Alle Fäden in der Hand

Neue Wege mit Building Information Modeling

Die Baubranche ist seit Jahren mit sich verändernden Rahmenbedingungen konfrontiert. Globalisierung und die Liberalisierung nationaler und internationaler Märkte setzen alle Beteiligten unter Druck. Bei gleich hoher Qualität müssen Bauprojekte immer schneller und kostengünstiger realisiert werden. Eine Herausforderung, die sich nur mit erheb­lichen Effizienzsteigerungen meistern lässt. Doch häufig läuft der Bau eines Gebäudes folgendermaßen ab: Der Architekt entwirft das Gebäude, erstellt die Unterlagen für die Baugenehmigung und führt dann die Werkplanung aus. Losgelöst davon werden Statik, Tragwerk und Haustechnik von Fachplanern projektiert und die hierdurch entstandenen Änderungen wieder in die Ausführungspläne integriert. Diese Vorgehensweise ist nicht nur zeitintensiv, es können auch leicht Planungsfehler entstehen: Grundrisse passen nicht mit Fassadenplänen zusammen oder die Leitungs­planung des Haustechnikers kollidiert mit der Gebäudekonstruktion. Sichtbar werden diese Fehler oft erst auf der Baustelle. Insbesondere bei großen, komplexen Projekten ist es bei herkömmlicher Planung eine Herausforderung, den Gesamtüberblick über die Vielzahl an Einzelinformationen zu behalten. Planungsfehler, Terminverschiebungen und Kostenberichtigung nach oben sind deshalb an der Tagesordnung.

Building Information Modeling

Die Lösung für diese Herausforderungen heißt Building Information Modeling, kurz BIM. Der Begriff wurde von Autodesk schon vor Jahren geprägt und bezeichnet ein Konzept der digitalen Planung, bei dem alle Vorgänge rund um den Lebenszyklus eines Gebäudes miteinander in Verbindung stehen. Kern des Ganzen bildet ein virtuelles, digitales Abbild des geplanten Gebäudes am Computer, das als zentrale Drehscheibe allen Beteiligten die notwendigen Projektdaten zur Verfügung stellt. Es entsteht ein „digitales Gebäude“ als 3D-Modell.

Sämtliche Informationen sind dabei in einer einzigen Datenbank abgelegt, werden koordiniert und automatisch aktualisiert. Es entsteht ein vollständiges Datenmodell, aus dem konsistente und aktuelle Informationen auf Knopfdruck abrufbar sind: alle Pläne wie Grundrisse, Ansichten oder Schnitte, aber auch Sachdaten wie Mengen, Fristen und Kosten sowie physikalische Werte, Lichtanalysen oder energetische Berechnungen.

Möglich wird dies durch die intelligenten, parametrischen Objekte, aus denen sich das Gebäudedatenmodell zusammensetzt. Dabei handelt es sich um Elemente, die realen Bauteilen wie Türen, Decken, Dächern und Fenstern entsprechen und ebenso wie diese eine Vielzahl von Eigenschaften kennen. Beispiele sind geometrische Merkmale wie Länge, Breite und Höhe sowie Attribute wie Mate­rial, Fabrikat oder physikalisches Verhalten.

Das magische Dreieck

Die Vorteile von Building Information Modeling werden bezüglich Zeit, Geld und Quali­-tät besonders deutlich. Mit BIM sinkt das wirtschaftliche Risiko in allen Bereichen, das Bauen wird zu einem besser kalkulierbaren Prozess. Insbesondere bei regional verteilt arbeitenden Projektbeteiligten spielt BIM eine bedeutende Rolle, denn fehlerhafte Absprachen und Planungsirrtümer kosten Zeit und Geld. In einer aktuellen Studie von BauInfo Consult (Jahresanalyse 2012/2013) schätzen die befragten Architek­ten den Anteil der im letzten Jahr ent­stan­den Fehlerkosten am gesamten Branchenumsatz auf rund 17 %. Bezogen auf den statistisch erfassten baugewerblichen Gesamtumsatz 2011 entspräche das allein einer Summe von fast 21 Mrd. €. Die Ursachen der hohen Fehlerkosten sind mangelnder Kommunikation zuzuschreiben. Um dem entgegenzuwirken, bedarf es einer ganzheitlichen Planung, bei der alle Projektbeteiligten mit denselben, immer aktuellen Planungsinformationen arbeiten.

Qualitätsnachweis vor Baubeginn

Mit BIM werden Projektkoordination und -kommunikation erheblich vereinfacht und gestrafft. Durch das digitale Gebäude sieht jeder am konkreten 3D-Modell, worum es geht und kann fundierte Entscheidungen treffen. Dies gilt auch für komplexe Vorgänge wie Bauablauf, Montage und Fertigung, denn auch diese Aspekte bildet das BIM-Modell ab. Schließlich entsteht mit BIM schon am Rechner das fertige Gebäude. Weil alle Baubeteiligten auf dasselbe Gebäudedatenmodell zugreifen und es im Laufe des Projekts stetig erweitern, kann der Planungs- und Bauprozess simultan ablaufen. Tragwerksplaner, Haustechniker, Statiker und Bauphysiker entnehmen die für ihren Part erforderlichen Daten, bearbeiten sie weiter und ergänzen das Datenmodell um neue Angaben. Ohne Informationsverlust baut die eine Disziplin auf der anderen auf, Prozesse greifen ineinander bis das Gebäude fertig ist. Planungsschritte, die in einer 2D-Planung getrennt voneinander erfolgen, sind durch die BIM-Methode eng miteinander verzahnt. So lassen sich Prozesse vorab simulieren und aufeinander abstimmen, Fehler frühzeitig aufdecken sowie Kosten und Termine gezielt steuern und überwachen – vom Entwurf über die Ausführungs-, Tragwerks- und TGA‑Planung bis hin zur Fertigung, Vermarktung und Gebäudever­waltung.

Kosten und Termine jederzeit im Blick

Auftraggeber verlangen hochwertige Bauten, die termin- und kostengerecht erstellt werden. BIM hilft dabei, diese Anforderungen zu erfüllen. Die neue Planungsmethode stellt eine integrierte Basis zur Verfügung, mit welcher der Überblick über Mengen, Kosten und Termine behalten wird. Liefertermine und Einbauzeiten sind fest mit einzelnen Bauteilen verbunden und ermöglichen damit die Wiedergabe von Bauzeiten und Terminen. Änderungen von Baustruktur oder Material wirken sich dabei sofort auf die Terminplanung aus. Gleiches gilt für Mengen und Kosten. Denn das Mengengerüst für die Kostenplanung ist in BIM-Systemen bereits vorhanden und wird automatisch mitgeführt. Daraus entsteht in Kombination mit den individuellen Preisen der Einzelobjekte eine transparente und nachvoll­ziehbare Dokumentation aller finanziellen Pro­jektaspekte. Dadurch sieht der Planer zu jedem Zeitpunkt, wie teuer das Bauwerk wird.

Die Zeitersparnis ist durch die BIM-Methode enorm, denn die Planungszeit kann signifikant reduziert werden: Die Information fließt konsistenter, Projektbeteiligte können sich besser miteinander austauschen und effizienter miteinander kommunizieren. Zeitverlust durch Konvertierungen von unterschiedlichen Dateiformaten gibt es nicht, denn alle Teammitglieder sprechen mit ihrer Software dieselbe Sprache.

BIM ist eine Grundsatzentscheidung

BIM bietet sich für jede Projektgröße an – vom Einfamilienhaus bis zum Großprojekt. Building Information Modeling ist eine Methode und keine Software. Die Einführung, Umsetzung und Förderung von BIM ist daher keine IT-, sondern eine Managementaufgabe und eine Grundsatzentscheidung mit weitreichenden Folgen für eine bestimmte Planungs­methode. So ist die tatsächliche Bereitschaft, sich auf die neue Planungsart einzulassen, die wichtigste Voraussetzung für die Umstellung. Der höchste Effekt der digitalen Planungsmethode wird im nächsten Schritt erreicht: Wenn alle Planungsbeteiligten wie Statiker, Gebäudetechniker und Bauunternehmen mit BIM arbeiten, können die Vorteile der Methode aus­geschöpft werden.

Für eine BIM-Praxis, die nicht nur die Baudurchführung im Fokus hat, sondern auf den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes abzielt, muss der Einsatz der BIM-Methode bereits bei der grundlegenden Planung berücksichtigt werden. Im Drei-Mann-Architektur- oder Planungs-Büro wird zu Beginn ein Standard festgelegt, damit alle dieselbe Sprache sprechen. In Großprojekten werden inzwischen BIM-Manager eingesetzt. Deren Aufgabe umfasst insbesondere die Abstimmung, Koordination, Sicherstellung und Pflege der gemeinsamen Gebäudeinformationen unter allen Fachplanern. Der BIM-Manager bestimmt, wer welche Rechte hat und welche Teams zu welchem Teilbereich, also etwa Innenausbau, Außenfassade, Tragwerk oder Installation, beitragen. Je mehr Personen an einem Projekt beteiligt sind, desto wichtiger ist ein BIM-Manager.

Veränderung der Arbeitsweise

Mit BIM ändert sich die Arbeitsweise von Architekten und planenden Ingenieuren erheblich, da der Bearbeitungsaufwand im Vergleich zur zweidimensionalen, zeichnungs­orientierten Arbeitsweise vorverlegt wird. Ein wesentlicher Teil des Gesamtaufwands steckt mit BIM in der Erstellung des präzisen virtuellen Gebäudemodells. Denn aus dem 3D-Modell sollen bereits in sehr frühen Leistungsphasen – in der Regel schon in der Entwurfsplanung – detaillierte Informationen ausgelesen werden können, um die erforderlichen Auswertungen und Berechnungen durchzuführen. Diese Notwendigkeit zwingt den Anwender in der Praxis dazu, früh systematische Entscheidungen zu treffen, die in der zeichnungsorientierten Arbeitsweise häufig erst später getroffen werden. Die sorgfältige Vorbereitung des Modells zahlt sich in späteren Leistungsphasen aus und reduziert letztlich den Gesamtaufwand.

Die Honorarordnungen sehen in Deutschland keine Bezahlung von BIM-Planungen vor, sodass viele damit zögern, die Methode anzuwenden. Doch die Vorteile von BIM machen den eigenen Einsatz wett, nicht nur, was Qualität, Kosten und Zeit anbelangt. Auch das Verhältnis zum Bauherren wird von der Methode positiv beeinflusst: Jede Frage des Bauherren kann in jeder Planungsphase beantwortet werden – wie groß die Räume werden, wie die Belichtung der Räume stattfindet etc. Wünscht sich der Bauherr in der Besprechung, dass eine Wand oder ein Fenster versetzt, vergrößert oder verkleinert werden soll, kann in wenigen Minuten eine Visualisierung mit den Änderungen erstellt werden. Letztendlich steigert BIM die Effizienz in allen Bereichen und sorgt für Zufriedenheit bei allen Beteiligten. Einfacher als in einem 2D-Plan erlaubt ein 3D-Modell, Ansichten und Schnitte zu erstellen, die erheblich zu einer besseren Planungsentscheidun­gen beitragen.

Ökologisch Planen

Ein immer wichtiger werdender Aspekt bei der Gebäudeplanung ist das Thema Nachhaltigkeit. Bau­werke verbrauchen Rohstoffe und Energie und tragen außerdem maßgeblich zum CO₂-Ausstoß bei: Rund ein Drittel des Primärenergieverbrauchs in Deutschland entfällt auf die Nutzung von Gebäuden. Auftraggeber fordern daher Bauten, die nicht nur gestalterisch anspruchsvoll, sondern auch nachhaltig sind. Notwendig ist eine ganzheitliche Projektbearbeitung, die alle maßgeblichen Faktoren wie Energie- und Wasserverbrauch sowie CO₂-Ausstoß mit einbezieht. Und zwar nicht am Ende der Planung, sondern gleich zu Beginn, wenn es um die Formfindung selbst geht. Denn im Vorentwurf und Entwurf fällt der Architekt die wesentlichen Entscheidun­gen, die am Ende für die ökologische bzw. ökonomische Bilanz eines Gebäudes ausschlaggebend sind. Mit BIM haben Architek­ten ein Planungswerkzeug, das ihnen von Beginn an durch Simulationen und Analysen fundierte Entscheidungsgrundlagen liefert. So werden z.B. die klimatischen und topologischen Gegebenheiten schon in den Entwurf miteinbezogen. Bereits am Massenmodell lassen sich etwa standortspezifische Faktoren wie Beschattung und Besonnung, Thermik und Belüftung simulieren. In einem Wechselspiel zwischen Entwurf und Analyse und durch den Vergleich verschiedener Varianten kann der Architekt so ein Entwurfskonzept finden, das dem Standort und den ökologischen Anforderungen auf optimale Weise Rechnung trägt.

Bauen in der Wolke

Vergangenes Jahr machte das Marktforschungs­institut Gartner „Cloud Computing“ als einen der zehn strategischen Trends für 2012 aus. Die Cloud-Technologie betrifft auch Architek­ten und Ingenieure, denn das Potential von BIM kann nur vollständig ausschöpfen, wer über eine große Rechnerkapazität verfügt: Nur mit entsprechend leistungs­starken Computern können z.B. hochwertige Renderings schnell erstellt werden. Hochwertige Renderings, aber auch aussagekräftige Varianten im Rahmen des Budgets zu realisieren, ist bei Bauherren gefragt. Schlussendlich bekommt der Bauherr durch detaillierte und variantenreiche Renderings einen genauen Eindruck vom geplanten Gebäude. Um diese zu rechnen, braucht es Zeit und einen leistungsstarken Computer. Es bedeutet auch, dass der Rechner während des Renderings für andere Aufgaben nicht genutzt werden kann. Selbst moderne Computer sind damit so stark gefordert, dass für andere Aufgaben kaum noch Kapazitäten bleiben. Hier kommt die Cloud ins Spiel. Der Planer lagert die rechenintensive Aufgabe in die Cloud aus und nutzt dabei die nahezu unbegrenzte Rechenkapazität der virtuellen Wolke. Damit bekommt er seine Bilder nach wenigen Minu­ten statt nach Stunden oder Tagen und kann seinen Rechner währenddessen ohne Einschränkungen weiter nutzen.

Eine weitere Voraussetzung für die Nutzung der BIM-Möglichkeiten ist die Vorgabe, dass überall und zu jeder Zeit ein Zugang zu den aktuellsten Planungsdaten gewährleistet sein muss. Viele Büros arbeiten auf interna­tionaler Ebene, die Planung ist also nicht nur ein funktional, sondern auch ein regional verteilter Prozess. Der gegenseitige Austausch von Planungsdaten spielt seit jeher eine zentrale Rolle. Problem ist aber: Ist der Plan gedruckt, ist er oft schon nicht mehr aktuell. Die Cloud optimiert diesen Austausch von Planungsdaten, denn durch sie können Architekten tatsächlich jederzeit auf die aktuelle Datei zugreifen und diese mit anderen teilen – mit einem anderen Planungsbüro, in Besprechungen oder direkt auf der Baustelle. Studien gehen davon aus, dass die Cloud die Welt der Computernutzung mehr revolutionieren wird als die Einführung des PC.

Unterm Strich die beste Lösung

In Deutschland steckt Building Information Modeling noch in den Kinderschuhen. Zwar fordern bereits Großunternehmen, wie z.B. Automobilkonzerne, von den beauftragten Architekten und Ingenieuren die Abgabe von 3D-Gebäudemodellen. Doch vielen privaten und öffentlichen Auftraggebern ist noch nicht bewusst, dass der Bauherr letztlich der entscheidende Nutznießer von BIM ist. Im Ausland ist die Situation anders: Bei vielen Auftraggebern in Europa oder weltweit ist der Einsatz von BIM bei Bauvorhaben bereits verbindlich vorgeschrieben, man spricht von sogenannten BIM Mandates. Damit soll eine zuverlässige und effiziente Planung sichergestellt werden.

Innovation ist eine der wichtigsten Trieb­federn für langfristigen Erfolg. Vor 25 Jahren hat Computer Aided Design, die rechnergestützte Planung oder kurz CAD, die Planung von Bauten verändert: Zeichnungen werden seitdem mit der Maus und nicht mehr mit dem Tuschestift erzeugt. Mit Building Information Modeling verfügt die Bauwirtschaft über ein neues Konzept, mit dem weltweit der Bauprozess verbessert werden kann. Moderne Herausforderungen, wie Zeit- und Kostenmanagement, Teamarbeit und Projektsteuerung oder außergewöhnliche und nachhaltige Architektur, werden mit BIM bewältigt. Mit Building Information Modeling, Nachhaltigkeit und Cloud-Möglichkeiten schaffen sich Architekten den Freiraum, sich mehr auf das Planen als auf das Zeichnen zu konzentrieren.