CAD-System)<br />
zu minimieren.<br />
Kosten für Bearbeitung<br />
Kosten für Bearbeitung<br />
Kosten für Bearbeitung<br />
Kopf<br />
Kopf<br />
Kopf<br />
Skizze<br />
S kizze<br />
S kizze<br />
Entwurf<br />
CAE-Berechnung<br />
Einsparung<br />
CAD<br />
Früher Zeitpunkt <strong>des</strong> CAD-Einsatzes<br />
Entwurf<br />
CAE-Berechnung<br />
Einsparung<br />
CAD<br />
Später Zeitpunkt <strong>des</strong> CAD-Einsatzes<br />
Entwurf<br />
CAE-Berechnung<br />
Einsparung<br />
Verzicht auf den klassischen CAD-Einsatz<br />
Zeit<br />
Zeit<br />
Zeit
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CAE-System: ideal für Ingenieure / Techniker<br />
Wie aus dem zeitlichen Planungsablauf ersichtlich, sind CAE-Systeme maßgeschneiderte Werkzeuge für<br />
Ingenieure / Techniker. Bei einer Trennung der Arbeitsplätze verfügt sowohl der Zeichner mit dem CAD-<br />
System und der Ingenieur / Techniker mit dem CAE-System über ein aufgabenbezogenes, spezialisiertes<br />
Werkzeug.<br />
Kosten für Bearbeitung<br />
1<br />
Kopf<br />
2<br />
Skizze<br />
Der optimale Planungsablauf<br />
3 4<br />
Entwurf<br />
CAE-Berechnung<br />
CAD<br />
Planungsphase Werkzeug Bearbeiter<br />
1. Vorplanung Kopf Ingenieur<br />
2. Skizze (optional) Papier Ingenieur<br />
3. Anlagenmodell erfassen „echtes“ CAE-System Zeichner oder Ingenieur<br />
4. berechnen, analysieren, optimieren „echtes“ CAE-System Ingenieur<br />
5. „Intelligente“ CAD-Pläne generieren „echtes“ CAE-System Zeichner oder Ingenieur<br />
6. Detailkonstruktion CAD-System Zeichner<br />
7. Nachrechnung (optional) „echtes“ CAE-System Ingenieur<br />
Zeit<br />
Natürlich ist es auch möglich, dass der Zeichner die (grafische) Erfassung der Anlage im CAE-System<br />
vornimmt und der Ingenieur / Techniker die Berechnung <strong>durch</strong>führt, analysiert und optimiert. Im Gegensatz zu<br />
Ingenieuren und Technikern fällt es erfahrungsgemäß Zeichnern zunächst schwer, die grafische Erfassung in<br />
einem CAE-System vorzunehmen, da sich dieses grundsätzlich von der Bedienung eines CAD-Systems<br />
unterscheidet. Anstelle, wie im CAD-System üblich, eine Anlage Objekt für Objekt, wie mit einem Baukasten<br />
zusammenzufügen, steht im CAE-System die stockwerkübergreifende Strangführung im Fokus. Aufgrund der<br />
Aufgabenstellung ist die Bedienung darauf zugeschnitten, schnellstmöglich Berechnungsergebnisse und<br />
Massen zusammen mit einer Entwurfsplanung zu erhalten. Unabhängig davon, wer die grafische Erfassung<br />
im CAE-System vornimmt - die Belohnung sind automatisch generierten CAD-Pläne, die der Zeichner in<br />
5<br />
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seinem gewohnten CAD-System weiter bearbeiten kann. Sofern erforderlich, können die vom Zeichner<br />
modifizierten Pläne zu einer Nachrechnung wieder an das CAE-System übertragen werden, wo die<br />
Stockwerkpläne zu einem gesamten Anlagenmodell zusammengeführt werden und somit dem Planer die<br />
gewünschte Gesamtübersicht und Analysemöglichkeiten bieten.
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Arbeitsablauf – „echtes“ CAE-System und CAD-System:<br />
Am Beispiel einer Heizungsplanung<br />
„echtes“ CAE-System<br />
Gebäudedaten<br />
erfassen<br />
Gebäudemodell<br />
Heizkörper automatisch platzieren<br />
optional<br />
Heizlast<br />
Rohrnetz zeichnen<br />
Anlagenmodell<br />
Rohrnetz berechnen<br />
Anlagenmodell<br />
analysieren/korrigieren<br />
Anlagenmodell<br />
Doku<br />
Heizkörper-<br />
Auslegung<br />
DWG-<br />
Zeichnungen<br />
Rohrnetz übergeben<br />
Kontroll-Berechnung<br />
Anlagenmodell<br />
Generieren „intelligenter“ Pläne<br />
CAD-System<br />
IFC/Greenbuilding<br />
Daten aufbereiten<br />
Zeichnungen werden<br />
automatisch als<br />
Vorlage generiert<br />
Etagenweise Pläne für<br />
berechnetes Rohrnetz<br />
Korrekturen<br />
Anpassungen<br />
analysieren/korrigieren Berechnungsergebnisse übergeben<br />
Anlagenmodell Berechnetes<br />
Rohrnetz
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Analysen mit einem CAE-System gewährleisten Planungssicherheit<br />
Einem CAE-System stehen alle für die Berechnung erforderlichen Daten und<br />
Berechnungsergebnisse und die grafisch erfasste Anlage direkt und ohne Umwege zur Verfügung,<br />
wo<strong>durch</strong> bisher ungeahnte Möglichkeiten zur Analyse verschiedener Fragestellungen genutzt<br />
werden können. So kann z.B. das Netz mit beliebigen Werten eingefärbt werden, wobei die Farben<br />
über die Größe <strong>des</strong> Wertes Auskunft geben.<br />
Hierzu einige Beispiele:<br />
• Gibt es in einem Rohrnetz noch Teilstrecken mit nicht abgedrosselten Drücken?<br />
• Wo sind die Stellen mit den höchsten Strömungsgeschwindigkeiten?<br />
• Wird für Sammelleitungen Stahlrohr als Rohrmaterial verwendet?<br />
• In der Materialzusammenfassung wurde festgestellt, dass teilweise versehentlich Ventile<br />
eines falschen Herstellers verwendet wurden. Wo sitzen diese Ventile?<br />
• Mit welchen Nennweiten wurden die Verteil- und Steigleitungen ausgelegt?<br />
• Wo liegt der Hauptstrang (geschossübergreifend) im Anlagenmodell?<br />
Diese und ähnliche Fragestellungen lassen sich mit einem „echten“ CAE-System in kürzester Zeit<br />
direkt über die Grafik beantworten.<br />
Fazit: Einsparungen nur mit einem „echten“ CAE-System<br />
Die hier vorgestellte Planungsweise bietet im Vergleich zur heute typischen Vorgehensweise (Szenario 1)<br />
enorme Einsparpotenziale. Vorausgesetzt wird jedoch der Einsatz eines „echten“ CAE-Systems. Der Begriff<br />
CAE wird von vielen CAD-Systemen mit integrierten oder angedockten Berechnungen verwendet. Die<br />
Unterscheidung zu „echten“ CAE-Systemen ist wichtig, da nur diese den optimalen Planungsablauf<br />
unterstützen (siehe Kasten). Es kann nicht oft genug betont werden: Absolut entscheidend ist die Bearbeitung<br />
eines ständig verfügbaren Gesamtmodells. Nur mit einem vollständigen geschossübergreifenden<br />
Anlagenmodell können Berechnungen vor dem CAD-Einsatz <strong>durch</strong>geführt werden. Quasi als Abfallprodukt<br />
erhält der Zeichner generierte Stockwerkspläne zur Bearbeitung im CAD.<br />
Die grafische Erfassung einer Anlage im CAE-System ist wesentlich schneller als im CAD-System, sodass<br />
sich der Einsatz <strong>des</strong> CAE-Systems alleine schon zur Generierung von Plänen lohnt. Genauso wie der Ersatz<br />
<strong>des</strong> Zeichenbrettes <strong>durch</strong> CAD-Systeme einen Produktivitätsschub bewirkten, wird in Zukunft der Einsatz<br />
eines „echten“ CAE-Systems unverzichtbar sein.
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Nur „echtes CAE“ erfüllt die Erfordernisse moderner Planung<br />
„echtes“ CAE<br />
z.B. mh-software<br />
Gesamtes<br />
Gebäude- und<br />
Anlagenmodell<br />
Grafische Darstellung<br />
der kompletten Anlage<br />
Bequeme und<br />
übersichtliche<br />
Kontrolle und Analyse<br />
Bei Bedarf: Trennung<br />
der Arbeitsplätze<br />
CAD und Berechnung<br />
Bei Bedarf:<br />
Berechnung mit Grafik<br />
auch ohne CAD<br />
Schnelles Generieren<br />
„intelligenter“ Pläne<br />
Geringer Aufwand<br />
für Einarbeitung<br />
und Schulung<br />
Stockwerkorientierte<br />
CAD-Systeme /<br />
„unechte“- CAE-Systeme<br />
Nicht bearbeitbares<br />
Modell<br />
Projekte müssen<br />
umständlich aufgeteilt<br />
werden – fehleranfällig<br />
und aufwändig<br />
Kontrolle aufwändig,<br />
unübersichtlich und<br />
fehlerträchtig<br />
Alle Arbeitsplätze<br />
mit CAD ausgestattet<br />
→ kostenintensiv<br />
Berechnung ohne<br />
grafische Kontrolle<br />
→ fehleranfällig<br />
Zuerst aufwändig im<br />
CAD zeichnen,<br />
dann rechnen<br />
Komplexes Programm<br />
erfordert hohen<br />
Aufwand für Schulung