Building Information Modeling (BIM) zur Sicherstellung der Datendurchgängigkeit in der Planung von Bauleistungen

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1. Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Ziele und Abgrenzung der Diplomarbeit
1.3 Aufbau der Arbeit

2. Grundlagen
2.1 Begriffsdefinitionen
2.2 Building Information Modeling (BIM)
2.2.1 Beschreibung von BIM
2.2.2 Arten des BIM
2.2.3 Ziele des BIM
2.2.4 Herkunft und Initiativen des BIM
2.2.5 Software
2.2.6 Vorteile des BIM
2.3 Planungsprozess gemäß HOAI
2.3.1 Übersicht der Leistungsphasen nach HOAI
2.3.2 Leistungsphasen 1-7 nach HOAI

3. Anwendung von BIM in den Leistungsphasen 1-7 nach HOAi
3.1 Etablierte Planungsverfahren der Praxis
3.1.1 Probleme der derzeitigen Praxis
3.1.2 Einfluss der Projektbeteiligten in die Leistungsphasen 1-7
3.2 Schwierigkeiten der Einführung von BIM in die Praxi
3.2.1 Grundlegende Schwierigkeiten
3.2.2 Zusammenstellung der Hindernisse
3.3 Chancen durch BIM
3.3.1 Potentiale der Planung mit BIM
3.3.2 Zusätzlicher Nutzen von 3D-Modellen in der Praxis
3.4 Vergleich von 2D zu BIM (5D)
3.5 Einbindung vom BIM in die HOAI
3.5.1 Neuerungen der HOAI 2013 gegenüber der HOAI 2009 und die Vereinfachung der Leistungserbringung durch BIM
3.5.2 Nutzen von BIM in den Leistungsphasen der HOAI
3.5.3 Integration von BIM in die HOAI-Leistungsphasen

4. Verbesserung der Datendurchgängigkeit im Planungsprozess durch BIM
4.1 Integrierung eines BIM-Modells in die Projektphasen
4.1.1 Einführung des BIM in die Geschäftsprozesse
4.1.2 Stufen der Planung mit BIM
4.1.3 Organisation der Planung mit BIM
4.1.4 Anforderungen an das Modell
4.2 Einfluss des BIM auf die Hauptzielgrößen im Bauwesen
4.2.1 Kosten
4.2.2 Termine
4.2.3 Qualität
4.3 Auswirkungen des Einsatz von BIM auf den Planungsprozess
4.3.1 Vermittlung des Mehrwerts der Projektbeteiligten
4.3.2 Verschiebung des Arbeitsaufwandes
4.3.3 Veränderung der Leistungsbeschreibung
4.3.4 Anpassung der vertraglichen Voraussetzungen
4.3.5 Bemessung des Planungshonorares
4.4 Integration von Ausführenden in die Planug
4.5 Simulation von Bauprozessen mit BIM

5. Datenmanagement im Bauwesen
5.1 Probleme beim Datenaustausch in der Praxis
5.2 Optimierungspotentiale der Datenverarbeitung im Bauwesen mit IFC
5.3 Datenmanagement im Bauwesen
5.3.1 Zentrale Datenverwaltung
5.3.2 Hindernisse des unternehmensübergreifenden Datenmanagements
5.3.3 Zentrale Datenmanagement-Systeme
5.3.4 Datenmanagement in der Planung

6. Ergebnisse und Ausblick
6.1 Ergebnisse
6.2 Ausblic

7. Zusammenfassung

Literaturverzeichnis

Konsultationsverzeichnis

Thesen

Kurzfassung der Diplomarbeit

Anlagenverzeichnis

Anlagen

Erklärung zur Anfertigung der Diplomarbeit

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 - Unterschied zwischen klassischer und BIM-Projektabwicklung

Abbildung 2 - Arten des BIM

Abbildung 3 - Übersicht der Leistungsphasen nach HOAI 2009

Abbildung 4 - Einfluss der Projektbeteiligten auf die Projektphasen

Abbildung 5 - Traditionelle und durchgängige Projektabwicklung

Abbildung 6 - Beeinflussung der Leistungen nach HOAI durch BIM

Abbildung 7 - Prozesse in der BIM-Planung

Abbildung 8 - Struktur eines BIM Handbuches

Abbildung 9 - Planungsprozess mit BIM unter Einbindung der Ausführenden

Abbildung 10 - BIM-Manager

Abbildung 11 - Verschiebung des Planungsaufwandes durch BIM

Abbildung 12 - Planungs-ARGE

Abbildung 13 - Generalplaner mit Subplaner

Abbildung 14 - TU-TÜ - Planer

Abbildung 15 - TU-TÜ - Planungs-ARGE

Abbildung 16 - Simulation des Bauprozesse

Abbildung 17 - Hierarchische Struktur des IFC-Formats

Abbildung 18 - Zentrale Datenverwaltung

Abbildung 19 - Inhalte des Building Information Modeling

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 - Übersicht der BIM Software

Tabelle 2 - Unterschiede zwischen 2D- und 5D-BIM-Planung

Tabelle 3 - Vereinfachung der Leistungserbringung durch BIM LPH 1

Tabelle 4 - Vereinfachung der Leistungserbringung durch BIM LPH 2

Tabelle 5 - Vereinfachung der Leistungserbringung durch BIM LPH 3

Tabelle 6 - Vereinfachung der Leistungserbringung durch BIM LPH 4

Tabelle 7 - Vereinfachung der Leistungserbringung durch BIM LPH 5

Tabelle 8 - Vereinfachung der Leistungserbringung durch BIM LPH 6

Tabelle 9 - Vereinfachung der Leistungserbringung durch BIM LPH 7

Tabelle 10 - BIM Chancen

1. Einleitung

1.1 Problemstellung

Im Zeitraum von 1995 bis 2005 erhöhte sich die Arbeitsproduktivität im Baugewerbe um nur wenige Prozentpunkte, wohingegen die industrielle Produktion eine Steigerung von fast 30 % im gleichen Zeitraum erfuhr.^[1] Dieses Defizit im direkten Vergleich zur stationären Industrie gilt es auszugleichen. Annähernd alle derzeitigen Bauvorhaben in Deutschland werden nach herkömmlichen, traditionellen Planungsmethoden durchgeführt. Trotz einer "ersten digitalen Revolution"^[2] stagniert die Bauwirtschaft seit Jahren auf geringem beziehungsweise keinem Wachstum. Durch die Einführung von schnelleren Kommunikationsmitteln wie E-Mail oder Mobiltelefon, oder der Planung mit Hilfe von CAD (Computer Aided Design) - Programmen konnten die Prozesse effektiver gestaltet werden, jedoch blieben folgende Probleme bei der Erstellung von Bauvorhaben bestehen:

-Kostenüberschreitungen
-Terminverzug
-Ungenügende Kommunikation zwischen den Projektbeteiligten
-Qualitätsprobleme

Zudem werden in Zukunft noch weitere Themen wie Lebenszyklusanalysen, Nachhaltigkeit und Energieeffizienz einen Einfluss auf das Bauwesen haben. Um diese Probleme und Anforderungen ganzheitlich betrachten zu können, reicht es nicht aus Baumaschinen, Baustoffe oder Techniken zu verbessern, sondern der Fokus muss auf der Verbesserung des Bauprozesses an sich liegen.^[3]

Eine Methode, die eine Prozessoptimierung zur Folge hat, ist das Building Information Modeling (BIM). BIM betrachtet dabei ganzheitlich den gesamten Bauprozess und ist dabei nicht nur 3D-Planungsinstrument, sondern als integrierte Arbeitsweise während der Planung, Ausführung und des Betriebes eines Bauwerkes zu sehen. BIM-Methoden werden derzeit in Deutschland kaum angewendet, was im internationalen Vergleich als eher konservativ bezeichnet werden kann. Im Ausland durchgeführte Pilotprojekte konnten eine Bauzeitverkürzung von bis zu 50 %, eine wesentlich effektivere Arbeitsweise sowie eine große Transparenz der Baukosten aufweisen.^[4] Diese Potentiale sind in Deutschland weder von öffentlicher Hand, noch von privaten Bauherren erkannt und durch Modellprojekte verifiziert worden. Die deutsche Baubranche verschränkt sich, bis auf wenige visionäre Unternehmen in Planung und Ausführung, gegen ein Umdenken in den etablierten, jedoch reaktionären Bauprozessen. Gründe hierfür können fehlende Informationen sein, dass es ein neues Prozessdenken gibt. Für eine zögerliche Einführung von BIM ist außerdem die traditionelle Denkweise der Projektbeteiligten, monetäre Einschränkungen für die Einführung von neuartiger Software, oder der fehlende Nachdruck vom Gesetzgeber BIM-Methoden zu fördern und zu fordern, verantwortlich.

Mit einem Volumen von fast 290 Mrd. € im Jahr 2010^[5] weist die Baubranche einen wesentlichen Anteil (ca. 11,5 %) des Bruttoinlandproduktes von Deutschland aus. Dabei entstand ein Verlust durch Planungsfehler in Höhe von ca. 23 Mrd. €, was die Berechnung mit einem Anteil von 8 %^[6] des Gesamtvolumens ergibt. Worin liegen die Gründe für diesen enormen volkswirtschaftlichen Schaden? Die Bauindustrie stellt hauptsächlich nur Unikate her, was vergleichbar mit der Prototypenfertigung in der stationären Industrie ist. Dafür sind viele verschiedene Akteure beteiligt, die untereinander koordiniert und deren Planungsergebnisse zusammengeführt werden müssen. Der Datenaustausch spielt dabei eine wesentliche Rolle um eine effiziente Arbeitsweise zu ermöglichen und beispielsweise Doppelarbeit zu vermeiden. Die von den einzelnen Planern erstellten Dokumente bauen mehr oder weniger immer auf anderen vorher in der Planung erzeugten Plänen auf. Ändert sich in der ursprünglichen Planung etwas, müssen alle nachfolgenden Planungen darauf angepasst werden. Zudem ist die Freigabe der Planung und deren Rechtsverbindlichkeit zu beachten.^[7]

Die Umsatzsituation der deutschen Planungsbüros beschreibt eine weitere Notwendigkeit des Umdenkens in den bisher angewandten Prozessen. Der Pro-Kopf-Umsatz pro Jahr lag im Jahre 2006 bei nur 49.700 €, wobei hierfür 49.500 € Personalkosten aufgewendet werden mussten. Dadurch zeigt sich, dass die finanziellen Möglichkeiten der Planer sehr begrenzt sind, wodurch eine Erhöhung der Effizienz unerlässlich ist. Die Gründe für diese unzufrieden stellenden Verhältnisse werden dabei in der traditionellen Arbeitsweise gesehen. Aber auch die unzureichende Verknüpfung von Informationen zwischen den Projektbeteiligten trägt zu diesen Missverhältnissen bei. Es fehlt dabei an einer fachübergreifenden sowie lebenszyklusorientieren Sicht- und Arbeitsweise.^[8]

Das Potential zur Optimierung der Bauprozesse ist wesentlich beeinflussbar durch die am Bau beteiligten Personen und Verantwortungsträgern. Erfolgt ein Umdenken in der konventionellen Arbeitsweise durch die persönliche Offenheit der handelnden Personen, ist es möglich die herkömmlichen Prozesse der Vergangenheit in ein zukunftsfähiges Marktfeld zu etablieren.

1.2 Ziele und Abgrenzung der Diplomarbeit

Die Diplomarbeit soll die am Bau Beteiligten über neue Möglichkeiten der Projektplanung mit Hilfe von Building Information Modeling informieren. Dafür wird der Planungsprozess mit BIM erläutert sowie die Vorzüge des Verfahrens dargestellt. Vor allem soll der Fokus auf die Durchgängigkeit und Weiterverwendbarkeit der eingegebenen Daten liegen. Zudem werden Möglichkeiten zur Einbindung der modernen BIM-Planungs-methode in die Verordnung über die Honorare für Architekten- und Ingenieurleistungen (HOAI) erörtert. Probleme der derzeitigen Planung werden aufgezeigt und deren Lösung bzw. Verbesserung diskutiert. Außerdem werden eventuelle monetäre Auswirkungen aus der Perspektive des Architekten/Planers dargestellt und die vertragliche Umsetzbarkeit der BIM-Methoden untersucht.

Schlussendlich werden Empfehlungen gegeben, wie BIM eingeführt werden kann und überdies wie die Datenverwaltung gestaltet und organisiert werden kann. Dies geschieht unter Einbeziehung der speziellen Anforderungen der Baubranche im Hinblick auf die Leistungsphasen 1-7 der HOAI.

In der Diplomarbeit wird hauptsächlich auf den Bereich der Gebäudeplanung eingegangen. Gerade bei der Einbindung von BIM in die HOAI-Leistungsbilder ist diese Abgrenzung notwendig. Neben dem Leistungsbild Gebäude und raumbildenden Ausbauten ist die Erstellung von Ingenieurbauwerken und Verkehrswegen ein weiteres Potentialfeld der Planung mit BIM; gleichbedeutend mit der Tragwerksplanung sowie der technischen Ausrüstung. Die Erstellung von Flächennutzungs-, Bebauungs-, Landschafts-, Landschaftsrahmen-, Pflege- und Entwicklungsplänen, sowie die Freianlagenplanung wird als nebengeordneter Chancenbereich der BIM-Planung gesehen und wird deshalb in der vorliegenden Arbeit nicht untersucht.

1.3 Aufbau der Arbeit

Die Diplomarbeit ist in sieben Kapitel aufgebaut. Nach einleitendenden Gedanken, welche die Problemstellung der Arbeit, sowie deren Ziele darstellen, werden die Grundlagen ermittelt. Hierbei wird einerseits das Building Information Modeling (BIM) beschrieben, andererseits der Planungsprozess gemäß HOAI. Beim Erstgenannten wird auf die Arten, Ziele und Vorteile des BIM eingegangen sowie Initiativen beschrieben, die das BIM im Bauwesen vorantreiben und weiterentwickeln wollen. Es wird zudem die Software, mit welcher BIM-Methoden in der Praxis umgesetzt werden können, aufgezählt. Bei der anschließenden Beschreibung des Planungsprozesses gem. HOAI bezieht sich der Autor auf die Version aus dem Jahre 2009.

Ein erster Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit wird in Kapitel 3 dargestellt. Darin wird auf die Anwendung von BIM in der Planung nach HOAI eingegangen. Hierfür werden im ersten Schritt die Probleme der derzeitigen Praxis zusammengestellt und aufgezeigt, welchen Einfluss die Projektbeteiligten in die jeweilige Leistungsphase nach HOAI haben. Ebenso werden die Hürden und Hemmnisse einer generellen Einführung der BIM-Planungsmethode in das deutsche Bauwesen dargestellt. Die Potentiale und der Nutzen der innovativen Planung mit BIM werden dargelegt. Ein Vergleich zwischen traditioneller sowie neuartiger Bauplanung bildet die Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen den beiden Verfahren ab. Außerdem stellt Kapitel 3 die Integration von BIM Leistungen in die HOAI dar, wobei auch auf den Nutzen der BIM-Planung in die jeweiligen Leistungsphasen eingegangen wird.

Der Hauptteil der Diplomarbeit behandelt in Kapitel 4 die Möglichkeiten zur Verbesserung der Datendurchgängigkeit im Planungsprozess. Im Hinblick darauf wird auf eine mögliche Integrierung in die bisherigen Projektphasen der Bauplanung eingegangen, der Einfluss von BIM auf die Zielgrößen im Bauwesen erläutert, sowie die Auswirkungen auf den bisherigen Planungsprozess bezüglich des Einsatzes von BIM diskutiert. Hierbei werden die Folgen für die preisrechtlichen Gegebenheiten, als auch notwendige, vertragliche Veränderungen der jetzigen Praxis dargestellt. Auf die Einbindung von Ausführenden in die Planung wird eingegangen. Abschließend erläutert Kapitel 4 die mit BIM durchführbare Simulation von Bauprozessen.

Das Datenmanagement im Bauwesen ist der letzte Schwerpunkt der Diplomarbeit. Das 5. Kapitel erörtert Lösungsmöglichkeiten für den korrekten Datenaustausch, unter Maßgabe eines standardisierten softwareübergreifenden Datenaustauschformates. Schlussendlich werden die Ergebnisse der Diplomarbeit zusammengefasst und ein Ausblick in die weitere Entwicklung der durchgängigen Planung im Bauwesen gegeben.

2. Grundlagen

2.1 Begriffsdefinitionen

Building Information Modeling (BIM)

"BIM ist die digitale Abbildung der physikalischen und funktionalen Eigenschaften eines Bauwerks von der Grundlagenermittlung bis zum Rückbau/Abriss. Als solches dient es als Informationsquelle und Datendrehscheibe für die Zusammenarbeit über den gesamten Lebenszyklus des Bauwerks.“^[9]

Building Information Modeling beschreibt den Prozess der integrierten Planung und Verwendung eines digitalen Gebäudemodells in allen Lebenszyklusphasen des Gebäudes.^[10]

Die Definitionen des Begriffs BIM sind geprägt von der Betrachtungsweise der einzelnen Ersteller. Eine allgemein gültige Definition des Begriffs konnte sich noch nicht etablieren.

Gebäudemodell (Building Information Model)

Das Gebäudemodell ist ein reales oder virtuelles Abbild eines Gebäudes, welches durch einen Modellbauer (real) oder von Nutzern unterschiedlichster computerunterstützter Konstruktionsprogramme (virtuell) erstellt wird. In der vorliegenden Arbeit wird der Begriff Gebäudemodell nur im Zusammenhang mit virtuellen Gebäudemodellen verwendet.

Projektbeteiligte

Bauherr

Der Bauherr beschreibt den Bedarf einer Baumaßnahme. Dieser definiert die Vorgaben, welche Funktionen das Bauwerk erfüllen soll. Die Bereitstellung der Finanzierung sowie die Beauftragung der Planung und Ausführung, sofern der Bauherr fachlich oder personell nicht ausreichend besetzt ist, sind dessen Hauptaufgaben. Der Bauherr ist somit zentraler Initiator eines Bauprojektes.

Planer-Architekten und Fachplaner

Der Planer, meist Architekt, ist zentraler Erfüllungsgehilfe des Bauherrn. Dieser setzt die Vorgaben des Bauherrn um und erstellt mit Hilfe von Fachplanern (TGA, Tragwerksplaner, usw.) eine genehmigungsfähige Planung, die dann den Behörden zur Genehmigung vorgelegt werden. Oft werden Planer auch von ausführenden Unternehmen für die Erstellung einer Werkplanung (Ausführungsplanung) beauftragt. Der Architekt ist meistens mit einer Generalplanung, also der zentralen Zusammenführung und Verknüpfung der einzelnen Fachplanungen, beauftragt. Der Zusammenschluss der beteiligten Planer zu einer Arbeitsgemeinschaft (ARGE), welche eine Gesellschaft bürgerlichen Rechts ist, wird als weitere Organisationsstruktur in der Praxis angewandt. Gerade bei größeren Bauvorhaben bedient sich der Bauherr meist eines Projektsteuerers, der Planungs- und Ausführungsprozesse plant, koordiniert und überwacht. Dieser wird mit zu den Planern gezählt, da diese Aufgaben auch der Architekt übernehmen kann.

Behörden und Trägerschaften

Die Genehmigungsplanung wird während des Planungsprozesses verschiedenen Behörden (z.B. Bauaufsichtsbehörde, Naturschutzbehörde) zur Überprüfung des geltenden Baurechts (Landesbauordnung) vorgelegt. Im Genehmigungsverfahren wird die öffentlich-rechtliche Zulässigkeit des Bauvorhabens verifiziert. Die Behörden können Auflagen fordern oder an andere öffentlich bestellten Fachleute (Sachverständige) verweisen.

Ausführende

Die ausführenden Unternehmen setzten die Planung des Architekten in die Realität um. Dabei gibt es verschiedene Konstellationen von Ausführenden. Die zwei häufigsten Modelle sind einerseits die des Generalunternehmers (GU), der vom Bauherrn einen Auftrag über die komplette Leistungserstellung bekommt und die verschiedenen Gewerke (zum Teil mit eigenem gewerblichen Personal und meist mit Hilfe von Nachunternehmern) koordiniert und realisiert. Ein Generalübernehmer (GÜ) koordiniert lediglich die Leistungen der Nachunternehmen und hat selbst keine eigenes gewerbliches Personal. Andererseits übernimmt der Bauherr die Koordinierung der Einzelgewerke, sofern dieser personell sowie fachlich gut aufgestellt ist. Bei der Einzelgewerkvergabe übernehmen die einzelnen Unternehmen deren jeweilige Gewerke. Andere Konstellationen (z. B. Totalunternehmer und Totalübernehmer) sind ebenfalls möglich. Der Totalunternehmer (TU) führt neben der Bauleistung auch Planungsleistungen aus, sowohl mit eigenem gewerblichen Personal, als auch mit Nachunternehmen. Der Totalübernehmer (TÜ) hingegen hat kein eigenes gewerbliches Personal und führt ansonsten die gleichen Leistungen wie der TU aus. Der Unternehmer ist meist in der Wahl seiner Ausführungsmethode frei, unter Berücksichtigung des vertraglich vereinbarten Leistungssolls.

Sonstige

Weiterhin können Inverstoren und Kapitalgeber zur Abdeckung der Finanzierung am Bau beteiligt sein. Auch ist die frühe Einbindung der Betreiber eines Bauwerks ebenso wichtig wie die der Nutzer (soweit bekannt). Zudem ist es erforderlich Nachbarn und evtl. die Öffentlichkeit über das Bauvorhaben zu informieren, um die Verzögerung oder einen Abbruch der Baumaßnahme durch juristische Klagen zu verhindern.^[11]

Computer Aided Design (CAD)

Unter CAD wird die digitale, computerunterstützte Erstellung von Konstruktionsplänen verstanden. Es werden zweidimensionale Pläne in einem Konstruktionsprogramm erzeugt, die dann für den Bau bzw. der Dokumentation eines Gebäudes verwendet werden können. Zusätzliche Informationen der Bauteile können lediglich in Textform im Plan vermerkt werden, was somit nur eine statische und unflexible Nutzung der Daten ermöglicht.^[12]

Dimensionalität der Gebäudemodelle (2D, 3D, 4D, 5D)

Unter 2D-Gebäudemodellen versteht man das Erstellen von Plänen mit Hilfe von CAD-Software im herkömmlichen Sinn. Es werden für die Darstellung eines Gebäudes Grundrisse, Schnitte, Ansichten sowie Detailzeichnungen benötigt.

Als 3D werden dreidimensionale Gebäudemodelle bezeichnet, die mit Hilfe von spezieller Software am Computer modelliert werden. Die Visualisierung des Gebäudes wird somit ermöglicht. Es ist möglich aus dem 3D-Gebäudemodell 2D-Pläne zu generieren. Das 3D-Gebäudemodell dient nicht nur zur Visualisierung des Gebäudes, sondern auch als Datenspeicher über alle Lebenszyklusphasen des Gebäudes. Hier können beispielsweise Oberflächenbeschaffenheiten, Dokumentationsdaten oder auch Angaben zu Wartungsintervallen hinterlegt werden.

Bei der 4D-Planung werden die Daten aus dem 3D-Modell mit der Terminplanung verknüpft, womit ein Bauablauf schon in der Planung visualisiert und während der Ausführung überwacht werden kann.

Die Verbindung des 3D- beziehungsweise 4D-Gebäudemodells mit Ressourcendaten der Kalkulation wird als 5D benannt. Dadurch sind genaue Aussagen über die Baukosten möglich.^[13]

Industry Foundation Classes (IFC)

Die IFC sind ein freier Standard zum Austausch von Gebäudedaten im BIM-Prozess. Durch die IFC wird ein objektorientierter Datentransfer zwischen verschiedenen Konstruktions-Softwareapplikationen ermöglicht (siehe hierzu Kapitel 5.2).

2.2 Building Information Modeling (BIM)

2.2.1 Beschreibung von BIM

Building Information Modeling bezeichnet den Prozess der Erzeugung eines digitalen Gebäudemodells mit Hilfe von spezieller Software. Das Gebäudemodell (Building Information Model) wird dreidimensional in einem Programm erstellt. Dabei wird ein 3D-Gebäudemodell erarbeitet und verwaltet, welches alle Informationen des Gebäudes ab der Leistungsphase 1 - "Grundlagenermittlung" nach HOAI beinhaltet. Das Gebäude wird von Beginn an in 3D modelliert, was vor allem große Kosten- sowie Zeiteinsparungen in der späteren Ausführungs- und Betriebsphase zur Folge hat. Jeder Projektbeteiligte, vor allem aber auch Nicht-Baufachleute, können sich dadurch ein räumlich visuelles Bild des späteren Bauwerkes schaffen. Alle Beteiligten können von Anfang an sämtliche Informationen des Projektes abrufen. Planänderungen müssen nicht mehr aufwändig ausgedruckt und verschickt werden. Die Planfreigabe kann über spezielle webbasierte Projektverwaltungsprogramme erfolgen, wodurch die Entscheidungszeiträume deutlich verkürzt werden.^[14]

Die Erstellung und Pflege des 3D-Gebäudemodells ist kostenaufwändiger als das traditionelle 2D-Planzeichnen, jedoch können durch dieses Modell die Baukosten wesentlich exakter bestimmt werden. Mengenermittlungen für Ausschreibungen und Abrechnungen werden direkt aus dem Gebäudemodell entnommen, wodurch der Bauherr eine sehr hohe Kostentransparenz erfährt. Dadurch und durch die Erfassung aller Bauteile sinkt die Gefahr von Nachträgen. Außerdem ist eine Erweiterung des Gebäudemodells auf 5 Dimensionen denkbar, wobei dann die Termin- und Ressourcenplanung mit in das Modell eingebunden werden. So kann eine Baustelle im Vorfeld virtuell simuliert beziehungsweise kalkuliert werden.

Das fortlaufend aktualisierte Gebäudemodell kann nach Fertigstellung direkt an den Gebäudebewirtschafter weitergegeben werden. Die somit entfallende Gebäudeaufnahme ergibt eine weitere Kostenersparnis. Weiterhin sind Planungsfehler und Schnittstellenprobleme frühzeitig erkennbar.^[15]

Die nachfolgende Abbildung visualisiert den Unterschied zwischen klassischer und BIM-Projektabwicklung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 - Unterschied zwischen klassischer und BIM-Projektabwicklung ^[16]

In Abbildung 1 ist zu sehen, dass BIM nicht nur die Modellierung eines dreidimensionalen Gebäudemodells ist, sondern eine neue Form der Zusammenarbeit zwischen den Projektbeteiligten. Während die Kommunikation und Informationsweitergabe klassisch immer nur zwischen jeweils Beteiligten abläuft, bringt in der Planung mit BIM jeder dessen Informationen in das zentrale Datenmodell ein, worüber dann die Verständigung der beteiligten Akteure abläuft. Somit können keine Daten verloren gehen und die in der derzeitigen Praxis oft durchgeführte mehrmalige Eingabe von Angaben entfällt. Außerdem erfolgt mit BIM eine bessere Strukturierung und Organisation der Planungs- und Bauprozesse, was in der vorliegenden Arbeit eingehend diskutiert wird.

2.2.2 Arten des BIM

Es gibt zwei verschiedene Hauptarten des Building Information Modeling, welche unterschiedliche Ausprägungen des BIM-Prozesses beschreiben. Es wird zwischen einer "little BIM" und einer "big BIM"-Lösung differenziert. In nachfolgender Abbildung können die verschiedenen Arten der BIM-Prozesse erkannt werden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2 - Arten des BIM ^[17]

Die Bezeichnungen "little" oder "big" gibt dabei eine Aussage zu der Art der Anwendung: einerseits einer Insellösung (Innerhalb eines Projektbeteiligten), andererseits einer integrierten Lösung zwischen allen Projetbeteiligten. Die Begriffe "closed" oder "open" beschreiben die Art der Softwarelösung: "closed" charakterisiert eine isolierte Lösung mit der Software von einem Hersteller; "open" die Verwendung von verschiedenen Softwarepaketen, die untereinander mit universellen Schnittstellen verbunden werden können.

Little BIM

Little BIM (Insellösung) beschreibt die Anwendung von BIM-Prozessen in einem kleinen Rahmen, also beispielsweise in Ingenieur- und Architekturbüros, Bauunternehmen oder im Facility Management. Dabei nutzt der jeweilige Anwender das BIM-System ausschließlich für die Verbesserung seiner eigenen Arbeitsweise und stellt nur die Informationen in das Gebäudemodell ein, die von ihm genutzt werden können. Ein Ingenieurbüro benötigt beispielsweise zur Berechnung der Statik eines Gebäudes nicht die Oberflächenbeschaffenheit des Fußbodens, die jedoch für den Facility Manager wesentlich sind. Die Insellösung des BIM tauscht keine Daten mit anderen am Projekt Beteiligten aus. Die Software ist einheitlich ("little closed BIM"), wodurch keine Schnittstellenprobleme auftreten können.

Sofern der Nutzer von BIM sein Gebäudemodell auch anderen Projektbeteiligten zur Verfügung stellt, jedoch das Softwareumfeld nicht einheitlich ist, wird vom "little open BIM" gesprochen.

Open BIM

Open BIM (integrierte Lösung) bezeichnet die Anwendung vom BIM-Prozessen über mehrere Fachbereiche hinweg. Dabei wird die Zusammenarbeit zwischen den Fachplanern, beziehungsweise zwischen Planung und Ausführung oder Ausführung und Bewirtschaftung zentral koordiniert, um ein Gebäudemodell mit allen Informationen zu erstellen. Dies kann mit einer Softwarelösung erfolgen, was als "big closed BIM" beschrieben wird.

Sofern die Softwarepakete unterschiedlich sind und die jeweiligen Gebäudemodelle durch offene Schnittstellen miteinander zu einem Gebäudemodell verknüpft werden können, wird diese Variante als "big open BIM" bezeichnet. Hierbei können alle Projektbeteiligte auf ein zentrales, virtuelles Gebäudemodell zugreifen und deren Daten darin einbringen. Hierdurch ergeben sich Vorteile bezogen auf das gesamte Projekt.^[18]

2.2.3 Ziele des BIM

Hauptziel des Building Information Modeling ist die Einführung eines integrierten Planungsprozesses unter Einbeziehung aller relevanten Daten des Gebäudes. Dafür soll nach Möglichkeit ein Modell erschaffen werden, auf das alle Projektbeteiligten, je nach deren Status, zugreifen können. BIM soll zudem die Prozesse in allen Lebenszyklusphasen, angefangen von der Konzeption, über die Planung, Ausführung bis hin zum Betrieb und schließlich der Verwertung eines Bauwerkes unterstützen und verbessern. Dadurch wird die Zusammenarbeit der beteiligten Akteure maßgeblich verbessert und Datenverluste oder die Mehrfacheingabe von Daten stark verringert bis vermieden.

2.2.4 Herkunft und Initiativen des BIM

Der Begriff Building Information Modeling wurde im Jahr 2003 von dem Unternehmen Autodesk geprägt. Virtuelle Planungsinstrumente wurden jedoch schon sehr viel früher in der Automobilindustrie als sogenanntes Product-Lifecycle-Management (PLM) Modell eingeführt. PLM ist vergleichbar mit 5D im Bauwesen. Dabei werden nicht nur Daten des jeweiligen Konstruktionsobjektes betrachtet, sondern die komplette Wertschöpfungskette, die die Herstellungstechnologie, Arbeitsmethoden, dafür benötigte Werkzeuge und Hilfsmittel, den Gesamtprozess inklusive der Bereitstellung und Logistik sowie die daran beteiligten Akteure betrachtet und daraus ein umfassendes Datenmodell erstellt, um die Prozesse nachhaltig zu verbessern.^[19]

Zur Übertragung dieses PLM-Systems in die Bauwirtschaft haben sich 5 große europäische Baukonzerne zur 5D Initiative (http://www.5d-initiative.eu) zusammen geschlossen. Darunter sind auch die deutschen Vertreter der Bauunternehmen Max Bögl und Strabag SE / Ed. Züblin AG.

Eine weitere Initiative, die sich mit der Einführung von BIM, speziell mit der offenen Weitergabe der Gebäudemodell-Daten beschäftigt, ist der buildingSMART e. V. (http://www.buildingsmart.de). Die Förderung des big open BIM Formates steht dabei im Vordergrund. Unter dem Begriff "open BIM" haben sich namhafte Softwarehersteller unter Initiative der internationalen buildingSMART International Ltd. zusammen-geschlossen, um den offenen Datenaustausch zu ermöglichen und zu fördern (siehe 2.2.2 Open BIM). Es werden Schulungen und Fachveranstaltungen zum Thema BIM angeboten, welche auch durch Intensive Forschungsarbeiten im Bereich BIM verifiziert sind (siehe [Liebich, Schweer und Wernik 2011]).

Die Initiative ForBAU (http://www.forbau.de) ist ein weiterer Zusammenschluss von privatwirtschaftlichen Partnern und staatlichen Forschungseinrichtungen zur Unter-suchung der digitalen Baustelle. Gefördert wurde diese dreijährige Forschungstätigkeit von der Bayerischen Forschungsstiftung. Bei dem Projekt waren sieben Lehrstühle bayrischer Universitäten bzw. Hochschulen, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrttechnik (DLR) sowie 37 Industriepartner beteiligt. Dabei wurden die Potentiale, aber auch die Defizite der 3D-Modellierung, der Ablaufsimulation, des zentralen Datenmanagements, der Steuerung und Kontrolle der Bauausführung, also zusammenfassend des Builiding Information Managements erörtert. Zudem wurde auf die mobile Datenübertragung, die RFID^[20] -Technologie sowie die Just-in-time-Lieferung im Bauwesen eingegangen.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstütze von 2009-2012 ein weiteres Forschungsprojekt zur " Entwicklung eines Managementführungssystems für die partnerschaftliche, prozessgesteuerte und risikokontrollierte Abwicklung von Bauprojekten."^[21] Das Projekt Mefisto (Management-Führung-Information-Simulation) wurde federführend von Professor Scherer, Leiter des Institutes für Bauinformatik an der Fakultät Bauingenieurwesen der TU Dresden betreut. Die Ergebnisse des Mefisto-Projektes ergaben eine große Relevanz des Building Information Modeling im Bauwesen. Zudem wurden neue Erkenntnisse im Bereich Datenmanagement und -verwaltung, insbesondere in der Standardisierung der Datenübertragung, erlangt.

Das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung stellte ab dem Jahr 2006 finanzielle Mittel für die Forschungsinitiative Zukunft Bau bereit. Bisher wurden drei Forschungsarbeiten im Bezug auf das Building Information Modeling gefördert. Dabei sind die "Auswirkungen der Planungsmethode Building Information Modelling (BIM) auf die Leistungsbilder und Vergütungsstruktur für Architekten und Ingenieure sowie auf die Vertragsgestaltung" von (Liebich, Schweer, & Wernik, 2011) sowie das BIM an sich mit dessen Potentialen und Hemmnissen von (KIT, 2012) untersucht worden. Zurzeit läuft die Bearbeitung der "Optimierung und Auswertung eines 3D-Gebäudemodells (Basis IFC) für Facility Management."^[22]

2.2.5 Software

Alle namhaften Hersteller von Konstruktionssoftware vertreiben derzeit ein Produkt mit welchem BIM möglich ist. Folgende Tabelle gibt eine Übersicht der Hersteller und jeweils ein aktuelles BIM-Produkt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1 - Übersicht der BIM Software

Die Recherche ergab, dass alle dargestellten Software-Unternehmen eine 5D-BIM Lösung anbieten. Einige Softwareanbieter stellen den gesamten BIM-Prozess in einem Programm dar. Der Großteil jedoch verknüpft deren 3D-Konstruktionsprogramm mit weiteren Programmen für die Terminplanplanung (4D) oder der Mengenberechnung inklusive der Kalkulation der Kosten (5D). Für den Anwender ist zu empfehlen, die Produkte genauestens zu testen und Angebote miteinander zu vergleichen, da sich erfahrungsgemäß teilweise große Unterschiede bezüglich der Bedienbarkeit und Nutzerfreundlichkeit ergeben. Bei dieser Betrachtung sind vor allem auch monetäre Aspekte zu vergleichen, da beispielsweise die Einzellizenz von Autodesk Revit circa 6.000 €^[23] kostet, was vor allem für kleinere Architekturbüros, auch in Anbetracht der Nebenkosten (sehr aktuelle und leistungsfähige Hardwarevoraussetzungen), nicht einfach zu bewältigen ist.

2.2.6 Vorteile des BIM

Der aktuelle Projektabwicklungsprozess von Bauprojekten bietet große Potentiale um Bauvorhaben effizienter, kostentransparenter und qualitativ hochwertiger planen, ausführen und betreiben zu können. BIM unterstützt alle bisherigen Prozesse und führt zudem eine neue Arbeits- und Sichtweise in das Bauwesen ein. Durch die virtuelle Umgebung bietet BIM zusammengefasst folgende Vorteile gegenüber den traditionellen Projektabwicklungsverfahren:

Planungsphase

-Möglichkeit zum zentralen Datenzugriff durch alle Projektbeteiligte, dadurch entsteht eine optimierte Kommunikation zwischen den Beteiligten
-Ständige Aktualisierung sowie Verfügbarkeit der Daten, wodurch ein geringer Dokumentationsaufwand nach der Planungs- bzw. Bauphase entsteht
-Visualisierung des Bauwerkes zur Kollisionsprüfung mit anderen Fachabteilungen, als auch der Kommunikation gegenüber dem Bauherrn und der Öffentlichkeit
-Genaue Bestimmung der Baukosten bereits während der Planungsphase durch Erweiterung von 3D auf 5D (siehe 2.1 Dimensionalität)
-vereinfachte Erstellung von mehreren Planungsvarianten zur Optimierung des Bauwerkes

Ausführungsphase

-Leichte Überprüfung des Soll-Ist-Standes durch 4D (siehe 2.1 Dimensionalität)
-Einfaches Planmanagement und geringere Kosten bei Planungsänderungen
-Transparente Kostenkontrolle durch den Bauherr möglich
-Verringerung von Termin- und Kostenrisiken in der Bauphase durch genauere Planung

Betriebsphase

-schnelle Übermittlung aller relevanten Daten zur Gebäudebewirtschaftung
-Übergabe von Dokumentationsunterlagen schon während der Bauzeit möglich, dadurch kann der Betrieb des Gebäudes sofort nach Fertigstellung beginnen, was Bewirtschaftungslücken infolge einer Angebotserstellung vorbeugt^[24]

2.3 Planungsprozess gemäß HOAI

Das nachfolgende Kapitel bezieht sich auf die Verordnung über Honorare für Leistungen der Architekten und Ingenieure (HOAI) in der Fassung vom 11. August 2009. In Kapitel "3.5 Einbindung vom BIM in die HOAI" wird zudem auf die voraussichtlich im August 2013 erscheinende Novellierung der HOAI eingegangen. Vor allem stellt Punkt 3.5 die Vorteile dar, die sich durch BIM im Bezug auf die neue HOAI ergeben.

2.3.1 Übersicht der Leistungsphasen nach HOAI

Die nachfolgende Abbildung stellt die einzelnen Leistungsphasen im Leistungsbild Gebäude und raumbildende Ausbauten der HOAI 2009 dar. Es sind die Prozentsätze der Honorare für Gebäude dargestellt, welche mit dem jeweiligen Arbeitsumfang der Leistungsphase kongruieren. Außerdem sind wesentliche Punkte des Leistungsinhalts der jeweiligen LPH dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3 - Übersicht der Leistungsphasen nach HOAI 2009 ^[25]

In Abbildung 3 lassen sich gut die Umfänge der einzelnen Leistungsphasen erkennen. Die Planung des Bauwerkes umfasst demnach 66 % des gesamten Leistungsbildes Gebäude und raumbildende Ausbauten. Die restlichen 34 % der Leistung entfallen auf die eigentliche Ausführungsphase.

Die Leistungsphasen sind nach Planungs- und Ausführungsphase aufgeteilt. Die LPH 7 - "Mitwirkung bei der Vergabe" ist hier der Übergangspunkt zwischen Planung und Ausführung. Dies entspricht der klassischen Ausschreibung mit EP-Leistungsverzeich-nissen. Sofern andere Varianten der Ausschreibung durchgeführt werden (z.B. Funktionale Ausschreibung und Erstellung der Ausführungsplanung durch den Totalunternehmer), variiert dieser Übergangspunkt von der Planung des Architekten zum ausführenden Unternehmen. Die Vergabe des Auftrages an das Unternehmen erfolgt dann nach einer früheren Leistungsphase, meist nach der Genehmigungsplanung, wobei der Totalunternehmer oft baubegleitend die Ausführungsplanung erstellt.

Die Ausführungsphase endet nach der mängelfreien Erstellung des Bauwerkes. Deshalb wird die LPH 9 - Objektbetreuung und Dokumentation noch zur Ausführungsphase gezählt, obwohl das Bauwerk meist schon in Betrieb genommen wurde. Das Ende der Ausführungsphase liegt somit nach der vereinbaren Mängelgewährleistungsfrist.

2.3.2 Leistungsphasen 1-7 nach HOAI

Auf das Leistungsbild Gebäude und raumbildende Ausbauten im "Teil 3 Objektplanung" der HOAI soll besonders eingegangen werden, da die enthaltenen Leistungsphasen große Potentiale einer Projektabwicklung mit BIM-Methoden beschreiben.

Ziel der LPH 1-7 ist es, eine ausführungsreife Planung einer Bauleistung zu erhalten und diese auf dem freien Markt zur Abgabe von Preisen zu positionieren. Die Planung beginnt mit einer Idee, dem Vorhaben Kapital zu investieren oder dem Bedarf eines Gebäudes und kommt vom Bauherrn, welcher Initiator des Bauprojektes ist. Dieser beauftragt klassischerweise einen Architekten, der für die Umsetzung, sowie technische und wirtschaftliche Umsetzbarkeit der Bauherrenwünsche verantwortlich ist. Die Bearbeitung beginnt meist mit der Erstellung von verschiedenen Variantenstudien, die auch im Rahmen eines Architekturwettbewerbes erfolgen können. Nach der Festlegung einer Variante wird, unter Einbeziehung von verschiedenen Fachplanern, eine Entwurfsplanung erstellt, die der Baubehörde zur Genehmigung vorgelegt wird. Bei dem Entwurf müssen nicht nur technische Regelwerke, sondern auch baurechtliche Vorschriften (z.B. Landesbauordnung) beachtet werden. Nach erfolgter Genehmigung wird die Entwurfsplanung weiter bis zur Ausführungsplanung konkretisiert. In dem gesamten Planungsprozess entsteht so eine große Ansammlung an verfügbaren Daten, welche mit klassischen CAD-Programmen nur uneffektiv verwaltet werden kann.

Die Zusammenfassung der Daten zu einem Leistungsverzeichnis erfolgt nach der Mengenermittlung in der LPH 6 - "Vorbereitung der Vergabe". Die Ausführungspläne werden zusammen mit der Leistungsbeschreibung veröffentlicht, damit die ausführenden Unternehmen dafür Preise abgeben können. Der Architekt unterstützt den Bauherrn zudem bei der Auswahl des geeigneten Bieters, womit die Leistungsphase 7 - "Mitwirkung bei der Vergabe" abschließt.

Wie schon in Abschnitt 2.3.1 beschrieben, ist es möglich, einen Totalunternehmer mit der Erstellung der Ausführungsplanung zu beauftragen. Dadurch entfällt die Leistungsphase 5 beim Architekten. Dieser erstellt im Rahmen der Ausführungsplanung lediglich eine Objektbeschreibung (funktionale Ausschreibung). Die Einbindung eines ausführenden Unternehmens nach der Leistungsphase 1 - "Grundlagenermittlung" ist ebenfalls durch eine spezielle Vertragsart der öffentlich-privaten- oder privat-privaten-Partnerschaft möglich.^[26]

3. Anwendung von BIM in den Leistungsphasen 1-7 nach HOAI

3.1 Etablierte Planungsverfahren der Praxis

3.1.1 Probleme der derzeitigen Praxis

Informationsübergabe und -verluste

Die Planung sowie Ausführung eines Bauprojektes ist von unterschiedlichen Interessen der Beteiligten geprägt. Dabei werden meist Verantwortlichkeiten und Risiken während der einzelnen Projektphasen an andere Projektbeteiligte übertragen. Bei diesem Übergang, aber auch durch Übergabe der Planung des Architekten an den Fachplaner oder später dem Unternehmer, kann es zu Informations- und Ideenverlusten kommen. Gerade bei der Übergabe der Planung des Bauherrn, bzw. des von ihm beauftragten Architekten, an den Unternehmer in LPH 7, also der Vergabe, kann es leicht zu einem Informationsbruch kommen. Der Unternehmer, der in der Regel mit der Ausführungsplanung beauftragt wird, kann so seine eigenen fachlichen Kenntnisse in die Planung mit einbringen, beziehungsweise neue Planer mit der weiteren Beplanung des Bauwerks beauftragen. Die Übergabe der Planung erfolgt nicht selten in Papierform, was eine digitale Weiterverwendung der Architektenplanung unmöglich macht. Bei der digitalen Planübergabe können Fehler durch Kompatibilitätsprobleme zwischen den verschiedenen CAD-Programmen kommen, da noch kein einheitliches Austauschformat besteht.

Datenaufbereitung

Durch die oben beschriebenen Schnittstellen zwischen den einzelnen Planern oder zwischen Planer und Ausführenden entstehen, wie erwähnt, Informationsverluste. Gerade bei größeren Projekten mit langen Planungszeiträumen (z.B. bei Großprojekten im öffentlichen Bereich) kann es vorkommen, dass Planer nur für eine einzelne Leistungsphase beauftragt werden. Dadurch müssen Daten der vorangegangenen Planungsphasen übernommen werden. Oft sind nicht nur die Datenmenge, sondern auch die Qualität der Daten sehr kritisch zu betrachten. Beispielweise müssen Daten, welche in Papierform vorliegen, digitalisiert, Zeichnungen in das aktuelle Austauschformat umgewandelt und zudem überprüft werden. Diese Datenaufbereitung ist dadurch notwendig, da es zurzeit keine einheitlichen Standards zum Datenaustausch gibt. Der jeweilige Auftraggeber behält sich die eigenen Projektstrukturen, CAD-Standards sowie Regelungen zum Datenaustausch vor. Dies erfordert eine maximale Flexibilität auf Seiten der Planer.

Innovationsdefizit

Einige visionäre Unternehmen setzen bereits erfolgreich BIM in deren Objektplanung sowie Ausführung ein. Jedoch können diese Vorreiter sich noch nicht grundsätzlich durchsetzen, zumal es noch viele andere Projektbeteiligte gibt, wie Behörden, eine Reihe von Fachplanern sowie Sachverständige, die nicht mit BIM-Methoden arbeiten und somit das virtuelle Gebäudemodell wieder auf 2D herunter gebrochen werden muss. Dadurch können die hinterlegten Informationen nicht genutzt werden und müssen über Auswertungstools ausgelesen und in schlechtestenfalls Papierform angefügt werden. Der Gesetzgeber behält es sich ebenfalls vor, eine modellbasierte Planungsmethode zu fördern und bei seinen Ausschreibungen diese zu fordern. Beispiele aus dem Ausland belegen indes die Vorteile des Building Information Modeling auch im öffentlichen Bereich. Hierzu wird weiterführend auf Punkt 6.2 Ausblick verwiesen.^[27]

3.1.2 Einfluss der Projektbeteiligten in die Leistungsphasen 1-7

Jeder der Haupt-Projektbeteiligten der Planung sowie Ausführung hat spezifische Aufgaben in den Leistungsphasen der HOAI. Die nachfolgende Abbildung beschreibt die wesentlichen Leistungen der am Bau Beteiligten im Kontext der HOAI im Leistungsbild Gebäude und raumbildende Ausbauten.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4 - Einfluss der Projektbeteiligten auf die Projektphasen ^[28]

Die vorangegangene Abbildung zeigt, dass im Planungsprozess (LPH 1-7) als auch in der späteren Ausführung der Bauleistung (Leistungsphase 8 bzw. 9) bei bauherrnvertretenden Architekten alle Informationen zusammen laufen, bzw. die Erkenntnisse aus dem Planungsprozess von diesem weitergegeben werden. Dies erfordert eine Projektstruktur, die alle relevanten Daten bündelt und für alle anderen Akteure bereit stellt. Welche Prozesse hiervon mit Hilfe von BIM beeinflusst sowie verbessert werden können, wird in Kapitel 3.5.2 deutlich. BIM hat nicht nur in den Leistungsphasen 1-7 einen großen Nutzen, sondern auch in der Ausführungs- (LPH 8) und Betriebsphase (LPH 9). Auf die beiden letzteren Leistungsphasen wird in der vorliegenden Arbeit nur informativ eingegangen.

3.2 Schwierigkeiten der Einführung von BIM in die Praxis

3.2.1 Grundlegende Schwierigkeiten

Bauen ist Unikatfertigung

Wird der Vergleich zwischen stationärer und Bau-Industrie gezogen, ist festzustellen, dass jedes Bauwerk, selbst im Systembau (unterschiedliche örtliche Gegebenheiten), durch eine Unikatfertigung, also im Sprachgebrauch der Produktion einem Prototypenbau, hergestellt werden muss. Angefangen von der Geologie, über unterschiedlichste Zulieferer, angepasst auf den jeweiligen Ort der Baustelle bis hin zu ständig wechselnden Projektbeteiligten findet die Herstellung eines Bauwerkes stets unter verschiedenen Randbedingungen statt.^[29] Alle Abläufe die zum Bauen notwendig sind, müssen speziell auf die jeweilige Konstruktion angepasst werden. Zwar wird versucht durch "Just in time" - Lieferung von Baumaterialien oder der Verwendung von Fertigteilen und vielen wiederkehrenden Bauteilen einen gewissen Fertigungsfluss auf der Baustelle zu generieren, jedoch fehlen hierzu meistens die Planungswerkzeuge, um diesen Produktionsfluss schon in der Planung zu simulieren und dadurch schon einen effektiven Entwurf zu erhalten.

Kommunikation und Austausch von Informationen

Der Informationsaustausch und die Kommunikation zwischen den Projektbeteiligten entwickelte sich, ähnlich der stationären Industrie, in den letzten 3 Jahrzehnten zu einer schnellen und von Änderungen geprägten Form. Durch die Nutzung von E-Mail und Mobiltelefon, sowie Projektplattformen ist der Datenaustausch einfacher geworden. Mit Hilfe von BIM kann dieser Prozess noch weiter verbessert werden, da alle Informationen zum Bauwerk für die Beteiligten zugänglich sind. Durch die sogenannte "1. digitale Revolution"^[30] im Bauwesen wurde ab Mitte der 80er Jahre schrittweise die Kommunikation und der Datenaustausch zwischen den Projektbeteiligten verändert. Neue Methoden zum Erstellen von Plänen (CAD-Zeichnen), der Terminplanung (z.B. Microsoft Projekt) oder sonstigen digitalen Unterstützung des Arbeitsablaufes (Microsoft Word, Excel) wurden eingeführt. Ab ca. 2005 beginnt die "2. digitale Revolution"^[31] durch BIM. Dieser neue Prozess hat jedoch große Auswirkungen auf die bisherigen Soft- und Hardwarevoraussetzungen der Beteiligten. Bei Verwendung von Software verschiedener Hersteller gestaltet sich, wie auch bei Verwendung von Software eines Herstellers jedoch mit unterschiedlichen Programmversionen, der Datenaustausch sowie die Durchgängigkeit der Daten als schwierig. Deshalb wird über die openBIM Initiative (vgl. 2.2.4 Herkunft und Initiativen des BIM) versucht, das Austauschformat zwischen den verschiedenen Programmen zu vereinheitlichen, worauf in Kapitel 5 explizit eingegangen wird.

Ungleiche Vorstellungen der Projektbeteiligten

Ein Bauwerk entsteht nicht nur durch reines Entwerfen, Konstruieren und Bauen. Es müssen zudem viele andere Themenfelder wie Recht, Finanzierung, Betrieb, Genehmigung und Verwertung in den Bauprozess eingebunden werden. Jeder Akteur seines jeweiligen Themenfeldes hat eine eigene Vorstellung und Sichtweise über sein Arbeitsfeld sowie der Erledigung seiner Aufgaben. BIM unterstützt den Prozess diese unterschiedlichen Beteiligten miteinander zu verbinden, vorausgesetzt die beteiligten Personen sind offen für eine neue Form der Projektdurchführung und fördern diese.

3.2.2 Zusammenstellung der Hindernisse

Die Hindernisse einer Einführung von BIM werden von (Naumann, 2011) nach 5 Hauptpunkten definiert. Nachfolgend sind die Klassifikation der Hürden, welche auch anders denkbar wären (z.B. getrennt zwischen Planung und Ausführung), sowie deren Diskussion dargestellt.

Organisatorische Hürden

-verschiedene Verträge zwischen den Projektbeteiligten bestimmen das Baugeschehen (VOB-Vertrag, BGB-Werkvertrag, Architektenvertrag)
-Bauwerke können unterschiedlich abgewickelt werden (EP-Vertrag, Pauschalvertrag, PPP, usw.)
-in der Regel unterschiedliche Projektbeteiligte in Planung und Ausführung; und dadurch auch verschiedene Geschäftsprozesse in den einzelnen Unternehmen
-das Preisrecht nach HOAI bestimmt die Abwicklung des Projektes nach den HOAI-Leistungsphasen
-Reduzierung von Gebäudemodell-Informationen für die Ausführenden auf der Baustelle (gewerbliche Arbeiter)
-Fortschreibung des Gebäudemodells über alle Projektphasen

Technische Hürden

-Soft- und Hardware der Beteiligten müssen aktuell und leistungsfähig sein
-großes Datenvolumen muss zentral verwaltet, gespeichert und gesichert werden
-zwischen verschiedenen Softwareprogrammen muss der verlustfreie Datenaustausch möglich sein
-eine zentrale, projektbezogene, virtuelle Arbeitsplattform muss geschaffen werden, worauf alle relevanten Informationen gespeichert und schnell zugeordnet sowie gefunden werden können
-Verwaltung der Zugriffsrechte und IT-Betreuung der Plattform

Preisliche Hürden

-Anschaffung der Hard- und Software
-laufende Kosten durch die Administration des zentralen Servers sowie der Zugriffsverwaltung
-Veränderung von Geschäftsprozessen und innerbetrieblicher Organisation
-Kosten für die Weiterbildung von Mitarbeitern

Nutzer- und Akzeptanzprobleme

-unterschiedliche Arbeitsweisen der Projektbeteiligten
-verschiedene Akzeptanz zur Einführung von neuen Hilfsmitteln/Werkzeugen
-lange Lernphasen für die Beherrschung der Software und Schwierigkeiten bei der erstmaligen Einführung von BIM
-Erhöhte Anforderungen an die Benutzer von BIM-Software und eingehende Vertiefung in die Programme

Juristische Hürden

-Vertragsgestaltung, vor allem im öffentlichen Bereich
-Rechtsverbindlichkeit der virtuell hinterlegten Informationen
-Sicherheit der Daten und Geschäftsgeheimnisse der Anwender
-Übernahme von Risiken^[32]

Die Schaffung der Akzeptanz bei den Projektbeteiligten für BIM wird als zentrales Element für eine zuverlässige und zielführende Anwendung von BIM gesehen. Vor allem wenn alle Beteiligten alleinig das Projekt im Fokus haben und nicht deren eigene Interessen beachten, kann eine neue Projektabwicklungsform eingeführt werden. Nur wenn der Nutzen für eine Einführung der modellbasierten Planung auf allen Ebenen der Projektorganisation gesehen wird, kann sich diese erfolgreich durchsetzen. BIM könnte auch ohne Beteiligung aller Akteure in einer kleineren Bürovariante (siehe 2.2.2 little BIM) Erfolg haben, entfaltet jedoch erst beim Bezug auf das gesamte Projekt alle Vorteile und Potentiale. Nachdem die Anwender überzeugt sind, ist es wichtig, die technischen Rahmenbedingungen zu schaffen, die beim derzeitigen Stand der Technik kein Problem darstellen. Preisliche Hürden sind vor allem für kleinere Fachplaner problematisch zu sehen, da diese nicht über das Projektvolumen verfügen, BIM kostenneutral einzuführen. Denkbar wäre hier ein Leasing der Hard- und Software, um hohe einmalige Einrichtungskosten zu vermeiden. Organisatorische Hürden wie die unterschiedlichen Abwicklungsformen (EP-, Pauschschal-Vertrag, PPP, usw.) haben geringen Einfluss darauf, ob BIM eingeführt werden kann. Es muss hingegen festgelegt werden, wie es eingeführt wird und welche Leistungen vom wem ausgeführt werden. Zudem ist die Einbindung in die HOAI teilweise möglich, worauf in Kapitel 3.5 nochmals eingegangen wird. Die juristischen Hürden können vorab in den Verträgen festgelegt werden. Beispiele gibt es hierzu genügend aus dem Ausland, wo die Projektdurchführung mit BIM seit Jahren etabliert ist.

3.3 Chancen durch BIM

3.3.1 Potentiale der Planung mit BIM

Das wesentlichste Potential der Planung mit BIM ist die Weiterverwendbarkeit der eingegebenen Daten mit Hilfe von verschiedenen Simulations- und Auswertungsverfahren. Die zurzeit übliche 2D-Gebäudeplanung mittels Plänen bedarf einer sehr aufwändigen Methode zur Datenauswertung. Beispielsweise muss im klassischen 2D-Planungsverfahren bei einer Änderung der Bauteilgeometrie die Mengenermittlung manuell aufwändig neu erstellt werden, was hingegen mit BIM automatisch erfolgt. Nachfolgend ist eine Zusammenstellung der wichtigsten Anwendungen im Building Innformation Modeling erläutert:

Kollisionsprüfung

Das Programm-Tool "Model Checker"^[33] kann das übergebene, virtuelle Planungsmodell überprüfen. Dabei wird beispielsweise das Modell an sich überprüft (keine doppelten Türen) oder es können auch Kollisionsprüfungen mit der bestehenden Bausubstanz, oder anderen Fachplanungen durchgeführt werden. Zudem ist eine Erweiterung für die Überprüfung auf bestimmte Regelungen oder Normen machbar (z.B. hinsichtlich Brandschutz).

Mengenermittlung

Gerade fehlerhafte Mengen in der Ausschreibung sind oft Gründe für Mehrkosten und Terminverzögerungen. Bei klassischen Planungsverfahren ist die Mengenermittlung sehr zeitaufwändig und fehleranfällig. Die einfache, schnelle und automatisch ablaufende Mengenermittlung ist zentrales Element des BIM. Durch die Eingabe von Daten bezüglich der einzelnen Bauteile, kann das Programm feststellen, welche Art von Bauteil hinterlegt ist und mittels des 3D-Gebäudemodells können die Ausmaße des Bauteils und somit dessen Mengen ermittelt werden. Es kann zudem automatisch eine Auswertung erstellt werden, vergleichbar mit dem händischen Aufmaß, um die berechneten Mengen nachvollziehen zu können. Somit ist bereits in der Planung eine große Mengentransparenz und -sicherheit gegeben. Die Ausführungsmengen "zählen zu den größten Projektrisiken"^[34], welche durch die automatische Mengenermittlung durch BIM-Software entscheidend verringert werden können. Dabei ist die Mengen- und Kostenermittlung nach den jeweiligen nationalen Standards (z.B. VOB) mit Programmen wie iTWO von RIB möglich. Auch ist eine gewerkeweise Auswertung der Mengen möglich, um beispielsweise Schalungsflächen zu ermitteln. In der späteren Ausführung entfällt dann die Erstellung des Aufmaßes zur Rechnungsstellung, da Modell- und Ausführungsmengen deckungsgleich sind.

[...]

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^[1] vgl. (Altner, 2012) Seite 315

^[2] (Liebich, 2010)

^[3] vgl. (Günthner, et al., 2011) Seite 1-2

^[4] vgl. (McGraw-Hill, 2009)

^[5] (KIT, 2012) Seite 5

^[6] (Richter, 2009) Seite 1

^[7] vgl. (Richter, 2009) Seite 1-2

^[8] vgl. (KIT, 2012) Seite 6 und 33

^[9] (Smith, 2008)

^[10] vgl. (Tulke, 2010) Seite 217

^[11] vgl. (Jehle, Michailenko, Seyffert, & Wagner, 2013) Seite 27-29

^[12] vgl. (Tulke, 2010) Seite 218

^[13] vgl. (Liebich, Schweer, & Wernik, 2011) Seite 48

^[14] vgl. (Naumann, 2011) Seite 173-174

^[15] vgl. (Heidemann, 2010) Seite 70-72

^[16] eigene Darstellung

^[17] vgl. (Liebich, Schweer, & Wernik, 2011) Seite 46

^[18] vgl. (Liebich, Schweer, & Wernik, 2011) Seite 45-47

^[19] vgl. (Kessoudis & Lodewijks, 2013) Seite 127

^[20] Radio Frequenz Identifikation

^[21] (Scherer & Schapke, 2012)

^[22] vgl. (BBR, 2010)

^[23] (Autodesk, 2013)

^[24] vgl. (Naumann, 2011) Seite 174-175

^[25] eigene Darstellung auf Grundlage der (HOAI, 2009)

^[26] vgl. (Jehle, Michailenko, Seyffert, & Wagner, 2013) Seite 26-29

^[27] vgl. (Willberg, Baumgärtel, & Klaubert, 2011) Seite 8-13

^[28] eigene Darstellung in Anlehnung an (Kaminski, 2010) Seite 53

^[29] vgl. (Schach & Sperling, 2001) Seite 2-4

^[30] (Scherer, Schapke, & Tauscher, 2010) Seite 79

^[31] (Scherer, Schapke, & Tauscher, 2010) Seite 79

^[32] vgl. (Naumann, 2011) Seite 177-178 und (KIT, 2012) Seite 40-41

^[33] (Borrmann, Liebich, & Juli, 2011) Seite 37

^[34] (Popp, 2011) Seite 86 Inhaltsverzeichnis