BIM: Interaktion zwischen Strecken- und Bauwerksplanung. am Beispiel des Frankenschnellweges in Nürnberg

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1 BIM: Interaktion zwischen Strecken- und Bauwerksplanung am Beispiel des Frankenschnellweges in Nürnberg VSVI - Building Information Modeling in Friedberg PROJEKTVORSTELLUNG PROJEKTVORSTELLUNG ÜBERGEORDNETE EINBINDUNG FSW BEREICH MITTE - PLANGLEICHE KREUZUNGSPUNKTE Luftbild Google Kartendaten 2017 GeoBasis-DE/BKG ( 2009), Google 2 3 4

2 PROJEKTVORSTELLUNG GRADIENTE PROJEKTVORSTELLUNG GEPLANTER ZUSTAND - TUNNELBAUWERK Trog Offene Bauweise Bergmännische Bauweise Offene Bauweise 655 m 420 m 727 m 5 6 PROJEKTVORSTELLUNG GEPLANTER ZUSTAND - TUNNELBAUWERK BIM-AUFGABENSTELLUNGEN Kartendaten 2017 GeoBasis-DE/BKG ( 2009), Google 7 8

3 BIM-AUFGABENSTELLUNGEN BIM-ZIELE BIM-AUFGABENSTELLUNGEN MODELLIERUNGSUMFANG Modellierungsumfang BIM Ziele Verringerung von Planungsfehlern Erhöhung der Termin- und Kostensicherheit Verbesserung der Kommunikation und Schnittstellenkoordination Transparente Beurteilung der Planungstiefe und qualität Transparente Entscheidungsbasis hinsichtlich Kosten Vermeidung von Kollisionen im Bauablauf Unterstützung der Öffentlichkeitsarbeit Dokumentation des Bauablaufs Weiternutzung von Modellen für Betrieb und Erhaltung Sammeln von Erfahrungen in der Anwendung von BIM Bestandsmodelle Gelände Felskanten Grundwasserspiegel Ausgewählte Leitungen U-Bahn Querungen Brücken, Gründungen Stützwände Tunnelbauwerk BBW Ausbruch, Sicherung (BBW) Innenschale, Nischen Tunnelbauwerk OBW Aushub Bauwerk OBW, Nischen Hinterfüllung Portale Einbauten Schächte Längsentwässerung Schlitzrinnen Straßenaufbau, Notgehwege Technische Ausrüstung Hüllkörper Lüfter Leerrohre Löschwasserleitung Sonstiges Grundwasserwannen Betriebsgebäude 9 10 BIM-AUFGABENSTELLUNGEN BETEILIGTE / SOFTWARE BESTANDSMODELLIERUNG Planungsbeteiligte Ingenieurgemeinschaft Sweco/Schüßler-Plan an 4 Standorten Auftraggeber Stadt Nürnberg (SÖR) Planung Straße obere Ebene (SÖR) Planer Technische Ausstattung Gutachter BIM-Begleitung durch TUM, Prof. Bormann Vereinbarte Software Revit / Dynamo Card Desite Md Itwo/California.pro Revit Desite Md Eplass Card 11 12

4 BESTANDSMODELLIERUNG BESTANDSMODELLIERUNG GRUNDLAGEN GELÄNDE/BODEN GRUNDLAGEN BESTANDSBAUWERKE Gelände Geländ ände Bestand Übergabe Übe Bestandsgelände als Bes DGM direkt aus CARDProjekt des Auftraggebers Pro Weiter Weiterverarbeitung in CARD Wei Straßenplanung ohne für Straß weiter wei weiteres möglich An diesem Projekt momentan keine mom Verwendung von Ver Punktwolken Pun Übe Überga Übergabe Gelände an Revit als DGM-Dateien. DG Erzeug Erz Erzeugung Volumenkörper des Bodens Bo mit Dynamo Bestandsbauwerke Bes Vermessungsdaten Ausführungspläne (Scans, teilweise dwgs) Bestandsunterlagen unterschiedlicher Qualität Katastergrundlagen Fel Felsho Felshorizont wird als DGM in CAR CARD erzeugt und an Revit übergeben Rev Was Wasser Wasserspiegellagen werden in CAR CARD als DGM erzeugt und an Revit übergeben 13 BESTANDSMODELLIERUNG 14 STRAßENPLANUNG GRUNDLAGEN BESTANDSBAUWERKE 15 16

5 STRAßENPLANUNG WORKFLOW 3D MODELLIERUNG STRAßENPLANUNG WORKFLOW 3D MODELLIERUNG digitales Geländemodell (DGM) Achse (x,y) & Gradiente (z) Deckenbuch (x,y,z) Querschnitt Aufbau Konstruktion Eingaben von Achse, Gradiente, Deckenbuch und Querschnitt jeweils zweidimensional Bearbeitung eher 2,5 D als 3D Detaillierung des Modells steckt im Querschnitt Schnittkörper bestimmen die Genauigkeit Achse und Deckenbuch Querschnitt Gradiente 3D-Modell Schnittkörper Gelände 3D-Modell Die Modellierung erfolgt strenggenommen nicht an einem dreidimensionalen Modell kein Unterschied zur klassischen Planung STRAßENPLANUNG 3D MODELLIERUNG - BESONDERHEITEN STRAßENPLANUNG 3D MODELLIERUNG - KNOTENPUNKTE Berechnung von Profil zu Profil linear Ergebnis der Berechnung und Ausgabe als 3D - Körper Zwischenschnitt in engem Abstand vor Beginn / Ende setzen Knotenpunkt plangleich Anbindung der Höhe schwierig Schnitt immer senkrecht zur Achse Böschung über Definition eigenen Achsen möglich Knotenpunkt (teil-)planfrei Modellierung der Böschung sehr schwierig 19 20

6 STRAßENPLANUNG FRANKENSCHNELLWEG MODELLIERUNG UNTERE EBENE STRAßENPLANUNG FRANKENSCHNELLWEG MODELLIERUNG UNTERE EBENE STRAßENPLANUNG FRANKENSCHNELLWEG MODELLIERUNG UNTERE EBENE 23 24

7 HOCHBAU 3D- UMGANG MIT TRASSE UND GRADIENTE 3D Modellierung im Hochbau ist stark geprägt von Horizontalen Ebenen Decken und Wände haben in der Regel horizontale Ober- und Unterkanten Geraden Wänden Standardbauteile sind exakt auf den Hochbau zugeschnitten INFRASTRUKTURBAUWERKE UMGANG MIT TRASSE UND GRADIENTE Herausforderung Infrastruktur Infrastrukturbauwerke orientieren sich in der Regel an einer räumlich gekrümmten Kurve (Trasse/Gradiente, keine Ebene)! Revit kann mit nativen Mitteln keine dreidimensional gekrümmte Kurve im Raum darstellen. Demzufolge können Bauteile nicht direkt an solch einer Achse platziert werden. Tunnelbauwerke werden normalerweise polygonal, also blockweise gerade, gebaut. Lösung Revit mit Dynamo POLYGONALE BAUWERKE Tunnel Offene Bauweise vorgezogene ausführungsreife Absteckung? Berücksichtigung Stichmaße und ggf. Toleranzen POLYGONALE BAUWERKE Besonderheit bergmännischer Tunnel mit Schalwagen vorgezogene ausführungsreife Absteckung? sondern mit Neigung der Gradiente 27 28

8 WORKFLOW MODELLIERUNG TUNNEL Soficad u. CARD/1 Excel Dynamo Revit 1. Trassierung durch Verkehrsanlagenplaner 2. Absteckung durch Konstruktiven Planer mit Absteckmodul (2D) Dummy 1 Dummy 3. Automatisierte Auswertung durch Verkehrsanlagenplaner (Übergabe Koordinaten der Blockfugen nach Excel) 4. Aufbereitung Excel-Daten zur Übergabe an Dynamo 5. Dynamo Skript erzeugt 3D Tunnel Modell mit Koordinaten der Blöcke und adaptiven Familien 6. Weitere Bearbeitung des Modells in Revit durch Konstruktiven Planer MODELLIERUNG TUNNEL Definition der Raumlage Gradientenhöhen des Fahrbahnaufbaus in den Straßenachsen Koordinaten der Absteckpunkte in den Blockfugen Zuständigkeiten Rohbau Konstruktiver Planer Straße/Schiene Verkehrsanlagenplaner MODELLIERUNG TUNNEL MODELLIERUNG TUNNEL Einfügepunkte Eigenentwickelte Tunnel- und Trogbauteile adaptive Familien Vier Einfügepunkte in Null-Ebene gemäß Absteckung Zuordnung der Höhenlage über z-koordinate 31 32

9 MODELLIERUNG TUNNEL Video Blockbreiten Ändern MODELLIERUNG TUNNEL Video Bauteiltypen ändern (z.b. Trog in Tunnelblock) INTERAKTION STRAßE/BAUWERK INTERAKTION STRAßE/BAUWERK UNTERSCHIEDE STRECKE/BAUWERK Generierung Straßenkörper innerhalb des Bauwerkes Bauwerk muss ans Verkehrsanlagenprogramm übergeben werden (Schnittstellen cpixml, ifc, dwfx) Straßenkörper muss auf den Rohbau reagieren 35 36

10 INTERAKTION STRAßE/BAUWERK WORKFLOW AUTOMATISCHE ANPASSUNG AN BAUWERK INTERAKTION STRAßE/BAUWERK WORKFLOW AUTOMATISCHE ANPASSUNG AN BAUWERK Workflow 1. Übertragung Bauwerk per ifc, cpixml nach CARD 2. Generierung Profillinien der Rohbauinnenkanten an Schnitten 3. Querprofilregel für Tunnel erstellen 4. Mit Achse/Gradiente/Querprofilregel wird 3D-Volumenkörper generiert 5. Übergabe per ifc, cpixml nach Revit INTERAKTION STRAßE/BAUWERK WORKFLOW AUTOMATISCHE ANPASSUNG AN BAUWERK An den Blockfugen ist kein Bauwerk vorhanden Schnitt/Profillinie unmittelbar davor und dahinter INTERAKTION STRAßE/BAUWERK ALTERNATIVE WORKFLOWS Profillinien (Programmierung in CARD, projektbezogen) stellen nicht die Ideallösung dar Gibt es bessere Alternativen? DGM der Rohbauinnenkanten erzeugen bspw. über Revit in Verbindung mit Dynamo Skripten Software sollte eine direkte Interaktion mit fremden Volumenkörpern erlauben momentan noch nicht möglich 39 40

11 INTERAKTION STRAßE/BAUWERK REAKTION BAUWERK AUF STRAßE Reaktion Bauwerk auf Straße (Bspw. bei Trassen oder Gradientenänderungen) In Revit in begrenztem Maß über Dynamo Skripte möglich. Die vorhandenen Bauwerksblöcke können in Bezug auf Koordinaten oder Höhendaten damit aktualisiert werden. Siemens NX hat hier Vorteile, da eine Historie eingebaut ist. Bei grundlegenden Änderungen ist eine Neugenerierung des Bauwerkes notwendig PRINZIP ERMITTLUNG PROJEKT FRANKENSCHNELLWEG - PLANUNG Nicht alle Bauteile werden modelliert! Zusammenspiel aus direkt und indirekt abgeleiteten Mengen Ergänzung durch Handmengen Übertragung der Fachmodelle in itwo Bergmännischer Tunnel Tunnel in offener Bauweise Verkehrsplanung Leitungen, Kanäle und Schachtbauwerke (Neuplanungen) Trog West in itwo Gesamtmodell von 1,6 km Tunnelbauwerk in itwo integriert Tunnel in offener Bauweise in itwo 43 Einheitspreispreiskatalog (5D) Zuordnung LV-Position mit Einheitspreisen Verknüpfung Einzelobjekte (Mengen) mit LV-Positionen Leitungen im städtischen Umfeld 44

12 PROJEKT FRANKENSCHNELLWEG - IST Große Qualitätsunterschiede je nach Schnittstelle (cpixml oder ifc) Nicht alle Informationen können in itwo direkt auswerten -> Geometriefehler in itwo 2015 Probleme aufgrund zu komplexer Geometrie Deutlich bessere Ergebnisse mit itwo 2016 Flächenabfrage aufgrund komplexer Geometrie ungenau Attributierung extrem wichtig für die Auswertung PROJEKT FRANKENSCHNELLWEG - IST Entscheidung: Für Abschluss Lph 3 Verwendung der Mengen aus Revit FAZIT ATTRIBUTIERUNG Händische Zuweisungen von Objekten zu LV-Positionen sind aufwändig. Vorteile zur bisherigen Mengenermittlung sind bei Änderungen vorhanden, da sich Massen automatisch anpassen. Für eine effiziente Bearbeitung muss es einen besseren Workflow geben!!! Ziel automatisierte Mengenermittlung und Zuweisung zu LV/Kostenpositionen Mit Hilfe von Attributen werden Objekte detailliert beschrieben: Material Kosten Abmessungen Farbe Abb.: Entwicklung von 2D zu BIM [nach König, Markus; Workshop BIM Datenbankkonzept. [Präsentation] Berlin : BMVI, 2017] 47 48

13 ATTRIBUTIERUNG Attributierung ist für alle im Straßenbau vorkommenden Elemente bei Schüßler-Plan vorbereitet. AUTOMATISIERUNG /LV Hauptgruppe (HG) Leistungsbeschreibung Standardleistungskatalog (STLK) / Leistungsbereich Nummer HG 1 Grunderwerb wird nicht erfasst HG 2 Baustelleneinrichtung, baubegleitende Leistungen LB 101 Asphaltdeckschicht Asphaltbinderschicht Asphalttragschicht Frostschutzschicht. HG 3 Verkehrssicherung an Arbeitsstellen LB 105 HG 4 Erdbau (Untergrund, Unterbau, Entwässerung von Straßen), Bodenerkundung; Entsorgung LB 102; LB 103; LB 106; LB 108; LB 109; LB 110 HG 5 Oberbau LB 112; LB 113; LB 114; LB 115 HG 6 Konstruktiver Ingenieurbau kein Bezug möglich HG 7 Landschaftsbau LB 104; LB 107 HG 8 Ausstattung LB 129; LB 130; LB 131; LB 132; LB 133; LB 134; LB 135 HG 9 Sonstige besondere Anlagen und Kosten kein Bezug möglich LB nicht für Straße zugelassen, sondern nur die Verwendung des STLK AUTOMATISIERUNG /LV AUTOMATISIERUNG AUSWERTUNG MODELL IN DESITE MD Haupt- Gruppen Unter- Leistungsbeschreibung STLK Zuordnung gruppen gruppen Leistungsbereich Grundtextnummer und KBK - NR. Einhei Beschreibung t 5 Oberbau Oberbau Oberbau psch Oberbau Schichten ohne Bindemittel LB112Stand Ausgabe 06/ Kies- und Schottertragsch ichten m Kies- oder ScllOttertragscll icllt herstellen. EinbaudicKe 15 cm m Kies- oder ScllOttertragscll icllt herstellen. EinbaudicKe 20 cm m Kies- oder ScllOttertragscll icllt herstellen. EinbaudicKe 25 cm , , , 112 Z23, 112 Z , , , 112 Z23, 112 Z , , 112 Z23, 112 Z28 Bezeichnung ATTRIBUT Werte als Text oder Double Definition Strecke Beispiele: Automatisierung cpifitmatchkey xs:string Definition cpifitmatchkey mit AKVS notwendig, da 70% der Planungszeit nur auf die Berechnungsvorschrift Bezug genommen wird. Die letzten beiden Stellen dienen der Erweiterung der AKVS zur Abbildung des STLK 51 Vorschrift gibt m² vor, das System errechnet Volumen (m³) 52

14 AUTOMATISIERUNG ÜBERGABE MENGEN AN CARD/ITWO AUTOMATISIERUNG WORKFLOW 1 Automatische Erzeugen von benötigten Kostenblätter (Formblätter) möglich! 53 Card/1 54 AUTOMATISIERUNG WORKFLOW 2 FAZIT AUTOMATISIERUNG Card/1 55 Es gibt zwei Möglichkeiten der Attribuierung, 1. bei Erzeugung / 2. Nachattribuierung -> beide Möglichkeiten vorgesehen um Modelle mit eigener Definition zu versehen -> Auswertung Es sind zusätzliche 3D-Körper notwendig für Automatisierung Die Mengenangaben aus den Berechnungsvorschriften (AKVS) passen nicht immer zu den 3D-Objekten (z.b.: PSCH ) Es ist nicht immer sinnvoll Mengen in Fläche oder Volumen anzugeben (z.b.: Borde) Automatisierung der AKVS-Berechnungen möglich, aber es sollten Schnittstellen und Definitionen überarbeitet werden um mehr Zeit zu sparen. Die Definition des cpifitmatchkey ist im Vorfeld zu definieren. Vorgaben vom AG an den Planer sinnvoll. Mit den AIAs festschreiben Neben den Attribuierungen sind Templates für verschiedene Softwareprodukte zu definieren und zu erarbeiten Zur Zeit basiert der Workflow ausschließliche Eigenentwicklungen 56

15 STATUS UND AUSBLICK PROJEKT FRANKENSCHNELLWEG STATUS UND AUSBLICK PROJEKT FRANKENSCHNELLWEG PROJEKTERFAHRUNGEN 3D Tunnelmodellierung entlang Raumkurve ist möglich! Parametrisierte Bearbeitung = Programmieraufwand Unterschätzung Zeitbedarf für Entwicklung Tunnelbauteile in Revit (Familien) Unterschätzung Zeitbedarf Planableitung (3D Modell muss weitestgehend fertig sein, dann kann erst die Planableitung erfolgen, viel händisches Nachzeichnen) Erschwernisse der Mengenauswertung in itwo aufgrund der komplexen Geometrien, daher größtenteils Switch auf Revit Auswertung für die Lph 3 Im Tunnelbau haben die Aushub- und Ausbruchmengen einen bedeutenden Anteil an den Kosten. Aus unserer Sicht ist ein 3D-Baugrundmodell mit Entsorgungsangaben ein wichtiger Aspekt Bauphasen und zeitliche Abläufe müssen frühzeitig festgelegt werden, um einen hohen Nachmodellierungsaufwand zu vermeiden STATUS UND AUSBLICK PROJEKT FRANKENSCHNELLWEG VIDEO - STARK GEPLANT MIT BIM VIELEN DANK. Dipl.-Ing. Michael Richter Abteilungsleiter Tunnelbau, Frankfurt Unternehmenskoordination BIM 59 60

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