Wege aus der Sackgasse

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• Gegenüber der zeichnungsorientierten Planungsweise bietet das Building Information Modeling (BIM) Vorteile: CAD-Daten müssen nur einmal eingegeben, können aber von allen Planungsbeteiligten genutzt werden.
• BIM soll den Informationsaustausch zwischen ­Projektbeteiligten einfacher und Planungsabläufe effizienter machen, die Produktivität und Qualität der Planung steigern und eine Datenbasis für den gesamten Gebäude-Lebenszyklus schaffen.
• In der Praxis stößt BIM auf Zurückhaltung und Vorbehalte, zumal es eine intensive Schulung, neue Planungswerkzeuge und eine engere Kooperation der Gewerke voraussetzt.
• BIM verschiebt auch den Aufwand zwischen den HOAI-Leistungsphasen und wirft organisatorische und rechtliche Fragen auf.

Nimmt man die Effizienz von Prozessabläufen und den Grad der Automatisierung des Fahrzeug-, Maschinen- oder Anlagenbaus zum Vergleich, wird deutlich: Der Baubereich hinkt um Jahre hinterher. Stichworte wie Prozessmanagement, Simulation oder Just in Time sind vielfach noch Fremdworte. Abhilfe verspricht das Building Information Modeling (BIM), was übersetzt etwa „Bauwerksdaten-Modellierung“ bedeutet Abb. 1. Gemeint ist die durchgängige Integration planungs-, ausführungs- und nutzungsrelevanter Bauwerksdaten in einer zentralen Datenbank.

Dahinter steckt die Betrachtung des gesamten Lebenszyklus eines Produkts – von der Konzeption, über die Konstruktion, Fertigung und Wartung, bis zu dessen Entsorgung, respektive Wiederverwertung. In anderen Wirtschaftsbereichen hat sich schon seit vielen Jahren der Begriff des Product Lifecycle Management (PLM, übersetzt: Produktlebenszyklus-Management) etabliert. Darunter wird jene Prozesskette verstanden, die ein Produkt über seinen gesamten Lebenszyklus hinweg begleitet.

Was ist und was kann BIM?

Auch bei Bauwerken werden – vom Entwurf, über die Planung, den Bau, die Nutzung, bis zum Rückbau – eine Fülle geometrischer und ­alphanumerischer Daten generiert. Damit sie sich effizient verwalten, dokumentieren, archivieren und zwischen den Projektbeteiligten verlustfrei austauschen lassen, bemüht sich die Branche schon seit vielen Jahren auf ­einen gemeinsamen Standard zu einigen. Mit BIM und den objektorientierten Basis­datenmodellen IFC (Industry Foundation Classes von BuildingSmart, https://www.buildingsmart.de/ ) für den kongenialen Austausch von BIMDaten wurde endlich eine gemeinsame Basis geschaffen.

Der Kern von BIM ist ein zentrales, digitales Gebäudedaten-Modell, das sowohl Geo­metriedaten als auch Objekteigenschaften, wie Materialien, Mengen, Kosten oder Termine enthält und im Projektverlauf immer weiter verfeinert wird. Alle Planer und ausführenden Betriebe – so das Idealbild – greifen darauf zu und vervollständigen es sukzessive Abb. 2. Auf diese Weise entsteht eine umfassende Informationsgrundlage für die Planung, Realisierung und schließlich die zeitlich längste Phase – die Gebäudenutzung [3, 4].

Die Realität sieht anders aus: Pläne werden zeichnungsorientiert erstellt, Daten aufgrund von Schnittstellenproblemen von den Projektbeteiligten mehrfach eingegeben, Geometrie-, Objekt- und Berechnungsdaten getrennt gehalten, baubegleitende Änderungen nicht in allen Gewerken konsequent dokumentiert und anderes mehr.

Mit BIM kann man das vermeiden, die Datenhaltung redundanz- und damit fehlerfreier gestalten, die Produktivität steigern, Arbeitsabläufe effizienter machen und letztlich die Qualität der Planung verbessern. Gebäudedaten können parallel bearbeitet werden – sowohl von verschiedenen Standorten aus, als auch von einer großen Anzahl von Bearbeitern.

Bei konsequentem BIM-Einsatz wird von den Anbietern im Vergleich zur konventionellen Arbeitsweise eine Zeit- und Kosteneinsparung zwischen 10 und 30 % prognostiziert. Wird das dreidimensionale BIM-Datenmodell um die Zeit als vierte Dimension erweitert, kann der geplante Bauablauf visualisiert werden. Damit lassen sich gewerkübergreifend geometrische Konflikte aufdecken oder Baustellen-, Montage- und Logistikabläufe optimieren.

Auch 5D-BIM gibt es schon: Die 5D-Simulation berücksichtigt neben dem 3D-Gebäudemodell und der Zeit auch Mengen, Baukosten und Ressourcen, beispielsweise Baustoffe, Maschinen oder Personal. Damit können der Bau-, Montage- und Installationsprozess vorab simuliert, Kollisionen und Probleme frühzeitig erkannt, Abläufe und Termine präziser vorhergesagt werden und anderes mehr.

Wo wird BIM bereits eingesetzt?

BIM-adäquate Gebäudemodelle werden mittlerweile von vielen CAD- und einigen TGA-CAD-Herstellern offeriert. Die Bezeichnungen unterscheiden sich jedoch ebenso von Hersteller zu Hersteller, wie die Strategien, wie man BIM praktisch umsetzt: Während BIM-Initiator Autodesk ausschließlich diesen Begriff verwendet [1], spricht man beispielsweise bei Nemetschek und Graphisoft vom „Virtuellen Gebäudemodell“, meint aber letztlich das Gleiche.

Ähnliche Begriffe und Argumente wurden schon vor rund 20 Jahren propagiert – im Zusammenhang mit dem damals sogenannten zentralen 3D-Gebäudemodell. Gescheitert ist es unter anderem daran, dass 3D eine Einbahn­straße war: Wurde der 2D-Plan aus dem 3D-Modell generiert, gab es kein Zurück. Das hatte zur Folge, dass kleinere, praktischerweise im 2D-Plan ausgeführte Änderungen nicht im 3D-Modell übernommen wurden und es so zu Dateninkonsistenzen kam.

Das ist bei BIM anders: Gleichgültig, ob man innerhalb eines Programms im 2D-Plan, im 3D-Modell, in der Bauteilliste oder in der Visualisierung arbeitet – die Informationen werden in jeder Darstellung mitgeführt und bleiben konsistent. Bauteile wissen, in welcher Beziehung sie zu anderen Objekten stehen und verhalten sich bei Änderungen automatisch richtig. Neu und besser an BIM ist auch der umfassende Ansatz und die mittlerweile breite Durchdringung aller Leistungsphasen, Baubereiche und Planungsdisziplinen: BIM hat im Hoch- und Tiefbau ebenso Fuß gefasst, wie im Massiv-, Fertigteil-, Stahl- oder Holzbau.

Programme für bauphysikalische Unter­suchungen nutzen BIM-Daten ebenso, wie Software für die Haustechnik-Planung die energetische Optimierung des Gebäude­entwurfs (Digitale Diagnose, TGA 1-2007, Webcode 133006), die Kostenplanung und -steuerung (Baukostenmanagement-Software, TGA 7-2012, Webcode 366361), die Bauablaufplanung (Die Planung planen, TGA 4-2011, Webcode 313127) oder für strömungstechnische Untersuchungen mit den Methoden des Computational Fluid Dynamics (Digitale Winde, TGA 1-2011, Webcode 303612). Der Zwang, konsequent am 3D-Modell zu ­planen, befördert ferner die Visualisierung, die Präsentation innerhalb virtueller Realitäten oder die dreidimensionale Ausgabe per 3D-Drucker.

Vorteile von BIM für den TGA-Bereich

Gerade die Haustechnik mit ihrem hohen Berechnungsaufwand und ihrer engen Verzahnung mit anderen Gewerken ist prädestiniert für den BIM-Einsatz Abb. 3. Die Vorzüge eines zentralen Gebäudedaten-Modells bei der Auslegung, Berechnung und Planung haustechnischer Anlagen liegen auf der Hand: Da alle relevanten Bauteilinformationen im digitalen Modell bereits enthalten sind, lassen sich Berechnungen und Auswertungen rationalisieren. Heiz- und Kühllastberechnungen, Luftkanal- oder Rohrnetzberechnungen, EnEV-Nachweise, bauphysikalische oder energetische Simulationen lassen sich mit geringerem Eingabeaufwand realisieren.

Rohrleitungen können einfacher auf mögliche Kollisionen überprüft und die Leitungsführung kann besser optimiert werden. Darüber hinaus lassen sich haustechnische Anlagen einfacher dokumentieren und per IFC-Schnittstelle an Gebäudebewirtschaftungs-Systeme (CAFM) für die Wartungs- und Serviceplanung übergeben.

Anschaulich werden BIM-Vorteile durch folgenden Vergleich: Wird eine Leitung im konventionellen 2D-Plan versetzt, zieht das eine Bearbeitung aller Grundrisse, Ansichten, Schnitte, Deckenuntersichten etc. nach sich. Mit BIM wird jede Änderung automatisch im 3D-Modell, in allen Plänen, Stücklisten, Mengen und Massen automatisch nachgeführt Abb. 4.

Angesichts dieser und weiterer Vorteile sollte sich die BIM-Technologie im TGA-Bereich bereits auf breiter Basis durchgesetzt haben. Doch das Gros der TGA-Planer (und ein Teil der TGA-Softwareanbieter) steht der neuen Arbeitsweise aus unterschiedlichen Gründen skeptisch gegenüber. Neben dem erhöhten Eingabeaufwand und den damit verbundenen erhöhten Projektkosten werden die im Baubereich verbreiteten arbeitsteiligen, seriellen Prozessabläufe und damit zwangsläufig verbundene Planungsänderungen als Argument genannt: Häufig lässt sich die Haustechnik in das BIM-Modell nicht eingeben, weil der Architekt und Statiker noch daran feilen, weil Berechnungsdaten fehlen oder das Heizungs-/Kühlungskonzept noch nicht feststeht. Dennoch müssen aus Termingründen haustechnische Gewerke parallel geplant und ausgeschrieben werden. Änderungen zu einem späten Planungszeitpunkt sind die Folge: Leitungstrassen müssen an die Gebäudekonstruktion angepasst, Berechnungen nachgeführt werden etc. Da mehrere Büros und mehrere, teilweise auch nicht BIM-konforme Programme an der Planung beteiligt sind, kommt es praktisch immer zu Dateninkonsistenzen.

Anbieter von TGA-CAD bieten für diese Probleme unterschiedliche Lösungen: Während einige ihre Software konsequent an der BIM-Methode ausrichten (z.B. DDS-CAD), kombinieren andere pragmatisch die konventionelle 2D- mit der modellorientierten Arbeitsweise (z.B. C.A.T.S.). Die Haltung gegenüber BIM ist innerhalb der TGA-Softwarebranche also sehr unterschiedlich. Doch der Markt ist in Bewegung und neue Entwicklungen geben Anlass zur Hoffnung. Immerhin werden derzeit sieben TGA-Programme für die neue IFC2x3 CV V2.0-Schnittstelle zertifiziert, um BIM-Daten verlustfrei übertragen zu können: AutoCAD MEP, Revit MEP, CADiE Sähäkkä, DDS-CAD MEP, iTi Benchmark, Plancal nova und MagiCAD (siehe auch: http://www.buildingsmart-tech.org in der Rubrik Certification).

Neu ist auch das BIM Collaboration Format (BCF), ein Austauschstandard, mit dem die interaktive Projekt-Kommunikation zwischen Anwendern verschiedener OpenBIM-Lösungen und verschiedener Gewerke erleichtert wird. Auch an einer effizienteren Übergabe des Gebäudemodells aus Architektur- oder TGA-CAD an thermische Berechnungsprogramme wird derzeit gearbeitet.

BIM verändert Planungsprozesse

BIM fordert Planern neue Arbeits- und Denkweisen ab, verändert aber auch Planungsprozesse und -strukturen: Während beispielsweise die Vor- und Entwurfsplanung, in der das BIM-Modell hauptsächlich generiert wird, ein stärkeres Gewicht bekommen, vermindert sich (zumindest theoretisch) der Aufwand für die Genehmigungs-, Ausführungs- und Fachplanung, da vieles automatisch abgeleitet werden kann [5]. Schon in früher Projektphase müssen in der Regel der Architekt und Tragwerksplaner viel Zeit in das 3D-Modell investieren, ohne unmittelbar davon profitieren zu können.

Aufbau und Pflege eines BIM-Datenmodells sind erheblich aufwendiger, als bei der zeichnungsorientierten Arbeitsweise Abb. 7. Zudem setzt das BIM-Modell mehr Informationen voraus (Bauteilaufbau, Materialien, Oberflächen etc.), die zum Planungszeitpunkt häufig noch nicht feststehen. Diese fehlenden Informationen muss der Planer vom Bauherren und den Projektbeteiligten einfordern. Darüber hinaus setzt die Arbeit mit der BIM-Software eine enge gewerke- und disziplinübergreifende Zusammenarbeit voraus, denn jede Aktion hat Auswirkungen auf die Arbeit anderer Abb. 8.

Deshalb müssen Absprachen und Vorgaben eingehalten und Arbeitsschritte abgestimmt werden. Das betrifft insbesondere die Struktur des Modells, die durchgängig und einheitlich sein muss. Herausforderung sind auch der Datenumfang, die Dateigröße und die Aktualität der Daten. Insbesondere Großprojekte bleiben nur dann bearbeitbar, wenn die Daten gewerk-/fachbereichsweise unterteilt werden, datentechnisch aber vernetzt bleiben.

Ein Umdenken erfordert auch die Projektkommunikation, die nicht nur im Rahmen festgelegter Besprechungstermine stattfinden kann, sondern einen kontinuierlichen Austausch aller Projektbeteiligten über die gesamte Planungsphase erfordert. Ohne eine koordinierende Schnittstelle, einen „Building Information Manager“, funktioniert gewerkübergreifendes BIM nicht. Er sorgt dafür, dass das gemeinsame Datenmodell aktuell, konsistent und übersichtlich bleibt, alle Planungsbeteiligten vereinbarte Standards einhalten (Bauteil-, Layer-, Symbol-, Referenzstruktur, Schnittstelleneinstellungen etc.) und das Modell für alle online zugänglich ist.

Das kann der Architekt oder Ingenieur ebenso sein, wie ein Generalübernehmer, -planer oder ein Planungsteam. Dieser „Herr der Daten“ trägt in der Regel auch die rechtliche Verantwortung für die Projektdaten. BIM hat ferner auch berufspolitische Dimensionen: Zum einen berücksichtigt die aktuelle HOAI den erhöhten Planungsaufwand, respektive die durch BIM veränderten Leistungsphasen-Anteile, nicht. Zum anderen bekommen Planungsleistungen aus einer Hand eine neue Bedeutung, da die komplette Architektur-, Statik- und Haustechnikplanung derzeit am besten in einem Datenmodell eines Softwareherstellers abgebildet werden kann. Größere Büros sind hier klar im Vorteil, kleinere müssen sich für neue Formen der Zusammenarbeit öffnen [2].

BIM ist mehr als ein Programmwechsel

BIM und adäquate Planungsmethoden werden von der Softwarebranche als Lösung vieler Probleme angepriesen. BIM funktioniert derzeit jedoch nur innerhalb einer Produktreihe eines Softwareherstellers. Sobald Daten zwischen CAD- und Berechnungsprogrammen unterschiedlicher Hersteller ausgetauscht werden müssen, hakt es schnell. An der BIM-Idee – einem zentralen, digitalen Bauwerksmodell für alle Gewerke – kommt man dennoch heute nicht mehr vorbei, will man alle Möglichkeiten computergestützter Planung ausschöpfen. Zugleich bietet BIM die Chance, aus der Sackgasse ineffizienter Datenaustauschmechanismen und Planungsabläufe auszubrechen. Wer von der neuen Arbeitsweise profitieren will, muss jedoch bereit sein, Zeit und Geld in die Ein­arbeitung (je nach CAD-Erfahrung: mehrere Wochen und Monate), teilweise auch in neue Planungswerkzeuge und entsprechende Schulungen zu investieren. BIM ist weit mehr, als nur der Umstieg von einem Programm auf das ­andere – und der ist schon aufwendig genug! Marian Behaneck

Literatur / Quellen (Auswahl)

[1] Autodesk: BIM – Building Information Modeling. Schneller, besser und kostengünstiger planen, bauen und verwalten. ­München: Autodesk Deutschland, München

[2] Bayerische Ingenieurkammer-Bau: Ganzheitliches Planen und Bauen. München: 2012, Download: http://www.bayika.de/de/service/publikationen

[3] Günthner, W.; Borrmann, A.: Digitale Baustelle – innovativer Planer, effizienter Ausführen, Werkzeuge und Methoden für das 21. Jahrhundert. Heidelberg: Springer, 2011

[4] Smith, D. K.; Tardif, M.: Building Information Modeling: A Strategic Implementation Guide for Architects, Engineers, Constructors, and Real Estate Asset Managers. Hoboken: Wiley & Sons, 2009

[5] Wernik, S.: BIM – Auswirkungen auf die Projektorganisation, Vortrag BIM-Anwendertreffen 2008 und Keitsch, A.: Runter von der Insel! BIM – Rollenverteilung und Abläufe im Planungsprozess. Gütersloh: Bauverlag BV, 10-2009

[6] Liebich, T.; Schweer, C. S.; Wernik, S.: Die Auswirkungen von Building Information Modeling (BIM) auf die Leistungsbilder und Vergütungsstruktur für Architekten und Ingenieure sowie auf die Vertragsgestaltung. Bonn: Forschungsprojekt, Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung, 2011, Download: http://www.bbsr.bund.de

https://www.blm.ieb.kit.edu/ Building Lifecycle Management

http://www.5d-initiative.eu 5D-Initiative von Encord

http://www.autodesk.de/bim BIM-Basisinfos

http://www.bentley.com Suchwort „BIM“

http://www.bim-guide.org BIM-Handbuch

http://www.bimserver.org BIM-Modelserver

https://www.buildingsmart.de/ IFC/BIM-Anwendergruppe

https://www.rib-software.com/de/ 5D-Planung mit RIB iTWO

https://www.wikipedia.de/ Suchwort „BIM“

Tipps und Hinweise für die Praxis enthält das BIM-Handbuch von BuildingSmart. Es gibt Empfehlungen für den Datenaustausch mit CAD-, TGA-, CAFM-, Berechnungs- und Simulations- oder Präsentationsprogrammen. Neben einem allgemeinen, einführenden Teil enthält das Buch auch einen Anhang mit konkreten Bedienungsanweisungen für die Arbeit mit diversen CAD-Programmen. Weitere Infos und Download: http://www.bim-guide.org

Christian Weiss, Industry Marketing Manager für Architektur und Bauwesen bei Autodesk, zum aktuellen Stand von BIM im TGA-Bereich.

TGA: Welche Vorteile bietet BIM für die TGA-Planung?

Weiss: Der größte Vorteil liegt im durchgängigen 3D-Modell, auf dessen Basis nicht nur Stücklisten, sondern auch EnEV-Nachweise, Luftkanal- und Rohrnetzpläne generiert oder die Heiz- und Kühllast ermittelt werden können. Natürlich kann das Modell auch für CFD-Simulationen oder Kollisionsprüfungen verwendet werden. Projektbeteiligte haben Zugriff auf aktuelle, bei Änderungen automatisch nachgeführte Informationen, wodurch Planungsfehler reduziert werden. Allein das birgt erhebliche Einsparmöglichkeiten hinsichtlich Zeit, Kosten und Nacharbeit.

Vorteile einer konsequenten BIM-orientierten Planung ergeben sich auch hinsichtlich der Stücklisten, Massen und Mengen. Die sonst so aufwendigen Stücklisten sind jetzt quasi ein Abfallprodukt. Dank der dem BIM-Modell zugrunde liegenden Datenbank werden sie automatisch während des Planens mitgeführt, sind zu jeder Zeit in sich konsistent und aktuell. Visualisierungen ermöglichen die anschauliche Darstellung und Überprüfung von Leitungsführungen, Schacht- und Technikzentralengrößen, abgehängten Decken und so weiter.

TGA: Und die Zusammenarbeit mit ausführenden Unternehmen?

Weiss: Sie wird durch BIM erleichtert. Wird gemeinsam ein zentrales BIM-Modell erzeugt, gibt es auf der Baustelle weniger Überraschungen. Risiken werden dadurch nicht nur für Fachplaner reduziert, sondern auch für ausführende Unternehmen. Die Zusammenarbeit wird weniger störanfällig als in herkömmlichen Planungsverfahren. Einen weiteren Vorteil bietet BIM im Hinblick auf die digitale Produktion haustechnischer Bauteile: In der Gebäudetechnik werden häufig keine Standard-, sondern Kleinserienbauteile verwendet – etwa Lüftungsbauteile, die nur in kleinen bis mittleren Stückzahlen gefertigt werden. Autodesk Fabrication ermöglicht auch bei Kleinserien eine direkte Übergabe von Planungsdaten an die Produktion und macht damit den BIM-Workflow – vom Entwurf über die Planung und Detaillierung, bis zur Fertigung und Montage von Gebäuden – noch durchgängiger.

TGA: Wie gut ist BIM in Ihrer CAD-Lösung integriert?

Weiss: Wir offerieren für TGA-Planer die Building Design Suite Abb. 5. Sie vereint die Vorteile von BIM mit Werkzeugen für Modellierung, Visualisierung und Dokumentation in einer einzigen Lösung und integriert BIM auf drei Ebenen: Zum einen enthält sie die BIM-Lösung Autodesk Revit, die alle Funktionen für Architekten, Tragwerksplaner und Gebäudetechniker enthält. Damit haben alle Planungsdisziplinen Zugriff auf ein und dasselbe 3D-Modell, was Datenübergaben unnötig macht. Zum anderen enthält die Building Design Suite Lösungen für die Kooperation mit Planern, die zwar dreidimensional, aber nicht mit Revit planen.

Haustechniker können zum Beispiel in Autodesk Navisworks Kollisionskontrollen durchführen – für die Zusammenarbeit zwischen Tragwerksplaner und Haustechniker ist das eine essentielle Funktion. Schließlich hat der Anwender Zugriff auf Cloud-Funktionen. Dadurch wir die Zusammenarbeit mit anderen Planern erheblich vereinfacht, denn Ziel von Building Information Modeling ist ja auch, die reibungslose Zusammenarbeit an einem zentralen Datenmodell unabhängig von Ort und Zeit zu ermöglichen. Neben Simulations- und Analysewerkzeugen in der Cloud stellt der Planer in Echtzeit sein Modell über die Cloud zur Verfügung und ermöglicht über Apps und mobile Endgeräte den Zugang dazu.

TGA: Wie weit ist BIM in der TGA-Branche / bei Kunden verbreitet?

Weiss: Hier besteht noch Entwicklungsbedarf. Der deutsche Markt liegt hier etwas zurück – andere Länder und Regionen treiben BIM mit größerem Nachdruck voran. Sogenannte BIM Mandates sind international sehr populär und werden die Planerwelt noch rascher für die Arbeit mit BIM gewinnen. Allgemein lässt sich aber feststellen, dass das Planen in 3D in der Haustechnik längst Einzug gehalten hat. Viele Planer sind der Meinung, dass das Planen in 3D von Bauherren nicht bezahlt wird. Die Potenziale der drei Aspekte Kostenersparnis, Qualitätssteigerung und Zeitersparnis mit einer BIM-Strategie sind aber so erheblich, dass selbst ohne eine direkte Finanzierung von BIM durch den Bauherren erhebliche Vorteile für Planer entstehen.

TGA: Gibt es auch Nachteile / Probleme?

Weiss: Nachteile entstehen nur, wenn ein Planungsbeteiligter sich dem BIM-Einsatz verweigert – sowohl für ihn selbst als auch für die anderen Planer, die mit BIM arbeiten.

TGA: Vielen Dank für das Gespräch. •