Building Information Modeling in der Integralen Planung. Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Christoph van Treeck RWTH Aachen University

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2 Building Information Modeling in der Integralen Planung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Christoph van Treeck RWTH Aachen University

3 Inhalt 45 Minuten für ein komplexes Thema Warum ist BIM heute schon für mich wichtig? Was ist BIM? BIM als zentrale Handlungsempfehlung Normung BIM Anwendungsfälle was ist Planungsleistung? Einsatzform, Datenaustausch und Zusammenarbeit Roll-Out Was kommt danach? das Sie auch in Ruhe nachlesen können! 3

4 Warum ist BIM heute schon für mich wichtig? 4

5 Planungsrealität heute Baubegleitende Planung und Genehmigung Häufige Änderungen Reagieren statt vorausplanen 5

6 Großprojekte Baukosten und Termineinhaltung Foto: Spiegel Foto: Rainer Freder Foto: welt.de Flughafen Berlin Brandenburg 6-fache Kostenüberschreitung 7 Jahre Terminüberschreitung warum? fehlende Vorkostenermittlung Planungsfehler unklare Finanzierung gesellschaftliche Erwartungen Elbphilharmonie 10-fache Kostenüberschreitung* starke zeitliche Verzögerungen warum? Fachleute " wussten von Anfang an, dass für den veranschlagten Preis nicht zu bauen ist " (Zimmermann) * bezogen auf Kosten der öffentlichen Hand Olympische Spiele London Budget 9.3 Mrd. GBP eingehalten Fertigstellung 4 Monate früher wie erreicht? Machbarkeitsstudie rigorose Führung, fixes Budget, definierter Endtermin BIM-basierte Planung 6

7 Building Information Modeling Kooperative Arbeitsmethodik Digitales Abbild eines Gebäudes über gesamten Lebenszyklus Kollisions -prüfung Benötigt Softwarelösungen Erfordert Festlegungen Bildquelle: linear, Aachen 7

8 Projektphase 1 Grundlagen 2 Vorplanung 3 Entwurf 4 Genehmigung 5 Ausführungsplanung 6 Leistungsverzeichnis 7 Vergabe 8 Ausführung / Überwachung (Verzögerung / Rechtsstreit) 6 Betrieb und Nutzung 7 Umbau / Sanierung 8 Leerstand Aufwand Kostenschätzung Kostenberechnung Mengenermittlung Kostenanschlag Aufwandsverlagerung Einfluss auf Kosten Kosten von Änderungen von Planungs- und Entscheidungsprozessen BIM Traditionell Zeit Leistungsphasen nach HOAI (Auszug) Lebenszyklusphasen nach GEFMA (Auszug) 8

9 Aufwand Aufwandsverlagerung BIM Traditionell Konsequenzen für die Wertschöpfung? Objekt-/Fachplaner A Fachplaner B ausführende Firma GU ausführende Firma mit BIM Know-How Zeit 9

10 Was ist BIM? 10

11 Was ist BIM? BIM aus der Sicht eines Rechtsanwaltes ist schlicht "eine neue Entwicklungsstufe in der Evolution des Bauens" 11

12 Von der zeichnungs- zur modellbasierten Planung Zeichnungsobjekte (Linien, Flächen, Blöcke, etc.) Fachspezifische Objekte (Boiler, Rohr, Pumpe, Wand, Fenster, etc.) mit technischen Attributen und Eigenschaften 12

13 Was ist BIM? Definition des "Stufenplans Digitales Planen und Bauen" des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVi): " kooperative Arbeitsmethodik, mit der auf der Grundlage digitaler Modelle eines Bauwerks die für seinen Lebenszyklus relevanten Informationen und Daten konsistent erfasst, verwaltet und in einer transparenten Kommunikation zwischen den Beteiligten ausgetauscht oder... übergeben werden." 13

14 Rolle von BIM im Lebenszyklus eines Gebäudes Vorplanung Entwurfs-/ Genehmigungsplanung Ausführungsplanung, Vergabe Fertigung, Ausführung Inbetriebnahme Betriebs-/ Nutzungsphase BIM BIM BIM CAF M CAF CAF M M CAFM Planung und Ausführung 2. Active measures Betrieb und Nutzung 14

15 "Das BIM" entsteht durch Verknüpfen von Datenbanken Digitales Raumbuch Fachmodelle BIM Mengenermittlung XML CAFM CAFM Datenbank Kommunikationsplattform Dokumentenmanagementsystem Termin- und Ablaufplan Bauleistungen STLB-Bau und weitere 15

16 BIM als zentrale Handlungsempfehlung Richtlinien und Normung 16

17 Reformkommission Großprojekte Building Information Modeling (BIM) ist eine von zehn Handlungsempfehlungen zur nachhaltigen Steigerung von Transparenz Terminsicherheit Kostensicherheit Produktivität sechs Empfehlungen beziehen sich auf die kooperative Arbeitsmethode in der Integralen Planung BIM 17

18 Stufenplan "Digitales Planen und Bauen" Schrittweise Einführung in Deutschland Pilotprojekte Standardisierung Aus- und Weiterbildung Entwicklung von BIM-Leitfäden Vertragliches und Rechtliches 18

19 Deutschland im internationalen Vergleich Beschleunigte Einführung im Ausland: Einsatz von BIM in öffentlichen Projekten teilweise verpflichtend Vorreiter u.a.: Australien, Finnland, UK, Singapur, USA weitere wichtige: Dänemark, Norwegen, Niederlande, Österreich 19

20 Beispiel Großbritannien Einführung abgeschlossen! seit April 2016 ist bei öffentlichen Projekten verpflichtend BIM Level 2 anzuwenden hohes Tempo bei Standardisierung Regierung fördert aktiv Normungsarbeit Richtlinienreihe PAS 1192 nationale BIM-Bibliothek Ziel: Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit um 20% 20

21 Hintergrund Einige Meilensteine in Deutschland seit 1994 seit 1990er Nov April 2015 Juni 2015 Dez STEP zum Austausch von Produktdaten als ISO Standard festgeschrieben Industry Foundation Classes (IFC) durch Industrieallianz für Interoperabilität (IAI), heute buildingsmart e.v. BIM-Leitfaden für Deutschland durch das BBSR verspätete Aufnahme deutscher Normierungsarbeit (Gründung DIN Arbeitskreis "Building Information Modeling") Reformkommission Großprojekte definiert Handlungsfelder und Maßnahmen Beschluss Bundeskabinett, Stufenplan zur schrittweisen Einführung von BIM bis

22 Neue BIM-Richtlinienreihe VDI 2552 (Blatt 1 9) in Arbeit Blatt 1 "BIM Rahmenrichtlinie" Blatt 2 "BIM Begriffe und Definitionen" Blatt 3 "BIM Mengen/Controlling" Blatt 4 "BIM Anforderungen an den Datenaustausch" Blatt 5 "BIM Datenmanagement" Blatt 6 "BIM Anforderungen für das FM" Blatt 7 "BIM Prozesse" Blatt 8 "BIM Qualifikationen" Blatt 9 "BIM Bauteilbeschreibungen" 22

23 Richtlinien und Normen Deutsche BIM Regelsetzung und internationale Abhängigkeit > 25 Normungsausschüsse DIN Normenausschuss NABau VDI Koordinierungskreis planen-bauen 4.0 buildingsmart e.v. CEN Spiegelausschuss ISO Spiegelausschuss Quelle: Thomas Liebich, Rasso Steinmann 23

24 Welche BIM Anwendungsfälle gibt es? Was ist Planungsleistung? 24

25 BIM Anwendungsfälle Dezentrale Planung Zentrale Koordination Tragwerksplanung Objektplanung TGA-Planung Entwurf, Genehmigung Kostenmanagement Terminmanagement Bedarfsanalyse, Vorplanung BIM Ausführungsplanung, Vergabe Montageplanung Betriebs- und Nutzungsphase Fertigung, Ausführung CAFM Betriebsführung Inbetriebnahme Baustellenmanagement Inbetriebnahmemanagement 25

26 Koordination von Objekt- und Fachmodellen Änderung Kollision Architekturmodell Tragwerksmodell Koordinationsmodell TGA-Modell 26

27 Regel-basierte Modellprüfung Beispiel Solibri Modell-Checker BIM Collaboration Format (BCF) Informationsaustausch von Kollisionen Verweise und Anmerkungen auf Modellinhalte Beispiel: Kollisionsbericht mit Bildschirmfoto Modell an sich muss nicht ausgetauscht werden 27

28 Heizlastberechnung, Dimensionierung und Auslegung 28

29 Energiebedarfsberechnung, Zonierung Nutzungsrandbedingungen Energetische Simulation 29

30 Schlitz- und Durchbruchsplanung 30

31 Durchgängiger Einsatz in der Tragwerksplanung Bewehrungsmodell Fachspezifisches CAD-System Randbedingungen Definition von Lastfällen Vernetzung, Berechnung Bewehrung, Stahlliste Fertigung (CAM) 31

32 Einsatz im Brandschutz Attribuierung von Bauteilen (Baustoffklassen, Feuerwiderstandsklassen) und Brandabschottungen Regelbasierte Modellprüfung Planung von Rauch- und Brandabschnitten Fluchtwegplanung Entrauchungssimulation etc. 32

33 Einsatz im Brandschutz 33

34 AVA: Mengen- und Kostenermittlung Verknüpfung von BIM- Objekten mit Bauleistungen DIN SPEC STLB-Bau dynamische Baudaten Verknüpfung über Objekt-ID eindeutige Beschreibung von Objekten für Leistungsverzeichnisse Zuordnung von Standardtexten, DIN-Normen, etc. 34

35 Welche BIM Einsatzformen gibt es? 35

36 Softwareeinsatz und Datenaustausch BIM-Einsatzform»BAM«Änderung von Prozessen und Abläufen Einsatz in der Montageplanung»BIM«erster Einsatz für einzelne Aufgaben»BOOM«Ausrollen der Technologie durchgängiger Einsatz im Lebenszyklus (Betriebsund Nutzungsphase) Technologische Nutzungsstufe 36

37 Softwareeinsatz und Datenaustausch BIM-Einsatzform Little BIM Big BIM little open BIM Insellösung durchgängiger Einsatz big open BIM Open BIM Offene Datenformate Offene Datenformate proprietäre Datenformate proprietäre Datenformate little closed BIM Insellösung durchgängiger Einsatz big closed BIM Closed BIM Technologische Nutzungsstufe 37

38 Austausch von Modell- und Produktdaten 38

39 Standards zum Austausch von Produkt- und Herstellerdaten ArchiCAD Modell Autodesk Revit Modell IFC Nemetschek Modell Microstation Modell 39

40 Standards zum Austausch von Produkt- und Herstellerdaten VDI 3805 ISO Austausch von Hersteller-Katalog-Produktdaten in CAD/CAE Auslegungs- und Berechnungssystemen Automatische Einbindung in CAD möglich Parametrisierung enthält Auslegungsdaten und Geometrie Bildquelle: Manfred Pikard, VDI

41 Standards zum Austausch von Produkt- und Herstellerdaten 41

42 Zusammenspiel von Standards zum Datenaustausch Planung, Berechnung, Dimensionierung CAD Kontext CAD Modell Geometrie Attribute Assoziationen VDI 3805 / ISO technische Informationen Kennlinien, etc. Export Teilmodell entsprechend Model View Definition (MVD) IFC Modell neutrales Datenaustauschformat z.b. IFC 2x3 (Express/XML) oder IFC 4 Add 1 daraus Auswahl von Klassen, Objekten, Assoziationen und Verbindungen 42

43 Festlegungen für die Zusammenarbeit in einem BIM-Projekt 43

44 Prozesse Rollen und Aufgaben Planer / Firma BIM- Engineer BIM-Modellkoordinator Schnittstelle zwischen Planer / Firma und BIM-Engineer Koordination der Modelle im eigenen Haus prüft Modell vor Weitergabe wird von jedem AN eingesetzt BIM-Manager Strategie, Management und Kommunikation legt BIM-Reifegrad und Einsatzform fest definiert Prozesse und Qualitätsprüfung BIM-Engineer (BIM-Koordinator) technische Umsetzung von BIM im Projekt verantwortlich für Koordinationsmodell führt Qualitätsprüfungen und Änderungsmanagement durch 44

45 Festlegungen in einem BIM-Projekt Festlegung BIM-Einsatzform und BIM-Anwendungsfälle Modellstandards und Modellentwicklungsgrad welche BIM-Einsatzform wird gewählt? welcher Reifegrad wird verfolgt? wofür soll BIM eingesetzt werden? welche Informationen müssen wann und in welcher Tiefe übergeben werden? Beispiel CAD Methoden und Prozesse wie werden Informationen erarbeitet, geprüft und ausgewertet? Management wer organisiert Informationen, nimmt diese ab und bestimmt deren Qualität? (in Anlehnung an BIM-Leitfaden für Deuschland, BBSR, 2013, modifiziert) 45

46 Modellentwicklungsgrad Level of Development (LOD) Kollisionsprüfung Geometrisches Modell Bauteilinformationen, Produktdaten Kollisionen im Modell; Gebauter Zustand ("as-built") Abstimmung mit Terminplanung Geometrie Information Coordination Logistik G I C L Beispiel: G I C L

47 Modellentwicklungsgrad Beispiel zur Vorgabe in einem Projekt Modellentwicklungsmatrix nach KG DIN 276 Vorplanung Entwurfsplanung Ausführungsplanung nach der Ausführung Bauwerk, Technische Anlagen Abwasser-, Wasser-, Gasanlagen Wärmeversorgungsanlagen 430 Lufttechnische Anlagen Kälteanlagen

48 LoG Geometrischer Entwicklungsgrad Lo G I C L LoG 1 LoG 2 LoG 3 LoG 4 LoG 5 Montageraum Störkörper Montageraum spezifisch, wesentliche Details herstellerspezifisch herstellerneutral Komponente Wartungsraum Wartungsraum 48

49 LoG Geometrischer Entwicklungsgrad Lo G I C L Welche Art von Geometrie kennzeichnet einen Raumbedarf und welche nicht? Ingenieurmodell zur Rohrnetzberechnung LoG 0 = kein Raumbedarf darstellbar ungefährer Raumbedarf der Trasse LoG 1 = Raumbedarf Trassenkonzept 49

50 Lo G I C L G I C L Informationsgehalt 0 keine Angaben verfügbar Abstimmung und Koordination 0 keine Abstimmung/Koordination 1 allgemeine Attribute 1 Abstimmung durch übergeordnete Konzepte (Trassenkonzept) 2 Systemart und Funktion, soweit für LPh relevant 2 Kollisionen sind klassifiziert und gekennzeichnet 3 spezifische systembedingte Eigenschaften 3 Kollisionsfreiheit 4 spezifisch für produkt-neutrale Ausschreibung 4 As-built Dokumentation (komponentenweise) 5 spezifisch für herstellerbezogene Aussschreibung 5 systemübergreifende Überprüfung im Betrieb 50

51 Klassifikation von Kollisionsarten (Auszug) Einzelkollision Modellentwicklungs-bedingte Kollision Lo G I C L (LoG 2) (LoG 4) Strangkollision Überlappung von Toleranzbereichen (LoG 2) (LoG 4) 51

52 Lo G I C L G I C L G I C L Informationsgehalt 0 keine Angaben verfügbar Abstimmung und Koordination 0 keine Abstimmung/Koordination Logistischer Entwicklungsgrad 0 keine terminliche Verknüpfung 1 allgemeine Attribute 1 Abstimmung durch übergeordnete Konzepte (Trassenkonzept) 1 Verknüpfung möglich, nicht gefordert 2 Systemart und Funktion, soweit für LPh relevant 2 Kollisionen sind klassifiziert und gekennzeichnet 2 Verknüpfung mit Rahmenterminplan 3 spezifische systembedingte Eigenschaften 3 Kollisionsfreiheit 3 Fertigungs-, Lieferungs- & Montageprozess 4 spezifisch für produkt-neutrale Ausschreibung 4 As-built Dokumentation (komponentenweise) 4 zeitliche & räumliche Korridore für Fertigung, Lieferung, Montage & Inbetriebnahme (JiT, JiS) 5 spezifisch für herstellerbezogene Aussschreibung 5 systemübergreifende Überprüfung im Betrieb 5 Verbindung von BIM und CAFM in Betriebs- und Nutzungsphase 52

53 Die Zukunft heißt Lean Construction Lo G I C L 53

54 Roll-Out: Umsetzung in der Integralen Planung und Einführung im Unternehmen 54

55 Konkrete Unsetzung der Integralen Planung BIM Bedarfsanalyse Bedarfsanalyse: warum? wo? welche? wie? wer? Auftraggeber-Informations-Anforderungen (AIA) Konzeption BIM-Abwicklungsplan (BAP) Umsetzung Organisation Technik Recht Organisations-/ Projekthandbuch Lasten-/ Pflichtenheft BIM Projektvereinbarung Schnittstellen Schnittstellenkonzept Funktionale Einheiten Trassenkonzept Besondere Vertragsbedingungen 55

56 Einführung von BIM im Unternehmen Infrastruktur BIM Hard- und Software Server/Cloudstrukturen Bürostandards Entwicklung von BIM Projektstrukturen nach länderspezifischen BIM Richtlinien Prozessentwicklung Qualitätsmanagement Roll-out BIM Ausführungsplan Projektstrukturen verfeinern Projektplattformen schrittweise erweitern Mitarbeiterqualifizierung BIM/CAD Schulungen Softwarehandhabung Methoden und Prozesse Informationsmanagement Qualitätsmanagement Pilotprojekte gezielte Auswahl Beschränkung auf BIM-Teilaspekt (z.b. zunächst little closed BIM) terminlich günstig Pilotphase auch für Auftraggeber BIM Bibliotheken aufbauen 56

57 Was kommt danach? 57

58 Einsatz in der Bauausführung und im Facility Management 58

59 Einsatz in der Bauausführung und im Facility Management Kommunikationsplattform BIM Schnittstellen Schnittstellen CAFM Dokumentenmanagementsystem 59

60 Building Information Modeling in der Integralen Planung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Christoph van Treeck RWTH Aachen University

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62 Quellenangaben zu den Abbildungen Folien 5, 7, 8, 9, 12, 14, 15, 25-34, 37, 39, 41, van Treeck C., Elixmann R., Rudat K., Hiller S., Herkel S., Berger M.: Gebäude. Technik. Digital: Building Information Modeling. Heidelberg: Springer Vieweg, Folien 13 und 18 Bundesministerium für Verkehr und Digitale Infrastruktur (BMVi): Stufenplan Digitales Planen und Bauen, Folien 5, 7 und 46: RWTH Aachen University, Lehrstuhl für Energieeffizientes Bauen E3D; linear GmbH, Aachen, Folie 6: Bildquellen: spiegel.de (links); Rainer Freder (mitte); welt.de (rechts) Folie 17: Bundesministerium für Verkehr und Digitale Infrastruktur (BMVi): Reformkommission Bau von Großprojekten: Endbericht, Folie 20: PAS :2013: Specification for information management for the capital/delivery phase of construction projects using building information modelling. The British Standards Institution ISBN Folie 23, in Anlehnung an: Steinmann R.: VDI-BIM-Richtlinien: Die BIM-Standards für Deutschland. 1. Münchener BIM-Kongress, Oskar-von-Miller Forum München, 22. Januar Folie 40, Bilder unten: Pikard M.: VDI- und ISO-Standardisierung von TGA-Produktkatalogdaten. VDI-Konferenz Building Information Modeling in der TGA, Düsseldorf, Folie 45 (Bilder in rechter Spalte): Egger M., Hausknecht K., Liebich T., Przybylo J.: BIM-Leitfaden für Deuschland. Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) im Bundesamt für Bauwesen und Raumentwicklung (BBR), Pikogramme mit "3D Menschen" auf Trennfolien und in Abbildungen der Folien 15, 22, 36, 44 und 56 sowie Grafik Folie 11: Fotolia,

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