Grundlagen des ‚Building Information Modeling‘ (BIM). Arten, Ziele und Vorteile des BIM

Inhalt

1. Grundlagen des Building Information Modeling (BIM)
1.1 Begriffsdefinitionen
1.2 Building Information Modeling (BIM)
1.2.1 Beschreibung von BIM
1.2.2 Arten des BIM
1.2.3 Ziele des BIM
1.2.4 Herkunft und Initiativen des BIM
1.2.5 Software
1.2.6 Vorteile des BIM
1.3 Planungsprozess gemäß HOAI
1.3.1 Übersicht der Leistungsphasen nach HOAI
1.3.2 Leistungsphasen 1-7 nach HOAI

1. Grundlagen des Building Information Modeling (BIM)

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.

Diese Arbeit 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.

1.1 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.“^[1]

Building Information Modeling beschreibt den Prozess der integrierten Planung und Verwendung eines digitalen Gebäudemodells in allen Lebenszyklusphasen des Gebäudes.^[2]

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.^[3]

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.^[4]

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.^[5]

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.

1.2 Building Information Modeling (BIM)

1.2.1 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.^[6]

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.^[7]

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^[8]

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.

1.2.2 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^[9]

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.^[10]

1.2.3 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.

1.2.4 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.^[11]

[...]

^[1] (Smith, 2008)

^[2] vgl. (Tulke, 2010) Seite 217

^[3] vgl. (Jehle, Michailenko, Seyffert, Wagner, 2013) Seite 27-29

^[4] vgl. (Tulke, 2010) Seite 218

^[5] vgl. (Liebich, Schweer, Wernik, 2011) Seite 48

^[6] vgl. (Naumann, 2011) Seite 173-174

^[7] vgl. (Heidemann, 2010) Seite 70-72

^[8] eigene Darstellung

^[9] vgl. (Liebich, Schweer, Wernik, 2011) Seite 46

^[10] vgl. (Liebich, Schweer, Wernik, 2011) Seite 45-47

^[11] vgl. (Kessoudis Lodewijks, 2013) Seite 127