Das Thema Building Information Modeling (BIM) begleitet Software-Firmen schon seit Jahren. Diese stellen aber erst in den letzten Monaten ein zunehmendes Interesse an dieser Projektmethodik fest. Allerdings herrscht auch noch eine grosse Unsicherheit: Wie wird sich der BIM-Prozess im alltäglichen Arbeitsprozess auswirken und mit welchen Lösungen können diese Prozesse gestemmt werden?

Der nachfolgende Blog erläutert, mit welchen Lösungen eine problemlose Einführung von BIM in einem Unternehmen erfolgen kann und wie man sich einen modernen BIM-Workflow in der Gebäudetechnik konkret vorstellen darf.

BIM als neuer Arbeitsprozess

In der Bauindustrie beschäftigt sich Building Information Modeling ( BIM) mit der Entwicklung und dem Betrieb von Gebäuden mit digitalen Daten, auf die alle am Bau beteiligten Personen zugreifen können. Im Kern ist BIM eine Philosophie, die in allen Phasen des Lebenszyklus eines Bauwerks neue Denk- und Arbeitsweisen hervorbringt. Im Zentrum steht das koordinierte Gebäudemodell, welches auf den Eckpfeilern Kollaboration und geteilte Informationen aufbaut.

Mit der fortschreitenden, weltweiten Verbreitung von BIM begreifen die Beteiligten der Baubranche den Wert der Methode immer besser als einen interaktiven Arbeitsprozess, der die Art und Weise verändert, wie Bauwerke geplant, gebaut, betrieben und verwaltet werden. BIM erhält immer mehr Einfluss darauf, wie Gebäude aussehen, funktionieren und wie die verschiedenen Beteiligten an der Planung und Ausführung mitwirken.

Ziele von BIM:
•    Zuerst virtuell bauen, dann real bauen
•    Mit der virtuellen Bauplangrundlage auf die reale Baustelle
•    Reduktion von Fehlern
•    Bessere Zusammenarbeit und Kommunikation
•    Höhere Planbarkeit des Bauablaufs
•    Nutzung neuer Technologien

Kommunikation und neue Rollen
Der digitale Wandel schlägt sich auch spürbar in der Baubranche nieder. Mit den neuen digitalen Technologien ergeben sich ganz neue Möglichkeiten in Prozessen sowie in der Kommunikation. Besonders die Kommunikation spielt im BIM-Prozess eine zentrale Rolle. Schon zu Beginn eines Projekts vernetzen sich alle am Bau beteiligten und definieren die Projektziele sowie gemeinsame Standards. Innerhalb des BIM-Planungsprozesses entstehen neue Rollen:

BIM-Manager
•    Verantwortliche Stelle in einem Unternehmen für digitale Bauprozesse
•    Prüft neue Technologien
•    Erstellt die Strategie für zukünftige Bauprojekte
•    Definiert Prozesse, Meilensteine
•    Definiert Struktur der Modelle

BIM-Koordinator
•    Sorgt dafür, dass alle beteiligten Parteien die gleichen Standards einhalten
•    Überwacht die Prozesse und Termine
•    Bereitet BIG-Room-Meetings (mit allen beteiligten Planern) vor und strukturiert das Gebäudemodell

 

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Reale Umsetzung von BIM in der Gebäudetechnik

Am Beispiel eines Umbauprojektes
Bei Umbau, Renovationen und Erweiterungen steht man als Bauherr oder Planer häufig vor der Herausforderung, dass die Planungsgrundlagen mangelhaft sind. So existieren, wenn überhaupt, oft nur veraltete Pläne. Ein Gebäude entwickelt sich aber auch nach der Inbetriebnahme weiter. Nutzungsbedingte Änderungen und Erweiterungen fliessen nur selten in die Pläne ein. In diesen Fällen musste früher das gesamte Gebäude neu vermessen werden, was über Wochen dauern konnte.
Mit der Nutzung neuer Technologien wird der gesamte Arbeitsprozess digitalisiert und optimiert. Planungsgrundlagen werden innert Kürze über 3D-Laserscanner digital aufgenommen und zur Bearbeitung im CAD bereitgestellt und modelliert.

Gemeinsamer Datenaustausch über BIM-Plattform

Als zentrales Element zur Umsetzung eines BIM-Workflow gehört eine Plattform zum gemeinsamen Informations- zugriff und Informationsaustausch. Die zentrale BIM-Plattform stellt im Workflow zum Beispiel die Cloud-Software «Trimble Connect» dar. Diese Plattform verbindet die Dateiverwaltung, den Datenzugriff, Benachrichtigungen und die Aufgabenverwaltung. Mit Trimble Connect werden die BIM- Daten des Projektteams an zentraler Stelle mit gemeinsamem Datenzugriff gelagert. Modelle werden aus beliebigen Modellierungsprogrammen in einer übergreifenden Koordinatenansicht kombiniert.

Bestandsaufnahmen mit 3D-Laserscanner

Der BIM-Workflow startet mit der Bestandsaufnahme von Räumen, Hallen und  Fassaden. Mit der rasanten Entwicklung der hochpräzisen Laserscanning-Technologien findet hier ein beeindruckender Wandel statt. Innert weniger Minuten und per Knopfdruck wird ein gesamter 360°-Scan durchgeführt. Das Resultat sind exakte Punktwolken, aus denen genaue Messungen entnommen oder Modelle erzeugt werden können. Die 3D-Scanning-Technologie erlaubt eine schnelle und einfache DokumentAtion der Scan-Daten, welche direkt mit dem Projektteam im Büro geteilt werden kann, um so den Ist-Zustand auf der Baustelle mit dem Modellentwurf zu vergleichen.

 

Modellierung von 3D-Gebäudemodellen für Planung, Visualisierung und Simulationen

Mit den in der Bestandsaufnahme ge wonnenen Daten in Form einer Punktwolke werden Gebäudemodelle erzeugt, welche später als Grundlage für die weitere Planung dienen. Mithilfe von Modellierungs-Programmen wie Trimble RealWorks und Trimble Edge-Wise wird anhand der Punkte ein exaktes 3D-Projekt modelliert und zur Weiterverarbeitung im CAD nutzbar gemacht. Anhand der Dichte der Punkte und weiteren spezifischen Merkmalen wird erkannt, ob ein ausgewähltes Objekt ein Rohr, ein Lüftungskanal, eine Rampe, eine Wand oder ein Träger ist und dementsprechend werden dann die Elemente modelliert.
Ein Modellier-Team erstellt je nach Bedarf die Modelle als IFC-, 3D-DWG- oder nova-Projekt ( IFC und 3D-DWG sind Datenformate für Gebäudemodelle, IFC = Industry Foundation Classes, nova = Trimble-Planungssoftware). Die modellierten Pläne werden danach wieder über die Datenplattform Trimble Connect allen am Bau beteiligten Personen zur Verfügung gestellt.

Automatisierte Vermessungen mit Robotic Total Stations ( RTS )

Als nächster Schritt im BIM-Workflow werden die Punkte aus dem Gebäudemodell direkt auf der Baustelle elegant digital, papierlos und schnell abgesteckt.
Die Folgen von Ungenauigkeiten bei  der manuellen Ausführung hatten bisher grosse negative Auswirkungen auf den weiteren Arbeitsablauf. Mit dem Einsatz einer Robotic Total Station werden die Punkte vom CAD direkt auf die Baustelle gelasert. Weil die RTS direkt aus dem Gebäudemodell arbeitet, werden weniger Fehler gemacht. Für den Einsatz der Robotic Total Station wird zudem nur ein Mitarbeiter vor Ort benötigt. Im Prinzip führt die Robotic Total Station die gesamte Arbeit aus, während der Nutzer dem Laser folgt, wobei jeder Punkt bis auf wenige Millimeter genau entsprechend des Punkts im 2D/3D-Modell markiert wird. Auf diese Weise können gleichzeitig die Installationen mehrerer Subunternehmer präzise positioniert werden, was gewährleistet, dass es auf der Baustelle zu keinen Verzögerungen kommt.

Die Robotic Total Station von Trimble arbeitet mit denselben 2D-Zeichnungen bzw.  3D-Modellen wie andere in das Projekt involvierte Betriebe. Dies vereinfacht und beschleunigt die Zusammenarbeit. Aus dem Gebäudemodell kann direkt auf die Absteckungs-Koordinaten zugegriffen werden. Änderun- gen der Positionen können während der Erstellung fotografiert und dokumentiert werden. Dadurch beschleunigt sich der Datenaustauschprozess zwischen Modell, Entwurf, BIM und Baustelle.

BIM-Gebäudetechnik-Planung mit Plancal nova

Als Planungstool ist die 3D/CAD/ CAE-Software « Plancal nova », dank ihrer langjährigen gebäudeorientierten Sicht gut für BIM aufgestellt. Heute sind zunehmend die Architekten in der Lage, IFC-Dateien zu übergeben, die als Grundlage für das Gebäudemodell Verwendung finden. Aus den IFC-Daten wird ein Kalkulationsmodell erstellt, welches die Grundlage für die weiteren Berechnungen wie Heizlast ( SIA 384.201 ), Kühllast ( VDI 2078 mit Schweizer Klimadaten) sowie weitere energetische Berechnungen ( SIA 382/2, SIA 380/1 ) ist. Damit wurde das reine 3D-Geometrie-Zeichnen ( CAD = Computer Aided Design) ergänzt zu einem modernen Werkzeug für «CAE» ( Computer Aided Engineering).

Hierbei werden aus dem Kalkulationsmodell umfangreiche Daten berücksichtigt. Dazu gehören unter anderem Informationen zu angrenzenden Räumen, geschossübergreifenden Situationen, Verschattungsberechnungen sowie Betrachtungen von Raumgruppen ( Wohnungen/Zonen). Die Ergebnisse dieser gebäudeorientierten Berechnungen sind dann die Grundlagen für die Auslegung der  jeweiligen  Verbraucher.  Die nachfolgende Auslegung der Fussbodenheizung oder der Heizkörper erfolgt ebenfalls im Gebäudemodell und nutzt die gleichen Rauminformationen. Es werden dann die Verbraucher für die Bereiche Heizung, Trinkwasser und Abwasser erfasst. Über Anlagenetze werden die Verbraucher des gleichen Ge- werks miteinander verbunden. Die Anlagen werden anschliessend nach den einschlägigen Normen ( z.B. EN 806/Regelwerk W3 d oder EN 12056 ) berechnet, wobei immer die Gesamtanlage im kompletten Gebäude berücksichtigt wird. Mit diesen  Informationen wird die im BIM-Prozess oftmals gewünschte 3D-Ausprägung der Netze erzeugt.

Bei der Generierung wird auf echte 3D- Bauteil-Datensätze der Hersteller zurückgegriffen, welche in einer ständig wachsenden Anzahl von Katalogen in der Plancal nova hinterlegt sind. Alternativ stehen auch normierte, neutrale Bauteilkataloge zur Verfügung. Es ist hervorzuheben, dass Plancal nova besonders gut auf häufig auftretende Änderungen im Planungsalltag vorbereitet ist. Da die grundlegenden Berechnungen mit den weiterführenden Berechnungen verbunden sind, können Veränderungen schnell in allen Komponenten berücksichtigt werden.
Für die modellorientierte Arbeitsweise stehen dann jegliche Informationen für die BIM-Bearbeitung bereit. Falls gewünscht, können diese verfügbaren Informationen auch als IFC-Datenpaket herausgegeben werden. Auch Elektrobauteile werden in das Gebäudemodell eingebracht. Für die zeichnerische Darstellung steht eine umfangreiche Objektbibliothek mit technisch orientierten 3D-Darstellungen zur Verfügung.
Der Anwender ist in der Lage, über Steuerungswerkzeuge genau festzulegen, welche Informationen ausgegeben werden. Er kann über eine Attributsvogabe an den Bauteilen und einer individuell einstellbaren Steuerungsvorgabe für die IFC-Ausgabe genau festlegen, welche Informationen an den einzelnen Komponenten bereitgestellt werden sollen ( Detaillierungsgrad der grafischen Darstellung, Beschriftungen etc. ) und diese können dann auch noch mit freien Attributen ergänzt werden.

Plancal nova ist als Software ideal für den BIM-Workflow aufgestellt und unterstützt die Planungsarbeiten über den gesamten BIM-Prozess.

BIM setzt auf die Nutzung von neuen Technologien

Mixed Reality wird sich in den nächsten Jahren erheblich auf die Bauindustrie auswirken. Zum Beispiel mit den neuen

Möglichkeiten dank 3D-Hologramm- Darstellung auf der Baustelle mit Microsoft HoloLens. Die Technologie adres- siert einige der grossen Ineffizienzen der Industrie während den Entwurfs-, Aufbau- und Betriebsstadien. Kombiniert mit Trimble-Produkten und mit BIM als Hauptdatenquelle, verbessert Mixed Reality die Kommunikation, strafft die Workflow-Integration und ermöglicht eine Echtzeit-Zusammenarbeit mit entfernten Teams. Gemeinsam mit Microsoft entwickelt Trimble die perfekten Lösungen für die Gebäudetechnik, um die Lücke zwischen der virtuellen und der physischen Welt zu schliessen: Ziel ist die räumlich übereinstimmende Visualisierung des kompletten 3D-Modells auf der realen Baustelle. Microsoft HoloLens ist der erste voll- ständig kabellose, holografische Computer, der es ermöglicht, hochauflösende Hologramme in die reale Welt zu projizieren. Die Datenbrille verfügt über eine durchsichtige, holografische Anzeige und erweiterte Sensoren, die die physische Umgebung abbilden. HoloLens ermöglicht Benutzern die Platzierung und Interaktion mit 3D-Hologrammen in der physischen Umgebung.

Microsoft Hololens

BIM-Dienstleistungen

Unternehmen, die bislang keine BIM-Ressourcen aufge- baut haben, können auf externes Fachwissen vertrauen. Neben dem Wettbewerbsvorteil hinsichtlich der BIM-Kompetenzen können mit dem Zukauf externer Dienstleistun- gen von Trimble auch Kosteneinsparungen in jeder Phase des Prozesses erreicht werden.
Diese Dienstleistungen umfassen u. a. das 3D-Laserscanning oder die Erstellung von 3D-Modellen auf Basis von Punktwolken. Durch den Bezug externer Dienstleistungen kann sichergestellt werden, dass Unternehmen für alle Phasen eines jeden BIM-Projekts optimal gerüstet sind und dass keine Offerte mehr aussichtslos ist wegen fehlender BIM-Ressourcen oder -Kompetenzen. Unabhängig davon, ob es sich um ein kleines, mittleres oder grosses Unternehmen handelt.

Fazit

Dank moderner Technik eröffnet das dreidimensionale digitale Planen und Realisieren auf der Baustelle attraktive neue Möglichkeiten. Für eine problemlose Einführung von BIM in einem Unternehmen gibt es für jeden konkreten  Fall passende BIM-fähige Produkte und Lösungen. Die Anbieter von BIM-Hardware, -Software und -Dienstleistungen unterstützen die HLKSE-Firmen bei ihren Projekten und bei der Einführung moderner Arbeitsprozesse mit BIM. Mit dem beidseitig vorhandenen branchenspezifischen Gebäudetechnik-Fachwissen kann auch für individuelle Anforderungen der Projektführung eine Lösung gefunden werden. 

* Autoren: Georg Hewelt, Danielle von Arb, Martin Vanek, alle tätig im BIM-Fachbereich von Trimble.


 

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