Teil 1: Grundlagen (Christian Clemen, HTW Dresden) Teil 2: Praxisbeispiel Fabrikplanug (Peggy Näser, BTU Cottbus)

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1 Die BIM-Methode Modellierung und Management Teil 1: Grundlagen (Christian Clemen, HTW Dresden) Teil 2: Praxisbeispiel Fabrikplanug (Peggy Näser, BTU Cottbus) Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 1 / 47

2 1. BIM Erwarten Sie nicht zu viel ist nur ein Model! 2. Geometrie 3D 3D: Viele Modelle verderben den Brei 3. Topologie Intelligenz durch gute Nachbarschaftsbeziehungen 4. Semantik Was soll das bedeuten? 5. Dokumentation Außenseiter-Spitzenreiter? Kundendienst für Neugierige! 6. Management Standards bekämpfen das Chaos Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 2 / 47

3 BIM BIM M Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 3 / 47

4 Drei Hauptmerkmale von Modellen 1. Abbildung: Modelle sind stets Modelle von etwas, nämlich Abbildungen, Repräsentationen natürlicher oder künstlicher Originale, BIM: Physikalische und Funktionale Eigenschaften eines geplanten oder existierenden Gebäudes bzw. der gebauten Umwelt Assets, die für den Betrieb eines Gebäudes oder einer Infrastruktur notwendig sind. Geplante oder ausgeführte Arbeiten (Prozesse) des Entwurf, AVA und Bauausführung Kosten und Rendite von Bauprojekten Stachowiak, H., 1973, Allgemeine Modelltheorie, zitiert nach Kraft, Bernold, Ein Verfahren der Raumzerlegung als Grundlage zur Prüfung von Geometrie und Topologie digitaler Bauwerksmodelle, Dissertation TU Berlin, 2016 Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 4 / 47

5 Drei Hauptmerkmale von Modellen 1. Abbildung 2. Abstraktion: Modele enthalten nicht alle Eigenschaften des Originals, das sie repräsentieren. LOD = LOG + LOI Stachowiak, H., 1973, Allgemeine Modelltheorie, zitiert nach Kraft, Bernold, Ein Verfahren der Raumzerlegung als Grundlage zur Prüfung von Geometrie und Topologie digitaler Bauwerksmodelle, Dissertation TU Berlin, 2016 Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 5 / 47

6 LOD = LOG + LOI Level of Detail = Level of Geometry + Level of Information Hausknecht, K. und Liebich, T. (2016) LOD = Level of Development (Fertigstellungsgrad) BIM Forum, USA LOIN = Level of Information Needed CEN Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 6 / 47

7 LOD = Level of development for BIM objects (not models): NATSPEC (2013). BIM and LOD, Building Information Modelling and Level of Development. The Specification is not a set of requirements as to what is modeled when or by whom. Rather it is a language by which users can define these requirements for their own firms or projects! Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 7 / 47

8 Drei Hauptmerkmale von Modellen 1. Abbildung 2. Abstraktion 3. Pragmatismus: Modele werden nicht einfach für sich selbst (per se) erstellt. Sie erfüllen ihre Ersatzfunktion a) für einen bestimmten Modelnutzer b) beschränkt, auf eine bestimmte Handlung c) in einem bestimmten Zeitraum BIM Ziele! Stachowiak, H., 1973, Allgemeine Modelltheorie, zitiert nach Kraft, Bernold, Ein Verfahren der Raumzerlegung als Grundlage zur Prüfung von Geometrie und Topologie digitaler Bauwerksmodelle, Dissertation TU Berlin, 2016 Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 8 / 47

9 Drei Hauptmerkmale von Modellen Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur: Reformkommission Bau von Großprojekten - Endbericht. Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 9 / 47

10 Drei Hauptmerkmale von Modellen BIM Reifegrad eigene Darstellung nach BIM Industry Working Group 2011 Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 10 / 47

11 1. BIM Erwarten Sie nicht zu viel ist nur ein Model! 2. Geometrie 3D 3D: Viele Modelle verderben den Brei 3. Topologie Intelligenz durch gute Nachbarbarschaftsbeziehungen 4. Semantik Was soll das bedeuten? 5. Dokumentation Außenseiter-Spitzenreiter? Kundendienst für Neugierige! 6. Management Standards bekämpfen das Chaos Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 11 / 47

12 BIM == 3D 3D? Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 12 / 47

13 3D 3D: Viele Modelle verderben den Brei 1D 2D 3D Drahtgitter Oberflächen Volumen Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 13 / 47

14 3D 3D: Viele Modelle verderben den Brei Warum Volumen? a) Mengenermittlung (z.b. Beton) aus technischen Gründen und Kostenschätzung b) Ableitung von 2D-Plänen (z.b. Grundriss, Schnitte und Ansichten mit richtiger Schraffur) Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 14 / 47

15 3D 3D: Viele Modelle verderben den Brei hybrid! Mäntylä, M: An Introduction to Solid Modeling, Computer Science Press, 1988 Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 15 / 47

16 3D 3D: Viele Modelle verderben den Brei Zerlegung (Dekomposition): - Menge von Zellen (e.g. Voxel) - Objekte entstehen durch Verklebung von Zellen - Koordinaten durch das Schema der Raumzerlegung (Voxelnummer) - z.b. Geologie, nicht in BIM Mäntylä, M: An Introduction to Solid Modeling, Computer Science Press, 1988 Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 16 / 47

17 3D 3D: Viele Modelle verderben den Brei Boundary models: - B-Rep (Berandung) - Solid (Volumen) - Surface (Oberfläche) - Curve (Linie) - Point (Punkt) - 3D-Koordinaten der Punkte (absolut oder relativ) - Oberflächen können gemessen werden (Laserscanning) - Selten in BIM (z.b. Raumvolumen, Herstellermodelle, aber nicht für Bauteile) Mäntylä, M: An Introduction to Solid Modeling, Computer Science Press, 1988 Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 17 / 47

18 3D 3D: Viele Modelle verderben den Brei Konstruktive Modelle: - Kombination aus Primitiven und Operationen - Die Erzeugung des Models wird gespeichert, nicht das Ergebnis. - Nur wenige Koordinaten, viele sequentielle Koordinatentransformationen - BIM Volumenkörpertyp!!! Mäntylä, M: An Introduction to Solid Modeling, Computer Science Press, 1988 Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 18 / 47

19 3D 3D: Viele Modelle verderben den Brei Konstruktive Modelle: Constructive Solid Geometry (CSG) Difference Union e.g.: Wall (solid) \ void (solid) = Wall with opening (solid) Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 19 / 47

20 3D 3D: Viele Modelle verderben den Brei Konstruktive Modelle: Sweep Extrusion und Rotation Primitiv = Oberfläche Operation = Bewegung entlang eines gegeben Vektors Primitiv = Polygon (Sockel) und Kreise (Säule), Operation = Vereinigung, Schließen Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 20 / 47

21 3D 3D: Viele Modelle verderben den Brei Konstruktive Modelle: Parametrische Modeling: - Der wichtigste BIM Volumenkörpertyp!!!! - Volumenobjekte mit einer gegebenen, begrenzten Menge an Parametern (Länge, Breite, Höhe.) - Parameterwerte beziehen sich auf den Typ oder die Instanz - Entwurf und Verwaltung parametrisierter Komponenten ist eine Hauptaufgabe im BIM-Projekt. Parametrische Modellierung Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 21 / 47

22 3D 3D: Viele Modelle verderben den Brei Ein kurzer Blick in die Industry Foundation Classes (IFC) Datenaustausch von #97 = IFCOPENINGELEMENT('2LcE7', #2, 'xyz','description of xyz', $, #98, #103, $); #98 = IFCLOCALPLACEMENT(#46, #99); Relative Placement 3D Geometrie in BIM #103 = IFCPRODUCTDEFINITIONSHAPE($, $, (#110)); Voids #109 = IFCRELVOIDSELEMENT('3lR5ko', #2, $, $, #45, #97); #110 = IFCSHAPEREPRESENTATION(#20, 'Body', 'SweptSolid', (#111)); muss konfiguriert #108 = IFCRELDEFINESBYPROPERTIES('2UEO1', #2, $, $, (#97), #104); Sweep #104 = IFCELEMENTQUANTITY('2xwA', und geprüft #2, werden 'BaseQuantities', $, $,(#105, #106, #107)) #105 = IFCQUANTITYLENGTH('Depth', 'Depth', $, 3.000E-1); #106 = IFCQUANTITYLENGTH('Height', 'Height', $, 1.400); Parameter #107 = IFCQUANTITYLENGTH('Width', 'Width', $, 7.500E-1); Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 22 / 47

23 1. BIM Erwarten Sie nicht zu viel ist nur ein Model! 2. Geometrie 3D 3D: Viele Modelle verderben den Brei 3. Topologie Intelligenz durch gute Nachbarschaftsbeziehungen 4. Semantik Was soll das bedeuten? 5. Dokumentation Außenseiter-Spitzenreiter? Kundendienst für Neugierige! 6. Management Standards bekämpfen das Chaos Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 23 / 47

24 Intelligenz durch gute Nachbarschaftsbeziehungen Einfache Definition: Topologie beschreibt die räumlichen Beziehungen, die invariant gegen geometrische Transformationen wie Verschieben, Drehen und Skalieren sind. Typische Topologische Beziehungen sind - ist enthalten in, - ist die Grenze von oder - berührt Topologische Beziehungen sind entweder - implizit (können nach Bedarf im BIM aus Geometrie berechnet werden) oder - explizit (Beziehungen werden im Model gespeichert) Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 24 / 47

25 Intelligenz durch gute Nachbarschaftsbeziehungen Topologie... des einzelnen Bauteils... der Bauteile untereinander... als vollständige Raumzerlegung (?) Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 25 / 47

26 Intelligenz durch gute Nachbarschaftsbeziehungen... des einzelnen Bauteils Redundanz der Punkte Gleicher Realwelt - Punkt mehrfach in unterschiedlichen Polygonen Redundanz der Kanten/Schleifen Gleiche Realwelt -Linie mehrfach in unterschiedlichen Polygonen Redundanz der Maschen Gleiche Realwelt -Masche mehrfach in unterschiedlichen Körpern Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 26 / 47

27 Intelligenz durch gute Nachbarschaftsbeziehungen Topologie der Bauteile untereinander Indirekte Topologie mit Referenzelementen - Vertikaler Bezug mit horizontalen Ebenen - Bauteile beziehen sich auf Achsen Level 3 Level 2 Wall Level Level 3 2 Wall axis 2 2 Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 27 / 47

28 Intelligenz durch gute Nachbarschaftsbeziehungen Topologie der Bauteile untereinander Direkte Topologie: - regelbasiert, - Regeln werden durch Elementtyp festgelegt (Semantik) wall #456 touchs wall #123 Wall #123 contains Door #314 Room #14 is bounded by wall #456, #123, Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 28 / 47

29 Intelligenz durch gute Nachbarschaftsbeziehungen Topologie zwischen (funktionalen) Räumen (z.b. IFC) Project Site Building aggregates aggregates aggregates Storey Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 29 / 47

30 Intelligenz durch gute Nachbarschaftsbeziehungen Topologie der Bauteile untereinander Nutzen (Planung) Gültige Modelle ohne Lücken auch wenn Geometrie sich ändert. Nutzen (Kollissionsanalyse) Wenn Körper den Raum nicht vollständig und eindeutig zerlegen können Lücken und Kollisionen detektiert werden Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 30 / 47

31 BIM!= BIM I Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 31 / 47

32 1. BIM Erwarten Sie nicht zu viel ist nur ein Model! 2. Geometrie 3D 3D: Viele Modelle verderben den Brei 3. Topologie Intelligenz durch gute Nachbarschaftsbeziehungen 4. Semantik Was soll das bedeuten? 5. Dokumentation Außenseiter-Spitzenreiter? Kundendienst für Neugierige! 6. Management Standards bekämpfen das Chaos Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 32 / 47

33 Semantik Was soll das bedeuten? In CAD werden Zeichngselemente in Layern gruppiert um Punkte, Linien, Oberflächen and Körper zu klassifizieren. Im BIM gehören Objekte zu Klassen und haben Eigenschaften (Attribute). Einfache Definition Semantik für BIM: Semantische Information == Sachdaten/Nichtgraphische Daten Die Werkzeuge zum semantischen Modellieren sind - Klassifizierung (Hierarchie vom Groben ins Feine) - Attribute (atomare EIgenschaft-Wert Paare) Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 33 / 47

34 Semantik Was soll das bedeuten? Die Hierarchie der Bauteilklassen kann durch die Software gegeben sein (z.b. Autodesk Revit) z.b. Wände, Stützen Gemeinsame Mange von Parametern Gemeinsame Menge von Werten Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 34 / 47

35 Semantik Was soll das bedeuten? Aufgabe 1: Wie klassifizieren? (Reihenfolge der Klassifizierungsebenen: Lage, statische Funktion, Kostenstelle, Material, Terminplan, Hersteller,...) Aufgabe 2: Datenaustausch mit unterschiedlichen semantischen Modele Software vs. Software, Software vs. Standard, Gewerk vs. Gewerk Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 35 / 47

36 Semantik Was soll das bedeuten? Beispiele für Klassifizierungsschemata sind e.g. - DIN276: Gliederung von Baukosten, z.b. 338 Sonnenschutz, für Kostenschätzung, Ausschreibung, Vergabe und Abrechnung verwendet. - Omniclass: US-amerikanische Architektur-, Ingenieur und Bau (AEC) Industrie, 15 Tabellen für unterschiedliche Bereiche des Bauwesens. - Number z.b (Playground) - Levels für feinere Klassifizierung - Definition: Textuelle Beschreibung Die Klassifizierungsnummer (code) ist i.d.r. das Attribut eines BIM Objekts (wall, zone, room) Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 36 / 47

37 Semantik Was soll das bedeuten? Was bedeutet dies für den Fachingenieur? Semantische Information muss - erfasst und - verwaltet werden Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 37 / 47

38 1. BIM Erwarten Sie nicht zu viel ist nur ein Model! 2. Geometrie 3D 3D: Viele Modelle verderben den Brei 3. Topologie Intelligenz durch gute Nachbarschaftsbeziehungen 4. Semantik Was soll das bedeuten? 5. Dokumentation Außenseiter-Spitzenreiter? Kundendienst für Neugierige! 6. Management Standards bekämpfen das Chaos Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 38 / 47

39 Dokumentation: Außenseiter-Spitzenreiter? Geometrie, Topologie und Sachdaten werden in einer gemeinsamen Objektstruktur modelliert: Unstrukturierte Dokumente müssen auch abgebildet werden. Beispiele: Datenblätter zu Bauteilen, Gebrauchsanleitungen von technischen Anlagen, Verträge, Handbücher und Richtlinien Zusätzlich können Dokumente mit Metadaten attributiert und in einem Dokumentenmanagementsystem bereitgestellt werden. Bauwerksmodell: Bauteile in Objekt-struktur a b Dokument x Dokument y Kundendienst für Neugierige! Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 39 / 47

40 1. BIM Erwarten Sie nicht zu viel ist nur ein Model! 2. Geometrie 3D 3D: Viele Modelle verderben den Brei 3. Topologie Intelligenz durch gute Nachbarschaftsbeziehungen 4. Semantik Was soll das bedeuten? 5. Dokumentation Außenseiter-Spitzenreiter? Kundendienst für Neugierige! 6. Management Standards bekämpfen das Chaos Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 40 / 47

41 Management Standards bekämpfen das Chaos The BIM Process ( Race Tracks ) BS1192-2, image from Author: Mervyn Richards Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 41 / 47

42 Management Standards bekämpfen das Chaos Clemen (übersetzt und leicht verändert) nach BS Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 42 / 47

43 Management Standards bekämpfen das Chaos AIA -> BAP -> Pflichtenheft AIA: Auftraggeber Informationsanforderungen Der Auftraggeber hat genau festzulegen, welche Daten er wann benötigt. Dazu gehören insbesondere Angaben, wann, in welcher Detailtiefe und in welchem Format die angeforderten Daten geliefert werden sollen. [ ] Bei der Erstellung dieser AIA ist mit dem späteren Nutzer bzw. Betreiber des Bauwerks eng zusammenzuarbeiten. [BMVI,2015]. Die AIA sind Teil der Ausschreibungsunterlagen. AIA Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 43 / 47

44 Management Standards bekämpfen das Chaos BAP: BIM Abwicklungsplan Der BAP stellt den Fahrplan eines jeden BIM-Projekts bezüglich der Erstellung, Weitergabe und Verwaltung von Daten dar. Der Prozess zur Herstellung der geforderten Daten ist unter Festlegung aller dafür notwendigen Rollen, Funktionen, Abläufe, Schnittstellen, Interaktionen sowie der genutzten Technologien in einem BIM- Abwicklungsplan zu definieren. [BMVI, 2015] BAP Pre-Tender: Vor Vergabe (Konzept, Angebot) Post-Tender: Nach Vergabe (Absprachen, Details, Mündet in BIM Pflichtenheft) Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 44 / 47

45 Management Standards bekämpfen das Chaos Görne, 2016 Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 45 / 47

46 Management Standards bekämpfen das Chaos Clemen, 2017 Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 46 / 47

47 Literatur Borrmann, André (u.a.) (2015): Building Information Modelling Technologische Grundlagen und industrielle Praxis, Springer Verlag. BMVBS - Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (2013): BIM-Leitfaden für Deutschland Informationen und Ratgeber, Endbericht des Forschungsprogramms ZukunftBAU BMVI - Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (2015): Endberichtes der Reformkommission Bau von Großprojekten BMVI - Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (2015): - Stufenplan Digitales Planen und Bauen Clemen, Christian und Manthe, Christian (2015): TLS für das Building Information Modeling (BIM) Das BIM-Pilotprojekt Erneuerung Hbf Hannover. In: 147. DVW-Seminar TLS 2015, Fulda am 07./ Görne, Hendrik (2016): Building Information Modeling (BIM) Standards der BIM-Methode für vermessungstechnische Leistungen, Masterarbeit an der HTW Dresden Hausknecht, K. und Liebich, T. (2016): BIM-Kompendium - Building Information Modeling als neue Planungsmethode. Frauenhofer IRB Verlag, Scherer, R. J. und Schapke, S. E. (2014): Informationssysteme im Bauwesen 1: Modelle, Methoden und Prozesse. Springer Vieweg: 3-4. Christian Clemen Die BIM-Methode Modellierung und Management Seite 47 / 47