Mit BIM: Termine und Kosten im Griff

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1 Mit BIM: Termine und Kosten im Griff Über 4D-/5D-Planung von Projekten in der Infrastruktur Die Planung am virtuellen Modell macht die Planung transparenter, zeigt Mängel schneller auf, bietet eine optimale Grundlage für Besprechungen und fördert die Kommunikation sowie ein einheitliches Verständnis zwischen allen Projektbeteiligten. Gleich zu Beginn des Planungsprozesses lassen sich Varianten hinsichtlich Kosten und Terminen besser vergleichen. Die gra fische Darstellung macht die Mengenermittlung besser nachvollziehbar und erleichtert die Kosten- und Terminkontrolle. Ebenso können Mengen, Kosten und Leistungsverzeichnisse (LV) bei einer Planungsänderung schneller aktualisiert werden. Später ist eine teilautomatisierte Ableitung der Bautermin planung aus dem Modell möglich. Der Bauprozess lässt sich am Modell bereits simulieren und selbst die Baustelleneinrichtung sowie der Einsatz von Baumaschinen können schon in der Planung berücksichtigt werden. Der größte Vorteil ist, vorher schon zu wissen, ob später auf der Baustelle alles so funktioniert, wie es in der Planung vorgesehen wurde. i BIM in der Gesamtplanung Beim Gesamtplaner OBERMEYER ist die Anwendung von BIM-Methoden und die Verknüpfung mit Geoinformations systemen ein wesentliches operatives und strategisches Un- ternehmensziel, um Planungsaufgaben ganzheitlich zu betrachten und die Planungsqualität fortlaufend zu verbessern. Durch die Nutzung digitaler und intelligenter Datenmodelle kann eine durchgängige Informationskette über den Planungs-, Bau- und Nutzungszyklus von Bauwerken gesichert werden. Zudem verbessert die Methode Qualität, Funktionalität und Wirtschaftlichkeit der Projekte. Die Ingenieurinnen und Ingenieure nutzen BIM- und GIS-Methoden für Planungen der Infrastruktur, um Verkehrskonzepte zu optimieren und die besten Lösungen für den Neu- bzw. Umbau von Schienen- und Straßenwegen zu ermitteln. Die auf den Strecken notwendigen Ingenieurbauwerke wie Brücken oder Tunnel werden in gesamtplanerischer Zusammenarbeit aller Fachdisziplinen an objekt orientierten Modellen geplant, visualisiert und koordiniert. Bauwerksinformationen lassen sich zentral sammeln und verwalten. Neue Dimensionen der Termin- und Kostensicherheit sind dabei ein Mehrwert unter vielen im Projektverlauf. Bei OBERMEYER werden die modellbasierte Mengen- und Kostenermittlung sowie die Terminplanung mit dem Ziel eingesetzt, Bauprojekte wirtschaftlich abzuwickeln. Damit wird eine fundierte Grundlage für die ganzheitliche Evaluierung des Planungskonzepts gewährleistet. Bild 1. Modellbasierte Ausschreibung 1

2 ii Vorgehensweise In der BIM-Methodik dient ein intelligentes Modell als Grundlage. Jedoch wird dieses nicht nur als Visualisierung eines zukünftigen Bauwerks betrachtet, sondern als ein Modell, welches um weitere Dimensionen erweitert werden kann. Dadurch entstehen 4D- und 5D-Modelle. Ein 4D-Modell ergibt sich aus der Erweiterung eines 3D-Modells um die zeitliche Komponente (z. B. Bau- oder Liefertermine). Wird die Komponente Kosten dem Modell hinzugefügt, spricht man von einer 5D-Planung. Digitale 4D-Modelle werden zur virtuellen Darstellung eines Bauprozesses während der Planungsphase auch Bauablaufsimulation genannt erstellt und dienen vorrangig der visuellen Kontrolle der PlausibiDigitale 4D-Modelle werden zur virtuellen lität des g eplanten Darstellung eines Bauprozesses während Bauablaufs. Unterder Planungsphase auch Bauablaufsimulastützt wird der Prozess tion genannt erstellt und dienen vorrangig durch den logischen der visuellen Kontrolle der Plausibilität des Aufbau des Volumengeplanten Bauablaufs. Unterstützt wird der modells und der zugeprozess durch den logischen Aufbau des Vohörigen Attribute. Die lumenmodells und der zugehörigen Attribute. 4D-Planung erfolgt bei OBERMEYER teilautomatisiert unter Verwendung von speziellen Softwarelösungen. Dabei werden zwei Ansätze verfolgt. Einerseits kann man für die 4D-Planung die traditionell erstellten Terminpläne (z. B. aus MS-Project) verwenden und deren Vorgänge mit 3D-Objekten teilautomatisiert verknüpfen. Dies funktioniert mit Hilfe von Verknüpfungsregeln, die sowohl auf die Informationen eines Modellbauteils als auch eines Vorgangs zugreifen (s. Bild 1). Anders gesagt: ein oder mehrere Vorgänge bekommen eine Verknüpfungsregel, in der definiert ist, welche Informationen zusammengehören. Nach der im System hinterlegten Logik werden die Bauteile, die einen bestimmten Informa tionssatz besitzen, gefiltert und dem entsprechenden Vorgang zugewiesen. Andererseits besteht die Möglichkeit, 4D-Modelle durch die teilautomatisierte Terminplanableitung aus einem 3D-Modell zu erstellen. Auf Basis geome trischer und semantischer Informationen der Objekte der BIM-Modelle werden mit vordefinierten Bauprozessen, Bauwerkstopologien (Ebenen, Bauabschnitte, usw.), Ressourcen und deren Abhängigkeiten untereinander automatisiert Vorgänge erzeugt, die als Terminplan ausgegeben werden können. Mit Hilfe dieses so entstandenen Termin-Soll-Zustands (Planungsphase) können während der weiterführenden Phasen mögliche Planungsvarianten erstellt und verglichen werden, um als Grundlage für eine realistische Terminprognose zu dienen. In späteren Leistungsphasen können Soll-/Ist-Vergleiche des aktuellen Baufortschritts durch die Erweiterung der 4D-Modelle des Soll-Zustands um die Ist-Daten der Baustelle durchgeführt werden. So können Störungen im Bauablauf frühzeitig erkannt und ggf. Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Digitale 5D-Modelle werden für die modellbasierte Kostenplanung sowie Ausschreibung und Abrechnung erstellt. Als Basis hierfür dienen 3D-Modelle und deren Mengen. Als erstes werden die Bauteile nach den Anforderun- 2 Bild 2. Koordiniertes Gesamtmodell Infrastruktur (Offenburger Tunnel) gen der jeweiligen Kostenplanung und des erforderlichen Detaillierungsgrads gefiltert und zusammengefasst. Dies erfolgt ebenfalls, wie im 4D-Prozess, nach Objektattributen und deren Werten. Dadurch wird der Prozess der Bauteilgruppierung automatisiert und bei jeder Aktualisierung des 3D-Modells selbständig durchgeführt. Zunächst werden die gruppierten Bauteile den Kosten- oder LV-Positionen zugewiesen (Bild 2). Wie bei den 4D-Modellen erfolgt die Verknüpfung teilautomatisiert anhand von Regeln und Skripten. Außerdem werden für die 5D-Planung die Mengenermittlungen mit speziellen Formeln durchgeführt. Mit Hilfe der so berechneten Mengen und den hinterlegten Einheitspreisen der Datenbank ergeben sich die Gesamtkosten eines Projekts. Durch die Verknüpfung mit einem Terminplan entsteht ein 5D-Modell, aus dem die zeitliche Entwicklung der Kosten des Projekts abgelesen werden kann. Somit ist es möglich, die Kosten über die Laufzeit eines Projekts oder einer Baustelle auszuwerten und in Diagrammform darzustellen. In späteren Leistungsphasen können durch die Erweiterung der 5D-Modelle des Soll-Zustands um die Ist-Daten der Baustelle Soll-/Ist-Vergleiche des aktuellen Projektstands durchgeführt werden. Bei Baustellenbegehungen werden die erbrachten Leistungen zu einem Stichtag am virtuellen 5D-Modell erfasst. Mit den Informationen ist eine Software in der Lage, die geplanten und tatsächlichen Leistungen zu vergleichen und als Bericht sowie am Modell farblich darzustellen (Bild 3). iii 4D-/5D-Planung in der Praxis: Offenburger Tunnel (Bild 4) Offenburg, die Einwohner-Stadt im Westen BadenWürttembergs bekommt einen Eisenbahntunnel, der den Güterverkehr insbesondere aus Lärmschutzgründen aus der Stadt ableiten soll. Der Eisbahnbahntunnel wird der derzeit längste in Deutschland werden und ist eines der größten aktuellen Ausbauvorhaben der Deutschen Bahn.

3 Bild 3. Regelbasierter 4D-Soll-Ist-Vergleich Im Zusammenhang mit der Planung des Offenburger Rampenbauwerk, Eisenbahnüberführung, StraßenTunnels soll im zugehörigen Planfeststellungsabschnitt überführung, Lärmschutzwand, Geoinformationssyseine ca. 15 km lange Neubaustrecke für den Güterverkehr tem, Digitales Gelände und Baugrund. Aus den 3Dentstehen. Ca. 10 km davon verlaufen im Tunnel. Hinzu Modellen sollen 4D- und 5D-Modelle durch Verknüpfung kommen eine ca. 6 km lange Ausbaustrecke und eine der Geometrie mit Termin- und Kostenplanwerten erzeugt ca. 3 km lange Verbindungskurve. werden. Anschließend werden bis zu Im Großprojekt Karlsruhe Basel zehn verschiedene 3D-PlanungsvarianDie verschiedenen Varianten werden nicht wird erstmalig bereits in frühen Leisten generiert, welche dann zu 4D- und mehr separat bearbeitet bzw. mit Kosten tungsphasen die BIM-Methodik zum 5D-Datenmodellen weiterentwickelt und Terminen verknüpft, sondern es wird Einsatz kommen. Über eine Strecke ein Vorlagenprojekt mit vorbereiteten werden. von etwa 24 km werden als Grundlage Skripten, Berechnungsformeln und Regeln Es ist vorgesehen, das komplette in einem ersten Schritt 3D-Bestands- angelegt, in das die Planungsvarianten im4d-/5d-modell eines übergeordneten modelle erstellt, auf deren Basis die portiert und von der Software automatisiert Gesamtmodells in einem Gesamtpro3D-Planungsvarianten generiert wer- ausgewertet werden. Indem sich so der jekt abzubilden. Die modellierten und den. Die koordinierten Modelle der Aufwand reduziert, wird der Planungsproattributierten 3D-Fachmodelle werden Bestandssituation und der Planung zess beschleunigt. nach ihrer Freigabe sukzessive als IFCbestehen aus den Fachmodellen VerDaten in das Programm eingelesen. kehrsanlagenplanung Schiene, TechDer vom Auftraggeber übergebene nische Ausrüstung Bahn, Verkehrsanlagenplanung Termin-/Bauzeitenplan sowie der Kostenplan werden im Straße, Technische Ausrüstung Straße, Tunnel- und nativen Format in das Gesamtprojekt importiert und als Bild 4. Visualisierung Offenburger Tunnel aus VR-Modell Bild 5. Visualisierung Bashaide mit 3D-Punktwolke (Umgebung) 3

4 Grundlage für die 4D-/5D-Planung inklusive teilautomatisierter Verknüpfung Objekt-Vorgang und Objekt-Kostenelement verwendet. Auf Basis der eingegangenen Dokumente werden die Modelle geprüft, ob deren Informationstiefe der Detaillierungstiefe des Termin- und Kostenplans entspricht. Die Verknüpfung zwischen den Objekten aus den 3D-Fachmodellen und den Positionen der Dokumente läuft regelbasiert unter Nutzung der projektspezifischen Programmierung (Java-Skripte) ab, die die automatisierten Prozesse und Berechnungen im Projekt ermöglicht. Diese greifen überwiegend auf die alphanummerische Information des Modells und dessen Bauteile zurück und verknüpfen dadurch die zusammengehörigen Objekte und Positionen selbstständig. Aus dem so erzeugten 4D-Modell kann anschließend eine Visualisierung des Bauablaufs erzeugt werden. Diese Simulation dient nicht nur der virtuellen Darstellung der Baustellenprozesse, sondern vorrangig der visuellen Kontrolle der Plausibilität des Bauablaufs. Anhand der erzeugten 5D-Modelle werden die modellbasierten Gesamtkosten des Projekts berechnet und als Bericht dargestellt. Außerdem werden die ermittelten Kosten über die Zeit-Komponente aus dem 4D-Modell ausgewertet und in Grafikform dargestellt. Solche automatisierten Abfragen funktionieren unabhängig vom Planungsstand oder der Modellversion. D. h., die Berechnungen und Verknüpfungen werden von der Software unabhängig von Änderungen im Modell durchgeführt. Dadurch ist eine erneute manuelle Verknüpfung bei einem eventuellen Austausch oder einer Fortschreibung des zugrundeliegenden 3D-Modells obsolet. In der frühen Phase des Projekts (Vorplanung) besteht die Aufgabe darin, die Planungsvarianten hinsichtlich Kosten und Terminen miteinander zu vergleichen. Dabei erweist sich die beschriebene teilautomatisierte Arbeit als ein enormer Vorteil beim Variantenvergleich bzw. bei der Findung des wirtschaftlich günstigsten Entwurfs. Die verschiedenen Varianten werden nicht mehr separat bearbeitet bzw. mit Kosten und Terminen verknüpft, sondern es wird ein Vorlagenprojekt mit vorbereiteten Skripten, Berechnungsformeln und Regeln angelegt, in das die Planungsvarianten importiert und von der Software automatisiert ausgewertet werden. Indem sich so der Aufwand reduziert, wird der Planungsprozess beschleunigt. Durch die Automatisierung wird zudem die Fehleranfälligkeit gesenkt. Die Visualisierung am Modell hat auch den Vorteil, dass Unterschiede schneller sichtbar werden und sich der Bauherr leichter für die endgültige Variante entscheiden kann. iv ABS/NBS Karlsruhe Basel, Streckenabschnitt 1, Freie Strecke Abzweig Bashaide Rastatt Süd (Bild 5) Im Zuge des Projekts wird die bestehende Ausführungsplanung der Zulaufstrecken zum Rastatter Tunnel, der sich bereits im Bau befindet, mittels BIM umgesetzt. Es ist eines von 13 Pilotprojekten der Deutschen Bahn, die analog der 2. Stufe des Stufenplans des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) mit BIM bearbeitet werden. Der Projektumgriff befindet sich ca. 15 km südlich von Karlsruhe. Er umfasst den Neubau einer ca. 12 km langen, zweigleisigen Bahnstrecke sowie der nördlichen und südlichen Einfädelung in die Bestandsstrecke Karlsruhe Basel und betrifft die Gewerke Oberbau, Erdbau, Entwässerung, Kabeltiefbau sowie Schallschutzwände. Ziel des BIM-Pilotprojekts ist die Umsetzung einer bestehenden, klassischen Ausführungsplanung in ein BIM-Modell (3D/4D/5D) und dessen Nutzung für eine modellbasierte Projektsteuerung parallel zur konventionellen Projektabwicklung. Die Basis für die Modellierung bilden die übergebenen, freigegebenen 2D-Ausführungsplanunterlagen, der Bauablaufplan sowie Die Ist-Termine werden im Terminplan mit den Soll-Terminen verglichen. Die dabei festgestellten Abweichungen und deren Gründe werden während des Ortstermins im örtlichen Baubüro gemeinsam diskutiert. Der Ist-Terminplan dient anschließend als Grundlage für die Erstellung von Ist-Modellen (4D/5D), welche mit den Soll-Modellen verglichen werden können. Die Modelle ermöglichen eine visuelle Baufortschrittskontrolle (4D) und eine stichtagsgenaue Earned-Value-Betrachtung. die der Bauausführung zugrundeliegenden Vertrags-Leistungsverzeichnisse. Das bereits existierende 3D-Modell des Rastatter Tunnels, der sich innerhalb des Projektgebiets befindet, soll für eine Kollisionsprüfung an den Schnittstellen integriert werden. Auf Basis der erstellten Modelle wird im Rahmen des Projekts eine BIM-basierte Projektsteuerung über die geplante Bauzeit von rund fünf Jahren durchgeführt. Dabei werden monatliche Auswertungen wie Soll-Ist-Vergleiche des Bauablaufs und der Baukosten auf Basis des Modells vorgenommen. Dazu werden monatlich gemeinsame Baustellenreviews durchgeführt, bei denen der Ist-Zustand der verschiedenen Anlagen mittels einer Baustellenbegehung der Projektbeteiligten (Auftraggeber, Baufirma, Auftragnehmer) erfasst wird. Die so erfassten Daten fließen in einen Ist- Terminplan, wobei der tatsächliche Anfangstermin sowie der prognostizierte Endtermin gemäß dem auf der Baustelle beobachteten Baufortschritt der einzelnen Terminvorgänge fortgeschrieben werden. Die Ist-Termine werden im Terminplan mit den Soll-Terminen verglichen. Die dabei festgestellten Abweichungen und deren Gründe werden während des Ortstermins im örtlichen Baubüro gemeinsam diskutiert. Der Ist-Terminplan dient anschließend als Grundlage für die Erstellung von Ist-Modellen (4D/5D), welche mit den Soll-Modellen verglichen werden können. Die Modelle ermöglichen eine visuelle Baufortschrittskontrolle (4D) und eine stichtagsgenaue Earned-Value- Betrachtung. Die Verknüpfung der 3D-Objekte mit den Terminvorgängen des Bauablaufplans (4D) und den Positionen der Leistungsverzeichnisse (5D) erfolgt mittels automatisierter Verknüpfungsregeln und Auswahlgruppen auf Basis der Objektattribute. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass bei den im Projektverlauf erforderlichen Anpassungen am 3D-Modell die Verknüpfungen erhalten bleiben und nicht aufwendig nachgeführt werden müssen. Dies vereinfacht und beschleunigt den Modellierungsprozess im Projekt. Durch die Definition von Visualisierungsregeln (Farbgestaltung von abgeschlossenen, aktuellen und zukünftigen Bauvorgängen (s. Bild 6), können die geplanten Aktivitäten des Bauablaufplans in einer digitalen Simulation dargestellt und deren Abfolge einfach visuell kontrolliert 4

5 Bild 6. Regelbasierter 4D-Soll-Ist-Vergleich (Abb.: Obermeyer) werden. Im 4D-Modell des Ist-Zustands werden mit Hilfe der Visualisierungsregeln die Ursachen für eine Bauzeitverzögerung, welche im Ist-Terminplan hindas 5D-Modell wird zum Proof-of-Concept: Was am Modell funktioniert, wird mit hoterlegt ist, farblich her Wahrscheinlichkeit auch in der Realikenntlich gemacht. tät umgesetzt werden können. Insofern Anhand dieser visuelstellt die 4D-/5D-Planung mehr als ein reilen Baufortschrittsnes Termin- bzw. Kostenmodell dar. Sie bilkontrolle sind Abweidet die Basis, um zu einem frühen Zeitpunkt chungen vom Soll-Abeine valide Aussage über die Durchführlauf und deren Gründe barkeit eines Projekts machen zu können. frühzeitig erkennbar und es können entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Durch die Verknüpfung mit den bepreisten Auftrags-Leistungsverzeichnissen steht ein 5D-Modell des Ist-Zustands zur Verfügung, mit dem die tatsächlichen Projektkosten zu jedem beliebigen Zeitpunkt ermittelt werden können. Die Ist-Kosten können mit den prognostizierten Kosten aus dem 5D-Modell des Soll-Zustands verglichen werden. Damit steht dem Bauherrn ein starkes Steuerungsinstrument für die Projektabwicklung zur Verfügung. v Fazit Durch die 4D-/5D-Planung rückt die Ausführung der Projekte stärker in den Fokus des Planers. Er kann frühzeitig simulieren, was im vorgegebenen Zeit- und Kostenrahmen erreicht werden kann, auf Mängel hinweisen und Alternativen vorschlagen, die für alle Beteiligten einen Mehrwert darstellen: verkürzte Bauzeiten, Einsparungen beim Material, geringerer Flächenverbrauch der Umwelt, geringere Risiken in der Bauzeit durch alternative Baumethoden, usw. Das 5D-Modell wird zum Proof-of-Concept: Was am Modell funktioniert, wird mit hoher Wahrscheinlichkeit auch in der Realität umgesetzt werden können. Insofern stellt die 4D-/5D-Planung mehr als ein reines Termin- bzw. Kostenmodell dar. Sie bildet die Basis, um zu einem frühen Zeitpunkt eine valide Aussage über die Durchführbarkeit eines Projekts machen zu können. Für den Planer, der den Werkerfolg schuldet, ist sie die geeignete Methode, um schneller und effizienter ans Ziel zu gelangen. Markus Hochmuth, Leiter Fachbereich BIM Infrastruktur; Steffen Scharun, Leiter Fachbereich Oberbau; Kristina Tyryshkina, BIM-Management, Spezialistin 4D / 5D, OBERMEYER Planen + Beraten GmbH sowie Sascha Björn Klar, Leiter Building Information Modeling, Großprojekt Karlsruhe Basel (I.NGK (8)) DB Netz AG 5