Was bedeutet BIM für die Abwicklung und interdisziplinäre Zusammenarbeit im Wasserversorgungsunternehmen?
Die fortschreitende digitale Transformation in der Bauwirtschaft verändert die Art der Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen, an einem Bauvorhaben beteiligten Parteien (Bauherrschaft, Betreiber, Dienstleister, Unternehmer usw.). Die Nutzung von Building Information Modeling (BIM) ermöglicht einen geschlossenen Kreislauf für den Informationsfluss im Lebenszyklus eines Bauwerks.
Der BIM-Lebenszyklus zeigt den Zusammenhang der wichtigsten Steuerungsinstrumente im Daten- und Informationsmanagement. Alle notwendigen Informationen können über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks genutzt werden. Die Basis für erfolgreiche BIM-Projekte ist ein gemeinsames Verständnis und die Verwendung einer einheitlichen Terminologie.
Die Planungsphase in einem BIM-Projekt ist von entscheidender Bedeutung, da sie die Grundlage für den gesamten Bauprozess bildet. Die Planung in der BIM-Methodik basiert in der Regel auf einem 3D-Model der zu errichtenden Infrastruktur. Alle Beteiligten arbeitet dabei an einem zentral verfügbaren 3D-Model, wobei jeder Fachplaner seinen Planungsanteil beisteuert und diesen kontinuierlich fortschreibt. Der Planungsinhalt wird durch die Nutzung der BIM Methodik für alle Beteiligten zugänglich und transparent gestaltet.
Während der Planungsphase werden auch verschiedene Analysen und Simulationen durchgeführt, um die Leistung und Effizienz der geplanten Infrastruktur zu optimieren. Dazu gehören beispielsweise Energieanalysen, Kollisionsprüfungen und Kostenberechnungen. Darüber hinaus werden in der Planungsphase auch Entscheidungen über Materialien, Technologien und Bauverfahren getroffen, die durch detaillierte Modellierung den anschließenden Bauprozess unterstützen.
Durch kontinuierliche Qualitätschecks und die Möglichkeiten der Kollisionsermittlung während der Planung können Planungsmängel bei der Interaktion der einzelnen Fachabteilungen frühzeitig erkannt und zeitnah korrigiert werden. Weiterhin wird die Kommunikation der Agierenden durch die frühzeitige Interaktion aller Beteiligten verbessert.
Für diese Arbeitsmethodik und Anwendung sind Regelungen zum Ablauf und Interaktion der Planungsbeteiligten notwendig:
Zur Erstellung der Dokumente AIA, BAP und BIM-BVB während der Planungsphase stellt das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur entsprechende Leitfäden bereit. Die im Planungsprozess aggregierten Daten werden in der sich anschließend Ausführungsphase als Basis genutzt und weiter fortgeschrieben.
Die Ausführungsphase ist ein wesentlicher Abschnitt im Lebenszyklus eines Projektes zum Bau einer Anlage, die auf die praktische Umsetzung und Fertigstellung des geplanten Bauvorhabens abzielt. Während dieser Phase werden die im Planungsprozess erstellten BIM-Modelle und Daten genutzt, um die tatsächliche physische Konstruktion der Anlage oder der Infrastruktur umzusetzen. Die Ausführungsphase folgt auf die Planungs- und Entwurfsphasen und geht der Nutzungs-, Betriebs- und Rückbauphase voraus.
In der Ausführungsphase sind folgende Hauptaktivitäten von hoher Bedeutung:
Die BIM-Technologie spielt während der Ausführungsphase eine entscheidende Rolle, da sie eine effiziente Kommunikation, Kollaboration und Koordination zwischen den verschiedenen Beteiligten ermöglicht. Die Verwendung der BIM-Methodik hilft Fehler zu minimieren, Kosten zu kontrollieren und den Bauablauf zu optimieren, was zu einer reibungsloseren und effektiveren Umsetzung des Bauprojekts führt.
Der Betrieb spielt eine zentrale Rolle im Lebenszyklus einer Anlage. Die Betriebsphase beginnt nach Abschluss der Bauarbeiten und erstreckt sich über die gesamte Nutzungsdauer der Anlage. Während dieser Phase müssen eine Vielzahl von Aufgaben durchgeführt werden, welche sicherstellen, dass die Anlage ordnungsgemäß funktioniert, den Bedürfnissen der Nutzer gerecht wird und langfristig werthaltig bleibt.
In der Betriebsphase einer Anlage fallen verschiedene wesentliche Aufgaben an. Zu diesen Aufgaben zählen: Instandhaltung und Wartung der technischen Anlagen, wie beispielsweise Heizung, Lüftung, Klimatisierung, Elektroinstallationen und Aufzüge bei Bauwerken bzw. Pumpen, Hydranten und Schiebern in Wasseraufbereitungs- und verteilungsanlagen. Regelmäßige Inspektionen und Wartungsarbeiten sind entscheidend, um die Funktionsfähigkeit der Anlagen zu gewährleisten, mögliche Mängel frühzeitig zu erkennen und Schäden zu vermeiden. Die rechtzeitige Durchführung von Reparaturen und der Austausch von Verschleißteilen tragen dazu bei, die Lebensdauer der Anlagen zu verlängern und einen unterbrechungsfreien Betrieb sicherzustellen.
Damit unterscheidet sich die Betriebsphase wesentlich von den anderen Phasen des Lebenszyklus einer Anlage. Während die Planungs- und Bauphase auf die Errichtung der Anlage ausgerichtet sind und die Phase der Inbetriebnahme die Übergabe an die Nutzer umfasst, steht in der Betriebsphase der laufende Betrieb im Fokus. Es geht um die Gewährleistung einer reibungslosen Funktion und Nutzung der Anlage über einen längeren Zeitraum. Im Gegensatz zu den vorherigen Phasen sind in der Betriebsphase kontinuierliche Aktivitäten erforderlich, um den ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten, Mängel zu beheben und den Wert der Anlage zu erhalten.
Ein effizienter Betrieb von Anlagen ist von großer Bedeutung, da er sowohl ökonomische als auch ökologische Auswirkungen hat. Durch eine optimale Energie- und Ressourcennutzung kann der Betrieb nachhaltig gestaltet werden. Dies umfasst Maßnahmen wie die Implementierung von energieeffizienten Systemen, die Förderung des umweltbewussten Verhaltens der Nutzer und die Nutzung erneuerbarer Energien. Ein effizienter Betrieb trägt zur Reduzierung der Betriebskosten bei, erhöht die Rentabilität der Anlage und leistet einen Beitrag zum Umweltschutz.
Zusammenfassend ist die Betriebsphase einer Anlage entscheidend für seinen Erfolg und seine langfristige Werthaltigkeit. Durch eine nachhaltige Anlagenbewirtschaftung können sowohl die Anforderungen der Nutzer erfüllt als auch ökonomische und ökologische Ziele erreicht werden. Der effiziente Betrieb einer Anlage trägt zur Zufriedenheit der Nutzer bei, minimiert Ausfallzeiten, senkt die Betriebskosten und trägt zum Werterhalt des Bauwerkes bzw. der Anlage bei.
Mittels 3D-Laserscanner können Gelände und Bestandsbauwerke erfasst und dreidimensional dargestellt werden. Mittlerweile bietet der Markt unterschiedliche Hardware dazu an, von tragbaren Scannern, die mithilfe von Stativen stationiert werden, oder doch besser der handgeführte Scanner, bei dem man beim Durchlaufen der Anlage den Bestand erfasst, bis hin zu ferngesteuerten Drohnen. Die Wahl der richtigen Hardware ist immer Anwendungsfall orientiert. Je nach benötigter Auflösung, Genauigkeit und möglichen Zugänglichkeiten vor Ort, bietet sich auch eine Kombination aus verschiedenen Verfahren an. Dies bietet gerade im Bestandsbau eine belastbare Ausgangsgrundlage zum Beispiel für den Umbau.
Registrierung der Punktwolken
Die Erfassung eines Bauwerkes oder einer technischen Anlage mit Hilfe der Laserscan-Technologie erzeugt bei hoher Komplexität sehr große Datenmengen. Große Datenmengen können heute mit aktueller Technik sehr gut bearbeitet und gespeichert werden. Aufmaß-Projekte können mehrere hundert Scanner-Aufstellungen mit entsprechender Anzahl von Einzelscans umfassen. Die Gesamtgröße der entstehenden Datenmenge hängt dabei selbstverständlich linear von der Projektgröße und der gewählten Scangenauigkeit ab. Eine Nachbearbeitung der erfassten Punktwolken unterstützt die Reduktion der Datenmengen.
Die erfassten Punktwolken der Einzelscans enthalten immer Überlappungen mit Nachbarscans. Zur Erstellung eines einzigen konsistenten 3D-Punktemodells ist es wichtig, diese Punktewolken miteinander in Einklang zu bringen. Dieser Vorgang wird Registrierung genannt. Zu diesem Zweck bieten die Scanner-Hersteller in der Regel auf Ihre Scanner zugeschnittene Software-Programme an. Auch Hersteller von CAD-Software haben mittlerweile Registrierungs-Programme im Portfolio, damit die registrierte Gesamt-Punktwolke auch in CAD-Programmen zur Erzeugung von BIM-Modellen weiter genutzt werden kann.
Nutzung von Punktwolken
Zur direkten Nutzung der Punktwolken sind zahlreiche Viewer verfügbar. Punktwolken können so, sofern sie auch mit Farbinformationen erfasst wurden, nahezu fotorealistisch betrachtet werden. Das Herausmessen von Abstandsmaßen ist problemlos möglich. Die erzeugten Daten können dann beliebig reduziert und aus einer 3D-Punktewolke 2D-Extraktionen gezogen werden. Es ist so möglich, verformungsgerechte Grundrisse, Ansichten oder Schnitte in den gewünschten Höhenlagen oder Gebäudeachsen aus der Punktwolke zu extrahieren. Die räumliche Situation kann beliebig gedreht werden. Auch die qualitative Beurteilung von Gebäude- oder Technik-Substanz ist möglich.
Allgemein können vorliegende Pläne mit Hilfe von Punktwolken überprüft und korrigiert und damit Probleme in der weiteren Ausführung verhindert werden. Auch beim Bau von Gebäuden oder Anlagen kann verglichen werden, ob die Ausführung den Plänen entspricht. Fehler wie Abweichungen in den Maßen werden früher erkannt, es kann schneller gegengesteuert und die Kosten der Nacharbeit minimiert werden.
Nutzung von Punktwolken in CAD-Programmen zur Erzeugung von BIM-Modellen
Aktuelle CAD-Programme bieten heute die Möglichkeit, Punktwolken auch bei großen Datenmengen performant einzulesen und diese so im Hintergrund der CAD-Konstruktion als Vorlage zu verwenden. Es sind in der Regel Funktionen im CAD-Programm vorhanden, um Punktewolken durch einen entsprechenden Zuschnitt auf den aktuellen Arbeitsbereich einzustellen. Außerdem gibt es unterstützende Funktionen zur Erzeugung von unterschiedlichen CAD-Geometrien aus der Punktewolke. So können zum Beispiel Flächen oder Ebenen identifiziert oder Mittellinien von runden Rohrstrukturen gefunden werden. So ist dann eine präzise Erzeugung von dreidimensionalen Bestands-Geometrien anhand der Punktwolke möglich. Das Hinzufügen von fachspezifischen CAD-Objekten und Attributen auf Basis der Punktewolke erlaubt dann die Erstellung von exakten BIM-Bestandsmodellen.
Zusatzprogramme zur effektiven Nutzung von Punktewolken im BIM-Prozess
Mittlerweile sind am Markt auch weitere spezialisierte Programme vorhanden, die in Punktewolken auch weitgehend automatisch 3D-Geometrie finden und entsprechende CAD-Objekte erzeugen. Für Wände, Rohre, Gebäudetechnik oder Stahlbau-Komponenten ist das mittlerweile z.B. möglich.
Außerdem kann das Laserscanning auch Projekt-begleitend zur Kontrolle im Bau-Ausführungsprozess verwendet werden. Scans während der Bauphase ermöglichen den direkten Vergleich mit der Planung und helfen so dabei, Fehler in der Bau-Ausführung frühzeitig zu finden und für den BIM-Prozess entsprechend zu dokumentieren. Laserscanning wird so ein wichtiger Teil der Kosten- und Budget-Kontrolle.
BIM ist heute mehr als die reine Konstruktion von entsprechend detaillierten Modellen am Rechner: Es umfasst ergänzend auch ein zentrales Datenmanagement, Kollaboration der beteiligten Gewerke und Kostenkontrolle. Laserscanning ist nun auch ein wesentlicher Teil dieser BIM-Prozesse.
Fazit
Die Erfassung des aktuellen Bestands mit Laserscanning bei Neu- und Umbauvorhaben ist essenziell, um die Geometrie genau zu kennen und sicher planen zu können. Auch ein baubegleitender Scan zur Qualitätskontrolle hat sich bewährt. Die 3D-Visualisierung des Scans in der Punktewolke ist darüber hinaus die Basis für vielseitige Nutzungsszenarien. Passende Software kann die technologische Lücke zwischen Punktewolke und CAD-System schließen und die effektive Weiterverarbeitung der Daten im BIM-Prozess gewährleisten.
Mit dem Einsatz von BIM werden aus Auftraggeber- und Betreibersicht drei übergeordnete strategische Ziele verfolgt. Sie liefern in ihrer Gesamtheit den Nutzen und damit die Antwort auf die Frage "Warum BIM?"
BIM ist eine kooperative Arbeitsmethodik auf der Grundlage digitaler Modelle eines Bauwerks (→ Digitaler Zwilling, Bauwerksinformationsmodell). Dabei werden die für den Lebenszyklus relevanten Informationen konsistent erfasst, verwaltet und in einer transparenten Kommunikation zwischen den Beteiligten ausgetauscht. BIM ist somit ein Schlüsselelement in einem zeitgemäßen und zukunftsorientierten Daten- und Informationsmanagement.
Die Basis für eine reibungsfreie, kollaborative Zusammenarbeit bei der Abwicklung eines BIM-Projektes ist ein gemeinsames Verständnis und ein durchgängiger Informationsfluss. Zentraler Erfolgsfaktor ist hier eine eindeutige Zuordnung der Anforderung auf Seite Informationsbestellenden und auf Seite Informationsbereitstellenden. Je klarer diese ausgewiesen ist, umso besser sind die Akzeptanz und Ergebnisse der Zusammenarbeit. Gemeinsam nutzbare Projektinformationen unterstützen eine nahtlose Zusammenarbeit aller Projektbeteiligten und erleichtern die Interoperabilität in der Anwendung über den gesamten Lebenszyklus.
Gerne werden dabei Projektabwicklungsmodelle genutzt, bei denen alle projektrelevanten Teilnehmenden (Bauherrn, Projektleitende, Planende, Betreibende und Nutzende) von Beginn an gemeinsam die Informationsanforderungen an ein Projekt definieren.
Die effektiven Ziele und Prozessabläufe auf der Stufe Organisation und Bewirtschaftung (Facility und Asset Management, Geschäftsleitung, etc.) definieren die BIM-Anwendungsfälle (Use Cases) auf Projekt- und Gesamtportfolioebene.
Die Auftraggeber-Informationsanforderungen definieren die Bedürfnisse eines Auftraggebers oder einer Auftraggeberorganisation an Daten, spezifische Informationen und Anforderungen von Informationslieferungen durch einen Auftragnehmer. Diese Anforderungen beschreiben, welche Informationen zu welchem Zeitpunkt und in welcher Detaillierung vom Auftragnehmer zu liefern sind, um die Ziele des Auftraggebers zu erreichen. Sie können technische, rechtliche, finanzielle oder andere spezifische Anforderungen umfassen, die für die Planung, den Bau und den Betrieb der Anlage oder Netze erforderlich sind.
Der BIM-Abwicklungsplan beschreibt den gesamten Prozess und die Methodik, wie BIM in einem Bauprojekt angewandt wird, basierend auf den projektspezifischen Auftraggeber-Informationsanforderungen. Typischerweise umfasst der BIM-Abwicklungsplan Informationen über die organisatorischen Strukturen, Verantwortlichkeiten der Projektbeteiligten, Informationsaustauschverfahren, Terminologie, Modellierungsniveaus- und Richtlinien sowie Koordinationsprozesse. Er dient dazu ein einheitliches Verständnis und Verwendung der BIM-Methode im Projekt bei allen Stakeholdern zu erzeugen. Der BIM-Abwicklungsplan wird als „lebendes“ Dokument bezeichnet, welcher im Laufe des Projekts weiterentwickelt und aktualisiert wird.
Eine Common Data Environment ist die einzige Informationsquelle eines Projektes. Sie sammelt, verwaltet und verbreitet relevante, genehmigte Projektdokumente für multidisziplinäre Teams in einem verwalteten Prozess. Diese gemeinsame Datenumgebung wird typischerweise von einem Dokumentenverwaltungssystem bedient, das die gemeinsame Nutzung von Daten / Informationen zwischen den Projektteilnehmern erleichtert. Informationen innerhalb eines CDE müssen lt. ISO 19650 eine von vier Etiketten tragen (oder sich in einem von vier Bereichen befinden): Work In Progress Area (in Arbeit), Shared Area (geteilt), Published Area (veröffentlicht) und Archive Area (archiviert).
Ein BIM-Anwendungsfall beschreibt, zu welchem Zweck ein Datenmodell verwendet werden soll. Typische Anwendungsfälle sind z.B. die Planableitung aus dem Modell, Verwendung als Basis für Berechnungen oder die Kollisionsprüfung. Die Anwendungsfälle der einzelnen Fachdisziplinen werden zu Beginn eines Projekts im BIM-Abwicklungsplan konkretisiert und dienen als Grundlage für weitere Überlegungen über die Modellinhalte und Austauschanforderungen.
Ein Bauwerksinformationsmodell ist eine digitale, objektbasierte Abbildung, das detaillierte und umfassende Informationen über ein Bauwerk in einem computerunterstützten Format enthält. Es stellt eine virtuelle Darstellung des physischen und funktionalen Aspekts des Bauwerks dar und liefert die Datengrundlagen für den Digitalen Zwilling.
Die Hauptaufgabe eines BIM-Managers ist die Steuerung des übergeordnete Daten- und Informationsmanagement für den Auftraggeber (AG). Er ist verantwortlich für die Umsetzung der entwickelten Strategie (BIM-Ziele) und Anforderungen an die BIM-Projektabwicklung und ist Ansprechpartner auf AG-Seite für den BIM-Prozess.
Der BIM-Gesamtkoordinator ist für die Koordinierung und Einhaltung der vereinbarten BIM-Prozesse im Projekt verantwortlich. Er dient als zentraler Ansprechpartner für den BIM-Manager und die BIM-Koordinatoren. In seiner Verantwortung liegen damit die Integration aller BIM-Modelle sowie Daten und Informationen, um sicherzustellen, dass das Gesamtprojekt nahtlos und effizient abläuft.
Der Auftragnehmer (AN) trägt die Verantwortung für die Qualität der Daten. Der BIM-Fachmodellkoordinator ist für die Sicherstellung der Qualität der produzierten Daten und zur Koordination der digitalen Modelldaten für ein Fach-/Teilmodell verantwortlich.
Der Auftragnehmer (AN) trägt die Verantwortung für die Qualität der Daten. Der BIM-Fachmodellkoordinator ist für die Sicherstellung der Qualität der produzierten Daten und zur Koordination der digitalen Modelldaten für ein Fach-/Teilmodell verantwortlich.
