BIM im Handwerk

Anwendung von Building Information Modeling (BIM) im Bauhandwerk

  • Bild 1: Schematische Informationsentwicklung im Zeitverlauf. Bild: Dr.-Ing. Schneider, in Anlehnung an [3]

  • Bild 2: Potenziale durch BIM für das Handwerk. Bild: Dr.-Ing. Schneider

    Bild 3: Datenaufbau VDI 3805. Bild: Dr.-Ing. Schneider, in Anlehnung an VDI 3805 Blatt 1

    Bild 4: Beispiel CAD-Daten des Heizgerätes „GBH172 FS“. Bild: Buderus

    Bild 5: Auszug Produktdaten nach VDI 3805. Bild: Buderus

Die digitale Transformation entlang der gesamten Wertschöpfungskette im Bauwesen ist bereits in vollem Gange. Dabei stellt sich nicht die Frage ob, sondern in welcher Geschwindigkeit das digitale Bauen den Markt durchdringt. Um wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen technische Innovationen genutzt und angewendet werden. Insbesondere für kleine und mittlere Handwerksunternehmen ist es relevant, sich mit digitalen Arbeitsmethoden auseinanderzusetzen, um nicht abgehängt zu werden.

Eines der beherrschenden Themen ist das Building Information Modeling (BIM). Hierunter versteht man eine optimierte Methode zur Planung, Ausführung und zum Betrieb von Bauwerken zur gemeinschaftlichen Nutzung. Zentral ist ein digitales Bauwerksdatenmodell, das eine Verfügbarkeit von Daten entlang des gesamten Lebenszyklus sichern soll. Das Bauwerksdatenmodell enthält neben dem virtuellen 3-D-Modell auch einen entsprechenden Datensatz. Dieser kann Informationen über Flächen, Ausstattung, Installationen sowie auch Möblierungen enthalten. Dabei können diese Daten in grafischer oder auch nicht-grafischer Form mittels Tabellen enthalten sein [1]. Ein gemeinschaftlicher Datenraum mit Informationen aller Projektbeteiligten wird durch BIM etabliert und die erforderlichen Arbeits- und Kommunikationsprozesse können direkt verbessert werden [2].

Projekterfolg durch Informationsdurchgängigkeit
Mithilfe des kollaborativen Zugriffs auf die Daten des BIM-Modells können Informationsbrüche innerhalb des Gebäudelebenszyklus vermieden werden. Dies fördert eine kooperative und teamorientierte Arbeitsweise aller beteiligten Akteure im Lebenszyklus und vermindert Schnittstellen sowie Kompetenzbrüche (Bild 1). Der Gesamterfolg eines Projektes wird durch die integrierte, flexible und vernetzte Betrachtung der einzelnen Lebenszyklusphasen in den Fokus gesetzt [3]. Dabei wird der Detaillierungsgrad der Informationen des Bauwerksdatenmodells im Zeitverlauf sukzessive gesteigert, wobei die Qualität der Daten fokussiert werden muss, um das Modell nicht mit unnötigen Informationen zu überfrachten. Damit die informationstechnologischen Potenziale vom BIM wahrgenommen und effiziente Kommunikationsprozesse erreicht werden können, ist ein einheitliches Verständnis notwendig, was mithilfe von Standardisierungen ermöglicht wird. Dabei soll insbesondere auf Normen aus dem Bauwesen sowie des Facility Managements zurückgegriffen werden. Die Methode BIM erfordert folglich eine gewerke- sowie fachübergreifende, integrative und interdisziplinäre Arbeitsweise der Akteure sowie eine konsequente Koordination.

Chancen für das Handwerk
Die Verfügbarkeit von Informationen über den gesamten Lebenszyklus durch die Methode BIM verinnerlicht eine Vielzahl an Anwendungsmöglichkeiten für u. a. Planer, Bauherren sowie das Bauhandwerk. Dabei liegen die Vorteile für Handwerksbetriebe sowie deren Subunternehmer insbesondere in der Angebotserstellung, welche einen entscheidenden Beitrag für den Erfolg oder Misserfolg eines Projektes leis­tet. Infolge einer Bereitstellung des BIM-Modells, inklusive einer Angabe von präzisen Längen, Flächen, Kubaturen sowie zugehöriger Bauteilinformationen, wird der Aufwand einer Nachmodellierung auf Bieterseite vermieden. Darüber hinaus erleichtert die Visualisierung im Bauwerksdatenmodell das Verständnis der Bauaufgabe. Im BIM-Modell sind die grundlegenden geometrischen Eigenschaften bereits ermittelt und ermöglichen die modellbasierte Mengenermittlung und damit die konkrete Anwendung der BIM-Methode. Für eine Kostenermittlung, Preiskalkulation und Terminplanung sowie Durchführung eines Projektes spielt das Mengengerüst eine zentrale Rolle. Demzufolge müssen Mengen sicher, nachvollziehbar und effizient berechnet werden. Hierfür muss das Bauwerksdatenmodell neben der geometrischen Beschreibung der Bauteile auch zusätzliche Eigenschaften wie beispielsweise Material und Lage der Bauteile enthalten. Außerdem ist es notwendig, dass weitere Objekte, wie z. B. Öffnungen und die Beziehungen der Bauteile untereinander, definiert sind. Abhängig vom Detaillierungsgrad des BIM-Modells können Mengen grob über Kennwerte bis hin zu einer präzisen Modellierung einzelner Teilleistungen als eigenständige 3-D-Bauteile reichen [4].
Eine modellbasierte Kalkulation kann anschließend durch die Verknüpfung von ermittelten Mengen mit entsprechenden Vorgängen erfolgen. Dabei ist die Vorgangsdauer mit den zugehörigen Geräte- sowie Personalressourcen verbunden. Werden Planänderungen am Modell vorgenommen, sind die Auswirkungen automatisiert bei den Mengen sowie der Kalkulation abzulesen. Durch die Integration eines Bauwerksdatenmodells wird das Risiko der Angebotserstellung verringert, da Abstimmungsfehler reduziert werden, der Zeitaufwand zum Verständnis der Ausschreibung minimiert wird und Abstimmungen mit externen Fachleuten erleichtert erfolgen können [5]. Außerdem ermöglicht die digitale Vorplanung einen schonenden Umgang mit Ressourcen. Beispielsweise ein Fliesenleger kann seinen Verschnitt mithilfe der Planung im Modell reduzieren und gleichzeitig ökonomische Vorteile erzielen.

BIM für die Instandhaltung
Neben der Planung und Bauausführung kann BIM und ein damit verbundenes Bauwerksdatenmodell auch die Betriebs­phase effizient unterstützen. Dabei spielen nebst den Leistungen zur Verwaltung und zum Betrieb eines Gebäudes, Handwerksunternehmen insbesondere bei der Instandhaltung (Wartung, Inspektion, Instandsetzung) eine bedeutende Rolle. Exis­tiert bereits ein informatives Bauwerksdatenmodell, können Daten der Anlagen und Komponenten entnommen und aktualisiert werden. Reparaturen können schneller und präziser erfolgen, notwendige Ersatzteile beschafft und Arbeitsanweisungen direkt dokumentiert werden. BIM liefert demnach ein individuelles ortsbezogenes Modell der Betriebsausstattung und der Anlagen und verhindert eine erneute zeit- sowie kostenintensive Datenaufnahme.  Darüber hinaus liegen für Sanierungs- oder Modernisierungsleis­tungen erforderliche Daten vor, die effizient genutzt werden können (Bild 2).

Standardisierter Produktdatenaustausch
Im Bereich der Planung und Dimensionierung von Anlagen bzw. Systemen oder bei der Auslegung von Produkten in den Fachbereichen Heizung, Lüftung, Klima, Sanitär können standardisierte digitale Informationen Prozesse effizienter gestalten. Innerhalb der Herstellerkataloge sind Produktinformationen gleichartiger Produkte unterschiedlich gegliedert und müssen für deren Verwendung angepasst werden. Um die digitalen Potenziale zu realisieren, ist es notwendig, dass die Informationen gleichartiger Produkte über einen gleichen Aufbau verfügen. In diesem Zusammenhang kann vor allem die Richtlinie VDI 3805 („Produktdatenaustausch der Technischen Gebäudeausrüstung“) genannt werden, welche Daten gewerkeübergreifend zur Verfügung stellt. Dabei zielt die Richtlinie darauf ab, dass zu erfassende Daten standardisiert werden und folglich eine einzige Produktdatenbank entsteht. Der Geltungsbereich dieser Richtlinie beinhaltet Komponenten sowie Produkte der Heiz-, Sanitär- und Raumlufttechnik. Mithilfe der normierten Datensatzbeschreibungen entstehen einheitliche Produktbeschreibungen mit deren Spezifikationen in Form von einzelnen Datenblättern. Hiermit resultiert für jede Produktgruppe eine einheitliche Beschreibung mit analogem Aufbau.
Dieser Aufbau der Daten ist wie in Bild 3 dargestellt in drei Bereiche untergliedert, wobei die zur Auslegung und Berechnung notwendigen technischen Daten als Zahlen in numerischer Form angegeben werden. Hierunter versteht man z. B. Kennlinienfelder, welche mithilfe entsprechender Koeffizienten dargestellt werden. Algorithmen zur Auslegung werden in Funktionen übermittelt, welche anhand Berechnungsprogrammen interpretiert und direkt eingesetzt werden können. Die Übergabe der geometrischen Daten erfolgt in Form von dreidimensional beschriebenen Störräumen (z. B. Wartungsöffnungen), Gestaltdaten sowie Anschlussdaten. Damit erhalten CAD-Systeme die Option für Kollisions-, Funktions- sowie Plausibilitätsprüfungen innerhalb der Anlagenmodelle. Darüber hinaus können realistische Veranschaulichung der Konstruktion mit den entsprechenden Produkten erzeugt werden, wie beispielsweise Ansichten, Schnitte oder 3-D-Perspektiven. Des Weiteren werden in der VDI 3805 zusätzliche Informationen wie z. B. Schemadarstellungen aus Katalogen in den Mediendaten aufgeführt. Diese Informationen können in diversen Formaten wie JPG, PDF, MPEG oder BMP übergeben werden. Durch die Visualisierungsmöglichkeiten kann der Anwender einen direkten Eindruck über das Produkt erhalten (Bild 4).
Auf internationaler Ebene existiert analog die Norm ISO 16757, welche einen global einheitlichen Datenstandard für BIM-Daten sicherstellt. Grundsätzlich führt ein vereinheitlichter Produktdatenaustausch zu einer Reduktion von Fehlern für Anlagen sowie Komponenten der Technischen Gebäudeausrüstung, einer erleichterten Simulationsrechnung und einer einheitlichen Produktauswahl für Planer und Handwerker, da eine automatische Integration von Produktkatalogdaten unterschiedlicher Hersteller in verschiedenen CAD-Auslegungs- sowie Berechnungsprogrammen stattfinden kann. Die Standardisierung von Daten zum erleichterten Datenaustausch ist relevant zur Durchsetzung der BIM-Methode im deutschen Bauwesen und bei der Integration dieser im gesamten Lebenszyklus sowie für ein einheitliches Verständnis aller beteiligter Akteure.

Herausforderungen und Potenziale
Durch BIM werden die vorhandenen Arbeitsabläufe und die klassische Rollenverteilung innerhalb von Projekten verändert. Folglich ist auch das Handwerk gefordert, sich neue Qualifikationen anzueignen und sich neuen Herausforderungen zu stellen. Dabei ist es wichtig, dass eine frühzeitige Einbindung und Aufklärung aller Mitarbeiter erfolgt und Kompetenzen mithilfe von Schulungen aufgebaut werden. Auch innerhalb der Handwerksausbildung wird BIM eine Rolle spielen und wird bereits durch den Bund gefördert. Mit BIM wird nicht ein Wegrationalisieren verfolgt, sondern eine Steigerung der Effizienz. Die Anwendung von BIM erfordert neben Investitionen in die Aus- und Weiterbildung, ebenso Investitionen in eine entsprechende IT-Infrastruktur. Nur so kann das Bauhandwerk Zeit und Geld sparen. Die modellbasierte Arbeitsweise verinnerlicht insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen durch u. a. die präzisere Mengenermittlung eine Möglichkeit, Kosten und Termine einzuhalten und die Qualität zu sichern. Die technischen Innovationen werden sich nicht aufhalten lassen. Um wettbewerbsfähig zu bleiben und von der Digitialisierungswelle zu profitieren, stellt BIM eine optimale Möglichkeit dar, in die Zukunft zu investieren.

Literatur:
[1]    Reddy, K. P., (2012), BIM for building owners and developer, 1. Auflage, Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons Verlag
[2]    Schapke, S.-E.; Beetz, J.; König, M.; Koch, C. ; Borrmann, A., (2015), Kooperative Datenverwaltung, in: Borrmann et al. (Hrsg.): Building Information Modeling – Technologische Grundlagen und industrielle Praxis, 1. Auflage, Wiesbaden: Springer Verlag
[3]    Schneider, C., (2016), Effizienzsteigerungen im Lebenszyklus durch Facility Information Management (FIM), 1. Auflage, Herzogenrath: shaker Verlag
[4]    Hanff, J.; Wörter, J., (2015), BIM für die Mengenermittlung, in: Borrmann et al. (Hrsg.): Building Information Modeling – Technologische Grundlagen und industrielle Praxis, 1. Auflage, Wiesbaden: Springer Verlag
[5]    Schreyer, M., (2016), BIM – Einstieg kompakt für Bauunternehmer, 1. Auflage, Berlin, Wien, Zürich: Beuth Verlag
[6]    Borrmann, A.; König, M.; Koch, C.; Beetz, J. (Hrsg.), (2015), Building Information Modeling – Technologische Grundlagen und industrielle Praxis, 1. Auflage, Wiesbaden: Springer Verlag

Autoren: Dr.-Ing. Christin Schneider, Prof. Dr.-Ing. Alexander Malkwitz, beide Universität Duisburg-Essen (UDE)

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