Mit digitalen Pendants rationeller planen

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• Herstellerspezifische BIM-Objekte haben viele Vorteile für die Planung, Berechnung, Simulation, Bestellung, Lieferung, Ausführung und Nutzung von Bauwerken. Sie rationalisieren Arbeitsabläufe, reduzieren Fehlerquellen und steigern die Planungssicherheit.
• Für Produkthersteller eröffnen sie neue Vertriebswege. Andererseits verursachen die Konzeption, Erstellung, Bereitstellung und Pflege von BIM-Objekten für Hersteller einen erheblichen Aufwand.
• Die geringe Verbreitung von BIM (in Deutschland), teilweise noch in der Entwicklung befindliche Standards für die Normierung strukturierter BIM-Objektdaten sind weitere Gründe für die aktuelle Zurückhaltung von Produktherstellern, BIM-Objekte bereitzustellen. Das dürfte sich aber künftig ändern.

Die Bereitstellung herstellerspezifischer Produktdaten in Form gedruckter oder digitaler Kataloge generiert einen hohen Arbeitsaufwand bei Produktherstellern, Softwareanbietern, Planern, Händlern, Handwerkern und Endkunden. Alle am Projekt Beteiligten müssen die jeweils benötigten Daten aus verschiedenen Quellen mühevoll zusammentragen und in unterschiedlichen Datenformaten digital verarbeiten. Medienbrüche, Mehrfacheingaben und unterschiedliche Aktualitätsstände provozieren Fehler.

BIM-Objekte versprechen Abhilfe. Sie sind quasi digitale Entsprechungen realer Bau- oder Haustechnikprodukte. Sie enthalten über die Geometriedaten hinaus planungs-, ausführungs- und nutzungsrelevante Produktinformationen. Das sind zum einen strukturierte Daten, die Produkte vergleichbar machen, wie Leistungsangaben, Abmessungen, Gewichte, Beiwerte, Einsatzgrenzen etc. Zum anderen sind das unstrukturierte Herstellerdaten, wie lieferbare Varianten, Bestelldaten, Preise, Lieferzeiten, Montage- oder Wartungsinformationen etc.

Auf Grundlage all dieser Daten werden Termin- und Kostenaussagen verlässlicher, Ausschreibungen einfacher, Berechnungen und Simulationen präziser. Handel und Handwerk können damit die Bestellung, Lieferung, Ausführung und Montage rationalisieren. Betreiber erhalten detaillierte Informationen über verbaute Produkte. BIM-Objekte können noch mehr und werden sich vielfältig auswirken: auf die Entwicklung und den Vertrieb von Produkten, auf die Bauplanung, Ausschreibung, Realisierung und Nutzung – bis hin zum Abriss und Recycling.

BIM-Objekte aus Anwendersicht

Ob für erste Abschätzungen des Platzbedarfs in der Entwurfsplanung, für Systemschnitte oder Anschlussdetails in der Werk- und Detailplanung – stets werden konkrete Abmessungen und Ausformungen von in die Gebäudestruktur einzubauenden Objekten benötigt. Bisher werden DXF-, DWG- oder PDF-Zeichnungen eines Fahrstuhlschachtes, eines Waschbeckens oder Heizkessels von entsprechenden Datenbanken oder den Webseiten der Hersteller heruntergeladen und in die CAD-Planung eingefügt.

Das ist zwar schneller als das Nachzeichnen oder Scannen von Produktkatalogen, schöpft aber nur einen Bruchteil der Rationalisierungspotenziale digitaler Prozessketten aus. Auch für die Ausschreibung oder Kostenschätzung relevante Daten müssen sich Planer umständlich Informationen aus verschiedenen Quellen zusammensuchen. Das birgt die Gefahr, dass sich zum Beispiel durch veraltete Informationsstände Fehler einschleichen.

Dass es auch anders geht, zeigen diverse Bau- und TGA-Produkthersteller wie Buderus, Danfoss, Dimplex, Daikin, Dorma, Geberit, Grundfos, Hilti, Kermi, Knauf, Lamilux, Schüco, Oventrop, Velux und viele weitere. Anstelle zweidimensionaler, „dummer“ Produktsymbole offerieren sie seit einigen Jahren „intelligente“, das heißt parametrisierbare, konfigurierbare und mit zahlreichen Produktattributen versehene BIM-Objekte zum kostenlosen Download – in der Regel in mehreren Datenformaten, z. B. im nativen Format BIM-fähiger CAD-Programme wie Allplan, ArchiCAD, Revit etc. oder als neutrale XLS-, DWG- oder IFC-Datei.

Alle planungsrelevanten Objektinformationen wie verfügbare Abmessungen, Ausführungen und Ausstattungen, technische Daten, Brandschutzklassen oder bauphysikalische Daten sind mit den BIM-Objekten verknüpft, sodass man diese für die Planung und Ausschreibung nutzen kann. Sowohl die Informationstiefe als auch die Art der Objektinformationen lassen sich bedarfsgerecht filtern, sodass Architekten, Tragwerks- oder TGA-Planer alle jeweils relevanten Objektdaten erhalten.

Berechnungen und Simulationen von Fachplanern werden präziser, weil genau die technischen, statischen oder bauphysikalischen Eigenschaften der Baustoffe, Bauteile oder Systeme verwendet werden, die später auch verbaut werden.

BIM-Objekte können zusätzlich mit Logiken und Regeln verknüpft werden. Damit ist bei der Auswahl von BIM-Objekten mit unterschiedlichen Ausstattungsvarianten sowohl eine Prüfung zulässiger Produktkombinationen als auch eine automatische Verifizierung von Bauvorschriften möglich, beispielsweise von Brandschutzbestimmungen. Das reduziert Fehlerquellen, steigert die Planungssicherheit und erspart Rückfragen.

Werden von den Herstellern neben den Produktkosten auch die Betriebskosten in BIM-Objekte eingepflegt, können Planer auch Betriebszeiten und laufende Kosten präziser beziffern, was eine lebenszykluskostenorientierte Planung ermöglicht. Auch für ausführende Unternehmen wird es einfacher: Werden etwa Raumgeometrien und Sanitärbauteile aus dem Architekturmodell exportiert und in die Badplanungssoftware des Handwerkers übernommen, kann er sich den Aufmaß- und Nachbauaufwand für 3D-Visualisierungen sparen. Auch die vom Planer vorgegebenen Modelle, Oberflächen, Farben oder Ausstattungsvarianten können 1 : 1 übernommen werden, sodass er sich voll auf die Kalkulation, Bestellung und Montage konzentrieren kann.

In der Ausführungsphase und nach der Fertigstellung lassen sich eventuelle Änderungen in das TGA-Modell des Fachplaners einpflegen. So schließt sich der Kreis und alle Beteiligten profitieren von einem durchgängig digitalen Datenfluss ohne Medienbrüche. Bauherren, Nutzer und Betreiber schließlich profitieren von detaillierten Bauteilinformationen für die spätere Nutzungsphase: Werden BIM-Objekte etwa mit PDF-Montage-, Inspektions-, Wartungs- und Pflegeinformationen verknüpft, erleichtert das die Gebäude-Instandhaltung, auch im Hinblick auf einen gezielten vorzeitigen Austausch, sich ändernde Regelwerke, Verordnungen, Produktrückrufe usw.

Von BIM to Field bis Field to BIM

Während sich die meisten Produkthersteller auf die Erstellung von BIM-Objekten konzentrieren, begleiten andere den gesamten Gebäude-Lebenszyklus, denn BIM-Objekte sind nur ein Aspekt durchgängig digitaler Prozessabläufe im Sinne des Building Information Modeling.

Einige Hersteller, zum Beispiel Hilti, haben über BIM-Objekte hinaus Lösungen für durchgängigere und medienbruchfreie Planungs-, Fertigungs- und Montageprozesse entwickelt. Dazu gehören Lösungen, die eine Ausführung von Bauleistungen und den Einbau realer Bauprodukteauf der Baustelle vereinfachen (BIM to Field). So können etwa Bohrlöcher für die Bauteilmontage aus dem BIM-Gebäudemodell herausgelesen und über Tachymeter (Kombination aus Winkel- und Laser-Distanzmessgerät) auf der Baustelle präzise eingemessen werden.

Auch der Bauteileinbau mit eventuellen Abweichungen von der Planung lässt sich damit dokumentieren und wieder zurück in das BIM-Modell einpflegen (Field to BIM). Diese „As-Built-Dokumentation“ ist insbesondere für die Gebäudebewirtschaftung wichtig, weil damit Anlagenbetreiber nutzungsrelevante Objektdaten in aktueller Form herauslesen können.

Damit das virtuelle Gebäudedatenmodell mit dem realen Baustellengeschehen Schritt halten und als Entscheidungsgrundlage in der Planungs-, Realisierungs- und Nutzungsphase dienen kann, müssen während der gesamten Bauzeit die tatsächlich erbrachten Leistungen und verbauten Bauteile auf der Baustelle dokumentiert und in das virtuelle Modell eingepflegt werden. Dabei kommen verschiedene Techniken, wie die Barcode- oder die RFID-Technik (Radio-Frequenz-Identifikation) zur Objektidentifizierung und -lokalisierung zum Einsatz.

Werden RFID-Transponder (Funk-Chips) auf oder in Bauteile angebracht oder eingebaut, lassen sie sich mit stationären oder mobilen Lesegeräten berührungslos identifizieren und orten. Auf diese Weise erhält man „intelligente“ Bauteile mit dezentral gespeicherten Daten, die über den gesamten Gebäude-Lebenszyklus genutzt werden können. Die Möglichkeiten reichen von der Steuerung von Bau- und Montageprozessen über die Echtzeitverfolgung von Bauteilen (Lieferung, Lagerung, Einbau), Abnahmen oder Leistungsverfolgungen, der Wartungs- und Instandhaltungskontrolle, der Rückverfolgbarkeit eingebauter Materialien, der Dokumentation des Ist-Zustands oder am Ende des Gebäude-Lebenszyklus der Abbruchplanung.

BIM-Objekte aus Herstellersicht

Da die im Lieferumfang enthaltenen hersteller- und produktneutralen Bauteildatenbanken BIM-fähiger CAD-Programme häufig eher bescheiden ausgestattet sind, besteht ein erheblicher Bedarf an BIM-Objekten. Deshalb – und aus Eigeninteresse – generieren derzeit zahlreiche Produkthersteller, meist über beauftragte Dienstleister, BIM-Objekte zum kostenlosen Download von ihrer Internetseite oder aus BIM-Objektdatenbanken, wie www.bimobject.com, bim.archiproducts.com, www.magicloud.com, www.mepcontent.eu oder www.nationalbimlibrary.com

Bauprodukthersteller stellen BIM-Objekte natürlich nicht uneigennützig zur Verfügung. Sie bauen darauf, dass ihre Produkte mit dem Einbau in das BIM-Gebäudemodell in den BIM-Prozess eingebunden – und damit quasi automatisch bei der Ausschreibung von Bauleistungen berücksichtigt werden. Außerdem eröffnen digitale Bauprodukte neue Vertriebswege: so können Hersteller obige BIM-Objektdatenbanken für die Kundengewinnung und Vertriebsunterstützung nutzen.

BIM-Modelle bieten Herstellern also klare Marktvorteile. Andererseits verursacht deren Konzeption, Erstellung, Bereitstellung und Pflege einen erheblichen Aufwand. So müssen zunächst das Produktportfolio auf BIM-Relevanz geprüft, Produkte nach ihrer Wichtigkeit priorisiert und BIM-Modellanforderungen formuliert werden. Letzteres erfolgt unter anderem in Abstimmung mit den Fachgruppen von BuildingSmart (www.buildingsmart.de), einer internationalen Organisation, die sich für eine Optimierung von Planungs-, Ausführungs-, und Bewirtschaftungsprozessen auf der Grundlage digitaler Bauwerksmodelle und der BIM-Planungsmethode einsetzt.

Zu einer wesentlichen Modellanforderung gehört die Minimierung des Datenumfangs, weil das Datenvolumen von aus Tausenden von BIM-Objekten bestehenden Gebäudemodellen jeden Rechner in die Knie zwingen würde. Um dies zu vermeiden, verfolgen die Hersteller unterschiedliche Ansätze – etwa unterschiedlich detaillierte Fachmodelle und einen Austausch mit individuell steuerbaren Datenumfängen. Schließlich sind für Planer andere Informationen relevant als für Ausführende. Das gilt auch für die verschiedenen Projektphasen Entwurf, Genehmigungs-, Werk- und Detailplanung.

Eine besondere Herausforderung für international agierende Produkthersteller im Hinblick auf eine einheitliche Normierung und Internationalisierung sind die strukturierten BIM-Objektdaten, auch Product Data Templates (PDT) genannt. Während dafür in anderen Ländern wie Großbritannien oder den Niederlanden bereits einheitliche, auf dem ElektroTechnischen InformationsModell (ETIM) basierende Standards entstanden sind (siehe www.cibse.org oder www.2ba.nl), sind hierzulande entsprechende DIN- und VDI-Richtlinien erst in der Entwicklung.

Mit der DIN ISO 16 757 [2] soll die hierzulande etablierte VDI 3805 [1] für den Produktdatenaustausch für Komponenten und Anlagen der Heiz-, Raumluft- und Sanitärtechnik im rechnergestützten Planungsprozess internationalisiert werden. Die auf bestehenden Standards, wie IFC und IFD, aufbauende DIN-ISO-16 757-Normenreihe stellt Datenstrukturen für elektronische Produktkataloge zur automatischen Übertragung von TGA-Produktdaten in BIM-Modelle bereit und ermöglicht eine rationelle Auswahl, Zusammenstellung, Auswertung und Berechnung von TGA-Komponenten.

Parallel dazu gibt es weitere Initiativen, etwa den speziell für die TGA-Branche entwickelten European MEPcontent Standard (EMCS) aus den Niederlanden, der laut Anbieter Stabiplan Standards wie die VDI 3805 und ISO 16 757 sowie ETIM und den FM-Datenstandard COBie (Construction Operations Building information exchange) berücksichtigt. Unter der Adresse www.mepcontent.eu können registrierte Nutzer über 500 000 direkt in Revit und AutoCAD einsetzbare TGA-Objekte von namhaften Anbietern kostenlos herunterladen.

BIM-Objekte: Auf dem Weg zum Muss

BIM-Objekte bieten zahlreiche Vorteile, sie nehmen aber auch Einfluss auf das Marktgefüge. So können sich große Hersteller den Aufwand für die Erstellung und Pflege von BIM-Objektkatalogen eher leisten als kleine Anbieter, insbesondere wenn diese Nischen mit projektspezifischen Ausführungen besetzen. Das könnte zu einem stärkeren Verdrängungswettbewerb, dem Verlust von Vielfalt und zu mehr Marktkonzentration führen.

Ähnlich sieht dies bei den Planungsbüros aus. Auch hier haben große Büros bessere technische Voraussetzungen, weil sie die komplette Architektur-, Statik- und Haustechnikplanung in einem Datenmodell eines Softwareherstellers abbilden und damit BIM-Planungsleistungen aus einer Hand anbieten können. Ohne Zweifel gehören einige der großen Planungsbüros zu den BIM-Protagonisten, es gibt allerdings auch zahlreiche kleinere Ingenieurbüros, die sich bereits intensiv mit BIM auseinandersetzen oder bereits BIM-Standards unabhängig von den jeweiligen Projektvorgaben verwenden.

Ein weiteres Problem resultiert aus dem Vergaberecht. So ist eine Übernahme von Produktvorgaben in die Ausschreibung von Bauleistungen aus vergaberechtlicher Sicht zumindest für öffentliche Aufträge nicht zulässig. Lediglich in begründeten Einzelfällen – etwa bei technisch bedingten Rahmenbedingungen, die nur ein bestimmtes Fabrikat zulassen – sind Ausnahmen möglich. Um diesen Konflikt zu lösen, werden aber bereits datenbankbasierte Softwarelösungen entwickelt (siehe www.bimwelt.de), die den Einbau herstellerspezifischer BIM-Objekte, zugleich aber eine Herstellerneutralität der Objekte in den gängigen CAD-Systemen während der Ausschreibungsphase gewährleisten.

Das Angebot TGA-spezifischer BIM-Produkte ist gemessen am gesamten TGA-Produktangebot derzeit noch dürftig. Doch es wird mit der Nachfrage nach den Gesetzen des Marktes wachsen. Je mehr Projektrealisierungen an der BIM-Methode ausgerichtet werden, desto wirtschaftlich interessanter wird die Bereitstellung von BIM-Objekten.

Wann genau der Zeitpunkt da ist, ab dem BIM-Objekte eine Grundvoraussetzung für den Verkauf von TGA-Produkten und -Systemen sind, lässt sich derzeit schwer abschätzen. Bei einigen Produktgruppen könnte dies aber sehr schnell der Fall sein, insbesondere wenn die ersten Anbieter erfolgreich vorpreschen oder bei attraktiven Großobjekten entsprechende Vorgaben formuliert werden. Marian Behaneck

Literatur / Quellen

[1] VDI 3805 Blatt 1 Produktdatenaustausch in der Technischen Gebäudeausrüstung – Grundlagen. Berlin: Beuth Verlag, Oktober 2011

[2] DIN ISO 16 757-1 Datenstrukturen für elektronische Produktkataloge der Technischen Gebäudeausrüstung – Teil 1: Konzepte, Architektur und Modelle. Berlin: Beuth Verlag, September 2015

[3] DIN ISO 16 757-2 Datenstrukturen für elektronische Produktkataloge der Technischen Gebäudeausrüstung – Teil 2: Geometrie. Berlin: Beuth Verlag, März 2015

[4] DIN EN 81 346 Industrielle Systeme, Anlagen und Ausrüstungen und Industrieprodukte –Strukturierungsprinzipien und Referenzkennzeichnung. Berlin: Beuth Verlag, Mai 2010

[5] Ernst & Sohn (Hrsg.): BIM – Building Information Modeling 2015. Berlin: Wilhelm Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften, 2015

[6] Essig, B.: BIM und TGA. Engineering und Dokumentation der Technischen Gebäudeausrüstung. Berlin: Beuth Verlag, 2015

[7] Kiryk, R.: Elektronische Produktdatenkataloge für die TGA. Die VDI 3805 auf dem Weg zu einem internationalen Standard. Winnenden: Heizungs-Journal Verlag, Heizungsjournal 9-2013

[8] Westphal, T.; Herrmann, E.M. (Hrsg.): BIM – Building Information Modeling / Management. Methoden und Strategien für den Planungsprozess. München: Edition Detail. Institut für internationale Architektur-Dokumentation, 2015

bimundumbimherum.wordpress.com BIM-Blog

www.bim.archiproducts.com/de BIM-Objektdatenbank

www.bimobject.com BIM-Objektdatenbank

www.bimwelt.de BIM-Modellerstellung

www.buildingsmart.de IFC/BIM-Anwendergruppe

www.buildingsmart-tech.org BuildingSmart International

www.magicloud.com BIM-Objektdatenbank

www.mepcontent.eu BIM-TGA-Objektdatenbank

www.nationalbimlibrary.com BIM-Objektdatenbank

www.vdi3805.eu VDI-3805-Infos des BDH

Grundlage der BIM-Methode (Building Information Modeling) zur Optimierung der Planung, Ausführung und des Betriebs von Bauwerken (3D oder 7D, Little oder Big, Closed oder Open?, TGA 8-2014,  Webcode  600067) sind BIM-Modelle. Diese bestehen aus BIM-Objekten, die neben Geometriedaten auch planungs-, ausführungs- und nutzungsrelevante Produktinformationen enthalten können. Diese bestehen aus strukturierten Daten (Product Data Templates), die Produkte vergleichbar machen wie Abmessungen, Gewichte, technische Produktinformationen und Herstellerdaten wie lieferbare Varianten, Bestelldaten, Preise, Lieferzeiten, Montage- oder Wartungsinformationen etc. Werden BIM-Objekte in BIM-Gebäudemodellen „verbaut“, vereinfacht das in der Planungsphase die Ausschreibung, Kostenschätzung, Berechnung und Simulation, in der Ausführungsphase die Bestellung, Logistik, Ausführung und Montage sowie in der Nutzungsphase die Gebäudebewirtschaftung.