BIM-Workflow in der TGA

Das Thema Building Information Modeling (BIM) begleitet Software-Firmen schon seit Jahren. Diese stellen aber erst in den letzten Monaten ein zunehmendes Interesse daran fest. Allerdings herrscht noch große Unsicherheit: Wie wird sich der BIM-Prozess in der alltäglichen Arbeit auswirken und mit welchen Lösungen können diese Prozesse gestemmt werden? Dieser Beitrag zeigt, wie eine problemlose Einführung von BIM in einem Unternehmen möglich ist und wie man sich einen modernen BIM-Workflow in der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA) konkret vorstellen kann.

BIM als neuer Arbeitsprozess

In der Bauindustrie beschäftigt sich Building Information Modeling (BIM) mit der Entwicklung und dem Betrieb von Gebäuden mit digitalen Daten, auf die alle am Bau beteiligten Personen zugreifen können. Im Kern ist BIM eine Philosophie, die in allen Phasen des Lebenszyklus eines Bauwerks neue Denk- und Arbeitsweisen hervorbringt. Im Zentrum steht dabei das koordinierte Gebäudemodell, das auf den Eckpfeilern Kollaboration und geteilte Information aufbaut.

Mit der fortschreitenden, weltweiten Verbreitung von BIM begreifen die Beteiligten der Baubranche den Wert der Methode immer mehr als einen interaktiven Arbeitsprozess, der die Art und Weise verändert, wie Bauwerke geplant, gebaut, betrieben und verwaltet werden. BIM erhält immer mehr Einfluss darauf, wie Gebäude aussehen, funktionieren und wie die verschiedenen Beteiligten an der Planung und Ausführung mitwirken können.

Ziele von BIM:

• Zuerst virtuell bauen, dann real bauen

• Mit der virtuellen Bauplangrundlage auf die reale Baustelle

• Reduktion von Fehlern

• Bessere Zusammenarbeit und Kommunikation

• Höhere Planbarkeit des Bauablaufs

• Nutzung neuer Technologien

Kommunikation und neue Rollen

Der digitale Wandel schlägt sich auch spürbar in der Baubranche nieder. Mit den neuen digitalen Technologien ergeben sich ganz neue Möglichkeiten bei Prozessen und Kommunikation. Besonders die Kommunikation spielt im BIM-Prozess eine zentrale Rolle. Schon zu Beginn eines Projekts vernetzen sich alle am Bau Beteiligten und definieren Projektziele und gemeinsame Standards. Innerhalb des BIM-Planungsprozesses entstehen so neue Rollen:

BIM-Manager

• Verantwortliche Stelle in einem Unternehmen für digitale Bauprozesse

• Prüft neue Technologien

• Erstellt die Strategie für zukünftige Bauprojekte

• Definiert Prozesse und Meilensteine

• Definiert Struktur der Modelle

BIM-Koordinator

• Sorgt dafür, dass alle beteiligten Parteien die gleichen Standards einhalten

• Überwacht die Prozesse und Termine

• Bereitet Big-Room-Meetings (mit allen beteiligten Planern) vor und strukturiert das Gebäudemodell

Umsetzung von BIM in der TGA am Beispiel eines Umbauprojektes

Bei Umbau, Renovierung und Erweiterungen steht man als Bauherr oder Planer häufig vor der Herausforderung, dass die Planungsgrundlagen mangelhaft sind. So existieren, wenn überhaupt, oft nur veraltete Pläne. Ein Gebäude entwickelt sich aber auch nach der Inbetriebnahme weiter. Nutzungsbedingte Änderungen und Erweiterungen fließen nur selten in die Pläne ein. In diesen Fällen musste früher das gesamte Gebäude neu vermessen werden, was unter Umständen Wochen dauern konnte.

Mit der Nutzung neuer Technologien wird der gesamte Arbeitsprozess digitalisiert und optimiert. Planungsgrundlagen werden innerhalb kurzer Zeit über 3D-Laserscanner digital aufgenommen und zur Bearbeitung im CAD-Programm bereitgestellt und modelliert.

Gemeinsamer Datenaustausch über BIM-Plattform

Das zentrale Element zur Umsetzung eines BIM-Workflows ist eine Plattform zum gemeinsamen Informationszugriff und Informationsaustausch. Solch eine zentrale BIM-Plattform stellt im Workflow zum Beispiel die Cloud-Software "Trimble Connect" dar. Die Plattform verbindet die Dateiverwaltung, den Datenzugriff, Benachrichtigungen und die Aufgabenverwaltung.

Mit "Trimble Connect" werden die BIM-Daten des Projektteams an einer zentralen Stelle mit einem gemeinsamen Datenzugriff gelagert. Modelle werden aus beliebigen Modellierungsprogrammen in einer übergreifenden Koordinatenansicht kombiniert.

Bestandsaufnahmen mit 3D-Laserscanner

Der BIM-Workflow startet mit der Bestandsaufnahme von Räumen, Hallen und Fassaden. Mit der rasanten Entwicklung der hochpräzisen Laserscanning-Technologien findet hier ein beeindruckender Wandel statt. Innerhalb weniger Minuten wird per Knopfdruck ein kompletter 360°-Scan durchgeführt. Das Resultat sind exakte Punktwolken, aus denen genaue Messungen entnommen oder Modelle erzeugt werden können. Die 3D-Scanning-Technologie erlaubt eine schnelle und einfache Dokumentation der Scan-Daten. Diese kann direkt mit dem Projektteam im Büro geteilt werden, um so den Ist-Zustand auf der Baustelle mit dem Modellentwurf zu vergleichen.

Modellierung von 3D-Gebäudemodellen für Planung, Visualisierung und Simulation

Mit den in der Bestandsaufnahme gewonnenen Daten in Form einer Punktwolke werden Gebäudemodelle erzeugt, die später als Grundlage für die weitere Planung dienen. Mithilfe von Modellierungs-Programmen wie "Trimble RealWorks" und "Trimble Edge-Wise" wird anhand der Punkte ein exaktes 3D-Projekt modelliert und zur Weiterverarbeitung im CAD-Programm nutzbar gemacht. Anhand der Dichte der Punkte und weiteren spezifischen Merkmalen wird erkannt, ob ein ausgewähltes Objekt ein Rohr, ein Lüftungskanal, eine Rampe, eine Wand oder ein Träger ist. Dementsprechend werden dann die Elemente modelliert.

Ein Modellier-Team erstellt je nach Bedarf die Modelle als IFC-, 3D-DWG- oder "nova"-Projekt (IFC (Industry Foundation Classes) und 3D-DWG sind Datenformate für Gebäudemodelle, "nova" ist eine Trimble-Planungssoftware).

Die modellierten Pläne werden danach wieder über die Datenplattform "Trimble Connect" allen Beteiligten zur Verfügung gestellt.

Automatisierte Vermessungen mit "Robotic Total Stations" (RTS)

Als nächster Schritt im BIM-Workflow werden die Punkte aus dem Gebäudemodell direkt auf der Baustelle digital, papierlos und schnell abgesteckt.

Ungenauigkeiten bei der manuellen Ausführung hatten bisher große negative Auswirkungen auf den weiteren Arbeitsablauf. Mit dem Einsatz einer "Robotic Total Station" werden die Punkte vom CAD-Programm direkt auf die Baustelle gelasert.

Da die RTS direkt aus dem Gebäudemodell arbeitet, gibt es weniger Fehler. Für den Einsatz der "Robotic Total Station" wird zudem nur ein Mitarbeiter vor Ort benötigt. Im Prinzip führt die "Robotic Total Station" die gesamte Arbeit selbstständig aus, während der Nutzer dem Laser folgt. Jeder Punkt wird bis auf wenige Millimeter genau entsprechend des Punkts im 2D/3D-Modell markiert, auf diese Weise können die Installationen mehrerer Subunternehmer gleichzeitig präzise positioniert werden. Dadurch kommt es auf der Baustelle zu keinen Verzögerungen.

Die "Robotic Total Station" von Trimble arbeitet mit denselben 2D-Zeichnungen bzw. 3D-Modellen wie andere in das Projekt involvierte Betriebe. Das vereinfacht und beschleunigt die Zusammenarbeit. Aus dem Gebäudemodell kann direkt auf die Absteckungs-Koordinaten zugegriffen werden. Änderungen der Positionen können während der Erstellung fotografiert und dokumentiert werden. Dadurch beschleunigt sich der Datenaustauschprozess zwischen Modell, Entwurf, BIM und Baustelle.

BIM-Haustechnikplanung mit "Plancal nova"

Als Planungstool ist die 3D CAD CAE Software "Plancal nova" aus ihrer langjährigen gebäudeorientierten Sicht gut für BIM aufgestellt. Heute sind Architekten zunehmend in der Lage IFC-Dateien zu übergeben, die als Grundlage für das Gebäudemodell Verwendung finden. Aus den Daten in der IFC wird ein Kalkulationsmodell erstellt, das die Grundlage für die weiteren Berechnungen wie Heizlast, Kühllast und weitere energetische Kalkulationen darstellt.

Hierbei werden aus dem Kalkulationsmodell weitgreifende Informationen berücksichtigt. Dazu gehören unter anderem angrenzende Rauminformationen, geschossübergreifende Situationen, Verschattungsberechnungen sowie Betrachtungen von Raumgruppen (Wohnungen/Zonen). Die Ergebnisse dieser gebäudeorientierten Berechnungen sind dann die Grundlagen für die Auslegung der jeweiligen Verbraucher. Die Auslegung der Fußbodenheizung oder der Heizkörper erfolgt ebenfalls im Gebäudemodell und nutzt die gleichen Rauminformationen.

Dann werden die Verbraucher für die Bereiche Heizung, Trinkwasser und Abwasser eingebracht. Über Anlagenetze werden die Verbraucher des gleichen Gewerkes miteinander verbunden. Die Anlagen werden anschließend nach den einschlägigen Normen berechnet, wobei immer die Gesamtanlage im kompletten Gebäude berücksichtigt wird. Mit diesen Informationen wird die im BIM-Prozess oftmals gewünschte 3D-Ausprägung der Netze erzeugt.

Bei der Generierung wird auf echte 3D-Bauteile der Hersteller zurückgegriffen, die in einer ständig wachsenden Anzahl von Katalogen in der "Plancal nova" hinterlegt sind, alternativ stehen aber auch normierte, neutrale Bauteilkataloge zur Verfügung. "Plancal nova" ist besonders gut auf häufig auftretenden Änderungen im Planungsalltag vorbereitet. Da die grundlegenden Berechnungen mit den weiterführenden Berechnungen verbunden sind, können Veränderungen schnell in allen Komponenten berücksichtigt werden.

Im Gedanken einer modellorientierten Arbeitsweise stehen dann jegliche Informationen für BIM bereit. Falls gewünscht, können diese auch per IFC herausgegeben werden. Auch die Elektrobauteile werden in das Gebäudemodell eingebracht, für die zeichnerische Darstellung steht eine umfangreiche Objektbibliothek mit technisch orientierten 3D-Darstellungen zur Verfügung.

Der Anwender ist in der Lage über Steuerungswerkzeuge genau festzulegen, welche Informationen ausgegeben werden. Er kann über eine Attributsvorgabe an den Bauteilen und einer individuell einstellbaren Steuerungsvorgabe für die IFC Ausgabe bestimmen, welche Informationen an den einzelnen Komponenten bereitgestellt werden sollen. Diese können auch mit freien Attributen ergänzt werden.

BIM setzt auf die Nutzung von neuen Technologien

Mixed Reality wird sich in den nächsten Jahren erheblich auf die Bauindustrie auswirken. Zum Beispiel mit der neuen Möglichkeit einer 3D-Hologramm-Darstellung auf der Baustelle mit Microsoft "HoloLens".

Diese Technologie hilft dabei, die Effizienz der Industrie während den Entwurfs-, Aufbau- und Betriebsstadien zu steigern. Denn kombiniert mit Trimble-Produkten und mit BIM als Hauptdatenquelle, verbessert Mixed Reality die Kommunikation, strafft die Workflow-Integration und ermöglicht eine Echtzeit-Zusammenarbeit mit entfernten Teams.

Gemeinsam mit Microsoft entwickelt Trimble die perfekten Lösungen für die Gebäudetechnik, um die Lücke zwischen der virtuellen und der physischen Welt zu schließen: Ziel ist die räumlich übereinstimmende Visualisierung des kompletten 3D-Modells auf der realen Baustelle.

Microsoft "HoloLens" ist der erste vollständig kabellose holografische Computer, der es ermöglicht, hochauflösende Hologramme in die reale Welt zu projizieren. Die Datenbrille verfügt über eine durchsichtige, holografische Anzeige und erweiterte Sensoren, welche die physische Umgebung abbilden. "HoloLens" ermöglicht Benutzern die Platzierung und Interaktion mit 3D-Hologrammen in der physischen Umgebung.

BIM-Dienstleistungen

Unternehmen, die bislang keine BIM-Ressourcen aufgebaut haben, können auf externes Fachwissen vertrauen. Neben dem Wettbewerbsvorteil hinsichtlich der BIM-Kompetenzen können mit dem Zukauf externer Dienstleistungen von Trimble auch Kosteneinsparungen in jeder Phase des Prozesses erreicht werden. Diese Dienstleistungen umfassen u.a. das 3D-Laserscanning oder die Erstellung von 3D-Modellen auf Basis von Punktwolken. Durch den Bezug externer Dienstleistungen kann sichergestellt werden, dass Unternehmen für alle Phasen eines jeden BIM-Projekts optimal gerüstet sind und kein Angebot mehr aufgrund fehlender BIM-Ressourcen oder -Kompetenzen ausgeschlagen werden muss, unabhängig davon, ob es sich um ein kleines, mittleres oder großes Unternehmen handelt.

Fazit

Dank moderner Technik eröffnet das dreidimensionale digitale Planen und Realisieren auf der Baustelle attraktive neue Möglichkeiten. Für eine problemlose Einführung von BIM in einem Unternehmen gibt es für jeden konkreten Fall passende BIM-fähige Produkte und Lösungen. Die Anbieter von BIM-Hardware, -Software und -Dienstleistungen unterstützen die HLKSE-Firmen bei ihren Projekten und bei der Einführung moderner Arbeitsprozesse mit BIM. Mit dem beidseitig vorhandenen branchenspezifischen Gebäudetechnik-Fachwissen kann auch für individuelle Anforderungen der Projektführung eine Lösung gefunden werden.

Für weitere Informationen zum Thema BIM in der TGA, holen Sie sich das kostenlose BIM Ebook.

[Georg Hewelt, Danielle von Arb, Martin Vanek]