Von der Wirtschaftswissenschaf1lichen Fakultät der Universität Leipzig genehmigte DISSERTATION

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1 "Potenziale des Building Information Modeling im Infrastrukturprojekt - Neue Methoden für einen modellbasierten Arbeitsprozess im Schwerpunkt der Planung" Von der Wirtschaftswissenschaf1lichen Fakultät der Universität Leipzig genehmigte DISSERTATION zur Erlangung des akademischen Grades Doktor-Ingenieur "Dr.-Ing." vorgelegt von Dipl.-Ing. Ina Kaminski geboren am 11.April 1965 in Halle (Saale) Gutachter: Prof. Dr.-techn. Karl-Heinz Bruhnke Prof. Dipl.-Ing. Architekt Burkhard Pahl Dr.-Ing. Dietmar Michel Tag der Verleihung:

2 Inhalt Vorwort 3 Inhaltsverzeichnis 5 1. Einleitung Anlass und Gegenstand (Problemstellung) Zielsetzung Thematische Eingrenzung Gang der Untersuchung bzw. Vorgehensweise Stand der Forschung: Digitale Planung im Bauprozess Einleitung Aktuelle Forschungsaktivitäten zu digitalen Planungsprozessen bzw. Einsatz von digitalen Werkzeugen im Gesamtprozess Überblick zu Forschungsaktivitäten digitaler Planungsprozesse Dreidimensionale Planungsmodelle bzw. CAD-Modelle in den Prozessen der Sauwirtschaft Stand der Forschung im Infrastrukturbereich und der Verkehrsplanung Stand der Forschung: Building Information Modeling in der Gebäudeplanung Fazit: Fokussierungl Eingrenzung der Untersuchung 39

3 3. Der Planungs- und Ausführungsprozess bei Infrastrukturprojekten Grundlagen der Infrastrukturplanung Definition des Infrastrukturprojekts und Grundsätze der Planung Aktueller Projektablauf nach HOAI Einleitung: Gesamtprozess als Lebenszyklus Das Leistungsbild für Verkehrsanlagen Technische Regelwerke und gesetzliche Grundlagen imstraßenbau Projektbeteiligte: Spezifische Aufgaben bzw. Inhalte der Arbeitsprozesse Die Arbeitsprozesse der Akteure im Überblick Vermessung und Datengrundlagen Ingenieurtechnische Fachplanung Angebotskalkulation im Straßen- und Tiefbauprojekt Mengenerfassung und deren spezifische Dokumentationsformen im Infrastrukturprojekt Spezifische Problemstellung: Erdarbeiten Stufen der Mengenermittlung im Projektverlauf Methoden der Mengenermittlung im Straßen- und Tiefbau REB-Verfahren im Straßen- und Tiefbau REB-Verfahren nach GAEB Fazit: Identifizierung von Kernthemen für den Gesamtprozess 88

4 4. Modellanforderungen im Building Information Modefing des Straßenbaus Einleitung: Aktuelle Praxis beim Einsatz digitaler Methoden im Straßenbauprojekt Building Information Modefing im Straßenbau Das BIM-orientierte Planungsmodell im Straßenbau Ganzheitlicher Planungsansatz Zielsetzung zur Etablierung des BIM-orientierten Planungsmodells im Straßenbau Modellanforderungen Objektorientierung VolumenmodelIierung Parametrische ModelIierung Konstruktionselemente des Straßen baus Analysefunktionen des Modells: Fokus Mengenermittlung Interoperabilität: Anforderungen an den Datenaustausch Zusammenfassung: Anforderungen an ein BIM-orientiertes Planungsmodell im Straßenbau Fazit und weiteres Vorgehen Testfälle im realen Planungsmodell Einleitung: Überblick ausgewählte Testfälle und Zielsetzung Konstruktion: Objektorientierung und VolumenmodelIierung 123

5 Analyse und Modellauswertung Überblick der Testfälle zur digitalen Mengenermittlung Die digitale Mengenermittlung auf Basis des 3D-Modells Modellbasierte Mengenermittlung in Teilbereichen Mengenermittlung nach REB-Verfahren Datenaustausch und Informationsweitergabe Testfälle zum Datenaustausch Die Menge als digitale Information Die digitale Mengenermittlung auf Basis freier Datenformate (dwf) Bewertung durchgeführter Testfälle Konstruktion: Objektorientierung und VolumenmodelIierung Bewertung Testfall einzelner Entwurfsobjekte und eines gesamten Straßenkörpers Analyse und Modellauswertung Bewertung Testfall digitale Mengenermittlung Datenaustausch und Informationsweitergabe Bewertung Testfälle zum Datenaustausch Bewertung Testfall: Die Menge als digitale Information Fazit: Testfälle im Planungsmodell. 164

6 6. Das ideale Planungsmodell in den Prozessen des Building Information Modeling im Sbaßenbau Das ideale objektorientierte dreidimensionale Planungsmodell im Straßenbauprojekt Anforderungen an die Werkzeuge in der Planung und den Folgeprozessen Weiterführende Modelle Das 4D-Modell der Bauablaufplanung Weiterführende Modelle: Anbindung von Leistungsverzeichnissen Innovative Werkzeuge in den Prozessen des Building Information Modeling Zwischenfazit: Beziehungen zwischen dem Modellaufbau der Planung, den Akteuren und Werkzeugen und Konsequenzen für die Prozessabbildung Die integrierte Projektstruktur auf Basis eines objektorientierten Planungsmodells Einleitung Das digitale Planungsmodell in einer integrierten Projektstruktur Zielsetzung Die Einbindung des objektorientierten Planungsmodells im Geschäftsprozessmanagement zur Unterstützung der Lebenszyklusbetrachtung Die Stellung des objektorientierten Planungsmodells im Gesamtprozess 204

7 6.7. Die modell basierte Planungsmethodik in den Planungsprozessen und im weiteren Projektverlauf Rückschlüsse auf die Arbeitsprozesse im Schwerpunkt der Planung Der Nutzen der modellbasierten Planung des Straßenbaus im Gesamtprozess nach HOAI Fazit: Building Information Modeling im Infrastrukturbereich Zusammenfassung und Ausblick Zusammenfassende Ergebnisse der Arbeit Ausblick und Ansätze für die weitere Forschung 223 Anhang 229 Abbildungsverzeichnis 249 Tabellenverzeichnis 255 Abkürzungsverzeichnis 257 Literaturverzeichnis 261 Vorschriften, Normen und Richtlinien 282 Internetquellen 285 Glossar 287 Thesen zur Dissertation 293 Kurzfassung 299 Wissenschaftlicher Werdegang 301 Selbständigkeitserklärung 303