Die Zukunft des Bauens ist digital. Auch wenn viele Architekten und Planer dieser Entwicklung noch skeptisch gegenüber stehen, schreitet die Digitalisierung der Bauwirtschaft unaufhaltsam voran. Mit der Möglichkeit, Gebäude vom Entwurf über die Inbetriebnahme und Wartung bis hin zum Rückbau und zur Entsorgung komplett digital zu planen, zu bauen und zu betreiben, bietet „Bauen 4.0“ eine größere Planungssicherheit, Prozessoptimierung, Effizienz und eine höhere Nachhaltigkeit.
Elbphilharmonie, Flughafen BER, Stuttgart 21 – Paradebeispiele für die vielen öffentlichen Großprojekte mit erheblichen Kosten- und Terminüberschreitungen. Die Politik ist unter Druck geraten und die zuständigen Ministerien setzen nun verstärkt auf BIM bei der Planung und Realisierung ihrer Projekte. Unter der Devise „Erst virtuell und dann real bauen“ werden jetzt gezielt Pilotprojekte ins Leben gerufen, um die Digitalisierung des Bauens voranzubringen. Ab sofort soll BIM ab einer Bausumme von 5 Mio. Euro bei Hochbauprojekten des Bundes zum Einsatz kommen.1 Mit dem Erlass will das Bundesbauministerium dem digitalen Planen, Bauen und Betreiben von Bauwerken zum Durchbruch verhelfen. Kommt BIM damit endlich auch in Deutschland an?
Laut einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation nutzten 2015 nur 29 Prozent der Akteure der deutschen Baubranche BIM als Methode mit bauteilorientierten Gebäudemodellen (3D), 10 Prozent planen es aber zumindest in Zukunft. An der Umfrage nahmen knapp 400 Planer und Fachplaner (Abb. 2), aber auch Ausführende und Subunternehmer teil, die an Schnittstellen im Bauprozess agieren.2
Eine aktuelle Studie von BauInfo-Consult3, in der 180 Architekten und 181 Bauunternehmer nach ihrer Einschätzung zu BIM befragt wurden, bestätigt die Trendwende. 71 Prozent der befragten Architekten gehen davon aus, dass in zehn Jahren so gut wie jedes, auch nichtöffentliche Bauprojekt mit BIM realisiert werden wird. Bei den Bauunternehmen ist der Anteil der Skeptiker etwas größer. Die Mehrheit glaubt jedoch auch, dass BIM die Zusammenarbeit der Gewerke grundlegend verändern wird. (Abb.3)
Building Information Modeling (BIM) beruht auf der durchgängigen Verwendung digitaler Bauwerksmodelle unter Vermeidung von Medienbrüchen. Diese Modelle bilden eine Informationsumgebung rund um das Bauwerk und bieten eine verlässliche Quelle für Entscheidungen während des gesamten Lebenszyklus – von der ersten Vorplanung bis zum Rückbau. Die Planungsmethode basiert auf klar definierten Aufgabenteilungen und Kommunikationsschnittstellen zwischen den Planungsbeteiligten.
Mit Hilfe von BIM lassen sich Medienbrüche, zeitraubende Mehrfacheingaben und eine redundante und damit fehleranfällige Datenhaltung vermeiden. Gebäudedaten können kooperativ im Team von verschiedenen Standorten aus bearbeitet werden. BIM erlaubt eine präzise Vorhersage, Bewertung und Optimierung der ökonomischen und ökologischen Aspekte des Bauvorhabens. Die Wertschöpfungskette reicht von der Vor- und Entwurfsplanung über die Analyse und Dokumentation, den Herstellungsprozess und Baustellenmanagement bis hin zum Facility Management. Auch für den Rückbau oder eine Sanierung des Objekts sind die Daten nutzbar. (siehe Abb. 4)
BIM-basierte Planungs- und Bauprozesse verbessern die Planungsqualität. Sie ermöglichen nicht nur eine frühzeitige Entwurfsoptimierung und automatische Aufdeckung von Planungswidersprüchen (Kollisionserkennung), sondern gewährleisten auch den automatischen Abgleich mit baurechtlichen Bestimmungen und eine synchronisierte Planung.
Wie das Center for Integrated Facilities Engineering (CIFE) an der Universität Stanford bereits 2008 anhand von Fallstudien (32 Projekte) aufzeigte, bringt BIM wesentliche Vorteile:
▪ Einsparungen bei außerplanmäßigen Änderungen (bis zu 40 Prozent)
▪ genauere Kostenschätzung (innerhalb 3 Prozent Genauigkeit)
▪ schnellere Kostenschätzung (bis zu 80 Prozent Zeitersparnis)
▪ Kosteneinsparungen (bis zu 10 Prozent vom Auftragswert)
▪ Zeiteinsparungen (bis zu 7 Prozent). 4
Allein durch das Aufdecken der Kollisionen konnten die Baukosten um 5,8 Prozent reduziert werden.
Eines der international bekanntesten Leuchtturmprojekte in Sachen Planungseffizienz mit der BIM-Methode ist der 632 m hohe Shanghai-Tower, das dritthöchste Gebäude der Welt und zugleich eines der nachhaltigsten Hochhäuser. In nur sieben Jahren wurde das Bauwerk aus Stahl, Stahlbeton, Glas und Aluminium errichtet. Das Projekt zeigt die Leistungsfähigkeit von BIM: Die 20.000 m² umfassende, gewundene Glasfassade des Wolkenkratzers besteht aus Tausenden unterschiedlichen Glaspaneelen. Keines der Paneele musste aufgrund falscher Maße reklamiert werden oder wurde einem falschen Bauabschnitt zugeteilt.5
Vorreiter in der Anwendung von BIM sind die USA: Hier setzten 2012 bereits 71 Prozent der Architekten, Ingenieure, Bauunternehmer und Gebäudeeigentümer BIM in der Praxis ein. BIM ist in den USA längst de facto Standard: Neben den nationalen gibt es inzwischen in vielen Großstädten auch lokale BIM-Richtlinien.
In Großbritannien ist der Einsatz von BIM bei der Vergabe öffentlicher Großbauprojekte bereits seit 2012 Pflicht (Abb. 5). Die britische Regierung schätzt, dass dadurch 1,7 Milliarden Pfund eingespart wurden. 66 Prozent der Aufträge der britischen Hauptbehörde für Bauvergabe wurden zudem fristgerecht und innerhalb des Budgetrahmens fertig gestellt. Im Vergleich zu 2010 war das eine Steigerung um 33 Prozent.6
Nicht nur Großbritannien, auch Finnland (2007), Norwegen und Dänemark (2008) sowie die Niederlande (2011) schreiben die Nutzung von BIM bei öffentlich finanzierten Bauvorhaben bereits vor.
Neben Großbritannien haben vor allem die Niederlande beim Einsatz von BIM die Nase vorn: 36 Prozent der britischen und sogar 56 Prozent – also schon über der Hälfte der niederländischen Architekten – nutzen laut Arch-Vision bereits BIM.8
Eines der ersten Großprojekte in den Niederlanden, das als virtuelles Modell in BIM (Building Information Modeling) geplant wurde, ist das Hilton Amsterdam Airport Schiphol Hotel. Mit der digitalen Gebäudeplanung des innovativen Flughafenhotels nahmen das Delfter Architekturbüro Mecanoo, die Planungsbüros Deerns (Rijswijk) und ABT (Velp) sowie die Schiphol Hotel Property Company (eine Tochtergesellschaft der Schiphol Real Estate) eine Vorreiterrolle in den Niederlanden ein. Dank der Gebäudeplanung mit der BIM-Methode kann das Modell jetzt auch für die effiziente Verwaltung und Wartung des Hotels genutzt werden. Große Bedeutung wurde der Nachhaltigkeit des Gebäudes beigemessen. Der Energieverbrauch liegt 10 Prozent unter dem in den Niederlanden gesetzlich geforderten Gesamtenergiekoeffizienten (EPC). Eine Herausforderung, die das Planungsbüro Deerns durch eine Kombination unterschiedlichster Energiesparmaßnahmen erreichte: Wärme- und Kältespeicherung in wasserführenden Schichten in einer Tiefe von 130 Metern, Niedertemperaturheizung, Wärmerückgewinnung aus klimatisierter Luft, hocheffiziente Anlagen zur Wärme- und Kälteerzeugung durch den Einsatz von Wärmepumpen sowie eine energieeffiziente Beleuchtung und optimierte Belüftung.
Der Wärme- und Kältebedarf wird über Wärmepumpen gewonnen; zur Klimatisierung mit Wärmerückgewinnung wurden Rotations-, Spiral- und Kreuzstromwärmeübertrager eingesetzt. Insgesamt verbaute der Installationsbetrieb Unica Installatietechniek 31 km Rohrleitungen im Gebäudekomplex, wobei rund die Hälfte des Leitungsnetzes der Gebäudeklimatisierung dient. Es handelt sich um Leitungen mit 10 °C im Vor- und 18 °C im Rücklauf. Um die Kühlwasserleitungen vor Tauwasser und Energieverlusten zu schützen, hatte das Planungsbüro Deerns eine Dämmung mit AF/Armaflex ausgeschrieben. Auch auf den Luftkanälen wurde AF/Armaflex eingesetzt. Als Unica den technischen Entwurf 2012 in Autodesk Revit MEP entwickelte, steckte BIM noch in den Kinderschuhen. Heute wird jeder dritte öffentliche Neubau in den Niederlanden in BIM geplant.
Droht Deutschland in der Baubranche im internationalen Vergleich abgehängt zu werden? Im Vergleich zu anderen Industriezweigen hinkt die Baubranche hinterher: Bei der Optimierung der Planungs- und Ausführungsprozesse hat die Automobilindustrie rund 30 Jahre Vorsprung vor der Bauindustrie, so Prof. Dipl.-Ing. Rasso Steinmann, Vorsitzender des VDI-BIM-Koordinierungskreises.9 Dr. Volker Krieger, Repräsentant DIN bei der ISO zur ISO 19650 sieht das ganz ähnlich. „Wir haben – weltweit – die niedrigste Digitalisisierungsquote in unserem Wirtschaftszweig. Ich wünsche mir für unseren Bausektor das, was die Pharmaindustrie mit ihrem ‚Good Manufacturing Practise (GMP)‘ seit zwanzig Jahren mit Erfolg aufgebaut hat – deren Umsatzrendite liegt bei 30 Prozent und mehr. Ich wünsche mir ein ‚Good Building Practise (GBP)‘ – weltweit – und damit hoffentlich einen Abschied von einer Umsatzrendite, die bei manchen Betrieben sogar unter ‚Null‘ liegt.“10
Die mangelnde Akzeptanz von BIM in der deutschen Baubranche und die fehlende politische Unterstützung in den vergangenen Jahren haben dazu geführt, dass andere Staaten Standards in der Entwicklung von BIM gesetzt haben, die sich in Europa oder weltweit durchsetzen konnten. In Skandinavien sind innovative Planungswerkzeuge entstanden, die die Koordination der Planung verbessern: So hat buildingSMART International mit IFC einen weltweit akzeptierten Datenaustauschstandard geschaffen, der sehr früh in Norwegen von staatlicher Seite unterstützt und gefördert wurde. Auch der IDM-Standard (Information Delivery Manual, ISO 29481–1:2010) wurde maßgeblich von Norwegen entwickelt. Die Niederlande haben die ersten Standards zur Spezifikation von Produktdaten etabliert. Großbritannien hat BIM-Prozesse und -Standards zur Umsetzung entwickelt, die zu internationalen ISO-Standards werden könnten. Die US-amerikanische „Level of Development“-Definition und das britische Phasenmodell (PAS 1192 -> ISO 19650) hat sich bereits zum weltweiten Quasi-Standard entwickelt. Der britische Standard (PAS 1192 und ISO 19650) könnte jedoch im Konflikt mit der aktuell in Deutschland geltenden Honorarordnung und den deutschen Ausschreibungs- und Vergaberichtlinien stehen.
Sobald ein neuer ISO-Standard bei der europäischen Normierungsorganisation CEN angemeldet wird, wird er zunächst in den nationalen Spiegelausschüssen auf mögliche Konflikte mit nationalen Normen geprüft und gegebenenfalls entsprechende Einwände erhoben. Es gibt eine klare Hierarchie von ISO über CEN nach DIN. Deutschland ist nicht verpflichtet, ISO-Normen zu übernehmen, CEN-Normen müssen dagegen sehr wohl in nationale DIN-Normen übernommen und entsprechende DIN- oder VDI-Normen zurückgezogen werden, wenn sie nicht im Einklang mit der EN-Norm stehen. Wenn CEN also eine ISO-Norm übernimmt – was für die ISO 19650 absehbar ist, muss sie auch in den EU-Mitgliedsstaaten übernommen werden. Nationale Richtlinienarbeit wird auch im Rahmen des VDI-Koordinierungskreises BIM geleistet, in dem seit 2013 die nationale BIM-Richtlinie VDI 2552 entwickelt wird.11 Mit der Veröffentlichung des 1. Blattes der Richtlinie über „BIM – Mengen und Controlling“ (Blatt 3) im Januar 2017 hat der VDI-Koordinierungskreis einen ersten wichtigen Schritt in der Standarisierung von BIM getan.
Während BIM sich in den Architekturbüros schon kurzfristig zum Standard entwickeln dürfte, hinkt die TGA-Branche noch hinterher. Bislang arbeiten nur wenige, zumeist große Fachplaner mit 3D-Modellen. Dabei würde gerade die Gebäudetechnik mit ihrem hohen Berechnungsaufwand und der engen Verflechtung der Gewerke besonders stark von der Planung in BIM profitieren. Angewiesen sind die Planer dabei selbstverständlich auf die Unterstützung der Hersteller von Bauprodukten. Sie müssen Softwarelösungen entwickeln, die es den Planern erlauben, ihre Produkte im BIM- Modell einzusetzen. Einige Hersteller bieten inzwischen sogenannte BIM-Objekte für ihre Produkte an. Aber auch hier haben deutsche Unternehmen noch erheblichen Nachholbedarf: Obwohl viele der in Deutschland ansässigen Unternehmen durchaus eine marktführende Stellung in Europa haben, haben sie sich bislang an der verhaltenen Nachfrage nach BIM-Objekten aus Deutschland orientiert. Der Handlungsdruck kommt aus den ausländischen Tochterunternehmen und Zweigniederlassungen, die mit dem viel höheren Bedarf der dortigen Planer konfrontiert sind.12
International aufgestellte Unternehmen, die von den Erfahrungen ihrer Tochterunternehmen profitieren, sind in Sachen BIM klar im Vorteil. Der Dämmstoffhersteller Armacell hat bereits 2011 erstmals ein BIM-Modul für das Autodesk Revit® Programm in den USA eingeführt. Seit 2015 bietet das Unternehmen als erster Hersteller flexibler Dämmstoffe auch im Vereinigten Königreich BIM-Objekte an, die von der NBS National BIM Library kostenlos heruntergeladen werden können. Jetzt geht das Unternehmen einen Schritt weiter und führt europaweit ein Autodesk Revit® Plug-in für die digitale Planung technischer Dämmstoffe in der Gebäudeausrüstung ein.
Mit dem Plug-in erleichtert sich die Planung der technischen Dämmung in BIM erheblich: Anders als beispielsweise Sanitärobjekte, müssen Isolierungen für bereits geplante Anlagen, also z. B. für Rohr- oder Lüftungsleitungen, ausgelegt werden. Da die Auswahl der konkreten Isolierung von verschiedenen Parametern (z. B. dem Durchmesser) abhängt, muss sie vom Anwender aktiv eingegeben werden. Da die Daten manuell im Katalog nachgeschlagen und eingegeben werden müssen, liegt hier eine erhebliche Fehlerquelle. Das neue Armacell BIM Plug-in greift dagegen direkt auf die benötigten Daten aus dem Modell zu und hilft effektiv bei Produktauswahl und Konfiguration. Der Export aus der Armacell Produktdatenbank ermöglicht so eine Automatisierung des Auslegeprozesses und der Anwender muss keine manuellen Eingaben tätigen. Das erleichtet und beschleunigt den Planungs- und Auslegungsprozess für den Anwender erheblich und minimiert gleichzeitig die Fehlerquote.
Das Armacell BIM Plug-in wird in Landessprachen für alle europäischen Länder angeboten und die nationalen Anwender greifen automatisch auf die jeweiligen Produktdaten zu. Bei der Entwicklung von Tools für BIM lautet die Devise von Armacell „weniger ist mehr“: Zum einen sollte immer eine möglichst geringe Dateigröße angestrebt werden, um die ohnehin schon sehr großen Modelle nicht unnötig durch Details aufzublähen. Zum anderen sind viele Attribute für die Planung gar nicht relevant und je stärker der Prozess automatisiert werden kann, umso praxistauglicher sind die Instrumente für den Planer.
Die Entwicklung und Weiterentwicklung des Plug-ins bedeutet für Armacell einen wesentlich höheren Aufwand – es muss regelmäßig für alle Märkte aktualisiert werden –, bietet Planern jedoch nicht nur erhebliche Vereinfachungen bei der Einbettung der technischen Dämmung in das BIM-Modell, sondern auch eine größere Planungssicherheit. Im nächsten Schritt wird es darum gehen, Erfahrungen zu sammeln und das Feedback der Anwender für die Weiterentwicklung des Instruments zu nutzen. Denn nicht nur das jeweilige Gebäudedatenmodell ist ein „living tool“ (lebendes, dynamisches Werkzeug), auch die Entwicklung der einzelnen Instrumente ist ein dynamischer Prozess, den alle am Bau Beteiligten formen und vorantreiben müssen, um ein immer effizienteres Arbeiten zu ermöglichen. Dabei ist die Bereitstellung technischer Lösungen seitens der Bauproduktehersteller nur ein Baustein auf dem Weg zu einer stärkeren Digitalisierung der Baubranche.
Die deutsche Baubranche tut sich schwer mit der Digitalisierung. Im weltweiten, aber auch im europäischen Vergleich zählt Deutschland zu den Schlusslichtern bei der Einführung von BIM. Während sich in der Architektur nun die Trendwende abzeichnet, hinkt die TGA-Branche weiter hinterher. Mit ihrem hohen Berechnungsaufwand und der engen Verflechtung der Gewerke würde jedoch gerade die Gebäudetechnik von einer gemeinsamen Planung in einem digitalen Gebäudedatenmodell profitieren. Dass Verweigerung keine Lösung ist, zeigt der Blick über den Tellerrand ins europäische Ausland. Hier ist die Planung in BIM schon viel weiter fortgeschritten. Die Insolvenz der Firma Kodak, einst Pionier der Fotografie, ist nur das bekannteste Beispiel dafür, wie schnell etablierte Unternehmen an der Digitalisierung scheitern können. „Bauen 4.0“ hängt selbstverständlich nicht ausschließlich von der Bereitstellung technischer Lösungen der Hersteller ab. Die Politik muss entsprechende Rahmenbedingungen und Anreizprogramme zur Förderung von BIM schaffen. Fachplaner müssen sich mit BIM vertraut machen und ausführende Baufirmen die Vorteile von BIM für sich entdecken. Wie bei allen neuen Technologien gibt es auch bei BIM Enthusiasten auf der einen und Skeptiker auf der anderen Seite. Es gilt, Berührungsängste abzubauen und pragmatische Lösungen zu entwickeln. Das wiederum kann nur gelingen, wenn sich alle am Bau Beteiligten aktiv in den Prozess einbringen.
Literatur:
1 www.baulinks.de/webplugin/2017/0237.php4
2 Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation: Forschungsprojekt FUcON 4.0 – Parametrische Planung und digitale Fertigung. www.detail.de/fileadmin/uploads/BIM-Studie_CKH__150706.pdf
3 BauInfoConsult: Bauen 2027: Jeder Zweite erwartet BIM als Standardprozess am Bau, Februar 2017. www.bauinfoconsult.de/presse/pressemitteilungen/ 2017/bauen_2027_jeder_zweite_erwartet_bim_als_ standardprozess_am_bau/2635
4 zitiert nach: Mark Baldwin: BIM und Gebäudetechnik. In: HausTech 4/2016. www.haustech-magazin.ch/ artikel/bim-und-gebaeudetechnik/
5 Dipl. Ing. Uwe Wassermann: BIM – Die Digitalisierung der Großbauprojekte setzt sich durch. In: Ernst & Sohn Special 2014, BIM – Building Information Modeling, Seite 48-51.
6 zitiert nach: www.baulinks.de/bausoftware/2014/0024.php4
7 Quelle: AEC3 Deutschland GmbH. Zitiert nach: BIM-Leitfaden für Deutschland – Information und Ratgeber. Endbericht. www.bmvi.de/SharedDocs/DE/Anlage/Digitales/ bim-leitfaden-deu.pdf?_blob=publicationFile
8 Arch-Vision: The United Kingdom and the Netherlands are clearly at the forefront when it comes to Building Information Modeling in Europe (Press Release from 31-05-2016) www.arch-vision.eu/persberichten/Press_release_1_ European_Architectural_Barometer_Q4_2015.pdf
9 Fabian Kurmann: „... und in der Zwischenzeit werden wir von einer schnelleren ISO-Norm überrollt.“ Interview mit Prof. Dipl.-Ing. Rasso Steinmann. In: VDI Nachrichten vom 12. Juni 2015, Ausgabe 24
10 „Die Zukunft heißt Befähigen.“ Interview mit Dr. Volker Krieger. In: momentum vom 13. Mai 2016 www.momentum-magazin.de/de/category/kurzinterview/
11 Fabian Kurmann: „... und in der Zwischenzeit werden wir von einer schnelleren ISO-Norm überrollt.“ Interview mit Prof. Dipl.-Ing. Rasso Steinmann. In: VDI Nachrichten vom 12. Juni 2015, Ausgabe 24
12 Jakob Schoof: BIM in der Architektur: Verweigern oder durchstarten? In: Detail vom 09.12.2014 www.detail.de/artikel/bim-in-der-architektur-verweigern- oder-durchstarten-12977/
Donnerstag, 26.10.2017