BIM im Metallbau / Teil I

BIM ist Experten zufolge das derzeit wichtigste Bau-Trendthema, das die Bauplanung und Bauausführung nachhaltig verändern wird. BIM ist in erster Linie eine Planungsmethode. Darunter werden aber auch alle Arbeitsweisen, Prozesse und Technologien verstanden, die für die Erstellung, Koordination und Übergabe eines fachübergreifenden virtuellen Bauwerks-Datenmodells erforderlich sind. Als Idee dahinter steckt die digitale Vorwegnahme des realen Bauwerks („digitaler Zwilling“) und dessen Lebenszyklus – von der Konzeption, über die Konstruktion, Erstellung und Instandhaltung, bis zur „Entsorgung“ oder Wiederverwendung und Verwertung.  

Wozu dient BIM …? 

Ein wesentliches Ziel der BIM-Planungsmethode ist die Steigerung der Planungsqualität, Vermeidung von Fehlern, eine Senkung von Baukosten und eine Verkürzung von Bauzeiten. Erreicht wird dies unter anderem durch eine modellorientierte Planung auf Grundlage eines in seiner Informationstiefe stetig wachsenden BIM-Datenmodells und dessen Auswertung. Anhand dieses Modells kann das Bauvorhaben vorab gestalterisch, statisch, bau-, haus- und brandschutztechnisch, bauphysikalisch oder energetisch optimiert werden. Bauzeiten und Kosten, Massen und Mengen oder Stücklisten werden ebenso aus dem 3D-Modell halbautomatisch generiert und bei Änderungen aktualisiert, wie alle Fertigungs- und Montagepläne, sodass auch bei mehrfachen Änderungen Fehler weitgehend vermieden werden können. 3D-Visualisierungen des Modells vereinfachen die Kommunikation mit Projektbeteiligten und helfen, Missverständnisse zu vermeiden. Die parallel ablaufenden Planungsprozesse von Fachplanern werden besser kontrolliert und koordiniert und so Abstimmungsfehler vermieden. Wird das BIM-Planungsmodell mit dem Baufortschritt kontinuierlich aktualisiert, kann es als „As-built“-Modell („wie gebaut“) die Gebäudebewirtschaftung ebenso unterstützen wie spätere Umbau-, Erweiterungs-, Modernisierungs- oder Sanierungsmaßnahmen.  

… und was haben Metallbauer davon? 

Für Metallbauer, Fenster- und Fassadenbauer hat die BIM-Planungsmethode ganz konkrete Vorteile: Dazu zählen präzisere, direkt aus dem 3D-Gebäudemodell generierbare, nach Bauteilen strukturierte Mengen für eine erste Angebotskalkulation, eine genauere Terminplanung durch das um Bauzeitendaten erweiterte 3D-BIM-Modell (4D BIM), die Übernahme von Bestell-, Produktions- und Fertigungsdaten der im BIM-Modell verbauten digitalen Bauprodukte (so genannte BIM-Objekte) oder die Übertragung von BIM-Planungsdaten auf die Baustelle. Bei dieser „BIM to field“ genannten Methode werden zum Beispiel Bohrpunkte exakt auf eine Rohbau-Decke oder Wand projiziert, ohne dass diese vor Ort umständlich eingemessen werden müssen. Ist die CAD-Software des Planers über eine bidirektionale Schnittstelle mit der CAD-/CAM-Software des Metall-, Fenster- oder Fassadenbauers verknüpft (wie z.B. Revit von Autodesk und SchüCal von Schüco), kann die Bauwerksgeometrie als präzise Grundlage für die detaillierte Planung von Fenster-, Tür- oder Fassadenpositionen genutzt werden. Mit dreidimensionalen Visualisierungen oder Animationen kann der Metallbauer auf Grundlage des 3D-Gebäudemodells einfacher Kunden überzeugen und begeistern. Vor der Fertigung und dem Einbau, zum Beispiel von Fenstern und Fassaden, kann das BIM-Modell mit 3D-Laserscans des Rohbaus überlagert werden. So werden Ungenauigkeiten oder Abweichungen rechtzeitig erkannt.  

Wie verbreitet ist BIM? 

BIM ist in einigen Ländern Europas (Norwegen, Finnland, Schweden, Niederlande, Großbritannien etc.), in Asien oder in den USA bei Großprojekten längst Standard. Auch hierzulande haben namhafte Bauunternehmen wie Hochtief, Max Bögl, Wolff & Müller, Züblin und andere als BIM-Vorreiter bereits zahlreiche BIM-Vorzeigeprojekte realisiert. Über die gesamten baulichen Aktivitäten betrachtet, ist BIM in Deutschland aber noch wenig verbreitet. Umfragen zufolge liegt der aktuelle Anteil von BIM-Projekten am gesamten Projektvolumen bei rund zehn Prozent [1]. Mittel- und langfristig soll BIM aber beispielsweise bei der Realisierung öffentlich finanzierter Bau- und Infrastrukturprojekte Standard werden. Mehrere Institutionen, darunter die deutsche Reformkommission für Großprojekte, die Deutsche Gesellschaft zur Digitalisierung des Planen, Bauens und Betreibens (planen-bauen 4.0) oder das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) unterstützen und forcieren BIM. Diverse Forschungs- und Pilotprojekte des Bundes (BBSR, BMVI, DB, DEGES etc.), die aktuell mit Nachdruck vorangetriebenen BIM-Normenentwicklungen [2] und die zunehmende Nachfrage nach BIM-Fachpersonal lassen erwarten, dass BIM schon bald auch in Deutschland zum Standard wird. Auch im Stahl-, Metall- und Fensterbau wurden die Vorteile und Möglichkeiten von BIM in der Akquisition, Planung, Berechnung, Konstruktion, Fertigung und Montage inzwischen erkannt. Mangelndes Know-how, nicht vorhandene BIM-Werkzeuge und fehlendes Fachpersonal, aber auch ein erhöhter Planungs- und Koordinationsaufwand stehen einer breiten praktischen Umsetzung und Nutzung in den meisten Unternehmen bisher aber noch entgegen. 

Wie „tickt“ BIM? 

BIM ist nicht (nur) das dreidimensionale Bauwerksdatenmodell. BIM ist in erster Linie ein Informations-, Koordinations- und Managementprozess, weshalb die drei Buchstaben häufig auch für „Building Information Management“, also für das Management von Informationen und Daten stehen. BIM funktioniert – insbesondere im Sinne einer fachübergreifenden Zusammenarbeit (Big/Open BIM, siehe Glossar) – nur über eine intensive, regelbasierte Kommunikation, Abstimmung, Koordination und Information aller Beteiligten. Deshalb werden zwischen den Projektbeteiligten in den so genannten Auftraggeber-Informations-Anforderungen (AIA) und dem daraus abgeleiteten BIM-Abwicklungsplan (BAP) verbindliche Absprachen getroffen. Darin enthalten sind präzise Angaben zu Prozessen, wie Koordinations- und Änderungsabläufen, oder Anforderungen an die Struktur, den Inhalt und die Qualität der Planungsinformationen. Dazu gehören der Fertigstellungs- und Detaillierungsgrad der BIM-Gebäudemodelle (Level of Development, LOD), eine koordinierte Strukturierung der Modelle nach Räumen oder Komponenten sowie Softwarewerkzeuge zur Vollständigkeits-, Konsistenz- oder Kollisionsüberprüfung, so genannte „Modell-Checker“. Die Palette der weiteren Absprachen reicht von der Zuweisung von Verantwortlichkeiten im Projekt, über die Kooperationsstrategie, die Auswahl und Verwendung der am Projekt beteiligten BIM-fähigen Programme, Datenaustauschformate oder Projektplattformen für die Zusammenarbeit im Team — bis hin zu technischen Details wie der Ablagestruktur, Dateiversionierung oder Namenskonventionen bei der Bezeichnung von Dateien, Bauteilen, Ebenen etc. Im BAP ist auch geregelt, wann welche Daten in welchen Qualitäten und Formaten beispielsweise Innenausbauer, Metallbauer, Fenster- oder Fassadenbauer erhalten, respektive zur Verfügung stellen müssen. Wer sich an BIM-Projekten beteiligt, muss diese Vorgaben berücksichtigen. 

Wie spricht man sich ab? 

Das BIM-Gebäudemodell setzt eine intensive Koordination voraus, denn jeder Planer und Fachplaner generiert in der Regel sein eigenes „Fachmodell“, für das er auch verantwortlich ist: der Architekt sein Architekturmodell, der Statiker sein Tragwerksmodell, der Fassadenbauer sein Fassadenmodell und so weiter. Diese BIM-Fachmodelle werden anlassbezogen oder in vereinbarten Abständen zusammengeführt, um sie zu vergleichen und auf mögliche Fehler, Inkonsistenzen oder Kollisionen zu prüfen, Planungsstände abzugleichen etc. Für Stahl-, Treppen- oder Fensterbauer relevant ist das Architektur- und das Tragwerksmodell, das alle Angaben zu Massen und Mengen, Räumen, tragenden Bauteilen, Materialien, Oberflächen, teilweise auch schon zu konkreten Bauprodukten bestimmter Hersteller enthält, so dass beispielsweise präzise Angebote erstellt werden können. Um BIM-Fachmodelle besser koordinieren zu können, lassen sich über das BIM-Nachrichtenaustauschformat BCF Kommentare, Anfragen, Kollisionsberichte oder allgemeine Informationen zu BIM-Modellen digital austauschen. Mit einer BCF-Datei – einer Art „gelber Zettel“ für BIM-Modelle – können sich BIM-Projektbeteiligte zu Problemen und deren Lösung austauschen. Dadurch werden bei der Zusammenführung von BIM-Fachmodellen erkannte Probleme und Kollisionen schneller und effizienter gemeinsam gelöst, Korrektur- und Koordinationsabläufe vereinfacht.  

Anforderungen an das BIM-Modell

Damit der Austausch der Fachmodelle und deren Zusammenstellung in einem Koordinierungsmodell mit allen Projektbeteiligten möglichst reibungslos funktioniert, müssen bei der 3D-Konstruktion bestimmte Standards eingehalten werden. Diese werden zu Projektbeginn definiert und ebenfalls im BAP festgehalten. Beispiele für fachmodellübergreifende Modellierungsstandards sind eine einheitliche Gliederung in Bauabschnitte, Gebäudeteile, Geschosse, Räume, Bauteile etc., einheitliche Namenskonventionen oder der Detaillierungsgrad der Gebäudebauteile. Insbesondere komplexere Bauteile wie mehrschichtige Wände, Wanddurchbrüche, Treppen oder Rampen, Stützen und Träger müssen sauber und konsistent modelliert werden. Sind beispielsweise Bauteilgeometrien und ihre Eigenschaften nicht korrekt definiert, werden sie nicht korrekt dargestellt, ausgewertet oder exportiert. Deshalb haben einige Hersteller BIM-fähiger CAD-Software Modellierungsregeln entwickelt (z.B. Autodesk oder Graphisoft), die sich an aktuellen Richtlinien orientieren. Dennoch kommt es in der Praxis immer wieder zu Problemen in der BIM-Projektabwicklung, etwa weil die Modellierungsregeln nicht beachtet oder BIM-Fachmodelle nicht in der vereinbarten Qualität geliefert werden.  

Austausch von BIM-Daten

Auch der Austausch von BIM-Daten ist in der Praxis häufig eine Herausforderung, denn mit der BIM-Planungsmethode stehen nicht mehr einfache 2D-Pläne im Zentrum des Informationsaustausches, sondern komplexe 3D-Gebäudedatenmodelle. Ausgetauscht werden sie über das IFC-Datenformat, das neben der Grafik auch Bauteil- oder Objektdaten überträgt. Das IFC-Datenformat (Industry Foundation Classes) ist ein offener, ISO-zertifizierter Standard von buildingSMART International für den softwareübergreifenden Austausch von Bauwerksdatenmodellen. Vom IFC-Datenformat abgebildet werden Gebäudestrukturen und logische Wechselbeziehungen, zugehörige Eigenschaften (Attribute) sowie Geometrien. Seit Einführung des IFC-Standards wurden sukzessive neue Versionen entwickelt. Am häufigsten verbreitet ist die Version IFC 2x3, aktuell ist der bereits 2014 eingeführte Nachfolger IFC4. Wie gut, vollständig und fehlerfrei BIM-Daten übertragen werden, hängt von verschiedenen Faktoren ab: von der Modellqualität, von der Qualität und Version der IFC-Schnittstelle, von den programmspezifischen Export-Einstellungen und so weiter.  

Herausforderungen und Ausblick 

BIM ist ein wesentlicher Baustein der Digitalisierung im Bauwesen und der „Digitalen Baustelle“. Allerdings kann BIM nicht alle aktuellen Probleme am Bau lösen, denn diese haben verschiedene Ursachen: Häufige, baubegleitende Änderungen, eine fehlende Detailplanung, Material- und Personalmangel oder Terminstress lassen sich nicht alleine durch neue Werkzeuge und Planungsmethoden lösen. Aber sie können zu einer teilweisen Lösung beitragen. Der BIM-Einstieg ist allerdings zeit-, personal- und kostenintensiv. Mitarbeiter müssen geschult, die Hard- und Software muss gegebenenfalls aufgerüstet werden. BIM setzt außerdem eine intensivere Zusammenarbeit mit Projektpartnern, eine engere Abstimmung und einen detailliert festgelegten Austausch von Informationen voraus. Zudem sind viele Herausforderungen zu meistern: Nicht immer liefern Planer brauchbare BIM-Gebäudemodelle, selten klappt die IFC-Übergabe reibungslos und auch die Schnittstellen zur Baustelle sind noch ausbaufähig. BIM wird sich in absehbarer Zeit dennoch durchsetzen, weil es Bauherren und Investoren zunehmend einfordern. Dann sind Unternehmen mit BIM-Erfahrung im Vorteil.