3D-CAD-BIBLIOTHEK DER KNOTENPUNKTE KOLEO NODEBASE

Der moderne Bausektor verlässt sich zunehmend auf digitale Technologien, und 3D-CAD-Bibliotheken spielen dabei eine zentrale Rolle. Sie sind nicht nur ein Speicher geometrischer Modelle, sondern umfassende Datenbanken, die Informationen über die physikalischen, mechanischen und betrieblichen Eigenschaften von Bauelementen enthalten. Bei Holzkonstruktionen, wo jeder Knotenpunkt für die Lastübertragung und die Gewährleistung der Stabilität von entscheidender Bedeutung ist, ist die präzise Planung dieser Elemente eine vorrangige Aufgabe.

Die Integration von 3D-CAD-Bibliotheken wie KOLEO NodeBase in den gesamten Planungsprozess (unter anderem mit BIM-Systemen) ermöglicht es Architekten und Ingenieuren, die Projektentwicklung erheblich zu beschleunigen, die Fehlerzahl zu minimieren und die Koordination zwischen allen Beteiligten des Bauprozesses zu verbessern. Die in der Bibliothek verfügbaren Standardknoten können schnell an die konkreten Projektanforderungen angepasst werden, was die Zeit spart, die früher für die Modellierung jedes Elements von Grund auf aufgewendet wurde. Dies ist besonders relevant im Kontext komplexer Holzrahmensysteme oder Konstruktionen aus Brettschichtholz (BSH), wo jedes Verbindungselement perfekt mit den anderen Komponenten abgestimmt sein muss. So muss beispielsweise zur Gewährleistung der strukturellen Integrität die Modellierungsgenauigkeit der Knotenpunkte mindestens 0,1 mm betragen, was ohne digitale Werkzeuge praktisch unmöglich zu erreichen ist. Darüber hinaus trägt der Einsatz standardisierter 3D-Modelle zu einem besseren Verständnis und einer besseren Interpretation der Projektdokumentation in der Produktions- und Montagephase bei, was der Schlüssel zur erfolgreichen Umsetzung des Projekts in der Ukraine und darüber hinaus ist.

Somit visualisieren 3D-CAD-Bibliotheken nicht nur Komponenten, sondern liefern auch die notwendigen technischen Informationen, die die Grundlage für weitere technische Berechnungen, Lastanalysen, bauphysikalische Modellierungen und die Bewertung von Konstruktionen bilden. Sie gewährleisten einen nahtlosen Übergang von der Idee zur Umsetzung und stellen sicher, dass alle Projektelemente den höchsten Qualitäts- und Sicherheitsstandards entsprechen.

KOLEO NodeBase ist nicht nur eine Sammlung von 3D-Modellen, sondern eine umfassende, parametrische Bibliothek, die speziell für die Planung von Holzkonstruktionen entwickelt wurde. Ihre Architektur ist so aufgebaut, dass sie maximale Flexibilität, Präzision und Benutzerfreundlichkeit gewährleistet. Die Bibliothek enthält ein breites Spektrum an Verbindungsknoten, die in verschiedenen Arten des Holzbaus eingesetzt werden – von traditionellen Verbindungen bis hin zu modernen verdeckten Metallverbindern und Knotenpunkten für CLT/BSH-Platten (Brettsperrholz/Brettschichtholz).

Jeder Knotenpunkt in KOLEO NodeBase ist als parametrisches Modell dargestellt, wodurch Benutzer seine Abmessungen, Winkel, die Anzahl der Elemente und andere Attribute leicht ändern können, ohne das Modell von Grund auf neu zeichnen zu müssen. Dies wird über veränderliche Parameter realisiert, die direkt im CAD-Programm eingestellt werden können. So können beispielsweise für den Knoten „Schwalbenschwanz“ die Kerbtiefe, die Zapfenbreite und die Anzahl der Verbindungen festgelegt werden, wodurch automatisch die entsprechende 3D-Geometrie generiert wird. Dies beschleunigt den Prozess der Anpassung der Knotenpunkte an konkrete Projektanforderungen erheblich. Die unterstützten Datenformate umfassen allgemein anerkannte Standards wie IFC (Industry Foundation Classes) und STEP (Standard for the Exchange of Product model data), was die Kompatibilität mit den meisten modernen BIM-Systemen und CAD-Plattformen gewährleistet. Dies stellt sicher, dass die Knotendaten problemlos zwischen verschiedenen Softwareprogrammen importiert und exportiert werden können, ohne dass Informationen verloren gehen.

Der Inhalt der Bibliothek umfasst folgende Knotenkategorien: tragende Verbindungen (Zapfen-, Kerbverbindungen), Befestigungen von Wandelementen am Fundament, Verbindungen von Deckenbalken, Knotenpunkte von Sparrensystemen sowie spezialisierte Knoten für hochtechnologische Holzsysteme wie Brettschichtholz (BSH) oder Fachwerk. Für jeden Knotenpunkt sind nicht nur die 3D-Geometrie, sondern auch Metadaten vorgesehen: Materialien, Standardabmessungen, zulässige Lasten, Befestigungsmethoden und Verweise auf die entsprechenden Baunormen, was NodeBase nicht nur zu einem Katalog, sondern zu einem intelligenten Planungswerkzeug macht. Dies ermöglicht es Architekten und Ingenieuren, Knotenpunkte nicht nur zu visualisieren, sondern auch alle notwendigen Informationen für Berechnungen und fundierte Entscheidungen über ihre Verwendung zu erhalten.

Einer der bedeutendsten Vorteile der Nutzung der 3D-CAD-Bibliothek KOLEO NodeBase ist ihre Fähigkeit, die Prozesse der Kostenschätzung und des Configure-Price-Quote-Verfahrens (CPQ) grundlegend zu vereinfachen und ihre Genauigkeit zu erhöhen. Unter den Bedingungen des ukrainischen Baumarkts, wo sich die Preiskonjunktur ständig ändert, ist die zügige und verlässliche Erstellung von Angeboten ein entscheidender Erfolgsfaktor.

Der traditionelle Prozess der Kostenermittlung für Holzkonstruktionen erfordert oft umfangreiche manuelle Berechnungen, die fehleranfällig sind und viel Zeit in Anspruch nehmen. KOLEO NodeBase löst dieses Problem durch die automatische Erstellung detaillierter Materialspezifikationen für jeden Knotenpunkt. Da jeder Knoten in der Bibliothek genaue geometrische und materialbezogene Daten enthält, kann das System automatisch das Holzvolumen, die Anzahl der Metallverbindungen sowie den benötigten Klebstoff oder die Dichtstoffe berechnen. Dies gewährleistet eine hohe Genauigkeit der Materialspezifikationen mit einer Abweichung von höchstens 1–2 %, was für die Budgetkontrolle entscheidend ist.

Die Integration von NodeBase mit CPQ-Systemen ermöglicht es, den Prozess der Erstellung kommerzieller Angebote erheblich zu automatisieren. Wenn ein Architekt oder Ingenieur Knotenpunkte in seinem Projekt auswählt und konfiguriert, kann das CPQ-System sofort die Kosten dieser Elemente unter Berücksichtigung der aktuellen Lieferantenpreise, Produktionskosten und Logistik berechnen. Dies verkürzt die Zeit von der Kundenanfrage bis zum fertigen Angebot von Tagen auf Stunden und steigert die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens. So kann beispielsweise für ein Hausprojekt mit 150 m² Fläche die manuelle Kostenermittlung der Knotenpunkte bis zu 8 Stunden dauern, während dies mit integriertem NodeBase in 15–30 Minuten erledigt werden kann. Eine solche Schnelligkeit ist besonders wertvoll auf dem Markt für Modulhäuser oder standardisierte Konstruktionen, wo die Reaktionsgeschwindigkeit auf Kundenanfragen die Kaufentscheidung direkt beeinflusst. Zusätzlich hilft NodeBase, die Kosten verschiedener Bearbeitungs- und Verbindungsarten zu berücksichtigen, wodurch der Kunde eine klare Preisstruktur sieht und optimale Lösungen wählen kann, was für beide Seiten transparent und vorteilhaft ist.

Der Brandschutz ist einer der wichtigsten Aspekte der Gebäudesicherheit, und bei Holzkonstruktionen gilt dies in besonderem Maße. Obwohl Holz ein brennbares Material ist, ermöglichen moderne Technologien und technische Lösungen das Erreichen hoher Feuerwiderstandsklassen, was durch europäische Normen bestätigt wird. KOLEO NodeBase integriert diese Anforderungen direkt in den Planungsprozess der Knotenpunkte und stellt Planern Werkzeuge zur Entwicklung sicherer Lösungen zur Verfügung.

Die wichtigste europäische Norm, die den Brandschutz von Baukonstruktionen regelt, ist EN 13501-2 „Klassifizierung von Bauprodukten und Bauteilen zu ihrem Brandverhalten – Teil 2: Klassifizierung mit den Ergebnissen aus den Feuerwiderstandsprüfungen, mit Ausnahme von Lüftungsanlagen“. Diese Norm definiert folgende Kriterien:

• **R (Tragfähigkeit):** Die Fähigkeit der Konstruktion, Lasten über einen bestimmten Zeitraum unter Feuereinwirkung standzuhalten.
• **E (Raumabschluss):** Die Fähigkeit der Konstruktion, das Durchdringen von Flammen und heißen Gasen zu verhindern.
• **I (Wärmedämmung):** Die Fähigkeit der Konstruktion, den Temperaturanstieg auf der unbeheizten Oberfläche zu begrenzen.

Für Holzknotenpunkte ist es entscheidend, diese Werte auf dem Niveau R30, R60 oder R90 zu gewährleisten, was den Erhalt der Funktionsfähigkeit über 30, 60 bzw. 90 Minuten bedeutet. So wird beispielsweise für tragende Wände von Wohngebäuden oft mindestens R30 gefordert, während für mehrgeschossige Gebäude R60 oder R90 erforderlich sein können. KOLEO NodeBase ermöglicht es Planern, Knotenpunkte auszuwählen, die bereits auf eine bestimmte Feuerwiderstandsklasse getestet oder berechnet wurden. Die Bibliothek enthält Daten zu typischen Lösungen für den Schutz von Holzelementen, wie den Einsatz nicht brennbarer Verkleidungen (Gipskarton, Zement-Holzspanplatten) oder speziellen Brandschutzimprägnierungen. Jeder solche Knotenpunkt verfügt über eine detaillierte Beschreibung mit Verweisen auf die entsprechenden Zertifikate oder Berechnungsmethoden gemäß EN 1995-1-2 (Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-2: Allgemeine Regeln – Tragwerksbemessung für den Brandfall).

Bei der Planung in NodeBase kann der Einfluss von Schutzschichten auf den Feuerwiderstand des Knotenpunkts visualisiert werden, wobei die Abbrandgeschwindigkeit des Holzes berücksichtigt wird (typischer Wert 0,7 mm/min für Nadelhölzer). Dies ermöglicht es nicht nur, fertige Lösungen auszuwählen, sondern sie auch anzupassen und ihre Übereinstimmung mit den Normen für ein konkretes Projekt unter den Bedingungen des ukrainischen Klimas und der ukrainischen Normenbasis zu überprüfen.

Die parametrische Modellierung ist eines der leistungsfähigsten Werkzeuge, die in die 3D-CAD-Bibliothek KOLEO NodeBase integriert sind. Diese Technologie ermöglicht es Architekten und Ingenieuren, nicht einfach statische Modelle zu verwenden, sondern dynamische, anpassungsfähige Knotenpunkte zu erstellen, die sich schnell an sich ändernde Projektanforderungen anpassen lassen. Dieser Ansatz steigert die Effizienz der Planung und die Optimierung baulicher Lösungen erheblich.

Anstatt jeden Knotenpunkt einzeln für verschiedene Holzquerschnitte oder Verbindungswinkel zu zeichnen, ermöglicht der parametrische Knoten die Änderung von Schlüsselparametern wie Länge, Breite, Kerbtiefe, Anzahl und Durchmesser der Verbindungsmittel direkt im Fenster des CAD-Programms. Wenn beispielsweise der Querschnitt eines tragenden Balkens von 160×240 mm auf 200×280 mm vergrößert werden muss, passt der entsprechende Knoten in NodeBase seine Geometrie automatisch an und gewährleistet eine korrekte Verbindung. Dies spart nicht nur Zeit, sondern minimiert auch das Risiko von Fehlern, die mit der manuellen Anpassung der Geometrie verbunden sind. Die Flexibilität besteht in der Möglichkeit, Knotenpunkte an unterschiedliche Lasten anzupassen: Bei der Berechnung der Tragfähigkeit einer Verbindung nach Eurocode 5 (EN 1995) kann der Ingenieur beispielsweise den Durchmesser und die Anzahl der Bolzen im Knoten ändern, und die Bibliothek berechnet und visualisiert das neue Design automatisch neu. Dies ist entscheidend für die Materialoptimierung und die Gewährleistung der Wirtschaftlichkeit des Projekts.

Parametrische Knotenmodelle in KOLEO NodeBase vereinfachen auch die Vorbereitung der Daten für die Fertigung auf CNC-Maschinen (computergesteuerte numerische Steuerung). Da jeder parametrische Knoten ein präzises 3D-Modell mit allen erforderlichen Abmessungen und Toleranzen ist, können diese Daten direkt in ein mit CNC-Anlagen kompatibles Format exportiert werden (zum Beispiel .bvn oder .kcl). Dies macht die manuelle Umwandlung von Zeichnungen überflüssig und minimiert die Fehlerwahrscheinlichkeit in der Produktion, wodurch eine hohe Fertigungsqualität der Bauteile mit einer Genauigkeit von bis zu 0,1 mm gewährleistet wird. Diese Integration von der Planung bis zur Fertigung ist entscheidend für die Umsetzung des Konzepts des „industriellen Holzbaus“, das die Erstellung komplexer Konstruktionen mit hoher Geschwindigkeit und Präzision ermöglicht.

Die Effizienz der 3D-CAD-Bibliothek KOLEO NodeBase wird durch ihre nahtlose Integration in den gesamten Lebenszyklus des Bauprojekts erheblich gesteigert – von der ersten Konzeption bis hin zu Fertigung und Montage. Dieser integrierte Ansatz bildet die Grundlage moderner Methoden des Building Information Modeling (BIM) und der Industrie 4.0 im Bauwesen.

In der Phase der konzeptionellen Planung können Architekten schnell geeignete Knotentypen aus der standardisierten Bibliothek durchsehen und auswählen, was eine rasche Bewertung der konstruktiven Möglichkeiten und ästhetischen Qualitäten ermöglicht. Jeder Knotenpunkt verfügt über Informationen, die eine Einschätzung seines Einflusses auf die Gesamtgeometrie und den visuellen Aspekt erlauben. Nach der Genehmigung des Konzepts können Ingenieure dieselben parametrischen Knoten aus NodeBase für detaillierte statische Berechnungen verwenden. Die in die Knotenpunkte integrierten Daten zu Tragfähigkeit, Steifigkeit und anderen mechanischen Eigenschaften gewährleisten eine präzise Modellierung des Verhaltens der Konstruktion unter verschiedenen Lasten. Dies ermöglicht die Optimierung der Elementabmessungen und die Überprüfung ihrer Übereinstimmung mit den Anforderungen von ДБН В.2.6-189:2013 „Konstruktionen von Gebäuden und Bauwerken. Holzkonstruktionen. Grundbestimmungen“ in der Ukraine.

Ein Schlüsselschritt ist die direkte Datenübertragung von der Planung zur Fertigung. Dank der hohen Detaillierung und Parametrisierung der Knotenpunkte in KOLEO NodeBase können die Informationen automatisch in Maschinencodes für CNC-Maschinen umgewandelt werden. Dies schließt den menschlichen Faktor bei der Interpretation von Zeichnungen aus, minimiert Materialabfälle und verkürzt die Fertigungszeit. Bei einem komplexen Modulhaus, in dem Hunderte einzigartige Knotenpunkte zum Einsatz kommen, ermöglicht beispielsweise die automatische Generierung von CNC-Dateien aus NodeBase eine Verkürzung der Fertigungsvorbereitungszeit um 30–50 % und eine Reduzierung der Ausschussrate auf 0,5–1 %. Dies gewährleistet eine hochpräzise Fertigung aller Holzkomponenten, was die anschließende Montage auf der Baustelle erheblich vereinfacht. Die Monteure erhalten präzise gefertigte Elemente, die perfekt zueinander passen, was den Montageprozess beschleunigt und die Gesamtqualität des Gebäudes erhöht. Somit ist NodeBase ein zentrales Element für das Erreichen von Effizienz und Innovation im Holzbau.

Der Einsatz der 3D-CAD-Bibliothek KOLEO NodeBase in ukrainischen Bauprojekten eröffnet erhebliche Möglichkeiten zur Optimierung und Qualitätssteigerung von Holzkonstruktionen. Die Bibliothek eignet sich hervorragend für ein breites Spektrum an Projekten, von privaten Wohnhäusern bis hin zu gewerblichen und industriellen Objekten.

**Fall 1: Schnelle Planung einer Ferienhaussiedlung aus Brettschichtholz.** In einem hypothetischen Projekt einer Ferienhaussiedlung in der Region Kiew, bei dem der Bau von 20 identischen Häusern aus Brettschichtholz geplant war, ermöglichte KOLEO NodeBase eine deutliche Beschleunigung der Planungsphase. Dank der parametrischen Knotenpunkte konnten die Architekten schnell Standardknoten für verschiedene Holzquerschnitte und Verbindungswinkel anpassen, die sich aus Variationen in den Dach- und Balkonprojekten ergaben. Anstelle eines Monats dauerte die Erstellung der Werkplanung der Knotenpunkte für ein Haus nur 5 Tage, wodurch die Planung der gesamten Siedlung in 2 Monaten statt der prognostizierten 5–6 Monate abgeschlossen werden konnte. Dies führte zu einer Reduzierung der Planungskosten um 40 % und einer beschleunigten Überführung des Projekts in die Fertigungsphase.

**Fall 2: Optimierung des Kostenvoranschlags für ein mehrgeschossiges Holzgebäude.** Für das Projekt eines 4-geschossigen Verwaltungsgebäudes aus CLT-Platten (Brettsperrholz) in Lwiw war die Genauigkeit des Kostenvoranschlags entscheidend. Der Einsatz von KOLEO NodeBase in Verbindung mit einem CPQ-System ermöglichte die sofortige Erstellung detaillierter Materialspezifikationen für Tausende von Verbindungselementen. Dies umfasste nicht nur die Holzteile der Knotenpunkte, sondern auch Befestigungselemente (Schrauben, Bolzen, Platten) sowie Brandschutzmaterialien. Das System berechnete automatisch die Menge und die Kosten der Materialien mit einer Genauigkeit von bis zu 0,5 %, was half, Budgetüberschreitungen zu vermeiden und Transparenz für den Investor zu gewährleisten. Darüber hinaus wurde auf Grundlage der NodeBase-Daten eine umfassende Brandschutzanalyse aller kritischen Knotenpunkte gemäß EN 13501-2 durchgeführt, die die Feuerwiderstandsklasse R60 für die tragenden Hauptkonstruktionen bestätigte, was eine zwingende Anforderung für diesen Gebäudetyp war.

**Fall 3: Gewährleistung des Brandschutzes in einem Freizeitkomplex.** Bei der Planung eines Freizeitkomplexes in den Karpaten, wo große Spannweiten aus verleimten Fachwerkträgern zum Einsatz kamen, betrug die Brandschutzanforderung R90. Dank NodeBase hatten die Ingenieure Zugriff auf eine Bibliothek von Knotenpunkten, die unter Berücksichtigung des Brandschutzes entwickelt wurden und spezielle Schutzverkleidungen sowie Abbrandberechnungen enthielten. Dies ermöglichte es, schnell geeignete Knotenpunkte auszuwählen und anzupassen, ihr Verhalten unter Feuereinwirkung zu modellieren und die Übereinstimmung mit den erforderlichen Parametern gemäß EN 1995-1-2 zu überprüfen. Der Einsatz der Bibliothek minimierte die Risiken von Abweichungen von den Brandschutzvorschriften und vereinfachte den Prozess der Erlangung der Genehmigungsunterlagen.