Wie man eine Gebäudehülle mit einer BIM-Software entwirft

Die Herausforderung für die Planer liegt in der Fähigkeit, die enorme Menge an technischen Daten, die jede Komponente der Gebäudehülle mit sich bringt, zu verwalten. In diesem Szenario ist der Übergang von traditionellen Arbeitsabläufen, die auf CAD-Zeichnungen basieren, zur BIM-Methodik keine Option mehr, sondern eine strategische Notwendigkeit für diejenigen, die auf Exzellenz und millimetergenaue Präzision abzielen.

In diesem Artikel werden wir die verschiedenen Arten von Gebäudehüllen untersuchen und analysieren, wie BIM es ermöglicht, einfache 2D-Zeichnungen in leistungsstarke Informationsmodelle zu transformieren. Wir werden sehen, wie die Integration dieser Daten entscheidend für die energetische Analyse und das Management des Lebenszyklus des Gebäudes ist.

Schließlich zeigen wir Ihnen, wie Sie das Element „Gebäudehülle“ praktisch in einer BIM-Software für die architektonische Planung verwenden können.

Planung und Verwaltung der Gebäudehülle

Was ist die architektonische Gebäudehülle und warum ist sie grundlegend für die Planung?

Die architektonische Gebäudehülle ist ein dynamisches und multifunktionales Organismus. Sie stellt die „Haut“ des Gebäudes dar, ein komplexes Schnittstellensystem, das gleichzeitig auf mechanische Belastungen, Energieflüsse und ästhetische Anforderungen reagieren muss.

Der Übergang von „Wand“ zu „Technologiesystem“

Während die Gebäudehülle in der Vergangenheit eine überwiegend statische und schützende Funktion hatte, spricht man heute von fortschrittlichen Schließsystemen. Die moderne Planung muss heterogene Elemente orchestrieren:

• thermo-hygrometrische Leistungen – Regelung von Wärme und Dampf zur Gewährleistung des Wohnkomforts und der Abwesenheit von Baupathologien (wie Schimmel und Kondensat);
• Strahlungskontrolle – Management der solaren Einträge durch intelligente Beschattungen und selektive Verglasungen;
• Schallschutz – Schutz vor Lärmbelastung, ein kritischer Faktor für die Lebensqualität im städtischen Bereich;
• Nachhaltigkeit und LCA – Auswahl von Materialien mit geringer Umweltbelastung über ihren gesamten Lebenszyklus.

Die zentrale Rolle in der integrierten Planung

Warum ist die Gebäudehülle der Dreh- und Angelpunkt des Projekts? Die Antwort liegt in der Energieeffizienz. Über 40% des Energieverbrauchs eines Gebäudes hängen von Wärmeverlusten oder -gewinnen durch opake und transparente Flächen ab. Eine schlecht geplante Gebäudehülle zwingt dazu, die Anlagen zu überdimensionieren, was Kosten und Verbrauch erhöht.

In der BIM-Methodik hört die Gebäudehülle auf, eine Linie auf einem 2D-Plan zu sein, und wird zu einer Sammlung von parametrischen Objekten, die reich an Daten sind. Jede Materiaschicht bringt Werte für den Wärmedurchgang, die thermische Trägheit und die Phasenverschiebung mit sich, was es dem Planer ermöglicht, das Verhalten des Gebäudes lange vor seiner Konstruktion vorherzusagen.

Um diese Komplexität zu bewältigen und die Gebäudehülle in ein leistungsstarkes Asset zu verwandeln, ist es unerlässlich, eine BIM-Software für die architektonische Planung zu verwenden, die eine präzise Modellierung und ein makelloses Datenmanagement ermöglichen. Mit dieser Software wird die Definition der Stratigraphien und die Kontrolle der Wärmebrücken zu einem integralen und fließenden Teil des kreativen Prozesses.

Verschiedene Typen von Gebäudehüllen und deren Anwendungen im BIM

Im BIM-Kontext ist jeder Typ von Gebäudehülle nicht nur eine ästhetische Wahl, sondern ein Set von parametrischen Eigenschaften, die den Energieverbrauch, die Mengenermittlung und die zukünftige Wartung beeinflussen.

Opaque Gebäudehülle

Es handelt sich um den traditionellen Typ, der durch eine hohe thermische Trägheit gekennzeichnet ist. Sie kann aus tragendem Mauerwerk, Beton oder geschichteten Trockenbausystemen bestehen.

Sie wird über die Definition von Materialschichten verwaltet. Jede Schicht (Putz, Dämmung, Ziegel) besitzt Attribute wie Wärmeleitfähigkeit (lambda) und Dichte (rho). Außerdem ermöglicht sie die analytische Kontrolle der thermischen Phasenverschiebung und der spezifischen Wärmespeicherfähigkeit, was eine präzise Verwaltung der Wärmebrücken in den strukturellen Knoten gewährleistet.

Transparente Gebäudehülle

Fenster und Dachfenster

Sie umfasst Fenster, verglaste Fassaden und Dachfenster. Sie ist das empfindlichste Element des Energiehaushalts, da sie sowohl positive Aspekte, wie den Lichteintrag, als auch negative Aspekte, da sie ein potenzieller Punkt der Wärmeverluste ist, beeinflusst.

Die Objekte „Fenster“ sind parametrische Komponenten, die Daten über den solaren Faktor (g) und die Lichtdurchlässigkeit enthalten. Es ist auch möglich, Tageslichtanalysen und Schattenberechnungen in Echtzeit durchzuführen. Die Berechnung der Luftlichtquotienten (RAI) und die Überprüfung der passiven Schallschutzanforderungen sind automatisiert, was die Fehlerquote bei der Einhaltung der Vorschriften drastisch reduziert.

Leichte Gebäudehülle und Vorhangfassaden

Typisch für die zeitgenössische Architektur trennt sie die tragende Funktion (Rahmen) von der Ausfachung (Glas oder Paneele). Die parametrische Modellierung ermöglicht die „Off-Site“-Vorfertigung. Durch den Export der Daten aus dem Modell zu CNC-gesteuerten Maschinen wird sichergestellt, dass jeder Pfosten oder jedes Glas mit millimetergenauen Abmessungen auf der Baustelle ankommt, wodurch Abfälle und Anpassungszeiten eliminiert werden.

Belüftete Gebäudehülle (Belüftete Fassaden)

Eine der effizientesten Lösungen für den hygrothermischen Komfort. Sie besteht aus einer Dämmschicht, einem Luftspalt und einer abstandgehaltenen Außenverkleidung.

Sie bietet einen überlegenen Schutz gegen Feuchtigkeit und sommerliche Überhitzung. Im BIM bedeutet dies die Möglichkeit, Luftströme zu simulieren und die Reduzierung der thermischen Strahlungslast auf die darunterliegenden Wände zu berechnen, was die Dimensionierung der Klimaanlagen optimiert.

Grüne Gebäudehülle (Grünwände und Gründächer)

Es handelt sich um lebende Systeme, die Vegetation auf der Außenfläche integrieren und zur städtischen Biodiversität und Isolation beitragen. Zudem verbessert sie drastisch das lokale Mikroklima und reduziert die städtische Wärmeinsel. In der Planungsphase ist es möglich, den Abflusskoeffizienten zu berechnen, der für das Management von Regenwasser auf dem Gelände entscheidend ist.

Typen von Gebäudehüllen

Von CAD-Zeichnungen zum BIM: Gebäudehüllen präzise importieren

Der Übergang vom CAD zum BIM stellt den Sprung von der grafischen Darstellung zur konstruktiven Simulation dar. Während in einer CAD-Software eine Gebäudehülle durch Paare von parallelen Linien ohne eigene Intelligenz beschrieben wird, werden diese Linien im BIM zu Objekten mit Dicke, Materialien, Kosten und thermischen Eigenschaften.

Die Herausforderung der Interoperabilität und der Datenbereinigung

Der erste Schritt für einen erfolgreichen Import betrifft die Vorbereitung der DWG- oder DXF-Datei. Ein häufiger Fehler besteht darin, zu schwere oder mit Elementen überladene Dateien zu importieren, die in der BIM-Software nicht benötigt werden oder nicht gelesen werden können.

Daher ist es vor dem Import entscheidend, verschachtelte Blöcke, nicht aufgelöste externe Referenzen und überflüssige Texte zu entfernen. Die Zeichnung muss auf das Wesentliche reduziert werden.

Vom Strich zur parametrischen Komponente

Sobald die Zeichnung als „Referenzfolie“ importiert ist, beschränkt sich der Planer nicht darauf, über die Linien zu zeichnen, sondern nutzt automatische Erkennungstools.

Die Linien, die die Dicke der Gebäudehülle im CAD definieren, werden in „Gebäudehüllen“ im BIM umgewandelt. Hier kommt die Leistungsfähigkeit der Datenbank ins Spiel: Dieser Strich erhält eine spezifische Schichtung (z. B. Außendämmung, Ziegel, Putz). Darüber hinaus werden die im DWG identifizierten Öffnungen zu „Einfügepunkten“ für intelligente Objekte.

Der Vorteil der millimetergenauen Präzision

Der präzise Import gewährleistet, dass das energetische und strukturelle Modell der Realität entspricht. Ein Fehler von wenigen Zentimetern beim Import der Gebäudehülle kann folgende Aspekte beeinträchtigen:

• die Berechnung der Flächen – entscheidend für die Mengenermittlung und die Schätzung der Materialien;
• die Schattenanalyse – eine korrekt im Raum positionierte Gebäudehülle gewährleistet realistische solare Simulationen;
• die disziplinarische Koordination – vermeidet Konflikte (Clash) zwischen der Gebäudehülle und der tragenden Struktur oder den Anlagen.

Was sind intelligente Objekte im BIM

Mit “intelligenten Objekten” sind Objekte gemeint, die automatisch in 3D oder 2D dargestellt werden können und eine große Menge an Informationen enthalten, beispielsweise zur Schichtung, zur Geometrie und zu den Materialien. Der Einsatz dieser Objekte ermöglicht eine dreidimensionale Darstellung des Gebäudemodells und gleichzeitig ein Informationssystem für das gesamte Bauwerk und jede seiner Komponenten.
Insbesondere werden wir sehen, wie man eine Gebäudehülle mit der BIM-Software für die architektonische Planung Edificius erstellt.

Einrichtung einer Gebäudehülle mit einer BIM-Software

Um eine Gebäudehülle in Edificius zu zeichnen, stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung.

Gebäudehülle wählen

Es ist möglich, es „freihändig“ zu zeichnen: Dazu muss das Wand-Objekt ausgewählt werden, und durch einen linken Mausklick in den Arbeitsbereich können Neigung und Länge grafisch festgelegt werden.

Alternativ: Nach der Angabe der Neigung kann die Länge der Gebäudehülle über die Tastatur eingegeben werden.

Die Länge und Neigung der Gebäudehülle definieren

Um die Arbeit zu beschleunigen, können Sie in im aktiven Plan eines Dokuments einen Grundriss im Format DXF als Hintergrund einfügen.

Dieser Grundriss wird zu einer äußerst praktischen Vorlage für die sofortige Anordnung der Objekte in der Tabelle. Die Möglichkeit, ohne großen Aufwand zu zeichnen, macht die Eingabe (Zeichnung der Objekte) besonders schnell und bequem.

Um einen Grundriss einzufügen, laden Sie ihn einfach über die Funktion “DXF/DWG-Zeichnung” im Plan hoch; dieser Vorgang öffnet den Dialog zur Auswahl der Zeichnung im Format DXF oder DWG, die im Plane übernommen werden soll.

Einfügen eines Grundrisses

Edificius ist in der Lage, in den Plänen automatisch Objekte zu generieren, indem einfach die entsprechenden Elemente der DXF- oder DWG-Zeichnung angegeben werden. Um die automatische Erkennung der Objekte zu aktivieren, wählen Sie “Gebäudehülle” und anschließend die Schaltfläche “DXF DWG” in der Multifunktionsleiste. Dieser Vorgang aktiviert den Erkennungsmodus und der Cursor nimmt das Aussehen eines Zauberstabs an.

Aktivieren der automatischen Erkennung

An diesem Punkt genügt es, um die Wand auf der DXF-Zeichnung zu verfolgen, einfach die Zeichnung „anzutippen“.

Im Plan müssen Sie lediglich einen Segment zeichnen, indem Sie die linke Maustaste gedrückt halten, das die beiden Striche der DXF/DWG-Zeichnung schneidet, die die Wände darstellen.

Wenn Sie die Maustaste loslassen, wird automatisch ein Wandobjekt generiert, das über die beiden angegebenen Striche der DXF/DWG-Zeichnung gelegt wird; die Dicke der Wand entspricht dem Abstand zwischen den beiden äußeren geschnittenen Strichen.

Automatische Objekterzeugung

Eine weitere Funktion, die uns hilft, das Zeichnen der Gebäudehüllen zu beschleunigen, ist die MagneticGrid2D.

Diese Funktion ermöglicht eine freie und anpassbare Gitterdefinition, indem Sie Gitter unterschiedlicher Größen zeichnen und kombinieren und in kürzester Zeit auch die kompliziertesten Maschen erstellen.

Um ein Gitter zu zeichnen, wählen Sie MagneticGrid2D aus und klicken Sie mit der linken Maustaste auf die Tabelle. Dieser Vorgang öffnet den Dialog, in dem Sie die Zeilen und Spalten des Gitters angeben müssen.

Mit das Magnetic Grid zeichnen

Nachdem Sie das erste Gitter gezeichnet haben, können Sie weitere Gitter zeichnen, um sie miteinander zu verbinden und das gewünschte Gitter zu erhalten.

Jetzt können Sie die Gebäudehüllen der Zeichnung dank der von dem Gitter bereitgestellten Snap-Funktionen einfügen, die es Ihnen ermöglichen, alle Gebäudehüllen bequem „frei Hand“ zu zeichnen.

Einfügen der Gebäudehülle

Auch in diesem Fall hilft uns Edificius, indem es dem Benutzer die automatische Erkennung der Objekte zur Verfügung stellt, um alle Gebäudehüllen schnell zu zeichnen.

Automatische Objekterkennung

Um die Umhüllungen automatisch zu zeichnen, müssen Sie die Funktion „MG2D“ in der Multifunktionsleiste auswählen und das Raster auf der Zeichnung auswählen.

Die Objekte sind mit speziellen Griffen ausgestattet, über die Sie einige geometrische Eigenschaften ändern können. Sie können alle gezeichneten Entitäten löschen, hinzufügen und ändern.

Objekteigenschaften ändern

Im Toolbox „Eigenschaften“ können auch andere Eigenschaften des Objekts definiert werden.

Eine Materialschicht wählen

Einige Tasten auf der Tastatur beschleunigen die Zeichnungsoperationen, wie zum Beispiel die Taste „A“, mit der Sie den Anfangs- oder Endpunkt eines Objekts in einem bestimmten Abstand von einem Punkt festlegen können.

Die Gebäudehülle werden automatisch unterbrochen, um eine größere Vielseitigkeit zu gewährleisten, sodass wir nur die Linien löschen müssen, die wir nicht benötigen. Mit der gebogenen Gebäudehülle ist es möglich, gebogene Linien zu erstellen (Beispiel: Wand eines Treppenhauses).

In der 3D-Ansicht können Sie die bisher gezeichneten Objekte visualisieren; außerdem können Sie Änderungen vornehmen, indem Sie bereits vorhandene Objekte ändern oder neue hinzufügen.

Abschließende Gebäudehülle

FAQ zur Planung einer Gebäudehülle

Was ist eine architektonische Gebäudehülle und warum ist sie in der Planung grundlegend?

Die architektonische Gebäudehülle ist ein dynamisches und multifunktionales System. Sie stellt die ‚Haut‘ des Gebäudes dar, ein komplexes Schnittstellensystem, das gleichzeitig auf mechanische Belastungen, Energieflüsse und ästhetische Anforderungen reagieren muss. Sie ist grundlegend, da sie das Zentrum der Energieeffizienz darstellt: Über 40 % des Energieverbrauchs eines Gebäudes hängen von Wärmeverlusten oder -gewinnen durch opake und transparente Flächen ab.

Welche Leistungen muss eine moderne Gebäudehülle garantieren?

Die moderne Planung muss heterogene Elemente orchestrieren, wie: thermo-hygrometrische Leistungen (Regulierung von Wärme und Dampf zur Gewährleistung des Komforts und der Abwesenheit von Schimmel); Strahlungssteuerung (Management der solaren Einträge); Schallschutz (Schutz vor Lärmbelästigung); Nachhaltigkeit und LCA (Auswahl von Materialien mit geringer Umweltbelastung über ihren gesamten Lebenszyklus).

Wie wird die Gebäudehülle in der BIM-Methodik verwaltet?

In der BIM-Methodik hört die Gebäudehülle auf, eine Linie auf einem 2D-Plan zu sein, und wird zu einer Sammlung von parametrischen Objekten, die reich an Daten sind. Jede Schicht der Materialschicht bringt Werte für Wärmeübergang, thermische Trägheit und Phasenverschiebung mit sich, was es dem Planer ermöglicht, das Verhalten des Gebäudes lange vor seiner Konstruktion vorherzusagen und thermische Brücken sowie strukturelle Knoten reibungslos zu verwalten.

Was sind die Vorteile der transparenten und leichten Gebäudehülle im BIM?

Für die transparente Gebäudehülle (Fenster und Oberlichter) ermöglicht BIM Tageslichtanalysen, automatische Berechnung der Tageslichtquotienten (RAI) und Überprüfung der akustischen Anforderungen. Für die leichte Gebäudehülle und die durchgehenden Fassaden erleichtert die parametrische Modellierung die ‚Off-Site‘-Vorfertigung, indem sie es ermöglicht, Daten an CNC-Maschinen für Komponenten mit millimetergenauen Abmessungen zu exportieren, wodurch Abfälle und Leerlaufzeiten eliminiert werden.

Was zeichnet die belüftete Gebäudehülle und die grüne Gebäudehülle im BIM-Prozess aus?

Die belüftete Gebäudehülle bietet einen überlegenen Schutz gegen Feuchtigkeit und Überhitzung; im BIM ist es möglich, die Luftströme zu simulieren und die Dimensionierung der Anlagen zu optimieren. Die grüne Gebäudehülle (grüne Wände und Dächer) trägt zur Biodiversität bei und reduziert die Wärmeinsel; in der BIM-Planungsphase ist es möglich, den Abflusskoeffizienten für das Management von Regenwasser zu berechnen.

Wie erfolgt der Übergang von CAD-Zeichnungen zu BIM für die Gebäudehülle?

Der Übergang stellt den Sprung von der grafischen Darstellung zur konstruktiven Simulation dar. Nach der Bereinigung der DWG/DXF-Datei (Entfernung von verschachtelten Blöcken und überflüssigen Texten) verwendet der Planer automatische Erkennungstools, um die Linien des CAD in ‚Gebäudehüllen‘ im BIM zu konvertieren, spezifische Materialschichten zuzuweisen und die Öffnungen in Einfügepunkte für intelligente Objekte zu verwandeln.

Warum ist die millimetergenaue Präzision beim Import der Gebäudehülle wichtig?

Ein präziser Import stellt sicher, dass das Modell der Realität entspricht. Fehler von wenigen Zentimetern können die Flächenberechnung (grundlegend für Mengenermittlung und Materialschätzung), die Schattenanalyse (für realistische Sonnensimulationen) sowie die fächerübergreifende Koordination (Vermeidung von Clashs oder Interferenzen zwischen Gebäudehüllen, Tragwerk und Haustechnik) beeinträchtigen.