Building Information Modeling

Eine der wichtigsten Voraussetzungen für das Building Information Modeling ist die Arbeit mit dreidimensionaler Geometrie. Dieses Kapitel geht auf die Grundlagen der Abbildung von Geometrie im Rechner ein. Dabei werden explizite und implizite Verfahren zur Beschreibung von Volumenmodellen ebenso behandelt wie die Grundlagen der parametrischen Modellierung zur Schaffung flexibler, leicht anpassbarer Modelle. Ein weiterer Schwerpunkt des Kapitels liegt auf Freiformkurven und -flächen und der ihnen zugrundeliegenden mathematischen Beschreibung.

Zur umfassenden digitalen Modellierung eines Bauwerks sind neben geometrischen Eigenschaften auch semantische Informationen erforderlich. Hierzu zählen beispielsweise Angaben zum Herstellungsverfahren, zu Baustoffen und Materialen sowie zu Nutzungseigenschaften von Räumen. Zur Beschreibung und Strukturierung dieser Informationen wird derzeit das objektorientierte Modellierparadigma verwendet. Dieses Kapitel beschreibt in Vorbereitung auf nachfolgende Kapitel die wesentlichen objektorientierten Modellierungskonzepte, wie Objekte und Klassen, Attribute und Methoden, Vererbung, Assoziationen, Aggregationen und Kompositionen. Abschließend werden aktuelle und künftige Herausforderungen bei der objektorientierten Modellierung von Bauwerksinformationen zusammengefasst.

Ein wichtiger Bestandteil der BIM-Methodik ist die Betrachtung der Prozesse, bei denen digitale Bauwerksinformationen erstellt, verändert, verwendet und weitergeben werden. Die Planung und Koordination dieser BIM-Prozesse ist unter anderem eine wichtige Aufgabe des BIM-Managers. Es muss festgelegt werden, welche Aufgaben von welchen Personen in welcher Reihenfolge bearbeitet werden sollen. Hierbei sind auch die einzelnen Schnittstellen genau zu spezifizieren. Eine schlanke und transparente Prozessdefinition kann die Einführung von BIM-Methoden wesentlich unterstützen. Im Rahmen dieses Kapitels wird eine Einführung in die formale Prozessmodellierung gegeben. Hierbei wird insbesondere auf die Modellierungssprachen Integration Definition for Function Modeling (IDEF) und Business Process Model and Notation (BPMN) eingegangen, die heutzutage im Bereich der BIM-Prozessmodellierung am häufigsten angewendet werden.

Im Rahmen von Planung, Errichtung und Betrieb eines Bauwerks kommt eine Vielzahl von unterschiedlichen Softwarelösungen zum Einsatz. Um einen möglichst verlustfreien digitalen Datenfluss auf hohem inhaltlichem Niveau im Sinne des BIG-BIM-Ansatzes zu realisieren, ist es notwendig, Interoperabilität zwischen diesen Softwareprodukten herzustellen. Das Kapitel geht auf die spezifischen Randbedingungen ein, die die Bauindustrie von anderen Wirtschaftszweigen unterscheidet. Eine der wichtigsten Konsequenzen hieraus ist, dass nur herstellerneutrale, offene Datenformate die Realisierung von weitreichender und nachhaltiger Interoperabilität gewährleisten können. Mit den Industry Foundation Classes steht ein standardisiertes, offenes Datenformat zum hochwertigen Austausch digitaler Bauwerksmodelle zur Verfügung, das Interoperabilität ermöglicht und damit die Basis für die Umsetzung von BIG Open BIM bildet.

Mit den Industry Foundation Classes (IFC) steht ein umfassendes und standardisiertes Datenformat für den herstellerneutralen Austausch von digitalen Gebäudemodellen zur Verfügung. Es bildet damit eine wesentliche Grundlage für die Umsetzung von Big Open BIM. Das Kapitel beschreibt im Detail den Aufbau des Datenmodells und geht ausführlich auf dessen Verwendung zur semantischen und geometrischen Beschreibung eines Gebäudes und seiner Bauteile ein. Es schließt mit einer Diskussion der Vor- und Nachteile des IFC-Datenmodells.

Das Datenmodell Industry Foundation Classes (IFC) stellt einen umfassenden herstellerneutralen Standard zur Beschreibung von digitalen Gebäudemodellen zur Verfügung. Dabei handelt es sich jedoch zunächst nur um eine Datenstruktur. Für eine sinnvolle Nutzung im Rahmen von Planungsprozessen ist jedoch darüber hinaus festzulegen, welche Informationen von wem wann welchem Projektbeteiligten wie zur Verfügung gestellt werden sollen. Hierzu wurde von buildingSMART die Methode Information Delivery Manual (IDM) entwickelt, die vorsieht, die Datenaustauschprozesse mithilfe einer grafischen Notation zu beschreiben, um daraus Anforderungen hinsichtlich der auszutauschenden Modellinhalte (Exchange Requirements) abzuleiten. Die technische Umsetzung dieser Anforderungen wird mit einer Model View Definition (MVD) realisiert, die genau festlegt, welche Entitäten und Attribute des IFC-Modells verwendet werden dürfen bzw. müssen. Das Kapitel beschreibt im Detail die Herangehensweise der IDM. Daneben wird das Datenaustauschformat COBie vorgestellt, das speziell der Übergabe von Bauwerksdaten an den Betreiber dient. Das Kapitel schließt mit einer Diskussion der Verfahren zur Festlegung von Ausarbeitungsgraden für Modellinhalte (Level of Development) und der Vorstellung des BIM-Collaboration-Formats (BCF) zur strukturierten Beschreibung von Konflikten bzw. Mängeln im Modell.

Ein wichtiger Datenstandard zum Austausch von Daten zwischen BIM-Software ist IFC – Industry Foundation Classes, der von buildingSMART entwickelt wird. Die IFC-Schnittstellen von BIM-Software sollten zur Sicherstellung eines möglichst hohen Qualitätsniveaus von un-abhängiger Seite überprüft und zertifiziert werden. buildingSMART hat ein entsprechendes Verfahren entwickelt und implementiert. In diesem Kapitel werden die Ziele dieser Zertifizierung, unterschiedliche Erwartungshaltungen daran, das Verfahren sowie die Bedeutung im Gesamtprozess BIM beschrieben. In einem Ausblick werden mögliche künftige weiterführende BIM-Zertifikate (Modellierungsqualität von BIM-Daten, BIM-Kenntnisse, BIM-Prozesse) vorgestellt, die über die Überprüfung der Datenschnittstellen von BIM-Software hinausgehen.

Ordnungssysteme sind im Bauwesen ein wichtiges Mittel, um Bedeutungen von Begriffen eindeutig festzulegen und zu strukturieren, damit sie von allen Beteiligten konsistent verwendet werden. In ihrer bewährten Form als Texte und Tabellen sind sie für den Gebrauch von Experten bestimmt, um eindeutige und verbindliche Spezifikationen, Anforderungen und Absprachen über Bauwerke, ihre Bauteile sowie deren Eigenschaften zu erstellen. Für den Einsatz im Kontext von Building Information Modeling können sie in maschinenlesbarer Form zu semantischen Auszeichnung von Modellobjekten verwendet werden und so den Informations- und Datenaustausch weiter harmonisieren. In diesem Kapitel werden die Grundlagen, Anwendungen und technischen Umsetzungen verschiedener Ordnungssysteme vorgestellt und erläutert.

Virtuelle 3D-Stadtmodelle gewinnen kontinuierlich an Bedeutung und werden bereits heute für vielfältige Anwendungszwecke eingesetzt. Ihr Einsatzspektrum reicht dabei von der einfachen grafischen Visualisierung stadträumlicher Strukturen über Telematik- und Navigationssysteme bis hin zu Augmented-Reality-Applikationen sowie komplexen Simulationen im urbanen Kontext. Als offenes und herstellerneutrales Format für die Persistierung und den fachübergreifenden Austausch konnte sich der internationale OpenGIS® Datenstandard CityGML etablieren. CityGML erlaubt eine vereinheitlichte Abbildung urbaner Strukturen mittels thematisch klassifizierter Stadtobjekte und beschreibt neben Geometrie, Lage und Aussehen auch dedizierte semantische Eigenschaften sowie topologische Beziehungen. Ferner ermöglicht der Standard die simultane Repräsentation des Abbildungsgegenstands in mehreren kohärenten, aufeinander aufbauenden Detaillierungsgraden. Durch eine konvergente Deklination der stadträumlichen Strukturen vom zweidimensionalen regionalen Maßstab bis hin zu differenzierten architektonischen 3D-Gebäudemodellen realisiert CityGML zudem auch eine integrative Funktion und verbessert die Interoperabilität zwischen GIS-Applikationen und BIM im Kontext domänenübergreifender Kollaborationen.

In diesem Kapitel wird auf die verschiedenen Möglichkeiten zur Programmierung von BIM-Applikationen eingegangen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Verarbeitung von Daten im herstellerneutralen Austauschformat Industry Foundation Classes (IFC). In diesem Zusammenhang werden der Zugriff auf Daten im Format STEP Clear Text Encoding erläutert und dabei die Unterschiede zwischen dem Early-Binding- und dem Late-Binding-Ansatz diskutiert. Da für den Austausch von IFC-Daten das Format ifcXML eine zunehmend wichtigere Rolle einnimmt, wird auch auf den Einsatz der entsprechenden Zugriffsvarianten SAX (Simple API for XML) und DOM (Document Object Model) eingegangen. Im Anschluss wird auf verschiedene Geometrierepräsentationen der IFC und deren Interpretation Bezug genommen. Schließlich wird kurz die Addin-Entwicklung behandelt, die es erlaubt, existierende Software an die eigenen nutzerspezifischen Bedürfnisse anzupassen.

Die Bauplanung und -ausführung ist ein hochgradig arbeitsteiliger Prozess mit einer Vielzahl von Beteiligten. Die Abstimmung untereinander, die für das Gelingen eines Bauvorhabens essenziell ist, geschieht noch heute vorwiegend durch den Austausch von 2D-Plänen. Gerade bei komplexen Bauvorhaben ist diese Form des Informationsaustausches jedoch fehleranfällig und zeitaufwendig, da die jeweilig Kontrolle, Koordination und Abstimmung nicht automatisierbar unterstützt werden kann. Durch den Gebrauch digitaler Bauwerksinformationsmodelle und die Modellierung von abgestimmten Arbeitsabläufen können verschiedene Formen der Zusammenarbeit in vielen Aspekten effektiv unterstützt und verbessert werden. Von verschiedenen Planungsbeteiligten benötigte Informationen können dadurch auf dem aktuellen Stand gehalten und angeboten werden, wobei der

gemeinsame Datenraum

aller Planungsbeteiligten teilautomatisiert überprüft und konsistent gehalten werden kann. Dies erlaubt schnellere iterative Planungszyklen, eine verbesserte Kontrolle und Übersicht des Projektfortgangs und erleichtert die Kommunikation aller Beteiligten durch gemeinsame verwendete Informationsressourcen. Um diese Vorteile digital unterstützter Zusammenarbeit effektiv und effizient einzusetzen, sind jedoch einige grundlegende Veränderungen gegenüber papierbasierten Arbeitsabläufen nötig.

In diesem Kapitel wird dargestellt, wie die Zusammenarbeit als auch die Koordination der Planung durch eine kooperative Datenhaltung erheblich verbessern kann. Dabei wird zunächst auf grundlegende Konzepte des gemeinsamen Datenraumes sowie der computergestützten Zusammenarbeit (engl.

Computer Supported Collaborative Work, CSCW

) eingegangen. Darauf aufbauend werden die verschiedenen verfügbaren Technologien vorgestellt und eingeordnet.

Im ersten Abschnitt werden dazu die Grundlagen gemeinsamer BIM-Informationsressourcen und ihrer Verarbeitungsmethoden vorgestellt. In einem zweiten Abschnitt werden die grundlegenden Aspekte kooperativer Datenverwaltung vorgestellt. Ein weiterer Abschnitt ist den verschiedenen Softwarewerkzeugen gewidmet, die die vorgestellten grundlegenden Konzepte der Zusammenarbeit und ihre Methoden mit verschiedenen Lösungsansätzen unterstützen und den Anforderungen in jeweils unterschiedlichem Grad gerecht werden. Eine kritische Betrachtung des aktuellen Standes der Technik sowie ein Ausblick auf die Forschung und zukünftige Entwicklungen bilden den Abschluss dieses Kapitels.

Der BIM-Manager ist eine Rolle, die sich innerhalb von Bauprojekten neu herausgebildet hat. Die Einführung und durchgängige Nutzung einer BIM-basierten Arbeitsweise erfordert vorab Festlegungen bzgl. projektspezifischer Anwendungsfälle, verwendeter Technologien sowie von Prozessabläufen, Verantwortlichkeiten und spezifischen Handlungsanweisungen für die Datenerstellung und -verarbeitung. Darüber hinaus ist eine begleitende Koordination und Unterstützung während der gesamten Projektlaufzeit erforderlich. Aufgrund der Komplexität dieser Aufgabe und des erforderlichen Querschnittswissens aus Ingenieurwissenschaft und Informationstechnologie kann diese Rolle nicht adäquat durch etablierte Rollen übernommen werden. Gleichzeitig ist sie jedoch ein wesentlicher Erfolgsfaktor bei der Einführung und zweckmäßigen Nutzung von Building Information Modeling auf einem Projekt. Jedoch hat sich bisher für die Rolle des BIM-Managers noch keine einheitliche Beschreibung etabliert. In diesem Kapitel werden sowohl die Gründe für diese neue Rolle als auch die mit ihr verbundenen Verantwortlichkeiten, Aufgaben sowie die erforderlichen Fähigkeiten und Kenntnisse betrachtet. Ebenso wird die Einbettung innerhalb der Projektorganisationsstruktur näher beleuchtet.

Der Einsatz von BIM-Planungstechnologien wirft eine Vielzahl von rechtlichen Fragestellungen auf. Im Kern ist es Aufgabe des Bauvertragsrechts, die bei dem Einsatz dieser Planungsmethodik erforderlichen Prozesse und die Rechte und Pflichten der Vertragsparteien zu regeln. Die Autoren behandeln in diesem Kapitel nach einer einleitendenden Stellungnahme zu im internationalen Kontext diskutierten, neuen Vertragsstrukturen die Regelungsbereiche Arbeitsorganisation/Abwicklungsdetails, Rechte an Daten, Haftung, BIM-Management und Vergütung. Herausgestellt werden die nach Ansicht der Autoren bei der Vertragsgestaltung maßgeblich zu berücksichtigenden Interessenlagen. Dabei werden auch die Lösungsansätze international gebräuchlicher Vertragsmuster (AIA, ConsensusDocs, nec3) vorgestellt und miteinander verglichen. Die Autoren kommen zu dem Ergebnis, dass BIM weder ein neues Paradigma der Vertragstypen, noch ein neues Haftungsregime erfordert. Einzelheiten zum BIM-Einsatz können in BIM-spezifischen Vertragsanlagen, die zur Anlage sämtlicher Einzelverträge gemacht werden, geregelt werden. Das HOAI-Preisrecht steht hierbei einer aufwandsangemessenen Vergütung der durch die BIM-Prozesse entstehenden Mehr- oder Minderaufwendungen nicht entgegen.

Die Digitalisierung der Gesellschaft schreitet stetig voran und führt zu Veränderungen im täglichen Leben und Arbeiten. Die Digitalisierung im Bauwesen – aktuell der Übergang von CAD zu BIM – ist Chance und Herausforderung zugleich. Die Vorteile von BIM können besonders effizient genutzt werden, wenn der gesamte Bauprozess betrachtet wird. Dies setzt aber entsprechende Regularien und belastbare Kalkulationen voraus. Die Vorteile liegen nicht primär in der Vorentwurfs- und Entwurfsphase, sondern vor allem in nachgelagerten Prozessen sowie beim Auftraggeber und müssen als Sonderleistungen in der HOAI vergütet werden.

Dieser „Return-on-Investment“ in den späteren Planungs-, Bau- und Betriebsphasen muss erfolgreich kommuniziert werden, um einen breiten Paradigmenwechsel in der Architekten- und Bauherrschaft sowie bei der Politik, der öffentlichen Hand und den Körperschaften öffentlichen Rechtes zu erreichen. Durch den Einsatz von BIM können kosten- und risikorelevante Entscheidungen bereits in frühen Phasen getroffen werden. Jedoch fehlt es hier noch an Methoden und Fähigkeiten der einzelnen Akteure, beispielsweise für die Einbindung von Analyse- und Simulationsmethoden, um mit teilweise vagen und unvollständigen Bauinformationen interagieren zu können.

Der wesentlichste Beitrag von Building Information Modeling zur Untersetzung der ingenieurtechnischen Planung ist die anschauliche, interaktive Visualisierung des geplanten Bauwerks in 3D samt der direkt damit verknüpfte Informationen bzgl. Produktspezifikation, Erstellung und Betrieb. Hierdurch werden ein vertieftes Verständnis des Bauprojektes sowie die Grundlage für eine verbesserte Koordination zwischen den beteiligten Fachplanern und Bauausführenden geschaffen.

Aufbauend auf das Datenmodell und die neuen Visualisierungsmöglichkeiten haben sich darüber hinaus mit der Clash Detection, der 4D-Bauablaufanimation und dem Model Checking drei Konzepte für die Unterstützung und Fehlerkontrolle der Planung herausgebildet, die gegenüber der herkömmlichen Planungsmethodik eine zusätzliche Automatisierung und Detailkoordination ermöglichen. In diesem Kapitel werden heutige Möglichkeiten, Nutzen und erforderliche Rahmenbedingungen dieser drei Konzepte auf Basis von Praxiserfahrung mit marktüblicher Software im Detail beleuchtet.

Das Kapitel beschreibt die Anwendung von BIM in der Tragwerksplanung. Der Unterschied zwischen geometrischem und analytischem Modell wird beschrieben. Ausführlich wird auf die Anwendung der Methode in den verschiedenen Planungsphasen, vornehmlich Vorplanung, Genehmigungsplanung und Ausführungsplanung eingegangen. Letztlich werden mögliche Entwicklungen in der Zukunft diskutiert.

Das Kapitel setzt BIM in den Kontext der Energiebedarfsermittlung und der Gebäudesimulation. Es werden zunächst die verschiedenen Methoden der Energiebedarfsermittlung und TGA Fachplanung vorgestellt und Bezug auf die entsprechenden normativen Vorschriften und Berechnungsgrundlagen genommen. Es werden Datenaustauschformate vorgestellt, die zum Austausch und zur Modellierung von energierelevanten Gebäude- und Anlagendaten zur Verfügung stehen, wobei auch auf notwendige Anforderungen und Definitionen aus Sicht der Geometrie, Zonierung und Semantik eingegangen wird. Das Kapitel diskutiert kurz den Stand der softwareseitigen Unterstützung hinsichtlich ingenieurtechnischer Berechnung und Dimensionierung. Weiterhin wird die für den BIM-Einsatz in der Energiebedarfsermittlung und Simulation notwendige Prozesskette vorgestellt und kurz auf entsprechende Model-View-Definitionen der Industry Foundation Classes eingegangen. Ein Ausblick auf laufende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten rundet das Kapitel ab.

BIM findet im Hinblick auf den Arbeits- und Gesundheitsschutz in vielen Ländern noch keine flächendeckende Berücksichtigung. Oftmals wird in der Baupraxis ein Plan zum Sicherheits- und Gesundheitsschutz entweder kurz vor Eintritt in die Bauphase oder während der Bauphase erstellt. Dies ist sicherlich zu wenig, um das volle Potenzial von BIM als Prozess und in der Modellierung abzuschöpfen. Um den Sicherheitsstandard auf Baustellen zu verbessern, müssen bereits in den frühen Projektphasen sowohl die Sicherheitsmaßnahmen festgelegt als auch die Sicherheitsausrüstung vorbereitet und bereitgestellt werden. Der Informationsverlust, z. B. durch wechselnde Planer oder fehlende Zustimmung in der Unternehmensführung sowie im Arbeitsablauf, kann vermieden werden, indem ein durchgängiges Bauwerksinformationsmodell (BIM) verwendet wird, das neben statischen und bauphysikalischen Sachverhalten auch Informationen für die Arbeitssicherheitsplanung enthält. Mit BIM können weiterführende Daten für den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks integriert werden, z. B. Identifikation, Vermeidung und bessere Kommunikation von Sicherheitsrisiken, 4D-Visualisierung von Arbeitsabläufen und Sicherheitstraining sowie Schulungen. Dieses Kapitel belegt durch Statistiken, Erläuterungen und Anwendungsbeispiele, dass BIM im Arbeits- und Gesundheitsschutz eine verbesserte Sicherheit, Gesundheit und höhere Motivation der Arbeitnehmer, eine Verringerung der Versicherungsprämien und Haftungsrisiken, einen ungestörten und termingerechten Projektablauf, eine Produktivitätssteigerung, einen Wettbewerbsvorteil durch verbesserte Reputation, eine Beachtung der Gesetze und anderer Regularien bewirkt.

Normen und Richtlinien dienen im Bauwesen der Vereinheitlichung von Anforderungen und sichern auf diese Weise Technikstandards, um beispielsweise die Statik, Betriebssicherheit, Materialqualität und nicht zuletzt die Sicherheit des Nutzers zu garantieren. Bislang handelt es sich bei der Überprüfung einer Gebäudeplanung hinsichtlich ihrer Konformität mit den Richtlinien zumeist um einen immer wiederkehrenden, manuellen Kontrollprozess in der Planungsphase eines Bauwerks, welcher sich durch hohe Fehleranfälligkeit, Arbeitsaufwand und Kosten auszeichnet. Mit der Einführung und Entwicklung neuer digitaler Methoden wie dem

Building Information Modeling (BIM)

und einheitlicher Datenstandards für Gebäudemodelle stehen dem Bauwesen Technologien zur Verfügung, die einer Optimierung dieses Prozesses dienen können. Während des BIM-Prozesses entsteht im Laufe der Planungsphase eines Bauwerks ein digitales Gebäudemodell, welches sämtliche aktuellen Informationen für alle Projektbeteiligten über den gesamten Lebenszyklus des Gebäudes zur Verfügung stellt. Es bietet sich an, diese bereits gebündelten Daten für eine automatisierte bzw. teilautomatisierte Überprüfung eines Modells auf Einhaltung von Normen und Richtlinien, das sogenannte

Automated Code Compliance Checking

, zu verwenden und auf diese Weise eine stetig hohe Planungsqualität zu garantieren.

Mengen spielen bei der Planung und Ausführung eines Bauprojekts eine zentrale Rolle und müssen effizient, sicher und nachvollziehbar berechnet sowie ausgewertet werden können. Die BIM-Methode kann für diesen Zweck sehr vorteilhaft verwendet werden. Insbesondere die Sicherheit und Nachvollziehbarkeit kann im Vergleich zu konventionellen Arbeitsweisen signifikant verbessert werden. Im Rahmen dieses Kapitels wird eine Einführung in die modellbasierte Mengenermittlung gegeben. Es wird insbesondere auf die Datenmodellierung und Anforderungen an digitale Bauwerksmodelle unter Verwendung von intelligenten Bauobjekten eingegangen.

Das Aufmaß von Bauwerken ist ein zentraler Bestandteil für die Dokumentation und Planung im Bestand. Im Kontext von BIM werden jedoch neue Anforderungen an die Bauaufnahme gestellt. Waren die Ergebnisse des Aufmaßes bislang zumeist digitale 2D-CAD-Zeichnungen für die Darstellung von Grundrissen, Schnitten und Ansichten, werden für BIM virtuelle dreidimensionale Bauwerksmodelle mit volumenelementorientierter Objektmodellierung inklusive deren Semantik und Beziehungen sowie ggf. beschreibender Eigenschaften benötigt. Der ganzheitliche BIM-Ansatz zur Dokumentation von Bauwerken hat damit auch Auswirkungen auf den Vermessungsworkflow sowie die Verarbeitung und Modellierung der Daten. Die Grundlage für das Aufmaß stellen dabei geodätische Vermessungsmethoden mit Einzelpunkt basierenden Verfahren (elektronisches Handaufmaß, Tachymetrie) sowie flächenhaft erfassende Verfahren (Photogrammetrie, Laserscanning) in Kombination mit entsprechender Erfassungssoftware dar. Auch neuere Entwicklungen im Bereich der Erfassungssysteme (UAVs, Multisensor- und Mappingsysteme) basieren auf diesen grundlegenden Methoden.

Die Nutzung von Building Information Modeling in der industriellen Vorfertigung bietet enorme Potenziale für Produktivitätssteigerungen in Entwurfs-, Produktions- und Qualitätsmanagementprozessen. Insbesondere an die Konstruktionssoftware für Produktionsmodelle werden dabei im Vergleich mit rein auf die Planung ausgerichteten Systemen erweiterte Anforderungen gestellt. Für die Ansteuerung automatisierter Fertigungsprozesse müssen in der Regel alle Details in hoher geometrischer Qualität abgebildet werden, was die Nutzung parametrischer Modellierungstechniken bei der Modellerstellung sowie die Unterstützung branchenüblicher Datenschnittstellen zu den Fertigungsanlagen erforderlich macht.

Bauen im Bestand (BiB) gewinnt zunehmend an Bedeutung und stellt besondere Anforderungen an Planung und Bauausführung. In der Regel beinhaltet BiB verschiedene Kombinationen der Zustände bzw. Prozesse „Neubau“, „Bestandserhaltung“ und „Abbruch“. Zunächst werden diese BiB-Besonderheiten beschrieben. Für die Anwendung von BIM für BiB können die drei Zustände entweder durch drei Modelle oder drei Zustände der einzelnen Modellelemente bzw. BIM-Objekte abgebildet werden. Mit dieser BiB-Spezifik werden Möglichkeiten und Voraussetzungen für das Erstellen von BiB-geeigneten BIM-Modellen aufgezeigt. Neben der Erfassung des Bestandes wird das Modellieren von Umbauaufgaben wie das Abbrechen einer Wand oder das Versetzen von Fenstern beschrieben. Nach der Modellerstellung werden verschiedene Möglichkeiten zur Auswertung von BiB-BIM-Modellen wie Mengenermittlung, Bauteillisten mit Mengen und Preisen oder rechtsverbindliche und VOB-gerechte Leistungsverzeichnisse in verschiedenen Ausgabeformaten dargestellt. Unter Bezug auf die komplexen Aufgaben kleiner und mittelständischer Unternehmen beim Bauen im Bestand und auf das deutsche Bau- und Vergaberecht wird die Notwendigkeit zur Nutzung von Normen und Standards für BiB-BIM begründet.

Facility-Management (FM) bezeichnet die Verwaltung und Bewirtschaftung von Grundstücken, Gebäuden, Anlagen und Einrichtungen. Dabei stellt die Wahrnehmung der Betreiberverantwortung ein zentrales und sehr komplexes Thema beim Betreiben baulicher und technischer Anlagen dar, das zur Umsetzung der daraus resultierenden Aufgaben nach neuen und geeigneten Technologien verlangt. Technologien wie z. B. Building Information Modeling (BIM). Ausgehend von den Aufgaben und den Beteiligten sowie den Dokumenten und Daten im FM werden BIM-relevante Prozesse wie Aufgabenplanung, Erstellung und Aktualisierung der Gebäudedokumentation oder Kalkulation und Arbeitsvorbereitung aufgezeigt und entsprechende BIM-Lösungen im Gebäudemanagement von der Modellerstellung bis zur Modellauswertung beschrieben. Mit der Anwendung von Standards und Normen im BIM-Prozess wird für alle Beteiligten eine einheitliche Sprache ermöglicht und die Integration der FM-Dienstleister in den BIM-Prozess unterstützt. Die aktuellen und BIM-relevanten Entwicklungen wie das FM-3D Prozess- und Datenmodell, die BIM-Klassifikation nach STLB-Bau und die Nationalen Bibliothek für BIM-Objekte, bieten optimale Voraussetzungen für die Vernetzung von Beteiligten und Prozessen im gesamten Lebenszyklus von Gebäuden. Für Betreiber und Dienstleister ergeben sich damit neue Vorteile und BIM wird sich weiter im FM durchsetzen.

Im Brandschutz ist die schnellstmögliche Rettung von Menschen durch die Einsatzkräfte ein primäres Ziel. In komplexen Gebäuden – insbesondere bei beeinträchtigten Sichtverhältnissen durch Rauch – ist die Bestimmung der Position der Einsatzkraft und die Wegfindung zu den zu rettenden Personen sowie das schnelle Verlassen des Gebäudes zeitkritisch. Um diesen Prozess zu unterstützen, sind Methoden zur Ortung und Wegberechnung (Navigation) in Gebäuden erforderlich (indoor). Die Navigationsmethoden, die außerhalb von Gebäuden verwendet werden, sind indoor nicht geeignet. Für den Aufbau einer Indoor-Funk-Infrastruktur zur Ortung und Wegberechnung bietet die Radio-Frequency-Identification (RFID) Sensortechnologie in Kombination mit BIM eine hervorragende Ausgangsbasis. Für den Bereich der Wegfindung können Wegegraphen (auch Routingnetze genannt) auf Grundlage des BIM berechnet werden. Dafür sind Informationen über die Topologie und Topografie des Gebäudes mit zusätzlicher Semantik über begehbare Wege (z. B. Flure, Treppen, Türen) erforderlich. Diese Informationen sind in BIM grundsätzlich vorhanden und können für diesen Anwendungsfall – angereichert um die Positionen der im Gebäude verteilten RFID-Sensoren – effizient weiterverwendet werden. Die neuen Methoden zur BIM-basierten Ortung und Wegberechnung mit RFID-Sensoren in Gebäuden für den Anwendungsfall Brandschutz werden in diesem Beitrag vorgestellt.

Der vornehmlich aus der stationär produzierenden Industrie bekannte Begriff Produktionssystem beschreibt das Gesamtkonzept zur Steuerung und Überwachung der Produktion von Gütern. Zur Umsetzung des jeweils firmenspezifischen Konzeptes werden in der Regel intern entsprechende Softwaresysteme eingesetzt. Solche Produktionssysteme bzw. entsprechende Softwaresysteme sind jedoch auf Bauprojekte aufgrund der spezifischen und von Projekt zu Projekt unterschiedlichen Rahmenbedingungen nicht übertragbar und daher im Bauwesen kaum bekannt. Die jetzt im Bauwesen Einzug haltene BIM-basierte Arbeitsweise hat jedoch aufgrund ihres fachdisziplinüberspannenden Charakters und dem mit ihr verbundenem Zwang zu Zusammenarbeit und Standardisierung sowie der einhergehenden tiefgreifenden Einführung der digitalisierten Datenverarbeitung das Potenzial, die bestehenden Hindernisse zu überwinden. Es können nun die limitierenden Faktoren (Fragmentierung, temporäre Produktionsstätte, Einzelprodukt) durch Einführung eines auf BIM aufbauenden Produktionssystems überwunden werden und damit die Steuerung des Projektes verbessert, vereinfacht und effizienter gestaltet werden. Gleichzeitig wird eine projektübergreifende Standardisierung der Arbeitsweise erzielt. Dieses wird die Art der Projektsteuerung im Bauwesen grundlegend verändern und dazu führen, dass diese zukünftig viel stärker informations- als wie bisher personengetrieben sein wird.

In diesem Kapitel werden der Zweck und die Rahmenbedingungen für die Einführung eines BIM-gestützten Produktionssystems in einem Bauprojekt beleuchtet. Die relevanten Informationen sowie der modulare Aufbau eines solchen Systems werden auf Basis praktischer Erfahrungen, die bei der Umsetzung auf mehreren Projekten gesammelt wurden, im Detail erläutert.

Building Information Modeling (BIM) wird bei HOCHTIEF im Rahmen eines Innovations-Schwerpunktthemas mit dem Namen ViCon (Virtual Design and Construction) seit 2003 systematisch entwickelt. HOCHTIEF nutzt BIM in der Angebots-, Planungs- und Bauphase von Großprojekten. Die Umstellung der Arbeitsweisen erfolgt dabei sequenziell und iterativ von den traditionellen Prozessen hin zur neuen BIM-Methodik. Es wird zukünftig kaum Projekte geben, die ohne BIM realisiert werden, diese Entwicklung zeichnet sich national und international deutlich ab. Dieses Kapitel zeigt einige Beispiele.

In Zukunft sehen sich Architekten mit zunehmenden Koordinationsaufgaben in der Bauplanung konfrontiert. Die BIM-Planungsmethode bietet Möglichkeiten, die Qualität der Planungskoordination und -integration zu steigern. Jedoch mangelt es, insbesondere in Deutschland, noch an geregelten BIM-Arbeitsprozessen und standardisierten Lösungen. Nach Erfahrungen mit technischen Limitationen in zentralen Modellen streben wir bei Henn einen offenen BIM-Arbeitsprozess an: mit gewerkeigenen Modellen, die über ein Fallbearbeitungssystem miteinander kommunizieren. Dadurch lösen wir Fragen nach Autorenschaft, Planungshistorie und Zuständigkeiten softwareunabhängig. Damit BIM erfolgreich eingesetzt werden kann, brauchen wir standardisierte Parametersätze und eine Definition von erforderlichen Modellinhalten zu bestimmten Zeitpunkten. Antworten auf diese Fragen und die Gestaltung eines BIM-Arbeitsprozesses können nicht nur den Softwarehäusern überlassen werden. Hierfür benötigen wir gemeinsames Engagement und offene Entwicklungen. In diesem Kapitel beschreiben wir den Stand dieser Entwicklungen bei uns im Haus und geben Einblicke in die von uns favorisierte Implementierung eines offenen BIM-Arbeitsprozesses.

Für einen Gesamtplaner wie OBERMEYER spielt die Anwendung von BIM eine zentrale Rolle. Bereits kurz nach der Unternehmensgründung vor mehr als 50 Jahren begann die Ausrichtung auf eine computergestützte Planung. Noch heute zählt das Unternehmen mit seiner selbstentwickelten Trassierungssoftware ProVI zu den erfolgreichen Anbietern. Darüber hinaus setzt sich das Unternehmen für die Etablierung von allgemeingültigen BIM-Standards und -Richtlinien ein, z. B. als führendes Mitglied des buildingSMART e.V. oder als Mitautor des 2013 erschienen BIM-Leitfadens. BIM wird bei OBERMEYER als zentrale Arbeitsmethode verstanden, mit dem alle internen Planungsabläufe besser koordiniert und gesteuert werden können. Zu diesem Zweck wurden im Unternehmen auf BIM spezialisierte Organisationseinheiten gegründet, die über alle Geschäftsbereiche und Ebenen hinweg auf eine verstärkte Integration aller Fachplanungen in einem Modell hinwirken. Dies gilt sowohl für Gebäudeplanungen, als auch für Planungen der Verkehrsinfrastruktur. Wie die Umsetzung von BIM im Projekt aussehen kann, zeigen zwei Projektbeispiele aus dem aktuellen Planungsgeschehen: Die Planung der 2. S-Bahn-Stammstrecke in München und die Planung des Krankenhauses Al Ain in Abu Dhabi.

Die Julius Berger International GmbH (JBI) arbeitet an innovativen Ingenieurprojekten, anspruchsvoller Logistik und umfangreichen Serviceleistungen für Bauvorhaben in Nigeria. Dabei handelt es sich überwiegend um Großprojekte in den Bereichen Hochbau, Infrastruktur und Industrieanlagen, für deren Planung die JBI die BIM-Methodik einsetzt. Auch in der schlüsselfertigen Bauausführung der Julius Berger Nigeria Plc wird mit den Modellen weitergearbeitet. Im Beitrag werden die Grundsätze für das Modellieren aufgeführt und erläutert. Es erfolgt eine Darstellung der Zusammenarbeit und der Rollen der verschiedenen Projektbeteiligten in der modellbasierten Bearbeitung. Projektbeispiele beschreiben ausführlich die Planung und den Bau eines Stadions und eines Bürohochhauses. Im Ausblick wird die weitere Entwicklung internationaler BIM-Standards angeregt.

Das Baugewerbe plant und produziert meist Unikate. Heute ist es noch gängige Praxis, dass auf der Baustelle nach 2D-Plänen gefertigt wird. Mit der Einführung der BIM-Planung steht die deutsche Bauwirtschaft vor einer großen Herausforderung. Gleichzeitig müssen international tätige Planungsbüros bereits heute schon mit BIM planen. Bei internationalen Projekten setzt sich der BIM-Standard zunehmend durch und Projekte ab einer bestimmten Größenordnung werden bereits heute so ausgeschrieben. Internationale Bauherren orientieren sich dabei häufig an der britischen Norm. SSF Ingenieure AG hat sich als international tätiges Planungsbüro dieser Herausforderung bereits gestellt. Das Kapitel stellt die bei SSF Ingenieure verwendete Software vor und geht im Detail auf die Abläufe in BIM-Projekten ein.

Die Anwendung von Building Information Modeling (BIM) in Bauprojekten ist für die Firmengruppe Max Bögl von besonderer Bedeutung. In allen Bauphasen werden 3D-Modelle in unterschiedlichen Ausprägungen von den verschiedenen Geschäftsbereichen der Firmengruppe, dem Hochbau, dem Infrastrukturbereich, dem Stahl- und Anlagenbau und der Windenergie, zur Bauprojektabwicklung verwendet. Seit 2010 erstellt die Firmengruppe Max Bögl Windenergieanlagen, sogenannte Hybridtürme, welche sich aus vorgefertigten Betonringen und Stahlrohrsegmenten bis in Nabenhöhen von 150 m erheben. Um die komplexen Produktstrukturen unter Serienfertigungsbedingungen zu verwalten und um die Dokumentation der Produktions- und Montageprozesse zur Qualitätssicherung der Windenergieanlagen sicherzustellen, nutzt die Max Bögl Wind AG das PLM-System Teamcenter von Siemens PLM Software. Product Lifecycle Management (PLM), als etabliertes Konzept in Branchen wie der Automobilindustrie oder dem Flugzeugbau, wird von der Firmengruppe Max Bögl als Ergänzung von Building Information Modeling gesehen.

Das Kapitel beschreibt die Einführung und Erfahrungen von BIM-gestützten Prozessen bei einem industriellen Bauunternehmen sowohl in der Bauplanung, als auch in der -ausführung. Im ersten Teil werden die organisatorischen Notwendigkeiten und vor allem der sich ableitende Kulturwandel zwischen den Projektbeteiligten beschrieben. Auch die erforderlichen Grundlagen aus Sicht der IT, die vor allem das Datengerüst für eine verlustfreie Datenkommunikation bereitstellen sollte, werden vorgestellt. Im zweiten Teil wird auf Anwendungsbeispiele aus der Praxis eingegangen, bei denen bereits in unterschiedlichen Fachsparten der Planung und Ausführung BIM Methoden und Werkzeuge eingesetzt werden.

Im Rahmen der intensiven Beobachtung und Analyse von globalen Markttrends hat Hilti schon vor mehreren Jahren die wachsende Bedeutung des Building Information Modeling (BIM) für die Planung und Realisierung von Bauprojekten erkannt. Als Trend in Nordamerika vor vielen Jahren beobachtet, wuchs der Einfluss der Methode schnell auf viele konkrete Bauprojekte. Neue große und komplexe Bauvorhaben werden in den USA fast nur noch mit BIM geplant, da bereits sehr viel Erfahrung innerhalb der großen Firmen vorhanden ist. Im nördlichen Europa wird ebenfalls bereits seit längerem digital in 3D geplant. Das finnische Software-Unternehmen Tekla hat einen wertvollen Beitrag dazu geleistet. Nun stehen die nächsten Länder in Europa an: Großbritannien und Deutschland sind sehr aktiv und es besteht ein immer größeres Interesse an noch detaillierterer Planung als auch 3D-Visualisierung. Diese Entwicklung in den unterschiedlichen geografischen Regionen spürt Hilti als weltweites Unternehmen mit direktem Kundenkontakt, folglich hat BIM einen sehr hohen Stellenwert innerhalb des Unternehmens.

In diesem Beitrag wird der aktuelle Stand des BIM-Einsatzes bei WOLFF & MÜLLER dargestellt. BIM wird in den frühen Projektphasen eingesetzt; zum einen im Bereich der Projektakquisition, um Lösungen durch optische Modelleindrücke zu vermitteln, und zum anderen in der Angebotsphase, um sehr schnell erste Vorteile in der Mengenermittlung durch höhere Genauigkeit und Zeiteinsparung zu erzielen. Über die Integration der Bauablaufplanung und -simulation, die Strukturierung der Abläufe und den Einsatz von BIM auf der Baustelle wird angestrebt, die Vorteile von BIM während des gesamten Projektverlaufs zu nutzen.

Betrachtet man den in der Fachliteratur oftmals skizzierten integrativen BIM-Planungsprozess, so steht an dessen Anfang zumeist der Architekt oder Fachplaner. Gerade vor dem Hintergrund, dass der BIM-Planungsprozess nur optimal funktionieren kann, wenn verlässliche Daten die Grundlage der Planung darstellen, ist es umso wichtiger, dass schon die Hersteller von Bauprodukten frühzeitig in den BIM-basierten Planungs- und Bewirtschaftungsprozesses eingebunden werden. Nur diese garantieren wirklich verlässliche Daten zu ihren Produkten und nur die Hersteller können gewährleisten, dass die dem BIM-Objekt zugrundeliegenden Produkte auch am Markt bezogen und verarbeitet bzw. eingebaut werden können. Der Buchbeitrag gibt die Erfahrungen wieder, die bei Konzeption und Umsetzung der unternehmensweiten BIM-Strategie bei DORMA gesammelt wurden. Es wird insbesondere auf die besonderen Herausforderungen eingegangen, die aus Sicht eines Herstellers bewältigt werden müssen, um kundengerecht das Thema BIM international anzubieten. Daneben werden die gewählte Strategie und die Umsetzung im Unternehmen dargestellt. Abschluss bildet ein Ausblick auf die sich durch den Einsatz von BIM ändernde Zusammenarbeit zwischen Kunden und Lieferanten/Herstellern.

STRABAG SE ist ein großer europäischer Technologiekonzern für Baudienstleistungen, der sämtliche Bereiche und die gesamte Bauwertschöpfungskette der Bauindustrie abgedeckt. Frühzeitig wurde das Potenzial von Building Information Modeling (BIM) für den Konzern STRABAG SE erkannt und die Notwendigkeit, dieses Potenzial mit allen Baubeteiligten zu realisieren. Seit 2006 beschäftigt sich die Abteilung 5D-Planung innerhalb der Zentralen Technik exklusiv mit der Entwicklung, Anwendung und Umsetzung von BIM innerhalb des Konzerns. In der 5D-Abteilung sind die wichtigen technischen BIM-Kompetenzen des Konzerns gebündelt. An den Standorten Stuttgart und Wien werden Vorlagen und Richtlinien für die Anwendung von BIM durch operative Einheiten der STRABAG SE erstellt, BIM-Ausführungsprojekte weltweit unterstützt, BIM-Manager für Projekte ausgebildet und BIM-Schulungen durchgeführt. Dieses Kapitel erläutert die Ziele der 5D-Planung im Bauprozess sowie die Umsetzung von 5D anhand einer 5D-Roadmap und verdeutlicht anhand aktueller Anwendungsthemen einige erfolgreiche Beispiele aus der Praxis.

Um die notwendigen Prozessdefinitionen und die Architektur von IT-Plattformen in der europäischen Baubranche zu beschreiben, wurde 2008 die 5Dinitiative (5Di) als eine unabhängige Task-Force innerhalb des Industrie-Forschungsnetzwerkes „European Network of Construction Companies for Research and Development“ (ENCORD) gegründet. Die Baufirmen Ballast Nedam, BAM, CCC, Max Bögl und Ed. Züblin AG (zugehörig zum STRABAG SE Konzern) gehören den Gründungsmitgliedern der Initiative. Durch ihre Marktstellung hat sie sich zum Ziel gesetzt, die Anforderungen der Bauindustrie als Ganzes zu definieren und diese Anforderungen für die Hard- und Softwareindustrie aufzubereiten. Die 5Di betreibt daher eine enge Kooperation mit vielen Firmen (u. a. Softwareherstellern) und Forschungsinstituten, um Koordination und signifikante Beschleunigung der Entwicklung spezifischer, prozessintegrierender Softwarelösungen für die Bauindustrie zu bewirken. Die Beschreibung mehrerer gemeinsamer und detaillierter Fallstudien, die mit Prozessbeschreibungen und Projektdaten von realen Projekten untersetzt waren, hat bisher insbesondere den Softwareherstellern einen tiefen Einblick in die Bauprozesse gegeben. Dies hat es ihnen ermöglicht, das notwendige Verständnis für die Prozessanforderungen sowie die geforderten Verbesserungen und Entwicklungen von Softwarelösungen zu erlangen. Das Kapitel gibt eine Einführung in die Rolle der 5Di sowie die Prozessintegration durch Entwicklung spezifischer Softwarelösungen für die Bauindustrie.

Das Kapitel verdeutlicht den aktuellen Stand der Umsetzung von Building Information Modeling und geht auf noch zu lösende Fragestellungen ein. Zudem gibt es einen Ausblick auf die zu erwartenden Entwicklungen in der nahen und fernen Zukunft. Dabei wird insbesondere die Notwendigkeit der Ausbildung von Fachpersonal diskutiert.