BIM in der Beleuchtung

Beleuchtung ist eine Disziplin zwischen Architektur und Elektrotechnik mit vielen Eigenheiten und sehr spezifischen Dingen. Es gibt eigene Berechnungen, Einheiten (sogar eine eigene SI-Einheit), Formate, Programme, Normen und Planungen.

Licht hat, wie auch die Architektur, einen gestalterisch-visuellen und einen planerisch-normativen Teil. Alle, die sich mit Beleuchtung beschäftigen, müssen diese beiden Komponenten beachten und kennen. Bei der Gestaltung mit Kunst- und Tageslicht geht es unter anderem um Betrachtungsfokus, Ambiente, Raumerscheinung und Präsents. Die numerische Planung von Licht lässt Bauwerke sicher erschließen und nutzen. Hier geben Normen viele Gütekriterien vor, die in Software mit vermessen Leuchten-Daten berechnet werden und vor-Ort gemessen werden können.

Licht ist schon seit den 90-er Jahren des vergangenen Jahrhunderts recht digital mit mehreren Formaten und Programmen. Es musste, danke der räumlichen Lichtausbreitung, auch schon immer im dreidimensionalen Raum gerechnet werden. Leuchten wurden als 3D-Modelle mit vielen Merkmalen räumlich verortet, geplant und visualisiert.

So ging es bei der BIM-Welle in den 10-er Jahren nach der Jahrtausendwende eher um Schnittstellen und Konvertierungen. Einen großen Vorteil sahen die Lichtplaner, wie vermutlich alle Fachplaner, in einer digitalen Übernahme und Übergabe eines digitalen Bauwerkes. Das Nachmodellieren von Bauwerken – ob Gebäude, Tunnel oder Kreisverkehr – für Lichtberechnungen war und ist ein großer Aufwand. Mit einem guten Bauwerksmodell reduziert sich der Szenenvorbereitungsaufwand auf das Zonieren von Tätigkeitsbereichen. Dabei legen Lichtplaner fest, was wo im Raum bzw. im Außenbereich passiert, um damit die Gütekriterien festzulegen.

Mit einem BIM-Modell haben die Lichtplaner heute eher zu viel Daten als zu wenig. Für eine Beleuchtungsplanung sind in der Regel nur die Raumbegrenzungsflächen (Decken, Wände, Böden …) mit ein paar wenigen Merkmalen interessant.

Mit dem digitalen Planen und Bauen kamen viele Veränderungen und Verbesserungen in den Abläufen und Prozessen. So ändern sich Tool-Chains und Kommunikations-Pfade – natürlich auch bei der Beleuchtung.

Die Einführung von BIM-Daten, Werkzeugen und Methoden verhält sich beim Licht ähnlich wie bei den andern Fachgewerken: regional/national unterschiedlich und heterogen. Nach dem ersten Hype kamen ein gesunder Realismus und eine langsam immer effizientere Anwendung. Die Digitalisierung eines so großen Clusters wie der Baubranche braucht etwas Zeit. Auch die CAD-Einführung hat Jahrzehnte gedauert (ist sie je abgeschlossen worden?).

Die Anwendung von Licht und Beleuchtung wird in einem CEN und einem ISO TC (technisches Komitee) international genormt. In CENELEC und IEC-Komitees für Leuchten geht es um die Normung der Produktsicherheit. Gestützt werden diese Strukturen durch viele nationale und internationale Verbände und Experten. In vielen Ländern gibt es Verbindungen von Lichtverbänden und buildingSMART. In Deutschland ist der Verband der Elektro- und Digitalindustrie (ZVEI) Mitglied bei buildingSMART Deutschland. Und auch international ist die Beleuchtung bei buildingSMART International engagiert. Mit Interesse und aktiver Teilnahme war die Beleuchtung bei der Gründung des DIN-Arbeitsausschusses BIM (heute NA 005-01-39) und des CEN/TC 442 (BIM) beteiligt. In den vergangenen Jahren wurden Liaisons zwischen BIM und Licht auf CEN und ISO gegründet, und es gibt einen regelmäßigen Austausch auf mehreren Ebenen.

Die Beleuchtungsnormung hat auf allen Ebenen Gruppen speziell für BIM gegründet und verfolgt auf Basis der BIM-Normung eine weiterführende Normung für Beleuchtung. Ganz generell stehen die BIM-Normung und die Licht-Normung von Verbandsebene bis zu ISO komplett für eine Open-BIM-Anwendung. Normen sind immer produkt- und firmenübergreifend.

In der Beleuchtungs-BIM-Normung war das Aufstellen von identifizierbaren und einheitlichen Merkmalen ein erster und wichtiger Schritt. Und dies auf Basis einer der ersten CEN-BIM-Normen, der EN ISO 23386. Hier werden Merkmale von Merkmalen normiert.

Mit der Beleuchtungsnorm CEN/TS 17623:2021 und derem globalen ISO-Nachfolger ISO/TS 7127 (Veröffentlichung vermutlich 2023) ist es möglich, rund 400 Leuchtenmerkmale eindeutig und universell zu kommunizieren. Besonders zwischen Programmen und Datenbanken können damit Leuchtendaten verständlich ausgetauscht werden.

Wenn zum Beispiel ein Leuchten-Lichtstrom ausgetauscht werden soll, dann kann dieser mit der GUID (Globally Unique IDentifier) „2oxTEZw7TCPPcnnsapMO1u“ eindeutig über alle Sprach- und Formatgrenzen hinaus gekennzeichnet werden. Damit werden Datenausleitungen deutlich leichter und strukturierter. Ausleitungen und Publikationen müssen nicht mehr umfangreich spezifiziert, erklärt und dokumentiert werden, wenn man sich auf eine Norm bezieht. Was zum Beispiel der Leuchten-Lichtstrom ist, wurde in der CEN/TS 17623 beschrieben.

Auf Verbandsebene arbeiten Experten schön länger an einer LOD-Skala bzw. LOD-Betrachtung von Leuchten. Eine reine Beschreibung in einer 100-er Skala, wie im BIM-Forum USA, erscheint den Lichtkollegen als zu grob.

Leuchten sind bereits in der LOD-Specification des BIM-Forums enthalten. Die neue BIM-Norm EN 17412 definiert LOD breiter und differenzierter als die Skalen zuvor, bzw., es gibt auch keine festgelegte Skala in dieser Norm. Diese LOD-Norm stellt die Anwendung (Warum, Wer, Wann, Was) in das Zentrum der Modelle und Datensätze.

Diesem Ansatz folgend haben wir für digitale Abbilder von Leuchten Anwendungsfälle beschrieben und klassifiziert. Wir sind auf 20 gekommen, von der Elektroplanung bis zum Recyclen werden Leuchten-Daten verwendet. Diese Anwendungsfälle haben wir dann mit benötigten Merkmalen und Geometrie-Eigenschaften versehen. Daraus wollen wir später sinnvolle LODs ableiten. Mit diesen LODs sollte die Kommunikation über Leuchten-Daten deutlich einfacher werden als heute. Man kann sich damit leicht auf einen Leuchten-Modell-Umfang verständigen.

Lichttechnische Formate

Zunächst muss bei den Lichtformaten zwischen Photometrieformaten und Leuchtenformaten unterschieden werden.

Die Photometrie, auch Lichtstärkeverteilungskurve (LVK) genannt, beschreibt den Lichtaustritt – in welche Richtung wird wie viel Licht aus der Leuchte abgegeben. Das ist eine wichtige Basis für alle Lichtberechnungen. Zu den photometrischen Formaten gehört das IESNA LM-63 Photometric Data File oder auch kurz IES Format genannt. In Europa ist das Eulumdat Format, auch LDT genannt, weit verbreitet.

Der modernste Vertreter von photometrischen Datenformaten ist das „Standard Format for the Electronic Transfer of Luminaire Optical Data” oder kurz IES-XML. Es gibt noch ein paar weitere Photometrie Formate, aber die sind deutlich weniger verbreitet bzw. werden weniger genutzt.

Datenformate, die Leuchten beschreiben, sind zum Beispiel das ROLF-Format von RELUX oder das ULD von DIAL. Diese beiden europäischen Softwarehäuser stellen Lichtplanungssoftware her, die weltweit genutzt wird. Aber auch eine Revit-RFA kann eine Leuchte recht gut abbilden.

Diese Formate können eine 3D-Geometrie, mehrere Lichtaustritte mit LVKs und eine Menge Merkmale beinhalten. Alle diese Leuchtenformate sind recht komplex und proprietär. ArchiCAD GDL und Eastern Graphics OFML können auch Leuchten geometrisch und mit Merkmalen abbilden und sind sogar offen dokumentiert; aber die Photometrie hat noch deutliche Lücken, und man merkt, dass hier primär Möbel bzw. allgemeine Objekte beschrieben werden.

Leuchten können auch im IFC abgelegt werden. Neben Geometrie und 48 nativen Merkmalen kann auch die LVK (IfcLightIntensityDistribution) im IFC gespeichert werden. Allerdings ist IFC ein Projektformat und kann nicht nur ein einzelnes Objekt – wie z. B. eine Leuchte – transportieren. Daher ist es für Hersteller und Nutzer heute uninteressant. In der europäischen BIM-Normung gibt es einen fertigen Entwurf für ein Produkt-IFC, den sogenannten COD – Construction Object Definition. Damit wäre eine Basis für ein IFC-basiertes Produktdatenformat geschaffen.

Das neue GLDF-Format (Global Lighting Data Format) ist ein großer Schritt weiter auf dem Weg zum perfekten Leuchtenformat. GLDF ist ein Containerformat speziell für Leuchten und eine neue Entwicklung von Licht-Software-Experten.

GLDF ist eine konsequente Weiterentwicklung der heutigen Formate ROLF und ULD, zusammen mit einer Nutzung in BIM-Umgebungen. Das Format ist offen und frei in der Nutzung als Open Source unter MIT-Lizenz. Daher kann jeder dieses Format direkt mit der Dokumentation oder mit freien Tools erzeugen. RELUX und DIALux und vermutlich auch weitere Anwendungen werden GLDF interpretieren, da auch das Importieren und Auswerten für alle frei möglich sein wird. In GLDF gibt es keine Grenze für den Asset-, Merkmals- oder Variantenumfang.

GLDF ist nicht einfach ein weiteres Datenformat, von denen es bei der Beleuchtung eher zu viel als zu wenig gibt. Es wird alle anderen ersetzen. Alle bisher existierenden Formate, falls diese überhaupt noch für Leuchten nötig werden, können aus GLDF erzeugt werden.

Weitere Details und Informationen zum GLDF-Format: Hier klicken