Interdisziplinär mit BIM

Anders als die meisten anderen Gewerke hat der Stahlbau schon sehr früh mit der Einführung von 3D-Softwarelösungen für die Konstruktion und der industriellen Vorfertigung begonnen. Und auch die Montage wird im Stahlbau elektronisch begleitet. Man könnte also annehmen, dass der Stahlbau eine Vorreiterrolle beim Arbeiten mit BIM innehat. Das bestätigt sich bislang nicht, denn die Akteure sind in diesem Segment bislang noch recht zurückhaltend. Das kann aus der Unsicherheit resultieren, welche Rolle Stahlbauer in einem BIM-Prozess einnehmen können und welche Verantwortlichkeiten sich daraus ergeben.

Mit BIM arbeiten

Arbeiten mit BIM bedeutet, ein Gebäude digital und dreidimensional zu planen und jedes 3D-Element mit relevanten Informationen wie Format oder Material bis hin zu Kosten und Zeitplanung zu erfassen. Die Bauteile wurden mit sogenannten parametrischen Eigenschaften versehen. Auf diese Daten können im BIM-Prozess alle am Bau Beteiligten zugreifen und in einem kooperativen Planungsprozess über den gesamten Gebäudelebenszyklus hinweg nutzen, ergänzen oder teilen. Die Software muss ein Schnittstellenformat generieren können, das alle anderen öffnen und bearbeiten können. Derzeit ist das IFC-Format gängig – ein objektorientiertes hersteller- und länderübergreifendes Austauschformat für den modellbasierten Daten- und Informationsaustausch in den Planungs-, Ausführungs- und Bewirtschaftungsphasen. IFC steht dabei für „Industry Foundation Classes“. Das Arbeiten mit BIM hat den Vorteil, Bauprojekte wirtschaftlich, ressourceneffizient und nachhaltig zu gestalten – und zwar deutlich besser, als es analog jemals möglich sein wird.

BIM im Stahlbau

Das Familienunternehmen Brüninghoff aus dem nordrhein-westfälischen Heiden ist im Hinblick auf das Arbeiten mit BIM alles andere als zurückhaltend. Bereits im Jahr 2010 befasste sich der Projektbauspezialist und Hersteller von vorgefertigten Bauelementen aus Holz, Beton, Stahl, Aluminium zum ersten Mal mit BIM. Kurze Zeit darauf, im Jahr 2012, setzte ein fünfköpfiges Team für etwa neun Monate ein BIM-Projekt um. Zunächst im Closed-BIM-Verfahren, also mit einer Struktur, bei der alle Planungsbeteiligten mit derselben Softwareumgebung arbeiten und den interdisziplinären Datenaustausch über sofwareeigene Formate und Kontrollsysteme steuern. 2014 startete Brüninghoff mit Open-BIM. Innerhalb dieser Struktur arbeitet jeder Planungsbeteiligte zunächst in seiner eigenen Softwareumgebung mit BIM-Aufrüstung. Der interdisziplinäre Datenaustausch erfolgt dann über eine softwareunabhängige Schnittstelle wie z.B. IFC. Frank Steffens ist seit 2013 Geschäftsführer bei Brüninghoff. Er sieht im Arbeiten mit BIM großes Potenzial: „Als bauausführendes Unternehmen, das Projekte mit hohem Vorfertigungsgrad plant und realisiert, haben wir die Potenziale von BIM früh erkannt. Die konsequente Umsetzung bietet ein hohes Maß an Sicherheit. Wenn alle an einem Modell arbeiten, kontrolliert man sich gegenseitig schon in der Planungsphase. Später auf der Baustelle gibt es weniger Fehler und weniger Probleme untereinander.“ Das erste Referenz-objekt von Brüninghoff war der Neubau eines Großhandels-, Abhol- und Verkaufslagers in Hamburg. Seitdem realisierten die Heidener über 500 BIM-Objekte. Das erfordert Manpower: „Derzeit nutzen bei uns über 100 Mitarbeiter Open-BIM“, sagt Steffens. Das BIM-Know-how der jeweiligen Nutzer ist – wie deren Aufgaben – sehr unterschiedlich, was sich auch in den Schulungen widerspiegelt. Ein Großteil der Mitarbeiter wird individuell durch eigenes Personal geschult. Mitarbeiter, die sich sehr intensiv oder ausschließlich mit BIM befassen, greifen in ihrer Weiterbildung auch auf externe Schulungen zurück.

Erfolgreicher Austausch mit BIM

Ein deutlich kleinerer Stahlbaubetrieb ist Stahlbau Süssen aus Baden-Württemberg mit insgesamt 75 Mitarbeitern. Einer von ihnen ist Florian Weber. Der Bauingenieur gehört seit 2010 zum Betrieb. Die Kernkompetenzen von Stahlbau Süssen liegen im Stahl-, Industrie- und Designbau. Dort hat er zunächst im technischen Büro angefangen, das er eine Zeit lang mit leitete. Seit zwei Jahren ist er im Vertrieb tätig. „Im eigenen technischen Büro zeichnen alle Mitarbeiter seit über 30 Jahren mit dem 3D-Programm AVEVA Bocad“, sagt er und resümiert: „Wir Stahlbauer sind in der digitalen Welt den meisten anderen Gewerken einen Schritt voraus. Die meisten Nachunternehmer zeichnen noch immer in 2D.“ Nicht so in Süssen! Hier beherrschen alle acht Technischen Zeichner das 3D-Zeichnen. Jährlich werden zwei Auszubildende beschäftigt und ans CAD-Zeichnen herangeführt. Analog zum Berufsschulplan beginnen sie auch im Betrieb erst auf Papier. „So schulen sie ihr Vorstellungsvermögen“, sagt Weber. Im zweiten Lehrjahr beginnt dann das Arbeiten mit CAD. Trotz dieses umfangreichen Know-hows ist das Arbeiten mit BIM bei Stahlbau Süssen noch eher die Ausnahme. „Unsere erste BIM-Referenz war ein Werksneubau in Wipperfürth, bei dem das komplette Tragwerk in einem 3D-Modell erfasst wurde,“ erzählt Weber. „Der Abgleich zwischen dem Betonbau einerseits und dem Stahlbau andererseits erfolgte über ein ICF-Modell, anhand dessen wir eine Prüfung auf Kollisionen durchführen konnten.“ Der Austausch über Änderungen fand per E-Mail statt, nicht etwa über eine übergeordnete Cloud, und trotzdem zählt diese Arbeitsweise schon zur BIM-Methode. Es kann also auch ganz einfach sein, auch wenn generell gilt: Je höher die Komplexität eines Bauprojekts, desto effektiver ist der Austausch mit BIM.

Termin- und Planungssicherheit

Die Realisierung des Werksneubaus von Stahlbau Süssen umfasste insgesamt einen Planungszeitraum von 20 Wochen. „Durch den Austausch mit IFC konnten wir uns bestimmt zwei Wochen Zeit sparen“, sagt Weber. „Zehn Prozent können sich doch sehen lassen!“ Für ein bauausführendes Unternehmen mit eigener Vorfertigung wie Brüninghoff ist es hilfreich, den Materialeinsatz im BIM-Modell zu integrieren. Steffens erläutert die Vorgehensweise: „Wir bemühen uns, alle Angaben, die zur Erstellung des Bauwerkes erforderlich sind, im BIM-Modell zusammenzuführen und mit der virtuellen Bauakte zu verknüpfen. Hier sind z.B. Türlisten und Verbindungsmittel aufgeführt.“ Weiter werden Terminplanänderungen aus der virtuellen Bauakte ins BIM-Modell gemeldet. Ein Vorteil hier: Die dadurch geänderten Montage-Listen werden vom BIM-Modell automatisch in die virtuelle Bauakte übertragen. Durch die Mehrfachnutzung einmal erstellter Daten werden u. a. Zeitvorteile bei der Angebotserstellung und eine Planungssicherheit hinsichtlich der terminlichen Abfolge und der Kosten erzielt. „Und“, schließt Steffens, „auch die Vorbereitung der Vergabe erleichtert uns BIM, da wir benötigte Mengen schneller ermitteln können.“ Auch die Ablaufgeschwindigkeit kann deutlich effizienter sein, da alle Beteiligten über das Modell informiert sind. Fehlplanungen werden minimiert und potenzielle Mehrkosten sowie mögliche Alternativlösungen frühzeitig identifiziert. Und auch die im BIM-Modell festgehaltenen Kostenstrukturen schaffen Transparenz und Vertrauen. „Allerdings“, gibt Steffens zu beachten, „ersetzt BIM nicht die Kommunikation, sondern unterstützt diese lediglich. Zudem muss man bei der Zusammenarbeit mit externen Projektpartnern durchaus berücksichtigen, dass der Kenntnisstand und auch die erforderliche Tiefe bei der Planung sehr unterschiedlich sein können.“

Vorteile für Fertigung und Montage

Für Brüninghoff folgt aus dem BIM-Modell die Planung der Produktion von vorgefertigten Bauelementen. Dadurch bietet sich intern für die Disposition ein wesentlicher Vorteil: Die terminliche Planung, die Arbeitsvorbereitung, Produktion und Logistik werden erleichtert. Aus dem Modell lassen sich Bestelllisten für die Arbeitsvorbereitung exportieren. Einzelne Bauteile und ihr Status lassen sich im Modell ermitteln. Im Modell finden sich auch Montageanleitungen sowie Verknüpfungen in die Detailplanung wieder. So wird ein Informationsfluss auf die Baustelle sichergestellt. Das Modell kann mit Vorgängen eines Terminplans verknüpft werden und visualisiert den Baufortschritt über einen Zeitverlauf. Die Bauüberwachung und Dokumentation erfolgt ebenfalls mittels BIM. Steffens nennt ein Praxisbeispiel: „Der Bauleiter kennzeichnet bereits auf der Baustelle fertiggestellte Bauabschnitte im Modell. Auch unsere Poliere haben die Möglichkeit, Informationen in das System einzutragen. Bis zur Fertigstellung lassen sich somit alle Leistungen und ihre Erfüllung übersichtlich und zentral auf einer Plattform kontrollieren.“

Herausforderungen beim Arbeiten mit BIM

Bei all den Vorteilen betrachtet Florian Weber den Austausch mit Architekten als große Herausforderung. Die meisten Architekten arbeiten oft sogar innerhalb eines Bauvorhabens sowohl in 2D als auch in 3D: Die Vision wird meist in spektakulären 3D-Animationen präsentiert, aber die Werksplanung danach wird dann oft nur noch in 2D erstellt. „Wir Stahlbauer kommen dann immer zu spät ins Projekt und wir müssen unsere 3D-Planung von null auf beginnen. Wünschenswert wäre, wenn die Architekten auch ihre Werkplanung schon in 3D erstellen würden. Sicher bedeutet das dann auch einen Mehraufwand in der frühen Planungsphase, aber in Gänze wäre der Ablauf reibungsloser“, sagt Weber.

Gesetzliche Regelungen

Solche Wünsche müssen allerdings auch politisch gewollt sein. Ein Sprecher des Ministeriums für Heimat, Kommunales, Bau und Gleichstellung des Landes Nordrhein-Westfalen benennt erste Schritte: „Im Koalitionsvertrag von CDU und FDP ist festgehalten, dass für Vergaben des Bau- und Liegenschaftsbetriebs NRW (BLB) und für den Straßenbau in NRW BIM ab 2020 verpflichtend vorgeschrieben werden soll. Wir stellen sicher, dass mittelständische Unternehmen an dem Verfahren problemlos teilnehmen können.“ Aber auch für ausführende Betriebe konkretisiert sich eine gesetzliche Verpflichtung zur BIM-Arbeitsweise, allerdings noch in Form von Piloten: „Der BLB fährt zurzeit sieben Pilotprojekte“, so der Sprecher. „Derzeit geht es mehr um die Planung von Gebäuden und deren Bewirtschaftung. In NRW gibt es viele verschiedene Initiativen, die sich mit der Umsetzung von BIM beschäftigen. Neben den Hochschulen gibt es beispielsweise das BIM-Cluster NRW, in dem sich mehrere Verbände zusammengeschlossen haben. Das Handwerk unterhält in NRW das „Kompetenzzentrum Digitales Handwerk“, in dem Handwerkern praxisorientierte Qualifizierungsangebote angeboten werden.“

DIN-Normen beim Arbeiten mit BIM

Beim Gesetzgeber steckt BIM also noch in den Kinderschuhen. Ganz anders beim DIN-Normenausschuss! Dr. Thomas Liebich ist seit Gründung Obmann des NA 005-01-39 AA „Building Information Modeling“. Er stellt zunächst klar, dass Rechte und Pflichten aller Baubeteiligten rund um das BIM-Modell wie bisher weiterhin vertraglich geregelt werden müssen. „Jeder Planer ist nach wie vor für das eigene Fachmodell verantwortlich und muss weiterhin die Qualität seiner Leistung sicherstellen. Daran wird sich fundamental nichts ändern. Dasselbe gilt auch für das Recht auf Informationen aus Fachmodellen anderer. Rechte und Pflichten regeln Verträge. DIN-Normen können aber die technischen Rahmenbedingungen dazu schaffen.“ Übergeordnetes Ziel einer auf Standards beruhenden BIM-Nutzung ist eine bessere Koordination am Bau, um damit Fehlerquoten und Rechtsstreits zu reduzieren und somit eine höhere Kosten- und Terminsicherheit zu schaffen. Liebich ergänzt: „Normen stellen verlässliche Vorgaben dar, die garantieren, dass nicht alles immer wieder neu verhandelt werden muss, sondern dass man sich auf einen allgemeinen Stand der Technik verlassen kann. Außerdem möchten wir den Mittelstand stärken. Ohne die Normen und Richtlinien wären sonst die großen Player am Markt im Vorteil.“ Um diese Ziele zu erreichen, hat der Arbeitsausschuss vier Arbeitskreise zum Thema BIM eingerichtet. Der Arbeitskreis 1 (AK 1) befasst sich mit Grundlagen und Strategien, der AK 2 bearbeitet die technische Komponente, zu der Schnittstellen und der Datenaustausch gehören. Um bessere Abstimmung im Prozess kümmert sich der AK 3 und um bessere Kataloge der AK 4. Voraussichtlich noch im ersten Quartal 2019 wird mit der DIN EN ISO 19650 „Organisation von Daten zu Bauwerken – Informationsmanagement mit BIM“, Teil 1: „Begriffe und Grundsätze“ und Teil 2: „Planungs-, Bau- und Inbetriebnahmephase“ in Deutschland eine neue DIN-Norm zu BIM veröffentlicht. „Die Inhalte dieser Norm sind dabei eher als Vorlage zu betrachten“, sagt Liebich, „ähnlich einem Kriterienkatalog, der auflistet, was konkret in der Projektvorbereitung zum Thema Informationsmanagement festgehalten werden muss, also z.B. wer was wann liefern soll, wie BIM-Daten bereitgestellt werden oder wer welche Rolle bei der Qualitätssicherung übernimmt. Die Norm regelt ebenfalls, welche Kompetenznachweise hierzu abgefragt werden können.“

Fazit

An BIM führt also kein Weg mehr vorbei. Allerdings ist dieser bis zur flächendeckenden Umsetzung von BIM noch ein langer. Wissensstand, Bereitschaft, technische und personelle Möglichkeiten liegen bei den Unternehmen noch weit auseinander. Beim Stahlbau können sich viele Gewerke jedenfalls schon mal orientieren. Und dank des Engagements von solchen Branchenvorreitern, Initiativen und Verbänden finden sich zahlreiche hilfreiche Quellen – wie z.B. der BIM-Leitfaden Stahlbau –, die in die Thematik der modellbasierten Planung einführen.