Building Information Modeling Einführung und Grundlagen

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1 Building Information Modeling Einführung und Grundlagen 161. DVW-Seminar Geodäsie und Building Information Modeling (BIM) 13. Juni 2017 in Hamburg Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Blankenbach, RWTH Aachen Prof. Dr.-Ing. Hardy Lehmkühler, HFT Stuttgart

2 Gliederung 1. Definition BIM und seine Relevanz für das Bauwesen 2. Geodäsie und BIM 3. Bauwerksmodellierung für BIM 4. Standardisierung in BIM 5. BIM als Management Raumbezogener Informationen 6. Aktueller Stand der Verwendung von BIM 7. Fazit und Quellen 2

3 1. DEFINITION & RELEVANZ

4 BIM Building Information Modeling Definition im engeren Sinn (Borrmann 2015): Erschaffung, Verwaltung und Nutzung eines digitalen Baumwerksmodells mittels Softwarewerkzeugen Bildquelle: Krahl et al., HFT Stuttgart, 2016 Bildquelle: Donaubauer,

5 BIM Building Information Modeling Definition im erweiterten Sinn: Nutzung des Gebäudemodells über den gesamten Lebenszyklus des Gebäudes hinweg 5

6 BIM Building Information Modeling Definition nach US National Building Information Modeling Standard (NIBS 2012): Building Information Modeling (BIM) is a digital representation of physical and functional characteristics of a facility. A BIM is a shared knowledge resource for information about a facility forming a reliable basis for decisions during its life-cycle; defined as existing from earliest conception to demolition. A basic premise of BIM is collaboration by different stakeholders at different phases of the life cycle of a facility to insert, extract, update or modify information in the BIM to support and reflect the roles of that stakeholder. 6

7 Primäre Ziele von BIM (Stufenplan 2015) Die Zukunft gehört dem digitalen Bauen- modellbasiert, kooperativ und effizient in allen Leistungsphasen. zentrale Vorteile von BIM sind: 1. Erhöhung von Planungsgenauigkeit und Kostensicherheit Visualisierung von Planungsvarianten Ermöglichung kooperativer Problemlösungsmechanismen Ausnutzung von Regeln zur Qualitätssicherung (u.a. Kollisionsprüfung) Bereitstellung relevanter und aktueller Informationen (Planungsmodell) Einfachere Aufmaße und Bauabrechnungen (aus Modellauswertung) 2. Optimierung der Kosten im Lebenszyklus Ermittlung der besten Variante für Bauherrn und Nutzer durch Simulation Bauherr erhält das digitale Modell des Gebäudes und kann dieses verwenden 3. Weitere Vorteile Verstärkte Kooperation in der Planung und in der Bauausführung Ermöglichung eines Risikomanagements Kontinuierliches Controlling für ein Gesamtprojekt 7

8 2. GEODÄSIE UND BIM

9 Konsequenzen in der Vermessung Digitales Arbeiten Arbeiten in 3D Objektbezogenes statt geometriebezogenes Arbeiten ( Modellierung) Notwendigkeit des Bezugs auf Bauwerksmodelle Aufmaß und Absteckung bedingen Koordinatenübergang zwischen Projekt- und Gebrauchssystem! (vgl. Heunecke, 2017) ( Modellierung) 9

10 Konsequenzen in der Geoinformatik Geodaten werden als wichtige Informationsquellen im BIM-Prozess benötigt, jedoch Verschiedenheit der räumlichen Abdeckung und Detaillierung, auch hier: Verschiedenheit der Koordinatenbezüge Zwei- und dreidimensionale Daten aus verteilten Quellen mit unterschiedlichen Datenmodellen Interoperabilität 10

11 3. MODELLIERUNG

12 Bauwerksmodellierung für BIM Geometrie & Konstruktionsinformationen 3D Physikalische, funktionale und beschreib. Eigenschaften Dokumentationsinformationen (z.b. Baufortschritt) Organisation und Zeitpläne 4D Kosten 5D Analysen und Simulation 12

13 Digitale 3D-Bauwerksmodelle semantisch und bauteilorientiert Objekte mit Attributen und Beziehungen 13

14 Digitale 3D-Bauwerksmodelle semantisch und bauteilorientiert Objekte mit Attributen und Beziehungen Bauteilkataloge für BIM-Software 14 (Bildquelle:

15 Digitale 3D-Bauwerksmodelle semantisch und bauteilorientiert Objekte mit Attributen und Beziehungen Bauteilkataloge für BIM-Software Geometriemodellierung 15

16 Exkurs: B-Rep vs. CSG CityGML Industry Foundation Classes (IFC) (Bildquelle: Kolbe 2016) 16

17 Digitale 3D-Bauwerksmodelle semantisch und bauteilorientiert Objekte mit Attributen und Beziehungen Bauteilkataloge für BIM-Software Geometriemodellierung: implizit/direkt (CSG - 17

18 Digitale 3D-Bauwerksmodelle semantisch und bauteilorientiert Objekte mit Attributen und Beziehungen Bauteilkataloge für BIM-Software Geometriemodellierung: implizit/direkt (CSG, Extrusion, Sweep ) 18

19 Digitale 3D-Bauwerksmodelle semantisch und bauteilorientiert Objekte mit Attributen und Beziehungen Bauteilkataloge für BIM-Software Geometriemodellierung: implizit/direkt (CSG, Extrusion, Sweep ) in parametrischer Beschr. in lokalen Koordinatensystemen 19

20 Fachmodelle / Sichten (Bildquelle: 20

21 Fachmodelle / Sichten Zusammenführen zu einem Koordinationsmodell Beispiel: Kollisionsprüfung (Bildquelle: 21

22 LoD Level of Development Fertigstellungsgrad Detailliertheit des Modells (verschied. Spezifikationen) Level of Geometry (LoG) Level of Information (LoI) (Bildquelle: BIMForum 2016) 22

23 LoA Level of Accuracy Geometrische Genauigkeit des Modells Bestandserfassung / Aufmaß as-built vs. as-planned USIBD Level of Accuracy Specification Guide (Bildquelle: 23

24 4. STANDARDISIERUNG

25 IFC Industry Foundation Classes Offener Standard zur Beschreibung von Bauwerksmodellen Semantik, Geometrie & Relationen (Weiter)entwickelt von buildingsmart International Normiert als DIN EN ISO Verschiedene Versionen in Gebrauch: IFC2x3 und IFC4 Dateiformat basiert auf dem STEP-Datenformat.ifc auch als XML verfügbar.ifcxml 25

26 IFC Industry Foundation Classes Auszug aus dem IFC Building Model (Bildquelle: El-Mekawy 2010) 26

27 IFC-Weiterentwicklung IFC 5 (Bildquelle: BIM4INFRA2020) (Bildquelle: bsi IFC-Infra OVERALL architecture) 27 IFC for Infrastructure, u.a. Verknüpfung mit raumbezogenen Daten ( GIS) Raumbezug durch Angabe des räuml. Referenzsystems (EPSG)

28 Normung & Richtlinien (Bildquelle: DIN) 28

29 5. MANAGEMENT RAUMBEZOGENER DATEN

30 Verwendung eines raumbez. Bauwerksmodells Objektorientierte Modellierung ist Standard in GIS Für BIM Geometrie in 3D und tlw. parametrisiert benötigt beliebige zusätzliche Sachattribute sind möglich (BIM: Materialien, Zeit, Kosten) EVAP-Modell in GIS (Bill 2016) Erfassung, Verarbeitung (Import, Organisation in Datenbanken, Export, Historien- und Variantenverwaltung) Analyse (Räumliche Abfragen, Verschneidungen, Aggregationen, ) Präsentation 30

31 Verschiedene Fachsysteme - Interoperabilität In gezielten Zusammenführungen werden die Fachmodelle abgeglichen Für Datenaustausch und Funktion ist Interoperabilität zu gewährleisten (vgl. Definitionen von OGC und ISO für Geodaten) Datenaustausch über IFC entspricht einer fachspezifischen Standardisierung von Objekten Bildquelle: Borrmann 31

32 Kooperations- und Interaktionsformen little und big BIM closed und open BIM Bildquelle: Borrmann 32

33 Unterstützung der Kooperation der Beteiligten BIM-Leistungsniveau 1 des Stufenplans Auftraggeber-Informations-Anforderungen (AIA) Datenbedarfe nach Inhalt und Zeit Kann: Digitale Beschreibung des Bauprozesse Kann: Detailgenaue Aufgliederung der Kosten (Beteiligung der Nutzer des Gebäudes!) BIM-Abwicklungsplan (BAP): Fahrplan des (Bau)-Projektes Prozess- und Rollenbeschreibungen Abstimmungen und Zusammenführungen Organisierung einer gemeinsamen Datenumgebung 33

34 Neue Rollen : auch Aufgaben für Geodäten! Beispiel: BIM-Manager / BIM Koordinator Neue Aufgaben für Geodäten? (Bildquelle: Egger et al. 2013) 34

35 6. AKTUELLER STAND

36 BIM im internationalen Vergleich (Bildquelle: 36

37 BIM im internationalen Vergleich Land USA Singapur Norwegen Niederlande UK Dänemark Status teilweise verpflichtend im öffentlichen Bereich bei größeren Projekten seit 2013, bei kleineren seit 2015 verpflichtend bei Projekten der staatlichen Bauverwaltung verpflichtend bei öffentlichen Bauvorhaben > 10 Mio. EUR seit 2011 verpflichtend ab 2016 für alle öffentlichen Bauvorhaben verpflichtend bei öffentlichen Bauvorhaben > 2,7 Mio. EUR verpflichtend; bei staatlichen Bauvorhaben bereits ab EUR (Quelle: Eschenbruch & Malkwitz 2014) 37

38 Deutschland - Stufenplan des BMVI Vorgestellt am in Berlin Einführung von BIM für Infrastrukturprojekte im Bereich des BMVI Anforderungen an Daten, Prozesse und Qualifikation 3 Stufen Vorbereitungsphase ( ) Pilotprojekte, Standardisierung, Ausbildung Systematischer Hochlauf (Erweiterte Pilotphase, ) Weitere Pilotprojekte Breite Implementierung (BIM-Niveau 1, ab 2020) 38

39 Stufenplan Digitales Planen und Bauen Pilotprojekte (Bildquelle: BMVI 2017) 39

40 7. FAZIT UND QUELLEN

41 Fazit BIM wird sich (auch) in Deutschland etablieren Geodäsie und BIM BIM-gerechte Vermessungsleistungen (Absteckung, Aufmaß, ) Zusammenspiel BIM und GIS Anpassung der Prozesse Neue Datenformate und Schnittstellen Neue Aufgaben für Geodäten Interesse in der BIM-Welt an GIS-Lösungen 41

42 Quellen BIMForum (2016): Level of Development Specification, October 19, 2016, URL: BMVI (2017): Umsetzung des Stufenplans Digitales Planen und Bauen - Erster Fortschrittsbericht, Stand Januar 2017, URL: blob=publicationfile Borrmann, A. et al.: Building Information Modeling. Technologische Grundlagen und industrielle Praxis. Springer Verlag 2015 Egger, M.; Hausknecht, K.; Liebich, T.; Przybylo, J. (2013): BIM-Leitfaden für Deutschland Informationen und Ratgeber. Forschungsendbericht im Auftrag des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) im Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR), URL: df? blob=publicationfile&v=2 El-Mekawy, M. (2010): Integrating BIM and GIS for 3D City Modelling - The Case of IFC and CityGML, KTH Stockholm, URL: Eschenbruch, K.; Malkwitz, A. (2014): Maßnahmenkatalog zur Nutzung von BIM in der öffentlichen Bauverwaltung unter Berücksichtigung der rechtlichen und ordnungspolitischen Rahmenbedingungen, Gutachten zur BIM- Umsetzung im Auftrag des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) im Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR), URL: blob=publicationfile Heunecke, O. (2017): Planung und Umsetzung von Bauvorhaben mit amtlichen Lage- und Höhenkoordinaten. ZfV 3/2017, S.180ff Krahl, M. et al.: Studienarbeit an der HFT Stuttgart. Unveröffentlicht, 2016 Kolbe, Th. (2016): Digitale Modelle der bebauten Umwelt und ihre Anwendungen, URL: