VSVI-Seminar 13. April 2016 Entwerfen und Ausführung von Großbrücken. BIM Building Information Modeling im Brückenbau

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1 VSVI-Seminar 13. April 2016 Entwerfen und Ausführung von Großbrücken BIM Building Information Modeling im Brückenbau 1

2 BIM. ist keine dreidimensionale Darstellung eines Objekts! 3D ist seit Einführung des CAD Standard!. das können wir!! 2

3 Definition gemäß Stufenplan Digitales Planen und Bauen BMVI 12/2015: "Building Information Modeling (BIM) bezeichnet eine kooperative Arbeitsmethodik, mit der auf der Grundlage digitaler Modelle eines Bauwerks die für seinen Lebens-zyklus relevanten Informationen und Daten konsistent erfasst, verwaltet und in einer transparenten Kommunikation zwischen den Beteiligten ausgetauscht oder für die weitere Bearbeitung übergeben werden". 3

4 ohne BIM Bauherr BIM. Tragwerksplanung Techn. Ausrtüstung??? Objektplaner Projektsteuerung Baufirma Ist eine optimierte Methode zur Planung, zur Ausschreibung, zur Ausführung und zum Betrieb von Bauwerken mit einem partnerschaftlichen Ansatz. Grundlage bildet die zentrische, strukturierte Bereitstellung von Informationen zur gemeinschaftlichen Nutzung. mit BIM Bauherr Tragwerksplanung Projektsteuerung [VDI, 2015] Information Techn. Ausrüstung Baufirma Objektplaner 4

5 Stand Ausland BIM öffentlich gefordert: Großbritannien (2016; Volumen >1 Mio. ) Niederlande (2011; Volumen >10 Mio. ) Dänemark (2014; Volumen > ~ 2,7 Mio. ) Finnland (2007; virtuelles Modell) Norwegen (kein BIM nur auf Antrag) Schweden (2014; >70% BIM - gefordert) EU-Ausland (Singapur, Australien, USA ) Europäische Parlament ( ): Modernisierung des Vergaberechts Einsatz von computergestützten Methoden (BIM) Bis 2016 sollen alle Mitgliedsstaaten der Europäischen Union die Nutzung von BIM bei der Realisierung von öffentlich finanzierten Bauund Infrastrukturprojekten fördern und diese genauer spezifizieren sowie verpflichtend anordnen können. 5

6 Stand Deutschland Öffentliche Auftraggeber Reformkommission Großprojekte, BIM Einsatz wird gefordert: für Planungssicherheit, Transparenz und Kostensicherheit (>10Mio. ) Stufenplan Digitales Planen und Bauen (BMVI 12/2015) BIM-Gesellschaften Planen und Bauen 4.0 Building Smart Deutsche Bahn Erste Projekte im Bereich Station & Service ab 2016 (ICE BIM Rail REVIT Plug In), ab 2017 alle Projekte DB Netze AG: Pilotprojekte 6

7 Stufenplan Digitales Planen und Bauen. Zwang zur Umsetzung! ab 2020 BIM-Niveau 1 für neu zu planende Projekte Erweiterte Pilotphase (Niveau 1) Vorbereitungsphase [Stufenplan Digitales Planen und Bauen, BMVI 12/2015] 7

8 Globale BIM-Ziele Optimierung der Organisation, Kommunikation, Koordination Höhere Planungssicherheit, Planungstransparenz Erhöhung der Planungsqualität Reduzierung der Risiken (Kollisionen, Nachträge) Terminsicherheit Kostensicherheit/Kostenreduktion Optimierung der Lebenszykluskosten 8

9 Brücken- und Tunnelbauwerke, Frankenschnellweg Prioriät Ziele, die mit der BIM Arbeitsweise erreicht werden sollen 1 1 Verbesserung der Kommunikation im Projekt durch partnerschaftliche Zusammenarbeit in einem gemeinsamen Modell 1 Transparenz in der Planung 1 Verbesserung der Qualität des Planungs- und Bauprozesses und somit des Endprodukts 1 Massensicherheit in der Planung und späteren Ausführung 1 Kostensicherheit in der Planung und späteren Ausführung 1 Visualisierung der Planung als Unterstützung in Entscheidungsprozessen 1 Visualisierung des Projektverlaufs zur Überprüfung der Planung vor Ausführung und zur Verbesserung der Projektsteuerung und Argumentation 1 Zuverlässige Verkehrs-/Bauablaufplanung 1 Schnelle und nachvollziehbare Planungsänderung im Modell 1 Fortschrittsverfolgung und Überwachung der Zielsetzung für das Projekt 2 2 Minimierung des Projektrisikos 2 Verbesserung der Zuverlässigkeit bei Termin- und Logistikplanung 2 Bessere Einschätzung des Aufwands bei Sanierungs- und Umbaumaßnahmen 2 Verwendung für den Betrieb/ Unterhalt - Zukunftsfähigkeit 2 Übernahme vollständige bauliche und technische Dokumentation in 3D 3 3 Wiederverwendung der Informationen 3 Bessere Koordination in Planung, Ausführung und Betrieb anhand eines Bauwerksmodells 9

10 BIM - Reifegrade Level 0 Level 1 Level 2 Level 3 CAD 3D + 2D BIM - Modelle BIM Lebenszyklus Daten Planung Zeichnungen Modelle Modelle + Information Modelle + Information im offenen Format Brücken-/Ingenieurbau Hochbau [nach M. Bew and M. Richards] 10

11 BIM - Reifegrade Open BIM Es werden Softwareprodukte verschiedener Hersteller und offene Formate für den Datenaustausch verwendet. little open BIM BIG open BIM Closed BIM Es werden Softwareprodukte eines Herstellers verwendet. little closed bim BIG closed BIM little bim BIM-Softwareprodukte werden als Insellösung für eine spezifische Aufgabe verwendet BIG BIM Durchgängige Nutzung von digitalen Gebäudemodellen über verschiedene Disziplinen und Lebenszyklusphasen [aus A. Borrmann et. al., Building Information Modeling, 2015] 11

12 Hochbau Entwurfs- und Ausführungsplanung fast ausschließlich nach der BIM-Methode (> 80%) Little open BIM, Fachmodelle + Gesamtmodell 5 Jahre erfolgreich im Einsatz Schnittstelle zur Statik SOFiSTiK, Dlubal Schnittstelle für REVIT nahtlose Integration der FE Berechnung Export 3D-Modelle und Subsystemen Intelligenz der Objekte wird übernommen Ingenieurbau deutlich hinter dem Hochbau Schnittstellenproblematik (bisher) hohe Datenverluste von der Verkehrswegeplanung zum Bauwerks-/ Tragwerksmodell noch geringe Bereitschaft zum Einsatz 12

13 Schematische Darstellung des BIM-Referenz-Prozesses [planen-bauen 4.0 GmbH] 13

14 Veränderungen im Aufwand 14

15 BIM Workflow Frankenschnellweg 15

16 Probleme der BIM-Anwendung im Brückenbau räumliche Darstellung von Elementen freie Modellierung von Details Tragwerksplanung in 3D Schnittstelle zwischen Verkehrswege-/Objekt-/Tragwerksplanung Parametrisierung von Bauteilen Definition von Klassen/Familien Standardbauteilkataloge 16

17 Modellierungsprozess 3D Modellerstellung (Lph. 1+2) Revit, ALLplan, SiemensNX 3D Fachmodellbearbeitung LOD 200/300 3D/5D Kollisionsmodell/Kostenberechnung/Verknüpfung AVA LOD 300 3D/5D Ausschreibung + Vergabe LOD 300 3D/4D/ 5D Leistungsfortschrittskontrolle/Abrechnung/Dokumentation LOD 400/LOD 500 3D/4D/ 5D Übergabe/Revision LOD 500 3D/4D/ 5D Betrieb LOD

18 Detaillierungstiefe Festlegung des Detailierungsgrades des Modells muss für die Leistungsphasen durch den AN festgelegt werden. Unterscheidung: LOD LOI = Level of Detail = Level of Information 18

19 BIM - Anwendungsbereiche Modellierung und Konstruktion 3D 3D-Bauteile Objektplanung 3D-Bewehrung Kollisionskontrolle Visualisierungen Software A Prozesse und Abläufe 4 D Vorgangsmodell Terminplanung Simulation Bauabläufe/Baulogistik Software B Entwicklung Mengen Kosten + LV 5 D Mengenermittlung Kosten Teilautomatisierte LV Abrechnung Software C-D 19

20 3D-Modellierung im Brückenbau Digitales Geländemodell Trasseninformationen (Achsen, Gradiente, Querschnitte) vom Verkehrswegeplaner (Vestra, CARD u.ä.) Verschnitt der Trasseninformationen mit dem DGM 20

21 3D-Modellierung im Brückenbau Definition des Objektes Parametrische Skizze (Wiederholungsteil) Extrusion der Skizze entlang Trassenführung (ausgerichteter Sweep) 21

22 3D-Modellierung im Brückenbau Konstruktion Kappen, Fahrbahn, Querträger, Widerlager, Pfeilerscheibe nach gleichem Prinzip unterstützt durch Ebenen und Hilfsskizzen 22

23 3D-Modellierung im Brückenbau Änderungen vornehmen Brücke wird umgehängt, alles (Konstruktion, Bestandsanschluss ) wird bei richtigem Aufbau automatisch angepasst! 23

24 3D-Modellierung im Brückenbau Definition von Objekttypen/Familien Parametrischer Objekttyp (Bsp. Lager) Lager durch Baugruppenzwangsbedingungen in Brücke eingepasst 24

25 3D-Modellierung im Brückenbau Zuweisung der Attribute Bauteile werden nach Bauwerksbuch (DIN 1076) einzeln bemustert Material, Expositionsklasse, Zementart, Volumen, Längen, 25

26 3D-Modellierung im Brückenbau Kollisionsprüfung am Modell 26

27 3D-Modellierung im Brückenbau Bauphasenplanung auch zur Vermeidung von Kollisionen! 27

28 3D-Modellierung im Brückenbau 3D-Ergebnis parametrisiertes Bauwerk mit intelligenten Bauteilen Erfassung aller Eigenschaften verbunden mit dem Trassenmodell 28

29 Übergabe des Objektmodells an die Tragwerksplanung Vorspannung im Überbau konstruiert, räumliche Konfliktprüfung Isogeometrische Übergabe an FEM FEM-Modell Unterbauten 29

30 3D-Modellierung im Brückenbau 3D-Darstellung der Bewehrung 30

31 3D-Modellierung im Brückenbau Planausgaben Schnitte durch das Modell generieren Planzeichnungen (CAD-Standards können teilweise nicht automatisch erfüllt werden). AutoCad-Layerstruktur, Strichstärken (ggf. Nacharbeit erforderlich) 31

32 Visualisierung auf der Grundlage des 3D-Modells Beispiel: Hochstraße B44 Ludwigshafen Ingenieurgemeinschaft SP (FF) und SSF 32

33 4D im Brückenbau Verknüpfung des Vorgangsmodells mit Terminplanungssoftware Darstellung des Bauablaufs Kollisionskontrolle Simulation von Ablaufvarianten Talbrücke Volmarstein, BAB A1 33

34 5D im Brückenbau Modellbasierte Mengenermittlung Anschluss Bauwerk an Gelände Baugrubenmodellierung angepasst an Gelände 34

35 5D im Brückenbau Modellbasierte Mengenermittlung Volumenermittlung Erdaushub für Fundamente, für Flächen, Längen 35

36 5D im Brückenbau Modellbasierte Kostenermittlung Arbeitserleichterung Exakte Mengen Exakte Kosten Standardisierung der Prozesse Änderungsmanagement Übergabe/Schnittstelle 36 36

37 Datentransfer 3D AVA-Programmen Planung Gesamtmodell Fachmodell Koordiniertes Modell AVA Revit Revit Sofistik ALLplan Siemens NX Infograph ALLplan Siemens NX z.b. itwo NN NN NN 37

38 BIM in der Nutzungsphase Generierung der Daten für Betrieb, Erhaltung und Wartung zukünftig aus BIM-Daten möglich Strukturierte, bearbeitbare Zusammenstellung der Bestandsunterlagen (as-built-archive) Zuweisung der Abnahmen zu Bauteilen Zuweisung der Wartungsvorschriften Erfassen und zuweisen der Bauwerksprüfungen nach DIN 1076 Einpflegen der Schadensdokumentation in das Modell Verknüpfung Straßeninformationsbank-Bauwerke (SIB-Bauwerke) mit BIM 38

39 Anforderungen an den Auftraggeber Auftraggeber-Informations-Anforderungen (AIA) Datenstruktur Zeitschiene der Datenbereitstellung Definition der Detailtiefe Datenformate Schnittstellen BIM-Manager AG BIM-Abwicklungsplan (BAP) 39

40 Fazit und Ausblick BIM im Brücken- und Ingenieurbau befindet sich noch in den Anfängen Vorteile sind erkannt und Ziele sind definiert (Stufenplan BMVI) Softwareprodukte sind dank guter Kommunikation zwischen Hersteller und Anwender in der Entwicklung weit fortgeschritten Standards müssen noch geschaffen werden (heute viele Insellösungen) Implementierung der BIM-Methode wird in den nächsten 2 4 Jahren erfolgen Ein Umdenken wird bei den Beteiligten erforderlich (partnerschaftlicher Ansatz) 40

41 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 41

42 Quellen- und Literaturverzeichnis Albrecht, M. (2014). Building Information Modeling (BIM) in der Planung von Bauleistungen. Hamburg: disserta Verlag. Borrmann, A., König, M., Koch, C., & Beetz, J. (2015). Building Information Modeling - Technologische Grundlagen und industrielle Praxis. (J. Beetz, Hrsg.) München: Springer Vieweg Wiesbaden. Bundesinstitut für Bau-,Stadt- und Raumforschung (Hrsg.). (2013). BIM-Leitfaden für Deutschland, Information und Ratgeber, Endbericht. Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (Hrsg.). (2015). Reformkommission Bau von Großprojekten, Komplexität beherrschen - kostengerecht, termintreu und effizient, Endbericht. Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (Hrsg.). (12/2015). Stufenplan Digitales Planen und Bauen Nöldgen, M., Zilleßen, K., & Müllers, I. (2013). Einsatz von BIM bei der Tragwerksplanung von Hochbauten - ein Statusbericht. Ernst & Sohn BIM - Building Information Modeling Przybylo, J. (2015). BIM - Einstieg kompakt Die wichtigsten BIM-Prinzipien in Projekt und Unternehmen. Berlin: Beuth Verlag GmbH. BIMForum (2013). Level of Development Specification: For Building Information Models. Online verfügbar unter Specification.pdf, zuletzt geprüft am Zank, Brigitte (2015) Implementierung parametrischer Elementattribute mit Autodesk Revit 2014: BIM am Beispiel der Metro Doha. Bachelorthesis, Hochschule Biberach. Michael Schneider (5/2015) Einführung der BIM-Methode im Ingenieurbüro Unterstützung der Abläufe durch eine durchgängige Nutzung einer Bauteilbibliothek 42

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