Tunnel in offener und bergmännischer Bauweise Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren

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1 Tunnel in offener und bergmännischer Bauweise Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren Dipl.-Ing. Michael Richter Björn Teutriene, M.Sc. Abteilungsleiter Tunnelbau, Schüßler-Plan, Frankfurt BiM Consultant Application Engineer, BiMOTiON Join the conversation #AUGermany #AU2017

2 Inhalt 1. Kurzvorstellung 2. Motivation und Entwicklungsziele 3. Adaptive Familien für den Tunnelbau 4. 3D-Modellierung (polygonale Bauwerke) 5. Ausblick Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 2

3 VIELE IDEEN, EINE KULTUR 60 Jahre Erfahrung inhabergeführt über 740 Mitarbeiter über 88 Mio. EUR Umsatz/p.a. Führender Dienstleister für anspruchsvolle Projekte im Ingenieurwesen Die Geschäftsführenden Gesellschafter (v.l.n.r.): Dipl.-Ing. Bernd Wagenbach Dipl.-Ing. Norbert Schüßler Dipl.-Ing. Wolfgang Wassmann Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 3

4 STANDORTE, GESCHÄFTSBEREICHE Hochbau und Industrieanlagen Brücken Tunnelbau Building Information Modeling Verkehrsanlagen Straße Verkehrsanlage Schiene Flughäfen Bau- und Projektmanagement Landschaftsund Umweltplanung Erschließungsplanung Masterplanung Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 4

5 Leistungsspektrum BERATEN Energieberatung Nachhaltiges Bauen Machbarkeitsuntersuchungen Nutzen-Kosten-Betrachtungen Projektfinanzierung/ Fördermittel Inbetriebnahmekonzeptionen Baugrundbeurteilung und Gründungsberatung Gremienberatung Mediation BIM-Administration PRÜFEN Bauwerksprüfung Baustatische Prüfung Dynamische Tragwerksanalysen Baugrunduntersuchungen Bodenmechanische Laborversuche Erdbaustatische Kontrollprüfungen Risiko- und Gefährdungsanalysen Sicherheitsaudit Straße BERATEN 360 PLANEN PRÜFEN MANAGEN PLANEN Objektplanung bei Ingenieurbauwerken und Verkehrsanlagen Tragwerksplanung Verkehrsplanung Generalplanung Bauphysik und Schallschutz Bodenmechanik, Erd- und Grundbau Landschafts- und Umweltplanung Vermessung Gutachten und Wertermittlung Brandschutz MANAGEN Projektleitung Baumanagement Projektsteuerung Projektcontrolling Kosten- und Terminmanagement Risikomanagement Vertrags- und Nachtragsmanagement Planmanagement Vergabeverfahren und Wettbewerbe SiGeKo Inbetriebnahmemanagement Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 5

6 Auswahl BIM-Kundenprojekte Infrastrukturplanung WUPPERTAL-BARMEN & OBERBARMEN STATIONSBAU EÜ BRODWEG BRÜCKENBAU MACHBARKEITSSTUDIE U-BAHNLINIE U5-HAMBURG TUNNELBAU STUDENTENWOHNHEIM BRUNNENSTRASSE HOCHBAU HAMBURG Mehr als 20 echte BIM-Kundenprojekte in der Infrastrukturplanung TALBRÜCKE VOLMARSTEIN BRÜCKENBAU WUPPERTAL DÜSSELDORF BRAUNSCHWEIG BERLIN LEIPZIG B87n EILENBURG-MOCKREHNA VERKEHRSPLANUNG FRANKFURT NEUBAU BÜROGEBÄUDE SAP HOCHBAU LUDWIGSHAFEN NÜRNBERG FRANKENSCHNELLWEG TUNNELBAU HOCHSTRAßE B44 NORD BRÜCKENBAU GATEWAY GARDENS TUNNELBAU Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 6

7 BIMOTION GMBH Ihre Revit Experten im Ingenieurbau und in der Tragwerksplanung Autorisiertes Trainings und Certification Center Spezialisiert auf Revit Structure Unterstützung bei BIM Projekten im Hochbau und Tiefbau Zusammenarbeit mit SOFiSTiK seit Oktober 2010 Dev/PM aller BIM-Produkte bei SOFiSTiK Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 7

8 MOTIVATION UND ENTWICKLUNGSZIELE Tunnel- und Stationsbauwerk Gateway Gardens, Frankfurt Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 8

9 MOTIVATION UND ENTWICKLUNGSZIELE Cramberger Tunnel vereinfachtes 3D Modell für frühe Planungsphase 3D Bestandsmodell, Intermetric Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 9

10 MOTIVATION UND ENTWICKLUNGSZIELE Tunnelbauwerk Frankenschnellweg, Nürnberg Auftraggeber: Stadt Nürnberg, SÖR Objektplanung Ingenieurbauwerke Lph (2), 3-6, Tragwerksplanung Lph 3-6 Verkehrsanlage im Tunnel Bestandsanlagen modellieren Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 10

11 MOTIVATION UND ENTWICKLUNGSZIELE WUNSCH: Expertensystem zur Tunnelgenerierung hochgradig parametrisierte Generierung von beliebigen Tunnelquerschnitten entlang einer Raumkurve für Tunnel in offener Bauweise für Tunnel in bergmännischer Bauweise für Schienenverkehr für Straßenverkehr Nur mit Automatisierung und Parametrisierung sind wir wirtschaftlich! Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 11

12 MOTIVATION UND ENTWICKLUNGSZIELE UMSETZUNG: Expertensystem REVIT / DYNAMO Anspruch: der normale Anwender soll nicht programmieren, die bekannte Benutzeroberfläche von Revit soll soweit möglich verwendet werden Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 12

13 MOTIVATION UND ENTWICKLUNGSZIELE 3D Modellierung im Hochbau ist stark geprägt von Horizontalen Ebenen Decken und Wände haben in der Regel horizontale Ober- und Unterkanten Geraden Wänden Standardbauteile sind exakt auf den Hochbau zugeschnitten Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 13

14 MOTIVATION UND ENTWICKLUNGSZIELE Herausforderung Infrastruktur Trasse / Gradiente Infrastrukturbauwerke orientieren sich in der Regel an einer räumlich gekrümmten Kurve (Trasse/Gradiente, keine Ebene)! Tunnelbauwerke werden normalerweise polygonal, also blockweise gerade, gebaut nicht unbedingt gerade Wände und Decken Lösung Dynamo Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 14

15 MOTIVATION UND ENTWICKLUNGSZIELE Wer hilft uns dabei? Gemeinsame Erarbeitung eines Konzeptes für das Expertensystem Typisierung der Querschnitte Welche Parameter sind notwendig und sinnvoll? Wie gelingt die Modellierung entlang der Raumkurve? Planableitung Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 15

16 ADAPTIVE FAMILIEN FÜR DEN TUNNELBAU Typisierung Tunnelbauwerke Offene Bauweise Tunnel + Trog 1-zellig, 2-zellig verschiedene Anzahl von Fahrspuren/Breiten Dachgefälle, einseitiges Gefälle für Decke Dachgefälle, Sägezahn für Sohle Verschiedene Formen von Arbeitsfugen Lärmschutzverkleidungen Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 16

17 ADAPTIVE FAMILIEN FÜR DEN TUNNELBAU Typsisierung Tunnelbauwerke Bergmännische Bauweise Spritzbetonbauweise Korbbögen mit unterschiedlicher Anzahl von Radien mit/ohne Abdichtung offene/geschlossene Sohle Ausbruchformen Querverbindungen. Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 17

18 ADAPTIVE FAMILIEN FÜR DEN TUNNELBAU Eigenentwickelte Tunnel- und Trogbauteile mittels adaptiver Familien in Revit REVIT / DYNAMO Anspruch: der normale Anwender soll nicht programmieren, die bekannte Benutzeroberfläche von Revit soll soweit möglich verwendet werden Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 18

19 ADAPTIVE FAMILIEN FÜR DEN TUNNELBAU Umsetzung am Projekt Frankenschnellweg Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 19

20 ADAPTIVE FAMILIEN FÜR DEN TUNNELBAU Live Vorführung Familien und Parametrisierung Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 20

21 3D-MODELLIERUNG (POLYGONALE BAUWERKE) Wieso polygonale Bauwerke? Wie werden die Familien entlang der Raumkurve platziert? Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 21

22 3D-MODELLIERUNG (POLYGONALE BAUWERKE) Tunnel Offene Bauweise vorgezogene ausführungsreife Absteckung? Berücksichtigung Stichmaße und ggf. Toleranzen Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 22

23 3D-MODELLIERUNG (POLYGONALE BAUWERKE) Besonderheit bergmännischer Tunnel mit Schalwagen vorgezogene ausführungsreife Absteckung? Berücksichtigung Stichmaße und ggf. Toleranzen Blockfuge ggf. nicht lotrecht sondern mit Neigung der Gradiente Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 23

24 3D-MODELLIERUNG (POLYGONALE BAUWERKE) Zuständigkeiten Rohbau Konstruktiver Planer Straße/Schiene Verkehrsanlagenplaner Workflow Soficad u. CARD/1 Excel Dynamo Revit 1. Trassierung durch Verkehrsanlagenplaner 2. Absteckung durch Konstruktiven Planer mit Absteckmodul (2D) 3. Automatisierte Auswertung durch Verkehrsanlagenplaner (Übergabe Koordinaten der Blockfugen nach Excel) 4. Aufbereitung Excel-Daten zur Übergabe an Dynamo 5. Dynamo Skript erzeugt 3D Tunnel Modell mit den Koordinaten der Blöcke und mit Hilfe der adaptiven Familien 6. Weitere Bearbeitung des Modells in Revit durch Konstruktiven Planer Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 24

25 3D-MODELLIERUNG (POLYGONALE BAUWERKE) Definition der Raumlage Gradientenhöhen des Fahrbahnaufbaus in den Straßenachsen Koordinaten der Absteckpunkte in den Blockfugen Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 25

26 3D-MODELLIERUNG (POLYGONALE BAUWERKE) Einfügepunkte Vier Einfügepunkte in Null-Ebene gemäß Absteckung Zuordnung der Höhenlage über z-koordinate Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 26

27 3D-MODELLIERUNG (POLYGONALE BAUWERKE) Live Vorführung Platzierung Tunnelblöcke mittels Dynamo Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 27

28 3D-MODELLIERUNG (POLYGONALE BAUWERKE) Weitere Bauteile / Objekte Verbau Trägerbohlwände Bohrpfähle Schlitzwände Anker (Verpresskörper/Ankerkopf/...) Glaskörper mit Bohrtolleranzbereich Bestand Ausgewählte Bestandsleitungen an relevanten Stellen Bestehendes und zukünftiges Gelände Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 28

29 3D-MODELLIERUNG (POLYGONALE BAUWERKE) Weitere Bauteile / Objekte Straßenkörper Vollständiger Straßenaufbau Kappen Randwege Schlitzrinnen etc. Mulden Aushubkörper Glaskörper (Erdabtrag) Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 29

30 3D-MODELLIERUNG (POLYGONALE BAUWERKE) Weitere Bauteile / Objekte Diverse Nischentypen Aussparungen für Lärmschutzverkleidungen Aussparungen in Tunnelsohle für Schächte Längsentwässerung in Tunnelsohle Stützwände Lärmschutzwände Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 30

31 3D-MODELLIERUNG (POLYGONALE BAUWERKE) Teilmodelle am Beispiel Frankenschnellweg Tunnel Offene Bauweise West Tunnel bergmännische Bauweise Tunnel Offene Bauweise Süd Betriebsgebäude (2 Stück) Grundwasserwannen (2 Stück) Stützbauwerke, Lärmschutzwände Verbauten und Aushub Straßenaufbau im Tunnel- und Trog (Unterteilung entsprechend Rohbau) Tunnelentwässerung (Schächte und Längsleitung) Bestandsgelände (Volumenkörper, 2 Teilmodelle) Geplantes Gelände bzw. Oberfläche Beteiligte Bearbeitung an 4 Standorten 2 Mitglieder der Ingenieurgemeinschaft Bauherr Keine TGA 3D ca. 20 Teilmodelle, in Summe ca. 3 GB Bestandsbebauung (Gebäude, Brücken, Unterführungen, vorhandene Leitungen) Felshorizont, Grundwasserstände Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 31

32 3D-MODELLIERUNG (POLYGONALE BAUWERKE) Planableitung Beton C30/37 Expositionsklasse XC 4, XD 2 Bauteildicke 40cm Block-Nr.: x Bauphase 5a... Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 32

33 3D-MODELLIERUNG (POLYGONALE BAUWERKE) Planableitung Genehmigungsprozesse sind derzeit nicht auf die BIM-Methode ausgelegt. Momentan ist neben dem Modell auch noch eine Planung in Anlehnung an die RAB-ING zu erstellen. Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 33

34 3D-MODELLIERUNG (POLYGONALE BAUWERKE) Planableitung Erleichterungen Bei Änderung des Modells werden Pläne und Schnitte zum Großteil automatisch aktualisiert Umdenken! Tiefe der Schnittführung muss definiert werden Derzeitige Erschwernisse Revit kann momentan keine gekrümmten Schnitte. Dies ist jedoch nicht für alle Schnitttypen die Lösung In Regelquerschnitten ist einiges idealisiert und nicht realistisch dargestellt, z.b. Anker nicht unbedingt an der richtigen Stelle geschnitten Schnitte nicht mit Tiefe null erstellbar Längsschnitte stellen mehr dar als eigentlich geschnitten wird (projiziert auf Schnittebene) Lösung Dynamo Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 34

35 3D-MODELLIERUNG (POLYGONALE BAUWERKE) Planableitung RAB-ING Längschnitte Teilautomatisierte Ermittlung der Geländehöhen der Gradientenhöhen der Stationen Blockfugen der Stationen und Typen Nischen Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 35

36 3D-MODELLIERUNG (POLYGONALE BAUWERKE) Planableitung RAB-ING Längsschnitte Teilautomatisierte Ermittlung der Geländehöhen der Gradientenhöhen der Stationen Blockfugen der Stationen und Typen der Nischen Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 36

37 AUSBLICK Ausgewählte Projekterfahrungen 3D Tunnelmodellierung entlang Raumkurve ist gut möglich! Anwendung der Systematik auf beliebige Gradienten möglich Viele Planbestandteile werden erst zu spät in 3D geplant (z.b. Verbau, Gelände) Parametrisierte Bearbeitung = hoher Programmieraufwand Unterschätzung Zeitbedarf für Entwicklung Bauteile (Familien) Unterschätzung Zeitbedarf Planableitung (3D Modell muss weitestgehend fertig sein, dann kann erst die Planableitung erfolgen) Modellauswertung für Mengen und Kosten aufgrund komplexer Geometrien und nicht standardisierter Attribute für den Ingenieurbau noch nicht ausgereift Im Tunnelbau haben die Aushub- und Ausbruchmengen einen bedeutenden Anteil an den Kosten. Aus unserer Sicht ist ein 3D-Baugrundmodell mit Entsorgungsangaben hier ein wichtiger Aspekt Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 37

38 AUSBLICK 5D Mengen und Kosten Eine systematische Attributierung ist für eine teilautomatisierte Mengen- und Kostenermittlung sowie zur LV-Generierung essentiell! Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 38

39 AUSBLICK 3D Baugrundmodell Wer erstellt das 3D-Baugrundmodell? Quelle: Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 39

40 AUSBLICK VIELEN DANK. 5D Baugrundmodell Wer erstellt ein 3D-Baugrundmodell? Dipl.-Ing. Michael Richter Abteilungsleiter Tunnelbau, Frankfurt Unternehmenskoordination BIM Björn Teutriene, M.Sc. BiM Consultant Application Engineer Abbildung: Jörg Hempel, Photodesign Darmstadt 2017 M. Richter, B. Teutriene: Polygonale Bauwerke entlang einer 3D Raumkurve modellieren 40

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