TGA: Prädestiniert für die digitale Planung

09.01.2017 | Veröffentlicht in Ausgabe 01-2017 | Druckvorschau

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Ganzheitlich planen: Die Verzahnung von Planung und Berechnung, präzisere Anlagen- und Bauteilauslegungen und die Möglichkeit, Lebenszyklus-Aspekte in die Planung einzubeziehen, eröffnen Planern neue Möglichkeiten.
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1 Ganzheitlich planen: Die Verzahnung von Planung und Berechnung, präzisere Anlagen- und Bauteilauslegungen und die Möglichkeit, Lebenszyklus-Aspekte in die Planung einzubeziehen, eröffnen Planern neue Möglichkeiten.

BIM ist in der TGA angekommen, aber noch kein Standard. Lesen Sie, wie es derzeit um die neue Planungsmethode in der Gebäudetechnik steht, wo die Entwicklung hingeht und was BIM künftig zusätzlich leisten kann.

Kompakt informieren

Die Gebäudetechnik kann wegen des hohen Berechnungsaufwands und der engen Verflechtung mit anderen Gewerken von der BIM-Planungsmethode stark profitieren.
BIM in der TGA ermöglicht eine präzisere An-lagen- und Bauteilauslegung, woraus niedrigere Investitions- und Betriebskosten resultieren sowie Lebenszyklus-Aspekte besser in die Planung einbezogen werden können.
Weitere Vorteile ergeben sich für die Ausführung, Fertigung, Installation und Montage sowie für den Gebäudebetrieb.
Verzögert wird die Entwicklung derzeit durch die unklare BIM-Richtliniensituation, fehlende einheitliche Standards, mangelnde BIM-Schnittstellen zu Berechnungsprogrammen, einen hohen Aufwand für den Umstieg.
Bei Großprojekten ist BIM schon Standard und es ist abzusehen, dass BIM Pflicht bei kommunalen Projekten wird.

Mehr Planungs- und Datenqualität, weniger mehrfache Datenerfassung, weniger Fehler, mehr Transparenz, Zeit- und Arbeitsersparnis verspricht Building Information Modeling (BIM) im durchdigitalisierten Planungsprozess. Doch Wunsch und Wirklichkeit klaffen noch weit auseinander. Tatsächlich werden die meisten Projekte noch immer in 2D geplant, Gebäude-, Bauteil- und Anlagendaten mehrfach eingegeben, Fachplanungen und Gewerke mangelhaft koordiniert.

Kleine und mittlere Büros scheuen bisher die Umstellung, weil sie zeit- und kostenintensiv ist, Schulungen und teilweise neue Software voraussetzt. Ausführende Gewerke sind in der digitalen Prozesskette noch nahezu komplett von der BIM-Methode abgekoppelt.

Trotz aller Widrigkeiten ist abzusehen, dass sich BIM hierzulande im Bereich der Gebäudetechnik schneller etabliert, als in anderen Bausparten. Schließlich eignet sich die TGA mit ihrem hohen Berechnungsaufwand, Technisierungsgrad und ihrer engen Verzahnung mit anderen Gewerken geradezu ideal für den BIM-Einsatz und profitiert in einem hohen Maß davon (siehe auch TGA 10-2016: Digitale Prozessketten in der Gebäudetechnik, Webcode 732246).

BIM ist oder wird Standard

Verglichen mit den Entwicklungen in ande-ren Ländern, hat sich BIM in der hiesigen Baubranche noch nicht in dem Maße durchgesetzt, wie es für ein wirtschaftlich führendes Land adäquat wäre. Auch wenn große Unternehmen, wie Hochtief, Max Bögl, Obermeyer Planen+Beraten, Wolff & Müller, Züblin und andere sich schon seit einigen Jahren als Vorreiter der Baubranche profilieren und bereits zahlreiche „Leuchtturm-Projekte“ nach BIM-Vorgaben realisiert haben – über die gesamten baulichen Aktivitäten be-trachtet, ist BIM in Deutschland noch schwach vertreten.

Gleichwohl geben zahlreiche Entwicklungen der letzten Monate und Jahre BIM-Befürwortern Anlass zur Hoffnung. So soll – ähnlich wie in Großbritannien, den Niederlanden, Dänemark, Finnland und Norwegen – BIM bei der Realisierung öffentlich finanzierter Bau- und Infrastrukturprojekte auch hierzulande Standard werden. Gleich mehrere Institutionen, wie die deutsche Reformkommission für Großprojekte, die Deutsche Gesellschaft zur Digitalisierung des Planens, Bauens und Betreibens (planen-bauen 4.0) BIM oder das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) unterstützen und forcieren BIM.

Konkret sieht ein BMVI-Stufenplan die Einführung von BIM in drei Schritten vor: Nach einer Vorbereitungsphase bis 2017 und einer Pilotphase bis 2020 soll das digitale Planen und Bauen mit BIM ab 2020 bei allen neuen Verkehrsinfrastrukturprojekten des Bundes verbindlich zum Einsatz kommen. Diverse Forschungs- und Pilotprojekte des Bundes (BBSR, BMVI, Bahn, DEGES etc.), neue BIM-Regelwerke (ISO, CEN, DIN, VDI etc.) und die zunehmende Nachfrage nach BIM-Schulungsangeboten und Planungsleistungen lassen darauf schließen, dass BIM mittel- und langfristig auch in Deutschland zum Standard wird.

Zwar ist BIM (noch) nicht bundesweit bei öffentlich finanzierten Bauvorhaben vorgeschrieben. Doch es ist nur eine Frage der Zeit. Erste Ausschreibungen von Kommunen machen den neuen Planungsstandard bereits zur Grundlage.

Was verbessert BIM in der TGA?

Häufig werden die schon allseits bekannten BIM-Vorteile genannt:

Geometrische und zeitliche Kollisionskontrollen, eine bessere Verständigung mit Planungsbeteiligten durch Visualisierung technikintensiver Bereiche wie Zentralen oder Schächte, die Vermeidung von Mehrfacheingaben und redundanter Daten sowie eine präzisere Kostenkalkulation, Ausschreibung und Bauzeitenplanung.
Auf Grundlage dreidimensionaler Modelldaten und des Open-BIM-Datenaustauschformats IFC können Projekte unabhängig von den Projektpartnern und deren verschiedenen Softwarelösungen gemeinsam bearbeitet werden. Die Planung und Berechnung der TGA-Gewerke erfolgt auf der Basis von TGA-Fachmodellen, in die alle gebäudetechnisch relevanten Informationen sukzessive eingepflegt werden.
Die Datenbasis des Bauvorhabens ist für alle Beteiligten stets aktuell und ermöglicht einen transparenten Arbeitsprozess. Planungsprozesse laufen schneller und effektiver ab, Abstimmungsfehler werden minimiert, was Zeit und Kosten spart. Zudem stehen BIM-Daten im Idealfall während des gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes zur Verfügung, während der Nutzungsphase ebenso, wie bei Umbau-, Erweiterungs- oder Sanierungsmaßnahmen.

Als weitaus bedeutsamer für die Gebäudetechnik dürfte sich langfristig aber folgender Aspekt erweisen: Die engere Verzahnung von Planung und Berechnung, eine präzisere Anlagen- und Bauteilauslegung, daraus resultierende niedrigere Betriebskosten und die Möglichkeit, Lebenszyklus-Aspekte besser in die Planung einbeziehen zu können, eröffnen Fachingenieuren eine völlig neue Dimension der Planung. Werden Lebenszykluskosten, also die Summe aller Kosten, die ein Gebäude oder eine haustechnische Anlage über den gesamten Existenzzeitraum hinweg verursacht, frühzeitig in die Planung einbezogen, lassen sich bis zu 85 % der Gesamtkosten eines Bauwerks beeinflussen und somit Millionenbeträge einsparen.

Aufgrund unterschiedlicher Technik (Energierückgewinnung, lastabhängiger Betrieb etc.) können die Lebenszykluskosten, beispielsweise raumlufttechnischer Anlagen, teilweise u m die Hälfte differieren, sodass Betreiber, über den Nutzungszeitraum gerechnet, mehrere Hunderttausend Euro sparen können. Hersteller von Pumpen-, Lüftungs-, Klima-, Aufzugs- und anderer Haustechnik werden sich deshalb zunehmend auch am BIM-Prozess beteiligen – etwa in Form smarter BIM-Objekte, die auch Lebenszykluskosten berücksichtigen.

BIM-Normierungsbestrebungen

Greifen können diese und weitere BIM-Benefits nur, wenn Daten und Prozesse unterschiedlicher Fachbereiche aufeinander abgestimmt sind. Dies setzt einheitliche Regeln zur Erstellung, Weitergabe, Nutzung und Verwaltung von Daten voraus, denn nur so lassen sich überflüssige Tätigkeiten, wie die wiederholte Eingabe identischer Daten oder die Suche nach Informationen vermeiden. Dafür werden sowohl standardisierte Prozesse als auch hersteller- und softwareunabhängige Datenstandards benötigt.

Mittlerweile gibt es zahlreiche internationale und nationale BIM-Prozess- und Datenstandards, die sich aber zumeist noch in der Entwicklung befinden. Federführend bei der Definition ist die International Organization for Standardization (ISO), auf europäischer Ebene das European Committee for Standardization (CEN), auf nationaler Ebene das Deutsche Institut für Normung (DIN) sowie der Verein Deutscher Ingenieure (VDI). Sowohl im DIN-Normenausschuss „Building Information Modeling“ als auch im Rahmen des VDI-Koordinierungskreises BIM werden die internatio-nalen und europäischen Normungsaktivitäten unter Berücksichtigung deutscher Interessen umgesetzt.

Aktuelle internationale Standardisierungsbestrebungen sind ISO 19 650 „Information management using BIM“, die Erweiterung von ISO 16 739 „Industry Foundation Classes (IFC) für den Datenaustausch in der Bauindustrie und dem Anlagen-Management“ und ISO 16 757 „Produktdaten für Anlagenmodelle der Technischen Gebäudeausrüstung“, die den durch VDI 3805 „Produktdatenaustausch in der Technischen Gebäudeausrüstung“ etablierten Standard internationalisieren soll.

BIM-Richtlinien setzen eine ganzheitliche Betrachtung der gesamten Bau-Wertschöpfungskette voraus – von der Planung und Ausführung über das Facility Management, die Instandhaltung – bis hin zum Rückbau und Recycling. Technisch unterstützt werden BIM-Standardisierungsprozesse von der BuildingSmart-Organisation, die sich für die Optimierung von Planungs-, Ausführungs-, und Bewirtschaftungsprozessen auf der Grundlage digitaler Bauwerksmodelle (IFC) und der BIM-Planungsmethode im Bauwesen einsetzt.

Vertreter von Verbänden (für die TGA z. B. BTGA, BDH, FGK, ITGA, ZVSHK etc.) sowie personelle Überschneidungen in den Gremien sollen dafür sorgen, dass ein alle Interessen wahrendes, konsistentes und widerspruchsfreies Richtlinienwerk entsteht. Da parallel auch von Bauherren / Auftraggebern oder Planungsunternehmen definierte BIM-Standards und Richtlinien existieren oder entwickelt werden, erscheinen die vielen aktuellen Normierungsbestrebungen in der Außenbetrachtung momentan etwas verwirrend. Das könnte BIM-interessierte Büros veranlassen, erst einmal abzuwarten, bis die vielen Richtlinien, Verordnungen und Normen vereinheitlicht sind.

BIM in der Bauausführung und Nutzung

Die BIM-Methode wird hierzulande bisher im Wesentlichen als Insellösung angewendet. Damit ist nicht nur der BIM-Einsatz innerhalb eines Büros, einer Planungsdisziplin und einer Softwarelösung gemeint (Little BIM bzw. Closed BIM), sondern auch die Begrenzungen in der vertikalen Prozesskette. Der BIM-Prozess und Datenfluss endet meist mit Abschluss der Planung und Dokumentation. Die Ausführung, Installation und Montage ist davon abgekoppelt, auch weil Schnittstellen zu Branchenprogrammen von Bauhandwerksbetrieben fehlen.

Welche Planungsdaten mit welchen Inhalten, welcher Struktur, welchem Detaillierungsgrad und in welcher Qualität ausführenden Firmen gewerkspezifisch zur Verfügung gestellt werden müssen, um die Bauausführung effektiver durchführen zu können, ist eine von vielen drängenden Fragen. Produktivitätssteigerungen bei der Auslegung, Berechnung, Kalkulation, Angebotserstellung, Bestellung und Lieferung versprechen beispielsweise in Gebäudemodellen „verbaute“ BIM-Objekte, die bereits vom Bauprodukthersteller mit allen relevanten Informationen ausgestattet sind (TGA 04-2016: Mit digitalen Pendants rationeller planen, Webcode 703937).

Andererseits wird die Digitalisierung auch Bauprozesse verändern und die Planung optimieren, etwa wenn Rückmeldungen und Verbesserungsvorschläge von der Baustelle unmittelbar in das BIM-Modell einfließen. Werden künftig vermehrt 3D-Modelldaten direkt in digitaler Form an Produktions- und Fertigungsanlagen übergeben (BIM2CIM; CIM: Computer-integrated manufacturing), wie das in den Bereichen Stahl-, Holz- oder Betonfertigteilbau weitgehend schon Standard ist, ist das ein weiterer Schritt in Richtung Digitalisierung.

Das nach Abschluss der Planungsphase generierte As-Built-Dokumentationsmodell, das die verschiedenen BIM-Fachmodelle enthält, bildet mit den darin enthaltenen Objekt- und Attributinformationen eine ideale Basis für kaufmännische, infrastrukturelle oder technische FM-Anwendungen. Viele der für die Bewirtschaftung, Wartung, Instandhaltung, Reinigung, Umbau-/Erweiterungs- und Sanierungsmaßnahmen relevanten Bauteilinformationen sind im digitalen Raum- bzw. Gebäudemodell bereits enthalten, verfügen aber in der Regel nicht über eine für das jeweilige CAFM-System passende Struktur, sodass der Nachbearbeitungsaufwand derzeit noch hoch ist.

Dennoch gibt es bereits zahlreiche praktische BIM-to-FM-Anwendungen, etwa Betriebskosten- und Lebenszykluskosten-Simulationen in der Planungsphase (7D BIM), die Energie- und Betriebskostenüberwachung, die Weiterführung von Mängellisten und der Gewährleistungsverfolgung aus der Dokumentation, die Erstellung von Wartungsplänen, die Verwaltung von Wartungsverträgen, Anlagenhistorien etc. oder die Übernahme von Mengenermittlungsdaten für spätere Umbau- und Erweiterungsmaßnahmen.

Auch die für den Betrieb von Gebäude-Managementsystemen erforderlichen Daten können künftig verstärkt aus BIM-Daten gespeist werden. Zugleich können aus der Betriebsphase gewonnene Informationen wieder in die Lebenszyklusbetrachtung neu zu planender Bauwerke einfließen. Über eine direkte Verknüpfung des BIM-Modells mit Machine-to-Machine(M2M)- und Elektro-, Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (EMSR) lässt sich die Gebäudetechnik in der Nutzungsphase auch direkt aus dem BIM-Modell heraus überwachen und steuern, wodurch Kosten-einsparungen zwischen 20 und 50 % erwartet werden.

BIM-Herausforderungen und Ausblick

BIM ist ein wesentlicher Baustein der Digitalisierung im Bauwesen, kann aber nicht alle Probleme auf der Baustelle lösen, denn diese haben verschiedene Ursachen. Insbesondere eine fehlende oder unvollständige Bedarfsplanung, häufige Planänderungen, mangelndes Nachdenken, fehlende Detailplanung, Terminstress und knallhartes Preisdumping lassen sich nur zum Teil durch neue Werkzeuge und Prozesse auffangen.

Gleichwohl haben technische Entwicklungen die Eigenschaft, dass man sie nicht aufhalten kann. Mittel- bis langfristig wird BIM zum Ausschreibungsbestandteil, weil es der Auftraggeber oder Bauherr einfordert, schließlich gehört er zu den Nutznießern. Dann werden Unternehmen mit praktischer BIM-Erfahrung die besten Karten haben. Umgekehrt gerät, wer nicht mitmacht oder zumindest sein BIM-Wissen auf dem Laufenden hält, in Gefahr, abgehängt zu werden. Eine Umstellung von der konventionellen zur BIM-orientierten Arbeitsweise ist allerdings zeit- und kostenintensiv. Nicht zuletzt deshalb beschäftigen sich überwiegend große Firmen mit der Umstellung oder haben diese bereits vollzogen. In kleineren Unternehmen existiert zudem die Sorge, dass Mitarbeiter mit BIM-Know-how vom Wettbewerb abgeworben werden.

Auch praktische Herausforderungen nach dem Umstieg müssen gemeistert werden. Selten liefern Architekten TGA-Planern gut strukturierte dreidimensionale BIM-Gebäudemodelle als Grundlage, weshalb meist TGA- oder Tragwerksplaner den Part BIM-Modellaufbau übernehmen müssen.

Auch die Kopplung zu Berechnungsprogrammen hat noch einen erheblichen Optimierungsbedarf. So können noch längst nicht alle Programme für die thermische Simulation, Strömungssimulation oder Lichtplanung mit BIM-Gebäudedaten etwas anfangen. Auch das wird sich mit der Zeit ändern und man darf auf künftige Entwicklungen gespannt sein.

Dazu werden die Einbindung von VR- und AR-Techniken (Virtual Reality, Augmented Reality), etwa für die As-Built-Visualisierung der TGA-Planung hinter Wänden oder abgehängten Decken für Instandhaltungs- oder Wartungsteams gehören oder die Nutzung mobiler Hardware für eine durch Zusatzinformationen ergänzte Plananzeige als Ergänzung zu Papierplänen oder die Montagekontrolle und die Überprüfung von Planstand und Ausführung mithilfe von 3D-Laserscannern.Marian Behaneck