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20. Februar 2014

(Sim sala) BIM – das neue Zauberwort im Bauwesen

von Knut Kickstein

Vorbemerkungen

In der Geschichte des Bauens gab es immer wieder revolutionierende Veränderungen in den Bereichen der Planung, der Erstellung, der Nutzung, der Verwaltung und der Entsorgung von Bauwerken. Die ersten Unterkünfte für Menschen mussten weder geplant noch gebaut werden, man nutzte einfach z.B. vorhandene Höhlen um sich in ihnen vor schlechtem Wetter oder vor wilden Tieren zu schützen.

Erst als der Mensch sich in Gegenden niederließ, in welchen es solche “Unterkünfte” nicht gab, war er gezwungen, etwas zu bauen. Schon in dieser Zeit war es notwendig, selbst für das Errichten einer kleinen, hüttenartigen Unterkunft, zu planen. Soll eine Hütte z.B. nur vor der Sonnenstrahlung oder auch vor Regen und Kälte schützen, soll die Hütte vor den Blicken der Feinde geschützt sein, sollen nur wenige oder viele Menschen darin Platz haben…? Ohne eine kluge Planung erfüllt ein Gebäude nicht seinen Zweck.

Je aufwendiger später die Gebäude wurden, umso umfangreicher wurde auch die Planung. Der Bau der ersten Pyramiden in Ägypten vor ca. 4.700 Jahren wäre ohne eine intelligente Planung unmöglich gewesen. Zu planen war nicht nur das Bauwerk an sich, z.B. durch das Anfertigen von Skizzen, das Festlegen von Abmessungen und das Durchführen von Berechnungen, sondern auch die, aus heutiger Sicht, sehr anspruchsvolle Planung der Logistik und der Finanzierung.

Nun, die alten Ägypter hatten es geschafft, obwohl ihnen Firmen wie Intel, Microsoft, AUTODESK oder Dlubal nicht zur Verfügung standen (im Gegensatz zu den Planern des Flughafens in Berlin!). Heute sind die Bauvorhaben anspruchsvoller denn je, aber es stehen uns weit mehr Werkzeuge zur Verfügung als je zuvor. Um Gebäude termingerecht, effektiv und wirtschaftlich errichten zu können, müssen die in der jeweiligen Zeit zur Verfügung stehenden Werkzeuge optimal genutzt werden.

Wenn wir heute von Planung sprechen, dann meinen wir damit den kompletten Lebenszyklus eines Gebäudes, also von der ersten Idee bis zum Abriss des Gebäudes und der Entsorgung der Materialien bzw. deren Wiederverwendung.

Was ist denn nun BIM?

Der Begriff und die Abkürzung. Die internationale Abkürzung BIM steht für “Building Information Modeling” und die hierfür am häufigsten zu findende Übersetzung ist mit dem Begriff “Gebäudedatenmodell” gegeben.

Die Kommunikation

Sehr wichtig bei BIM ist die Kommunikation zwischen allen Beteiligten. Und die musste völlig neu organisiert werden.

Kommunikation_BIM

Die Kommunikation zwischen den Beteiligten blieb bisher mehr oder weniger dem Zufall überlassen. Dies bedeutete, dass sie in vielen Fällen nicht ausreichend organisiert war. Wenn z.B. der Dachdecker mit dem Zimmermann kommunizierte, dann fehlten dem Blechner eventuell wichtige Informationen für seine Arbeit. Es gab ja keine Stelle, die “alles” wusste.

Wird BIM bei der Planung konsequent umgesetzt, dann werden alle Informationen in einer zentralen Stelle abgelegt (natürlich in einer Datenbank). Es gibt somit eine Stelle, welche nun “alles” weiß. Mit “Informationen” ist hier allerdings ein sehr breites Spektrum gemeint. Informationen beinhalten Angaben zu Terminen, Kosten, Verträge, Vorschriften, Materialien, Hersteller, Produkte, Brandschutz, Bauphysik, Sicherheit, Zeichnungen, Berechnungen und vieles mehr.

Gebäudedatenmodell – was ist damit gemeint?

Ganz kurz gesagt: die Digitalisierung eines kompletten Gebäudes! Sämtliche Informationen, die für den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes von irgendeiner Bedeutung sind, werden im Gebäudedatenmodell erfasst, gepflegt und zur Auswertung bzw. Nutzung bereitgestellt.

Es wird ein virtuelles Gebäude im Computer “gebaut”

Wie kann ein effektives Arbeiten mit so vielen Daten in der Realität bewerkstelligt werden? Dies ist möglich, in dem im Computer ein virtuelles Gebäude vorab “gebaut” wird. Das virtuelle Gebäude muss genauso im Computer erstellt werden wie das Gebäude in der Realität.

Wie muss man sich das vorstellen?
Im Computer wird zum Beispiel ein 3D-Modell einer Stahlbetonbodenplatte erstellt. Diese Stahlbetonbodenplatte ist ein Objekt, welches mit allen seinen Eigenschaften erzeugt werden muss. Die “virtuelle” Bodenplatte wird mit einem 3D-CAD-System gezeichnet (mit 2D-CAD-Systemen geht hier gar nichts mehr!). Der Computer kennt nun die Abmessungen der Bodenplatte. Dieser Bodenplatte werden nun Eigenschaften zugewiesen – z.B. ein Material mit einer bestimmten Güte und wenn erforderlich noch andere Eigenschaften wie z:B. das Volumen oder das Gewicht. Nun kann die virtuelle Bodenplatte im Computer in eine bereits vorhandene virtuelle Baugrube “platziert” werden. Dieser Vorgang wird mit allen anderen Bauteilen “Objekten” wiederholt, bis das komplette Gebäude im Computer vorhanden ist. Auch Steckdosen oder Einbaulampen sind hier Bauteile, die erfasst und virtuell verbaut werden müssen.

Der große Vorteil dieser Vorgehensweise ist die Möglichkeit, während der “virtuellen” Bauphase eventuell auftretende Probleme bereits im Vorfeld der realen Bauphase zu erkennen und beheben zu können. Solche Probleme können auftreten, wenn z.B. Lüftungskanäle mit Elementen einer abgehängten Decke kollidieren. Da alle benötigten Bauteile erfasst wurden (z.B. Typ, Material, Menge etc.) ist eine sehr genau Kostenkontrolle ebenfalls jederzeit möglich. Unkontrollierte Kostenexplosionen, wie wir sie regelmäßig bei größeren Bauvorhaben der Presse entnehmen können, werden hier nicht mehr vorkommen.

Visualisierung

Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Visualisierung des Gebäudes im Computer. Wird eine Sicht des gesamten Gebäudes in 3D auf dem Bildschirm gezeigt, so ist es möglich, z.B. einige Details zu prüfen, sich in das Gebäude bis zum gewünschten Detail “hineinzuzoomen”. Dies kann von der Gesamtansicht z.B. einer mehrgeschossigen Stahlkonstruktion bis hin zu einem Trägeranschluss und sogar bis hin zur Schraubenmutter mit der Unterlegscheibe geschehen. Bei Bedarf erhält man dann noch die genaue Bezeichnung der Unterlegscheibe, den Hersteller und den Preis.

Möglichkeiten der Visualisierung:

Quelle: Autodesk – was befindet sich hier unter der Straße?
Quelle: Autodesk – was befindet sich hier unter der Straße?

Vorteile bei der Gebäudeverwaltung nach der Erstellung in der Betriebsphase

Das virtuelle Gebäudemodell steht nach der Fertigstellung des realen Gebäudes unterschiedlichen Nutzern weiter zur Verfügung. Soll ein Teil des Gebäudes später für eine andere Nutzung verändert werden, können die Arbeiten am Gebäudemodell simuliert werden. Der Nutzer “sieht” sofort das Ergebnis und erhält schnell die anfallenden Kosten.
Sollte es in dem Gebäude einmal zu einem Brand kommen, so kann die Feuerwehr im Gebäudemodell schnell abfragen, welche Materialien befinden sich im Brandbereich (welche Gase entstehen), welche Versorgungs- bzw. Elektroleitungen werden bedroht oder aus welchem Material sind die Fensterscheiben, die eventuell durchbrochen werden müssen.

Wenn das Gebäude nicht mehr gebraucht wird

Wenn der Lebenszyklus des Gebäudes endet, ist das Gebäudedatenmodell besonders von Nutzen. Im Gebäudemodell können z.B. Stellen ermittelt werden, an denen Sprengstoff effektiv angebracht werden kann. Die Simulation einer Sprengung kann dann durchgeführt werden und zwar unter Berücksichtigung der statischen Gegebenheiten. Weiter wird es möglich sein, Listen mit den verbauten Materialien zu erzeugen. Die Baustoffmassen, die entsorgt werden müssen bzw. die wiederverwendet werden können, lassen sich sehr genau bestimmen.

Warum ist BIM wichtig für den Hersteller von Bauprodukten?

Alle Bauprodukte müssen für die BIM-Welt “hergerichtet” werden. Dies beginnt damit, dass es für Bauprodukte echte 3D-Zeichnungen (BIM-kompatibel, z.B. im ifc-Format “Industry Foundation Classes”) geben muss. Die 3D-Zeichnungen alleine reichen allerdings nicht aus. Es müssen weitere Informationen über die Produkte bereitgestellt werden. Diese Informationen beinhalten Angaben zu zum Hersteller und zum Produkt (Typenbezeichnung, Materialnummer, Material, Tragfähigkeiten, bauphysikalische Werte, Anwendungsgrenzen, Listenpreise etc.). Die 3D-Zeichnung (Geometriedaten) wie auch die Produktinformationen (Metadaten) können in einer ifc-Datei untergebracht werden. Die ifc-Datei lässt sich dann in das zu bearbeitende Gebäudedatenmodell einfügen.

Weiter wird es in der Zukunft erforderlich werden, technische Bearbeitungen direkt im Gebäudedatenmodell durchzuführen (z.B. mit Autodesk REVIT, Tekla oder ähnlichen Produkten). Die erforderlichen Gebäudedaten werden dann sicher in der “Wolke” bereitgestellt. Über diverse Netzwerkverbindungen können dann alle benötigten Daten, von überall in der Welt, gesichtet oder bearbeitet werden.

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