Teil 2: Aktueller Stand und Nutzen von Building Information Modeling und künftige Entwicklungen

BIM, BAM, BOOM?

Mit BIM steht die Baubranche vor ähnlichen technologischen Herausforderungen wie mit der Einführung von EDV und CAD vor rund 30 Jahren. Die neue Planungsmethode verspricht viele Vorteile: mehr Kosten- und Terminsicherheit, eine bessere Qualität, Aktualität und Transparenz von Projektdaten, v. a. aber weniger Kosten. Wie funktioniert BIM im Detail, worauf sollte man besonders achten und welche sind die aktuellen Trends?

Text: Marian Behaneck

Für jeden in der BIM-Planungsphase ausgegebenen Betrag wird Untersuchungen zufolge das 20-Fache in der Fertigungs- und Bauphase und das 60-Fache in der Nutzungs- und Betriebsphase ausgegeben. Die mit der BIM-Planung erzielbaren Einsparpotenziale steigern sich folglich von Phase zu Phase, was auch als »BIM-BAM-BOOM-Effekt« bezeichnet wird [1]. BAM steht dabei für die Herstellung und den Bau (Building Assembly Modeling) und BOOM für die Nutzungs- und Betriebsphase (Building Owner Operator Model). Zum Kern von BIM gehört eine zentrale Datenbank, die planungs-, ausführungs- und nutzungsrelevante Gebäudegeometrie- und Objektdaten wie Materialien, Hersteller, Mengen, Kosten und Termine enthält und im Projektverlauf immer detaillierter wird. Im Idealfall greifen alle Planer und ausführenden Betriebe auf dieselbe Datenbasis zu und vervollständigen sie sukzessive, sodass daraus eine wertvolle Informationsgrundlage für die Planung, Realisierung und schließlich die zeitlich längste Phase – die Gebäudenutzung – entsteht (s. auch db 6/2015, S. 88). Soweit das BIM-Idealbild. Was ist davon bereits Realität, was steckt noch in den Kinderschuhen und wohin geht die Entwicklung?
Little oder big, closed oder open?
Zum unterschiedlichen Verständnis des BIM-Begriffs tragen auch die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten und Nutzungstiefen bei. In den meisten Fällen kommt gegenwärtig die BIM-Methode als »Little BIM«, also als Insellösung innerhalb eines Unternehmens oder einer Planungsdisziplin mit der BIM-Software eines Herstellers, zum Einsatz. Planungsbüros, die eine parametrische, dreidimensionale und bauteilorientierte CAD-Software der zweiten Generation einsetzen und die während der Planung generierten 3D-Gebäudedaten und Bauteilattribute für halbautomatische Beschriftungen, Listen, AVA- und Kostenauswertungen nutzen, praktizieren bereits BIM in einer einfachen Form. Viele der häufig genannten BIM-Vorteile, wie etwa eine gewerkübergreifende Kollisionsprüfung, eine Minimierung von Abstimmungsfehlern oder die oben beschriebenen Kostenspareffekte lassen sich jedoch nur mithilfe von »Big BIM« erzielen. Darunter versteht man die fachübergreifende Zusammenarbeit aller an der Planung, Ausführung und Nutzung eines Bauwerks beteiligten Partner und deren Softwarewerkzeugen unterschiedlicher Hersteller über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks hinweg. Parallel zum Begriffspaar Little BIM und Big BIM gibt es auch die auf die Software bezogene Bezeichnung für eine geschlossene (»Closed BIM«) oder offene Softwarelandschaft (»Open BIM«). Voraussetzung von Big bzw. Open BIM ist u. a. ein offener Datenaustausch über einen Datenserver, auf dem online gemeinschaftlich von jedem Ort aus an einem stets aktuellen Planstand gearbeitet wird. Dazu sind BIM-konforme Datenübergabestandards erforderlich, darunter die objektorientierten Basisdatenmodelle IFC (Industry Foundation Classes) von BuildingSmart International, Green Building XML (gbXML) zum Austausch von BIM-Modelldaten und technischen Berechnungs- oder Analyseprogrammen, BCF (BIM Collaboration Format) für den Austausch von Nachrichten und Änderungsanforderungen zwischen BIM-Viewern und BIM-Anwendungsprogrammen.
Ohne Informationsmanagement kein BIM
BIM ist v. a. eine Managementaufgabe. Deshalb steht das Akronym häufig auch für »Building Information Management«. Die neue Planungsmethode funktioniert – insbesondere im Sinne einer fachübergreifenden Kooperation (Big BIM) – nämlich nur über eine intensive Kommunikation, Abstimmung, Koordination und Information aller Beteiligten. Es müssen Absprachen über Prozesse, Verantwortlichkeiten, Koordinationsabläufe, das Änderungsmanagement oder Anforderungen an die Struktur, den Inhalt und die Qualität der Informationen getroffen werden. Dazu gehören der Fertigstellungsgrad der Gebäudemodelle (Art, Umfang, Detaillierung etc.), eine koordinierte Strukturierung der Bauwerksmodelle nach Räumen oder Komponenten sowie Werkzeuge zur Vollständigkeits-, Konsistenz- oder Kollisionsprüfung. Die Palette der weiteren Absprachen reicht von der Zuweisung von Verantwortlichkeiten im Projekt über die Kooperationsstrategie, Auswahl und Verwendung der BIM-fähigen Software, Datenaustausch- ›
› formate oder Projektplattformen bis hin zu technischen Details wie Namenskonventionen, die Ablagestruktur oder Dateiversionierung [1]. Grundlage einer BIM-basierten Arbeitsweise ist deshalb ein zum Vertrag zwischen Auftraggeber und Projektteilnehmern gehörender Projektabwicklungsplan, in dem alle oben genannten Spezifikationen definiert sind. Weiteren Koordinierungsaufwand erfordert das BIM-Gebäudemodell, denn jeder Fachplaner generiert i. d. R. sein eigenes »Fachmodell«, für das er auch verantwortlich ist. Diese Fachmodelle werden zu Koordinationszwecken in vereinbarten Abständen zusammengeführt, um sie auf mögliche Fehler, Inkonsistenzen oder Kollisionen zu prüfen, Planungsstände abzugleichen usw. Damit der Austausch der Fachmodelle und die Zusammensetzung in einem Koordinierungsmodell mit allen Projektbeteiligten möglichst reibungslos funktioniert, müssen bestimmte, die Modellierung betreffende Standards eingehalten werden. Diese werden ebenfalls zu Projektbeginn definiert und im Abwicklungsplan festgehalten. Beispiele für fachmodellübergreifende Modellierungsstandards sind eine einheitliche Gliederung in Bauabschnitte, Gebäudeteile, Geschosse, Räume, Bauteile usw., einheitliche Namenskonventionen oder der Detaillierungsgrad der Gebäudebauteile. Da derzeit aus unterschiedlichen Gründen nicht alle beteiligten Planer in der Lage sind, BIM-konforme Fachmodelle zu liefern und mit diesen zu arbeiten, kommt es in der Praxis immer wieder zu Behinderungen in der BIM-Projektabwicklung und zu Inkonsistenzen in der Datenhaltung.
Vom BIM-Server zur BIM-Cloud
Auch ein weiteres BIM-Idealbild – die parallele Planung aller Projektbeteiligten an einem gemeinsamen BIM-Datenmodell, an dem alle Änderungen quasi in Echtzeit sichtbar sind – ist derzeit noch Zukunftsmusik. Das gilt insbesondere für größere Projekte, die schon aus Gründen der Dateigröße über separate Fachmodelle bearbeitet werden. Gleichwohl ermöglichen einige BIM-Lösungen inzwischen eine relativ komfortable parallele Modellbearbeitung. Für die Bearbeitung von BIM-Modellen von verschiedenen Standorten aus wurden sogenannte BIM-Modelserver geschaffen. Das sind auf die denzentrale, parallele Bearbeitung von BIM-Gebäudemodellen mit Programmen eines oder mehrerer Software-Hersteller spezialisierte Kooperationslösungen. Beispiele für BIM-Modelserver sind der offene, auf dem IFC-Standard basierende BiMserver der TU Eindhoven (www. bimserver.org) oder der für die Software eines Herstellers ausgelegte Graphisoft BIM-Server respektive die BIM-Cloud (www.graphisoft.de/bim_server). Das Funktionsprinzip ist einfach, die dahinter stehende Technik komplex: Auf dem BIM-Server wird eine Projektdatei angelegt, die der früher verwendeten Mutterpause entspricht. Den Nutzern des BIM-Servers werden anschließend individuelle Nutzerprofile zugewiesen, die definieren, welche Benutzungsrechte sie für welche Projektteile erhalten. Das kann von der ausschließlichen Leseberechtigung über die Bearbeitung einzelner Bauabschnitte, Geschosse oder Bauteile bis zum gesamten Projekt reichen. Damit Projektteile nicht zeitgleich von mehreren Teilnehmern bearbeitet werden können und somit ein Datenchaos entsteht, lassen sich bestimmte Projektbereiche für einen Teilnehmer reservieren. Dazu »leiht« er sich aus der zentralen Datenbank des BIM-Servers eine Kopie des Projekts, die er anschließend auf seinem lokalen PC bearbeitet. Er sieht zwar den kompletten aktuellen Projektstand, kann aber nur die ihm zugewiesenen Bereiche ändern. Sobald die Arbeit abgeschlossen ist, synchronisiert er seine Projektdatei mit dem BIM-Server und gibt den für ihn reservierten Bereich wieder für andere frei. Dazu sendet er über die systeminterne Kommunikationsfunktion seinen Teamkollegen eine entsprechende Nachricht. Auf diese Weise kann beispielsweise ein im Berliner Homeoffice arbeitender TGA-Planer von einem in München ansässigen Statiker den aktuellen Stand der Tragwerksplanung abrufen und die Leitungsführung der RLT-Anlage ergänzen, ohne dabei das Tragwerk manipulieren zu können. Umgekehrt sieht der Tragwerksplaner sofort, wenn der Architekt z. B. statisch relevante Wände verschoben hat.
Ideal fürs Facility Management
Ein häufig genanntes Argument für die neue Planungsmethode ist die Unterstützung des Betriebs und der Instandhaltung von Gebäuden und der Gebäudetechnik. Das nach Abschluss der Planungsphase generierte »As-Built«-Dokumentationsmodell, das die verschiedenen BIM-Fachmodelle (Raum-, Ausbau-, Haustechnikmodell) zusammenführt, bildet mit den darin enthaltenen Objekt- und Attributinformationen eine ideale Grundlage für kaufmännische, infrastrukturelle oder technische Facility-Management-Anwendungen. Viele der für die Bewirtschaftung, Pflege, Wartung und Instandhaltung relevanten Bauteilinformationen sind im digitalen Raum- bzw. Gebäudemodell bereits enthalten. Das reduziert den Aufwand für den Aufbau eines CAFM-Modells (Computer Aided Facility Management) und ermöglicht eine bessere Einschätzung des Aufwands bei Sanierungs- und Umbaumaßnahmen. Einen entsprechenden Datenaustausch ermöglichen Schnittstellen, wie etwa CAFM-Connect des CAFM-RINGs, einem Branchenverband von CAFM-Softwarehäusern und FM-Dienstleistungsunternehmen (www. cafmring.de). Über diese auf dem IFC-Standard basierende Standardschnittstelle lassen sich Gebäudedaten mit allen Inhalten und Strukturen übergeben. Neben den Raumnummern, Nutzungsarten und DIN-Raumflächen können auch Anlagen und Ausstattungen ausgetauscht werden (z. B. Lüftungsanlagen, Aufzugsanlagen, Brandschutzklappen), sicherheitstechnische Elemente (z. B. Feuerlöscher und Wandhydranten) oder Infrastruktur-Daten (z. B. Möbel und IT-Ausstattung). Allerdings werden BIM und entsprechende Austausch-Standards von der CAFM-Branche noch nicht ausreichend unterstützt. Das hat u. a. historische Gründe: Grafik- oder CAD-basierende FM-Systeme arbeiten i. d. R. mit zweidimensionalen Raumpolygonen, auf deren Grundlage die meisten Aufgabenstellungen und Prozesse abgebildet werden. Diese Systeme sind nicht in der Lage, mehrdimensionale BIM-Daten zu übernehmen. Das betrifft nicht nur die Übernahme von Geometrie- und Objektinformationen, sondern auch die Auswertung und Analyse von BIM-Modelldaten und das Zurückschreiben von modifizierten Sachdaten in das BIM-Gebäudemodell [2]. ›
BIM-Trends: Von BIM-to-Field zu Field-to-BIM
Ohne intelligente »Bauteile« kein BIM. Da die mitgelieferte Bauteildatenbank BIM-fähiger CAD-Programme häufig eher bescheiden ausgestattet ist, müssen fehlende BIM-Bauteile von den Anwendern selbst erstellt werden. Oder sie besorgen sich spezifische Bauteile vom jeweiligen Hersteller. In »intelligenten« BIM-Bauprodukten und -objekten stecken erhebliche Rationalisierungs-, aber auch Marketingpotenziale, weshalb immer mehr Bauprodukthersteller (wie Dorma, Hilti, Schüco, Knauf und zahlreiche andere) anstelle »dummer« 2D-Produktsymbole parametrisierbare und konfigurierbare BIM-Modelle zum Download anbieten, die durchgängige und medienbruchfreie Planungs-, Fertigungs- und Montageprozesse ermöglichen. Dabei werden alle relevanten Objektinformationen wie verfügbare Abmessungen, Ausführungen und Ausstattungen, technische Daten oder bauphysikalische Werte wie U-Wert, Schalldämmaß usw. hinterlegt [3]. Verfügen die Modelle darüber hinaus über eine entsprechende »Intelligenz«, können teilweise auch Funktionsprüfungen durchgeführt werden, wie etwa das Öffnen und Schließen von Tür- oder Fensterflügeln in beengter Situation. Planer erhalten damit mehr Sicherheit, Ausführende müssen sich Produktdaten nicht umständlich zusammensuchen und Hersteller haben den Vorteil, dass ihre Produkte mit der Einbindung ins BIM-Modell in den LV-Text übernommen und ausgeschrieben werden. Einen Schritt weiter gehen Lösungen, die ausgeführte Bauleistungen auf der Baustelle (BIM-to-Field) – und v. a. die Abweichungen von der Planung – wieder zurück in das BIM-Modell einpflegen (Field-to-BIM). Diese As-Built-Dokumentation ist insbesondere für die Gebäudebewirtschaftung nützlich, weil damit Facility Manager nutzungsrelevante Objektdaten in aktueller Form herauslesen und für den Gebäudebetrieb verwenden können.
BIM ist nicht »Simsalabim«
Finnland, Schweden, Norwegen, Frankreich, Großbritannien, die USA, Singapur, Australien und andere Länder sind in Sachen BIM führend. Deutschland hinkt der internationalen Entwicklung hinterher. Neben einer gewissen Innovationsträgheit, die schon bei der EDV-/CAD-Einführung zu beobachten war, sind v. a. hiesige Branchenstrukturen ein »Hemmnis«: Die deutsche Bauwirtschaft ist geprägt durch kleinteilige Büro- und Unternehmensstrukturen, handwerklich orientierte Unternehmen und viele Gewerke, die sich häufig gegenseitig behindern. Eine mangelnde Kommunikation der Projektbeteiligten sowie eine Vielzahl unterschiedlicher, nicht miteinander kompatibler Planungswerkzeuge sind weitere Gründe. Vorbehalte und eine gewisse Skepsis sind ebenfalls zu beobachten, haben aber auch ihre Berechtigung angesichts so mancher Versprechen, Bauprojekte ließen sich dank BIM künftig ohne Kostensteigerungen, Bauverzögerungen oder Mängel umsetzen. BIM ist kein Zaubermittel gegen Probleme am Bau. Zum Bauen gehört immer noch das Handwerk und industrielle Prozesse sind nicht eins zu eins übertragbar. Außerdem ist einiges, was die BIM-Branche verspricht, noch nicht umsetzbar, unausgereift oder schlicht praxisfern. Die neue Arbeitsweise führt auch zu neuen Aufgabenteilungen, zu einer Verschiebung der Leistungsphasen-Anteile und des Arbeitsaufwands. Hinzu kommen rechtliche und honorarrechtliche Unsicherheiten [4], [5], [6]. Durchsetzen wird sich der planerische Mehraufwand nur dann, wenn er sich »rechnet« und die eingepflegten BIM-Daten auch unmittelbar und ohne Zusatzaufwand möglichst vielfältig genutzt werden – für statische oder energetische Berechnungen, Licht-, Brand-, Wind- oder Luftströmungssimulationen, Visualisierungen, Virtual-Reality-Präsentationen, den 3D-Druck oder CAFM-Anwendungen. Allerdings fehlen vielen dieser Anwendungen derzeit schlicht die Schnittstellen, sodass man Gebäudedaten, der BIM-Idee völlig zuwiderlaufend, aufwendig aufbereiten oder komplett neu eingeben muss. Und dennoch: BIM kommt, das steht außer Frage. Nicht zuletzt durch die Unterstützung aus Industrie, Politik und Verbänden hat BIM inzwischen eine große Eigendynamik entwickelt. Man kommt einfach nicht mehr daran vorbei, will man alle aktuellen Möglichkeiten und Rationalisierungspotenziale der computergestützten Planung ausschöpfen. Zugleich bietet BIM mit IFC eine Chance, endlich aus der Sackgasse ineffizienter Datenaustauschmechanismen auszubrechen, die Schätzungen zufolge 5-20 % an Mehrkosten in der Planung verursachen [1].

Marian Behaneck
1962 in Trencianske Teplice (CSSR) geboren. Architekturstudium, 1991 Diplom an der TH Karlsruhe. 14 Jahre in der Bausoftware-Branche in den Bereichen Dokumentation, Marketing und PR tätig. Mitarbeit bei Weller + Sebastian und Werkgemeinschaft Landau. Freiberuflicher Fachautor mit zahlreichen Buch- und Artikelveröffentlichungen zum Thema EDV/CAD-Einsatz im Baubereich.

[1] Egger, M., Hausknecht, K., Liebich, T./ Przybylo, J, Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR, Hrsg.): BIM-Leitfaden für Deutschland, Eigenverlag, Berlin 2014, Download: http://bit.ly/1tDYG5Y
[2] http://ulfkrause.wordpress.com
[4] Wernik, S./May, I., buildingSmart e.V.: Building Information Modeling: Das steckt hinter BIM und darum sollten Sie sich damit befassen, aus: Planungsbüro professionell 10/2014, IWW, Würzburg, Online: www.iww.de, Suche: ID 42937295
[5] Eschenbruch, K., Malkwitz, A, Grüner, J., Poloczek, A., Karl, Ch. K., (BBSR, Hrsg.): Maßnahmenkatalog zur Nutzung von BIM in der öffentlichen Bauverwaltung …, Eigenverlag, Berlin 2014, Download: www.bbsr.bund.de, Suche: Maßnahmenkatalog BIM
[6] Dittmar, T.: BIM und Recht, aus: BTGA-Almanach 2015, Bundesindustrieverband Technische Gebäudeausrüstung e.V. (Hrsg.), Strobel-Verlag, Arnsberg 2015, Download: www.btga.de
Przybylo, J., DIN e.V (Hrsg.): BIM – Einstieg kompakt: Die wichtigsten BIM-Prinzipien in Projekt und Unternehmen, Beuth, Berlin 2015

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