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Das Thema BIM-Implementierung darf nicht nur marktgetrieben und projektspezifisch betrachtet werden. Vielmehr bedarf es einer stetigen intrinsischen Beschäftigung, um die eigenen Geschäftsprozesse zu optimieren, digitalisieren und standardisieren. Somit kann eine Struktur gebildet werden, um auf Projektebene konkrete BIM-Anwendungsfälle erfolgreich abzuwickeln. Nur so lässt sich mit der BIM-Methode ein konkreter Mehrwert erzielen.
Die unternehmensinterne Sicht
BIM Anwendungsfälle
Hilfsmittel
Software
Hardware
Die strategische Auseinandersetzung mit der BIM-Methode sowie der digitalen Transformation allgemein ist «Chefsache» und kann nicht delegiert werden. Dies bedeutet nicht, dass die Verantwortlichen einer Bauunternehmung alle Details bearbeiten oder überwachen müssen. Vielmehr ist es ihre Aufgabe, möglichst optimale Voraussetzungen zu schaffen, die den Wandel bestmöglich ermöglichen und die involvierten Personen befähigen. Nur so werden Veränderungen und wertschöpfende Optimierungen möglich. Nicht selten bleibt es bei guten Ideen, da die Führungskräfte sich der Verantwortung entziehen, deren Wert zu erkennen. Das Erkennen von Potenzialen und der Wille, diese zu nutzen, sind jedoch elementar. Daher können die Aufgaben im Rahmen der Digitalisierung nicht an einzelne Personen delegiert werden mit der Erwartung, dass diese sämtliche Anforderungen umsetzen können. Vielmehr bedarf es einer stetigen und dezentralen Beschäftigung im eigenen Unternehmen, um die Mehrwerte dieser Potenziale erreichen zu können.
Die Notwendigkeit, Geschäftsprozesse zu analysieren und auf ihr Digitalisierungs- und Automatisierungspotenzial hin zu untersuchen, ist im Rahmen der BIM-Einführung ein elementarer Schritt. Nur so lässt sich eine unternehmensinterne Struktur schaffen, die eine erfolgreiche Anwendung der BIM-Methode ermöglicht. Auf dieser Basis lassen sich anschliessend auf Projektebene einzelne, spezifische Anwendungsfälle – sogenannte Use Cases – gewinnbringend umsetzen.
Das Denken und Handeln in Anwendungsfällen ermöglicht es, Teilaufgaben zu einem bestimmten Vorgang (zum Beispiel das Verlegen von Bewehrung) zusammen zu fassen. Damit können die Aktivitäten strukturiert und in der Unternehmung vereinheitlicht werden. Mit einem gemeinsamen Vorgehen können systematische Fehler besser erkannt und ausgemerzt werden. Jede Unternehmung kann die Anwendungsfälle für sich definieren. Die Zusammenarbeit im Projekt bedingt jedoch, dass alle an einem Arbeitsschritt Beteiligten das gleiche Verständnis haben. Damit ist es unerlässlich, dass gemeinsame Anwendungsfälle auch gemeinsam erarbeitet und beschrieben werden.
Bei den Anwendungsfällen werden die übergeordneten Ziele auf der Ebene des Unternehmens oder auf der Ebene des Projekts beschreiben. Im Rahmen der unternehmensinternen Ziele werden die Interessen der Firmen in den eigenen Anwendungsfällen beschrieben. Diese passen in der Regel sehr gut auf die Bedürfnisse in den Projekten und müssen, wenn überhaupt, nur marginal angepasst werden. Die Frage nach der Verwendung des Nutzens stellt sich dann mehrheitlich auf der Ebene der Unternehmung.
Die dokumentierten Anwendungsfälle sind exemplarisch zu verstehen und geben einen Einblick in die gängigsten Aktivitäten, welche einen Nutzen für ein Bauunternehmen aufweisen. Die Anwendungen selbst (Nutzen und Ziele) sind situativ auf die Unternehmung und auf das Projekt anzupassen.
Klicken Sie zur Ansicht auf den jeweiligen Anwendungsfall. Die vollständigen Beschriebe finden Sie in unserem BIM-Handbuch.
Nachfolgend werden die wichtigsten Kategorien der digitalen Werkzeuge im Soft- und Hardwarebereich beschrieben. Viele Geräte und Anwendungen umfassen eine oder mehrere dieser Funktionen und lassen sich bei mehreren Anwendungsfällen sinnvoll nutzen. Je umfassender aber ein Anwendungsfall erfolgt, desto wichtiger wird die Nutzung eines spezialisierten Werkzeugs, welches dafür ausgelegt ist. Viele Modellierungswerkzeuge umfassen zum Beispiel auch Auswertungsmöglichkeiten und lassen sich auch stets visualisieren. Sollen die digitalen Ausführungsmodelle aber auch auf der Baustelle zur Verfügung stehen, oder soll eine Modellprüfung vor der Auswertung stattfinden, so empfiehlt es sich, spezialisierte Werkzeuge einzusetzen. Diese erlauben es, den Arbeitsablauf nicht nur zu optimieren, sondern auch zu stabilisieren und damit die Qualität zu steigern.
Modellierungssoftware
Digitale Bauwerksmodelle werden in einer Modellierungssoftware erstellt. Spezialisierte Softwarelösungen für das Bauwesen sind heute in der Lage, Bauelemente 3D zu modellieren und entsprechende Eigenschaften für die Bauteile zu erfassen. Je nach Ausprägung und Entwicklungsstand der Modellierungssoftware können auch automatische, regelbasierte Abläufe (Parametrik) dazu verwendet werden, Routineaufgaben zu vereinfachen und den Aufwand zur Modellerstellung zu verkleinern. Im Wesentlichen wird Modellierungssoftware dazu verwendet, digitale Ausführungsmodelle zu erstellen und diese als IFC-Datei zu exportieren, damit diese durch andere Personen und Systeme (Maschinensteuerungen, Robotik-Totalstationen, Projektplattformen usw.) genutzt werden können.
Visualisierung
Die Visualisierung digitaler Bauwerksmodelle ist eine wichtige und grundlegende Anwendung. Dazu werden nicht nur die 3D-Darstellungen der digitalen Bauelemente visualisiert, auch die Informationen der Modellelemente können je nach Anwendung sichtbar gemacht werden. Wie ist das Projekt aufgebaut, was sind die wesentlichen Elemente für die Bauunternehmung (einfache Visualisierung)? Welche Elemente sollten bereits ausgeführt sein (Baufortschrittskontrolle)? Sind die Aussparungen am richtigen Ort (Qualitätskontrolle auf der Baustelle)? All dies sind Fragen, die mit einem einfachen Visualisierungssystem am Computer oder mit digitalen Brillen (Augmented, Mixed oder Virtual Reality) für alle sichtbar und verständlich beantwortet werden können. Visualisierungen tragen entscheidend dazu bei, dass alle Beteiligten das gleiche Verständnis von einer Tätigkeit haben. Sie sollten wenn immer möglich eingesetzt werden, um Unklarheiten in der Ausführung zu vermeiden – am besten bereits in einer sehr frühen Projektphase.
Modellprüfung
Softwaresysteme, welche digitale Bauwerksmodelle prüfen können, arbeiten in der Regel mit zwei Grundsätzen:
Unter Modellprüfung wird eine automatische, maschinelle Prüfung eines oder mehrerer Fach- und Teilmodelle auf Basis vorgegebener Regeln verstanden. Damit können zum Beispiel Abstände zwischen zwei oder mehreren Bauelementen zueinander geprüft werden. Ist die Überdeckung bei Armierungseisen eingehalten? Haben alle Betonier-Etappen die vereinbarten geforderten Eigenschaften? Wie viele Wände haben eine Überhöhe und erfordern entsprechende Massnahmen? Welche Modellelemente wurden seit dem letzten Revisionsstand verändert? Diese und weitere Fragen können mit vordefinierten Regeln einfach und übersichtlich geprüft werden, womit eine optimale Grundlage für die weitere Bearbeitung in der Arbeitsvorbereitung geschaffen wird.
Bei der Kollisionsprüfung handelt es sich um eine besondere Art der Modellprüfung, bei welcher virtuelle Überschneidungen in einem oder mehreren Fach- und Teilmodellen geprüft werden. Dabei können Toleranzen definiert werden, welche zulässig sind. Da dies eine automatische, maschinelle Prüfung ist, müssen dem System die Prüfregeln vordefiniert werden. Als Beispiel kann hier die Prüfung von Überschneidungen zwischen Armierungseisen und Gebäudetechnikkomponenten (Abwasserrohre, Lüftungsrohre usw.) genannt werden. Je nach Stärke der Armierungseisen kann eine Toleranz von bis zu 2 Zentimeter vorgegeben werden.
Informationsauswertung
Sind die relevanten Informationen über die Bauelemente in einem digitalen Ausführungsmodell vorhanden, können diese für die Weiterverwendung effizient genutzt werden. Dazu werden die digitalen Bauwerksmodelle automatisiert und strukturiert ausgewertet. Diese Informationen können für weitere Arbeitsschritte verwendet werden: Kostenberechnungen, Arbeitsplanung, Logistik, Bestellungen oder Kontrollen.
Simulationen
Simulationen sind Leistungsvorhersagen unterschiedlichster Art. Dies kann das Bauwerk selbst betreffen (Energie, Verkehrssimulation, Baustellenlogistik usw.) oder die Leistungsfähigkeit der beteiligten Unternehmen. Dies kann eine Terminsimulation sein, bei welcher die Baubarkeit in einem bestimmten Terminplan simuliert werden kann, oder eine Kostensimulation, bei welcher die Bauelemente mit spezifischen Kosten über das gesamte Bauwerk simuliert werden. Eine Simulation ist immer eine Beurteilung der Leistungsfähigkeit und muss mit Fach- und Führungskompetenz beurteilt werden. Bei einer Simulation werden digitale Ausführungsmodelle mit weiteren Informationen (Kosten, Termine usw.) kombiniert und die Leistungsfähigkeit über den Planungs- und Bauprozess oder über den gesamten Lebenszyklus simuliert. Dazu werden in der Regel spezielle Simulationsprogramme verwendet. Für erste Anwendungen haben einige Modellierungswerkzeuge einfache Simulationsfunktionen, die für die ersten Schritte meist ausreichend sind.
Zusammenarbeit
Für die Optimierung der Zusammenarbeit, sei es zwischen technischem Büro und Baustelle, zwischen Planung und Ausführung oder zwischen unterschiedlichen Disziplinen, werden virtuelle Projekträume – Common Data Environment (CDE) – eingesetzt. Da der Zugriff von allen Beteiligten organisiert und strukturiert werden muss, ist die Administration des virtuellen Projektraums eine Führungsaufgabe. Virtuelle Projekträume können unterschiedliche Funktionen umfassen (nicht abschliessend):
Eine der wichtigsten Vereinbarungen unter den Beteiligten ist, dass der virtuelle Projektraum alle aktuellen Informationen beinhaltet und damit die Basis für die Umsetzung der Anwendungsfälle ist. Eine virtuelle Projektplattform kann in einer Bauunternehmung auch nur dazu eingesetzt werden, Informationen vom technischen Büro auf die Baustelle zu bringen.
Informationen in virtuellen Projektplattformen werden meist in Clouds inner- oder ausserhalb der Schweiz gespeichert. Das ist in der Regel unkritisch, da die Informationen dort eine wesentlich höhere Verfügbarkeit und Sicherheit haben als auf lokalen Speichermedien. Dennoch sollte die Nutzung einer Cloudlösung mit dem Auftraggeber abgesprochen sein, speziell dann, wenn sensible Projekte bearbeitet werden
Messgerät GNSS-Rover
Ein Messgerät zur Einmannbedienung für die Absteckung und Aufnahme von Punkten, Linien, Kanten, Koten und Oberflächen im Zentimeterbereich mittels Satellitenmesstechnologie. Je nach Gerät sind zusätzliche Assistenten verbaut, wie z.B. eine Schrägmessfunktion. Diese erlauben dem Anwender die schnellere Arbeit, da er den Stab nicht mehr zwingend senkrecht halten muss. Eine zwingende Voraussetzung für den Einsatz dieser Messgeräte ist eine genügend hohe und gut verteilte Satellitenabdeckung in direkter Sicht sowie der Empfang von Korrekturdaten, die die benötigte Genauigkeit erst ermöglicht.
Moderne Geräte erlauben die direkte Nutzung auf der Baustelle, ohne Umweg über Punktlisten und Zeichnungen. Einige bieten auch Berechnungs- und Dokumentationsfunktionalitäten, die es erlauben, die ausgeführte Arbeit in Echtzeit mitzuschreiben und Auswertungen daraus zu ziehen. Eine Rückversicherung von Punkten im klassischen Sinne wird meist überflüssig, die Absteckung oder Einbaukontrolle erfolgt unmittelbar bei Gebrauch. Üblicherweise werden GNSS-Rover heutzutage im Erdbau oder Spezialtiefbau eingesetzt.
Messgerät Tachymeter, Robotische Totalstation
Das klassische Tachymeter unterscheidet sich gegenüber der robotischen Totalstation hauptsächlich durch eine vorhandene bzw. nicht vorhandene Motorisierung. Diese ermöglicht, zumindest für gewisse Arbeiten, eine Einmannbedienung. Viele Geräte bieten berührungslose Messfunktionen, solche mit Motorisierung auch eine automatische Prismenverfolgung.
Im Unterschied zum GNSS-Rover benötigt dieses Gerät eine direkte Sichtverbindung zum Ziel und erlaubt so mittels Winkel- und Schrägdistanzmessung eine Positionierung im dreidimensionalen Raum. Die zu erreichende Genauigkeit hängt neben der aufgewendeten Sorgfalt auch sehr von der Geräteklasse ab, welche auch den Preis massgeblich mitbestimmt. Üblicherweise können hier mit bauüblichen Geräten bei fachgerechter Anwendung wenige Millimeter erreicht werden. Diese Geräte bedingen bei Erstbenutzung meist eine gewisse Einarbeitungszeit und etwas mehr Fachwissen im direkten Vergleich zum GNSS-Rover. Ansonsten sind die Funktionalitäten sehr ähnlich, meist werden sie sogar durch identische Feldsoftware gesteuert, was die Handhabung für Nutzer erheblich vereinfacht.
UAVs (Drohnen)
Bauunternehmer können mit UAVs (unmanned aerial vehicle bzw. unbemanntes Flugobjekt) durch eine Kombination aus Fotografie und Positionierung (Photogrammetrie) oder Lidartechnologie sehr einfach das Urgelände erfassen und vor allem regelmässige und umfassende Aufnahmen machen. Diese Methode ist um einiges detailreicher und effizienter als mit den üblichen Handmessgeräten wie mit einem GNSS-Rover. Mittels generierbaren Auf- und Abtragskarten können sie Vergleiche zu Entwürfen machen, also Soll-/Ist-Vergleiche, und damit die Ausführungsqualität kontrollieren, dokumentieren und sicherstellen. Durch den Vergleich verschiedener Befliegungen lässt sich zudem der Baufortschritt klar und nachvollziehbar dokumentieren. Mit Befliegungen lassen sich ausserdem Gefahrenpunkte, z.B. durch Gefällemessungen oder Rampenprofile eindeutig identifizieren. Die Mengenermittlung von Flächen, Aushüben, Depots, Halden, etc. mit diesen Technologien wird ebenfalls stark beschleunigt, vereinheitlicht und vereinfacht und kann so für den Bauunternehmer einfach institutionalisiert werden.
Scanner
Scanner ermitteln mittels Laserstrahl, der auf ein Hindernis triff und reflektiert wird, die Position eines Punktes im Raum sowie allenfalls mittels Fotoüberlagerung eine Einfärbung desjenigen Punktes. Je nach Gerätetyp geschieht dies einige tausend- bis einige hundertausendmal pro Sekunde. So entsteht innert wenigen Minuten aus den Punkten eine zusammengefasste Punktwolke, welche die Umgebung massstabsgetreu abbildet. So lassen sich komplexe Zustände umfassend und mit allen Details schnell erfassen und dokumentieren.
Diese Daten lassen sich als Grundlage für weitere Arbeitsschritte nutzen oder auch als Qualitätssicherung oder Nachweis verwenden. Während einige Modelle die Nutzung der Daten erst nach nachgelagerter softwaretechnischer Auswertung erlauben, bieten neuere Modelle bereits nutzbare Daten unmittelbar vor Ort, was eine Integration im laufenden Produktionsverfahren ermöglicht.
Visualisierung AR/MR
Augmented Reality (AR) oder Mixed Reality (MR) erlauben die Verbindung von digitaler und realer Welt, also 2D-Pläne und/oder 3D-Modelle in die reale Umgebung zu projizieren. Im Gegensatz zu Virtual Reality (VR), welches zwar die realistischere Darstellung von Modellen erlaubt, aber ein geschlossenes System ohne Verbindung zur realen Welt darstellt, sind AR und MR daher für die Baustelle geeignet. VR wird meist neben der Baustelle zur besseren Visualisierung, häufig auch in der Planung oder bei Präsentation eingesetzt.
Während die Anwendungen softwarebasiert sind, laufen diese häufig auf «BYOD», also Bring Your Own Device, wobei es auch spezifische für die Baustelle optimierte Hardwarelösungen gibt.
Durch die Echtzeit-Überlagerung von Daten/Modellen im Kontext vor Ort bieten diese unter anderem die Möglichkeit, Fehler frühzeitig zu erkennen, die Planung in Echt zu sehen und visuell bis hin zu echter modellbasierter Kommunikation zusammenzuarbeiten und schaffen damit ein besseres Verständnis für alle Beteiligten.
Baumaschinensteuerung
Mit der Maschinensteuerungstechnologie hat ein BIM-Werkzeug bereits heute grosse Verbreitung bei Tiefbau-Unternehmungen gefunden. Diese ermöglichen die flächendeckende Umsetzung digitaler Modelle im Feld. Im Vergleich zur stationären Industrie hinkt der Robotisierungsgrad zwar noch nach, dies ist jedoch den zahlreichen Einflussfaktoren geschuldet, welche bei Tiefbauprojekten regelmässig angetroffen werden und situativ berücksichtigt werden müssen. So wirken die Beschaffenheit und Tragfähigkeit des anstehenden Bodens, der Zu- und Abfluss von Material auf der Baustelle, Aspekte der Arbeitssicherheit aber auch die Verfügbarkeit von Positionierungstechnologien in angemessener Genauigkeit derart auf den Maschineneinsatz ein, dass deren Arbeitsweise heute noch nicht vollumfänglich automatisiert werden kann. Dennoch bieten Maschinensteuerungssysteme vielseitige Potentiale bei der Umsetzung und Dokumentation digitaler Modelle im Tiefbau. Zu den wichtigsten Aspekten gehören:
Steuerungen von Baumaschinen können in verschiedene Gruppen kategorisiert werden. Zum Beispiel lässt sich unterscheiden, ob es sich um reine Anzeigesysteme handelt, oder ob die Steuerung aktiv in die Arbeitsweise der Maschine eingreift.
Einfache Anzeigesysteme beschränken sich darauf, auf dem Bildschirm die Position des Werkzeugs gegenüber der Referenz darzustellen. Da die Systeme keine direkte Schnittstelle mit der Maschine haben, lassen sie sich verhältnismässig einfach nachrüsten. Der Maschinist kann die Anzeige als Referenz nutzen, muss aber die gesamte Steuerung der Maschine herkömmlich durchführen. Mit dieser Methode lassen sich bereits signifikante Leistungssteigerungen erzielen, wenngleich das Automationspotential nicht genutzt werden kann.
Im Gegensatz zum Anzeigesystem verfügen Automatiksysteme über die Möglichkeit, aktiv in das Verhalten der Maschine einzugreifen. Neben der Darstellung der Lage des Werkzeugs gegenüber der Referenz werden Abweichungen automatisch korrigiert, ohne dass der Maschinist manuell eingreifen muss. Automatische Steuerungen stellen für den Maschinisten eine Arbeitserleichterung dar und erlauben es auch, mit weniger erfahrenen Maschinenführern gute Ergebnisse zu erzielen.
