Was ist BIM?
Building Information Modeling (BIM) ist der Branchenstandard für die Planung und Verwaltung von Baustellen und umfasst die Erfassung, Verarbeitung und Speicherung von Informationen über den gesamten Projektlebenszyklus hinweg. Obwohl 3D-Technologien wie LiDAR und Photogrammetrie zunehmend Marktanteile gewinnen, werden sie oft als vom BIM-Ökosystem getrennt betrachtet. In diesem Artikel untersuchen wir, wo diese Lösungen am besten eingesetzt werden und wie sie die Branche voranbringen.
Was ist BIM?
BIM ist mehr als nur eine branchenspezifische Form der 3D-Modellierung, denn es umfasst den gesamten Workflow der Datenerfassung und -verarbeitung. Alles, was mit Gebäudemanagement zu tun hat – vom ersten Entwurf bis zum Abriss – dreht sich um Datenvisualisierung, -austausch und -analyse. Daher ist es unerlässlich, dass Architekten, Ingenieure und Bauunternehmer gängige BIM-Konzepte umfassend verstehen.
Um die Sache zu vereinfachen, ist es wahrscheinlich am besten, die Grundlagen von BMI separat zu betrachten:
Ablauf: BIM beinhaltet im Wesentlichen die Nutzung digitaler Werkzeuge und kollaborativer Arbeitsabläufe zur Erstellung und Verwaltung von Gebäudeinformationen über einen gesamten Projektlebenszyklus hinweg. Dies kann Modellierung und Erstellung von Zeichnungen, die Einhaltung von ISO-Normen oder alles dazwischen umfassen. Dies trägt zu einer übergreifenden Integration und Prozesskontrolle in verschiedenen Abteilungen eines Unternehmens bei.
Modelle: Digitale Darstellungen eines geplanten oder bestehenden Objekts, in denen die physischen und funktionalen Eigenschaften des realen Objekts abgebildet sind. Je nach Arbeitsschritt kann dies datenbasiert oder ein vollständiges parametrisches 3D-Modell sein. Man kann es sich als konkretes Ergebnis der BIM-Datenerfassung und als wichtiges Instrument für Kosten- und Terminplanung vorstellen.
Management: Erfasste BIM-Daten gewährleisten Rückverfolgbarkeit und die Einhaltung von strengen Baustandards. Die Verbindung von Planung/Bau und den übrigen Unternehmensabläufen ermöglicht zudem fundierte Entscheidungen in noch größerem Umfang.
Welche Normen sind für BIM relevant?
Bei der Einhaltung der BIM-Vorgaben kommt es stark auf den jeweiligen Standort an. Es gibt jedoch einige wichtige globale Standards, die sorgfältig beachtet werden sollten.
ISO 19650 umfasst eine Reihe internationaler Standards, die den gesamten BIM-Lebenszyklus abdecken, einschließlich Planung, Umsetzung, Datenmanagement und Sicherheit. Diese Standards basieren auf PAS 1192, einem weiteren, in Großbritannien entwickelten, Normenwerk. PAS 1192-3 deckt das Informationsmanagement in jeder Betriebsphase eines Projekts ab. Viele dieser Regeln sind nach wie vor relevant, insbesondere bei der Restaurierung denkmalgeschützter Gebäude, weshalb die Kenntnis von ihnenebenso wichtig ist.
Eine weitere zu beachtende ISO-Norm ist ISO 16739. Sie definiert die Industry Foundation Classes (IFCs) für die BIM-Interoperabilität, wie sie für ineinandergreifende Funktionalität unerlässlich sind. Programme wie AutoCAD und Autodesk Revit müssen beispielsweise ohne Datenverlust zusammenarbeiten können.
Für 3D-Modellierung weniger relevant, aber dennoch wichtig: COBie – oder Construction Operations Building Information Exchange – deckt das Äquivalent zu BIM für nicht-grafische Informationen ab. In der Praxis werden beispielsweise Ausrüstungslisten und Garantien häufig in Tabellenform aus BIM-Modellen ausgetauscht, insbesondere bei öffentlicher Infrastruktur.
Es gibt mehrere andere Systeme, die die Prinzipien der ISO 19650 effektiv in lokale Rahmenbedingungen übertragen. Letztendlich bedeutet dies, dass Sie sich mit den BIM-Standards des jeweiligen Landes, in dem Sie tätig sind, vertraut machen.
Verschiedene „Ebenen“ von BIM
Es mag zunächst etwas verwirrend klingen: Die Branche kennt unterschiedliche BIM-Integrationsstufen, sodass man einschätzen kann, wie gut Unternehmen tatsächlich integriert sind. Hier eine kurze Übersicht der Skala:
Stufe 0: Keine Zusammenarbeit – Es gibt kaum oder gar keine Digitalisierung und nur sehr geringe Integration zwischen Architekten, Ingenieuren und Bauunternehmen. Informationen werden wahrscheinlich in traditionellen Formaten wie Zeichnungen oder in einem 2D-Entwurf mit minimaler Nachverfolgung zur Qualitätssicherung ausgetauscht.
Stufe 1: Teilweise Zusammenarbeit – Es sind erste Maßnahmen zur Informationsverwaltung eingeführt. In den frühen Phasen werden 2D-Zeichnungen verwendet, 3D-Gestaltung dient der Visualisierung. Dabei kommen Werkzeuge wie AutoCAD (3D), SketchUp und MicroStation zum Einsatz. Auch wenn ein gemeinsamer Server vorhanden ist, bestehen wahrscheinlich Einschränkungen bei der gemeinsamen Nutzung und Integration von Modellen.
Bildquelle: https://www.youtube.com/@autocad
Stufe 2: Kollaboratives BIM – Diese BIM-Integrationsstufe ist für viele Aufträge erforderlich – in Großbritannien beispielsweise häufig für nationale Infrastrukturprojekte. Informationsreiche 3D-Modelle sind unerlässlich, und die Daten werden über Standardprozesse in universellen Formaten ausgetauscht. In der Planungsphase verwenden Ingenieure möglicherweise noch separate 3D-Modelle, die jedoch zur Kollisionsprüfung zusammengeführt werden.
Stufe 3: Vollständig integriertes BIM – Um die höchste Stufe zu erreichen, müssen Unternehmen von der Führungsebene bis zu den Mitarbeitern vollständig integriert sein. Alle Beteiligten müssen in Echtzeit mit einem gemeinsamen digitalen Zwilling arbeiten. Dies sollte den gesamten Lebenszyklus abdecken und Datenkonsistenz sowie Compliance gewährleisten.
Anwendungsbereiche von BIM
Entwurf und Visualisierung
Wie alle Planungsprozesse beginnt auch der Hochbau mit der Konzeptphase. Mithilfe spezieller Software lassen sich schnell realistische 3D-Visualisierungen erstellen. Je nach Anwendung können diese sogar Parameter für erste Entwurfsprüfungen einblenden und die parametrische Modellierung paralleler Flächen ermöglichen, seien es Wände, Böden oder komplexere Systeme.
Die in dieser Phase durchgeführte Kollisionsprüfung ist ebenfalls entscheidend für die Effizienz. Automatisierte Prüfungen auf Konflikte zwischen sich überlappenden Entwürfen ermöglichen es, potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen und zu beheben, wodurch Projektunterbrechungen aufgrund von Nacharbeiten oder Fehler vor Ort minimiert werden. In der frühen Phase ist es ebenso wichtig, die Projektberater einzubinden – und erste Modelle erleichtern dabei die Koordination.
Bauplanung
Ohne hier auf die detaillierte Analyse einzugehen, ermöglichen BIM-Modelle im Wesentlichen präzise Prognosen, indem sie Planung und Bau dynamisch mit den Projektbudgets verknüpfen. Die Integration solcher Modelle mit Zeit- und Ablaufdaten ermöglicht die Projektsimulation – dadurch lassen sich potenzielle Überschneidungen von Maschinenwegen leichter erkennen und der Baufortschritt in Echtzeit überwachen lässt.
Letztendlich ist die kontinuierliche Planung der Grundstein von BIM: Ein effizientes Anlagenmanagement trägt dazu bei, Projektkosten und -zeiten zu senken und die Auftraggeber stets auf dem Laufenden zu halten. Es ist außerdem unerlässlich für die Analyse der Umweltauswirkungen jedes Bauvorhabens – ein zunehmend wichtiges Thema in der Branche.
Bestandsverifizierung
Mithilfe von Laserscannern oder Photogrammetrie lassen sich Bauwerke erfassen und mit den Originalplänen vergleichen. Direkte Vergleiche sind hilfreich, um Fehlausrichtungen, Maß- und Toleranzabweichungen sowie fehlende Bauteile zu erkennen. Die Einhaltung der Planungsabsicht minimiert zudem Probleme mit Bauteilen, wie beispielsweise der Geschosshöhe oder der Wandstärke, was sonst zu zeitaufwändigen und kostspieligen Nacharbeiten führen könnte.
Bestandsaufnahmen sind auch in Hinsicht auf ein umfassendes Projektmanagement äußerst wertvoll. Mit einem Live-Modell werden Anlagenverfolgung und Kostenplanung deutlich vereinfacht. Treten Fehler auf, ist es ebenso hilfreich, einen Datensatz zu haben, der den gesamten Arbeitsablauf abdeckt und aufzeigt, wo Mängel aufgetreten sind.
Integration intelligenter Gebäude
Falls Ihnen der Begriff „intelligente Gebäude“ noch nicht geläufig ist: Es handelt sich um Gebäude, die mit fortschrittlichen, vernetzten Systemen ausgestattet sind, welche die Steuerung zentralisieren, Prozesse automatisieren und die Leistung optimieren. In einer Fabrik könnte dies beispielsweise die Einrichtung eines IoT- Netzwerks (Internet der Dinge) bedeuten. Die Vernetzung von Maschinen, Sensoren und Software ermöglicht die automatische Überwachung und schnelle Entscheidungsfindung.
Zu den weiteren Formen intelligenter Gebäude zählen Technologien wie Heizung, Lüftung, Klimaanlage, Aufzüge und Zutrittskontrollsysteme. In jedem Fall bieten BIM-Modelle einen einheitlichen Datensatz, der die Installation und Konfiguration komplexer, sich überschneidender Systeme vereinfacht. Sie bieten auch praktische Vorteile – beispielsweise können Beleuchtung, Heizung und Klimaanlage automatisch an die tatsächlichen Gegebenheiten angepasst werden.
Scan-to-BIM: Wie 3D-Scanning helfen kann
Es ist wichtig zu betonen, dass BIM-Modelle und 3D-Modelle nicht identisch sind. Zwar können 3D-Modelle wichtige Textur- und Geometriedetails enthalten, doch sie umfassen nicht so viele Informationen wie BIM-Datensätze, die das gesamte Projekt abdecken – einschließlich Wänden, Türen und Ausrüstung.
3D-Modelle können als Grundlage für die Erstellung von BIM-Modellen dienen. 3D-Scans sind wertvolle Werkzeuge beim Bauen auf bestehenden Strukturen. Sie ermöglichen die Überprüfung des Ist-Zustands, erleichtern die Kollisionserkennung, die schnelle Dokumentation und die Kontextanalyse. Nach Abschluss der Bauarbeiten kann das 3D-Scannen auch zur Inspektion und Überwachung der Infrastruktur eingesetzt werden.
Artec Ray II wurde beispielsweise zur Inspektion einer Hochwasserschutzmauer eingesetzt, während Artec Eva bei der Nachrüstung eines Wasserkraftwerks half, indem sie mit Submillimetergenauigkeit CAD-Daten für die Turbinenherstellung erfasste.
Im Vergleich zu Vermessungsverfahren oder Technologien wie SLAM sind Beleuchtung mit strukturiertem Licht und LiDAR vielseitiger und präziser. Ray II erfasst Szenen mit einer Genauigkeit von bis zu 1,9 mm, während drahtlose Handgeräte wie Artec Leo feinste Details mit einer Genauigkeit von 0,1 mm erfassen. Artec Studio führt die Punktwolken anschließend in einem einzigen Schritt zusammen und ermöglicht so großflächige Scans mit hoher Detailgenauigkeit.
Dies erfordert allerdings etwas Mehraufwand: Objekt-, Gebäude- oder Flächenscans müssen häufig in Drittanbietersoftware exportiert werden. Der Prozess wird jedoch immer einfacher, und es gibt zahlreiche Optionen, von Rhino 3D bis Autodesk Revit für Planung und Konstruktion. Jede Anwendung, die Bestandsdaten benötigt, profitiert von der Integration in den BIM-Workflow.
BIM vs. CAD – welches System ist besser, und wie geht es weiter?
Ähnlich wie bei 3D-Modellen unterscheidet sich CAD von BIM-Modellierung. CAD ist das branchenübliche Modellierungsformat für nahezu alle Planungs- und Dokumentationsprojekte. BIM hingegen dient der Erstellung datenreicher Modelle für die interdisziplinäre Projektzusammenarbeit.
Dank Funktionen wie Autosurfacing in Artec Studio lassen sich 3D-Scandaten immer einfacher in CAD-Vollflächen umwandeln, sodass Konstrukteure nicht mehr bei null anfangen müssen. Scan-CAD-Vergleiche eignen sich zudem hervorragend für Abweichungsanalysen und die Verschleißüberwachung. In der neuesten Softwareversion können sogar Primitive an Punktwolken und Polygonnetze angepasst werden. Dadurch stehen integrierte Messwerkzeuge für die Prüfung vor Ort und weitere Inspektion zur Verfügung.
Zukünftig ist mit einer wachsenden Anzahl von Lösungen für die Umwandlung von Scans in CAD-Modelle oder Scans in BIM-Modelle zu rechnen. Aktuell stellen diese jedoch noch angrenzende, sich gelegentlich überschneidende, separate Bereiche der Datenerfassung dar.
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