Die Anwendung von BIM in den Leistungsphasen 1-7 nach HOAI. Praxis, Schwierigkeiten, Chancen und Neuerungen

Inhalt

1. Anwendung von BIM in den Leistungsphasen 1-7 nach HOAI
1.1 Etablierte Planungsverfahren der Praxis
1.1.1 Probleme der derzeitigen Praxis
1.1.2 Einfluss der Projektbeteiligten in die Leistungsphasen 1-
1.2 Schwierigkeiten der Einführung von BIM in die Praxis
1.2.1 Grundlegende Schwierigkeiten
1.2.2 Zusammenstellung der Hindernisse
1.3 Chancen durch BIM
1.3.1 Potentiale der Planung mit BIM
1.3.2 Zusätzlicher Nutzen von 3D-Modellen in der Praxis
1.4 Vergleich von 2D zu BIM (5D)
1.5 Einbindung vom BIM in die HOAI
1.5.1 Neuerungen der HOAI 2013 gegenüber der HOAI 2009 und die Vereinfachung der Leistungserbringung durch BIM
1.5.2 Nutzen von BIM in den Leistungsphasen der HOAI
1.5.3 Integration von BIM in die HOAI-Leistungsphasen

1. Anwendung von BIM in den Leistungsphasen 1-7 nach HOAI

Die vorliegende Arbeit bezieht sich auf die Verordnung über Honorare für Leistungen der Architekten und Ingenieure (HOAI) in der Fassung vom 11. August 2009. In Kapitel "1.5 Einbindung vom BIM in die HOAI" wird zudem auf die im August 2013 erschienene Novellierung der HOAI eingegangen. Vor allem stellt Punkt 1.5 die Vorteile dar, die sich durch BIM in Bezug auf die neue HOAI ergeben.

Insgesamt soll auf die Praxis, mögliche Schwierigkeiten, Chancen und Neuerungen der Anwendung von BIM in den Leistungsphasen 1-7 nach HOAI eingegangen werden.

1.1 Etablierte Planungsverfahren der Praxis

1.1.1 Probleme der derzeitigen Praxis

Informationsübergabe und -verluste

Die Planung sowie Ausführung eines Bauprojektes ist von unterschiedlichen Interessen der Beteiligten geprägt. Dabei werden meist Verantwortlichkeiten und Risiken während der einzelnen Projektphasen an andere Projektbeteiligte übertragen. Bei diesem Übergang, aber auch durch Übergabe der Planung des Architekten an den Fachplaner oder später dem Unternehmer, kann es zu Informations- und Ideenverlusten kommen. Gerade bei der Übergabe der Planung des Bauherrn, bzw. des von ihm beauftragten Architekten, an den Unternehmer in LPH 7, also der Vergabe, kann es leicht zu einem Informationsbruch kommen. Der Unternehmer, der in der Regel mit der Ausführungsplanung beauftragt wird, kann so seine eigenen fachlichen Kenntnisse in die Planung mit einbringen, beziehungsweise neue Planer mit der weiteren Beplanung des Bauwerks beauftragen. Die Übergabe der Planung erfolgt nicht selten in Papierform, was eine digitale Weiterverwendung der Architektenplanung unmöglich macht. Bei der digitalen Planübergabe können Fehler durch Kompatibilitätsprobleme zwischen den verschiedenen CAD-Programmen kommen, da noch kein einheitliches Austauschformat besteht.

Datenaufbereitung

Durch die oben beschriebenen Schnittstellen zwischen den einzelnen Planern oder zwischen Planer und Ausführenden entstehen, wie erwähnt, Informationsverluste. Gerade bei größeren Projekten mit langen Planungszeiträumen (z.B. bei Großprojekten im öffentlichen Bereich) kann es vorkommen, dass Planer nur für eine einzelne Leistungsphase beauftragt werden. Dadurch müssen Daten der vorangegangenen Planungsphasen übernommen werden. Oft sind nicht nur die Datenmenge, sondern auch die Qualität der Daten sehr kritisch zu betrachten. Beispielweise müssen Daten, welche in Papierform vorliegen, digitalisiert, Zeichnungen in das aktuelle Austauschformat umgewandelt und zudem überprüft werden. Diese Datenaufbereitung ist dadurch notwendig, da es zurzeit keine einheitlichen Standards zum Datenaustausch gibt. Der jeweilige Auftraggeber behält sich die eigenen Projektstrukturen, CAD-Standards sowie Regelungen zum Datenaustausch vor. Dies erfordert eine maximale Flexibilität auf Seiten der Planer.

Innovationsdefizit

Einige visionäre Unternehmen setzen bereits erfolgreich BIM in deren Objektplanung sowie Ausführung ein. Jedoch können diese Vorreiter sich noch nicht grundsätzlich durchsetzen, zumal es noch viele andere Projektbeteiligte gibt, wie Behörden, eine Reihe von Fachplanern sowie Sachverständige, die nicht mit BIM-Methoden arbeiten und somit das virtuelle Gebäudemodell wieder auf 2D herunter gebrochen werden muss. Dadurch können die hinterlegten Informationen nicht genutzt werden und müssen über Auswertungstools ausgelesen und in schlechtestenfalls Papierform angefügt werden. Der Gesetzgeber behält es sich ebenfalls vor, eine modellbasierte Planungsmethode zu fördern und bei seinen Ausschreibungen diese zu fordern. Beispiele aus dem Ausland belegen indes die Vorteile des Building Information Modeling auch im öffentlichen Bereich.

1.1.2 Einfluss der Projektbeteiligten in die Leistungsphasen 1-7

Jeder der Haupt-Projektbeteiligten der Planung sowie Ausführung hat spezifische Aufgaben in den Leistungsphasen der HOAI. Die nachfolgende Abbildung beschreibt die wesentlichen Leistungen der am Bau Beteiligten im Kontext der HOAI im Leistungsbild Gebäude und raumbildende Ausbauten.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 - Einfluss der Projektbeteiligten auf die Projektphasen^[1]

Die vorangegangene Abbildung zeigt, dass im Planungsprozess (LPH 1-7) als auch in der späteren Ausführung der Bauleistung (Leistungsphase 8 bzw. 9) bei bauherrnvertretenden Architekten alle Informationen zusammen laufen, bzw. die Erkenntnisse aus dem Planungsprozess von diesem weitergegeben werden. Dies erfordert eine Projektstruktur, die alle relevanten Daten bündelt und für alle anderen Akteure bereit stellt. Welche Prozesse hiervon mit Hilfe von BIM beeinflusst sowie verbessert werden können, wird in Kapitel 1.5.2 deutlich. BIM hat nicht nur in den Leistungsphasen 1-7 einen großen Nutzen, sondern auch in der Ausführungs- (LPH 8) und Betriebsphase (LPH 9). Auf die beiden letzteren Leistungsphasen wird in der vorliegenden Arbeit nur informativ eingegangen.

1.2 Schwierigkeiten der Einführung von BIM in die Praxis

1.2.1 Grundlegende Schwierigkeiten

Bauen ist Unikatfertigung

Wird der Vergleich zwischen stationärer und Bau-Industrie gezogen, ist festzustellen, dass jedes Bauwerk, selbst im Systembau (unterschiedliche örtliche Gegebenheiten), durch eine Unikatfertigung, also im Sprachgebrauch der Produktion einem Prototypenbau, hergestellt werden muss. Angefangen von der Geologie, über unterschiedlichste Zulieferer, angepasst auf den jeweiligen Ort der Baustelle bis hin zu ständig wechselnden Projektbeteiligten findet die Herstellung eines Bauwerkes stets unter verschiedenen Randbedingungen statt.^[2] Alle Abläufe die zum Bauen notwendig sind, müssen speziell auf die jeweilige Konstruktion angepasst werden. Zwar wird versucht durch "Just in time" - Lieferung von Baumaterialien oder der Verwendung von Fertigteilen und vielen wiederkehrenden Bauteilen einen gewissen Fertigungsfluss auf der Baustelle zu generieren, jedoch fehlen hierzu meistens die Planungswerkzeuge, um diesen Produktionsfluss schon in der Planung zu simulieren und dadurch schon einen effektiven Entwurf zu erhalten.

Kommunikation und Austausch von Informationen

Der Informationsaustausch und die Kommunikation zwischen den Projektbeteiligten entwickelte sich, ähnlich der stationären Industrie, in den letzten 3 Jahrzehnten zu einer schnellen und von Änderungen geprägten Form. Durch die Nutzung von E-Mail und Mobiltelefon, sowie Projektplattformen ist der Datenaustausch einfacher geworden. Mit Hilfe von BIM kann dieser Prozess noch weiter verbessert werden, da alle Informationen zum Bauwerk für die Beteiligten zugänglich sind. Durch die sogenannte "1. digitale Revolution"^[3] im Bauwesen wurde ab Mitte der 80er Jahre schrittweise die Kommunikation und der Datenaustausch zwischen den Projektbeteiligten verändert. Neue Methoden zum Erstellen von Plänen (CAD-Zeichnen), der Terminplanung (z.B. Microsoft Projekt) oder sonstigen digitalen Unterstützung des Arbeitsablaufes (Microsoft Word, Excel) wurden eingeführt. Ab ca. 2005 beginnt die "2. digitale Revolution"^[4] durch BIM. Dieser neue Prozess hat jedoch große Auswirkungen auf die bisherigen Soft- und Hardwarevoraussetzungen der Beteiligten. Bei Verwendung von Software verschiedener Hersteller gestaltet sich, wie auch bei Verwendung von Software eines Herstellers jedoch mit unterschiedlichen Programmversionen, der Datenaustausch sowie die Durchgängigkeit der Daten als schwierig. Deshalb wird über die openBIM Initiative versucht, das Austauschformat zwischen den verschiedenen Programmen zu vereinheitlichen.

Ungleiche Vorstellungen der Projektbeteiligten

Ein Bauwerk entsteht nicht nur durch reines Entwerfen, Konstruieren und Bauen. Es müssen zudem viele andere Themenfelder wie Recht, Finanzierung, Betrieb, Genehmigung und Verwertung in den Bauprozess eingebunden werden. Jeder Akteur seines jeweiligen Themenfeldes hat eine eigene Vorstellung und Sichtweise über sein Arbeitsfeld sowie der Erledigung seiner Aufgaben. BIM unterstützt den Prozess diese unterschiedlichen Beteiligten miteinander zu verbinden, vorausgesetzt die beteiligten Personen sind offen für eine neue Form der Projektdurchführung und fördern diese.

1.2.2 Zusammenstellung der Hindernisse

Die Hindernisse einer Einführung von BIM werden von (Naumann, 2011) nach 5 Hauptpunkten definiert. Nachfolgend sind die Klassifikation der Hürden, welche auch anders denkbar wären (z.B. getrennt zwischen Planung und Ausführung), sowie deren Diskussion dargestellt.

Organisatorische Hürden

- verschiedene Verträge zwischen den Projektbeteiligten bestimmen das Baugeschehen (VOB-Vertrag, BGB-Werkvertrag, Architektenvertrag)
- Bauwerke können unterschiedlich abgewickelt werden (EP-Vertrag, Pauschalvertrag, PPP, usw.)
- in der Regel unterschiedliche Projektbeteiligte in Planung und Ausführung; und dadurch auch verschiedene Geschäftsprozesse in den einzelnen Unternehmen
- das Preisrecht nach HOAI bestimmt die Abwicklung des Projektes nach den HOAI-Leistungsphasen
- Reduzierung von Gebäudemodell-Informationen für die Ausführenden auf der Baustelle (gewerbliche Arbeiter)
- Fortschreibung des Gebäudemodells über alle Projektphasen

Technische Hürden

- Soft- und Hardware der Beteiligten müssen aktuell und leistungsfähig sein
- großes Datenvolumen muss zentral verwaltet, gespeichert und gesichert werden
- zwischen verschiedenen Softwareprogrammen muss der verlustfreie Datenaustausch möglich sein
- eine zentrale, projektbezogene, virtuelle Arbeitsplattform muss geschaffen werden, worauf alle relevanten Informationen gespeichert und schnell zugeordnet sowie gefunden werden können
- Verwaltung der Zugriffsrechte und IT-Betreuung der Plattform

Preisliche Hürden

- Anschaffung der Hard- und Software
- laufende Kosten durch die Administration des zentralen Servers sowie der Zugriffsverwaltung
- Veränderung von Geschäftsprozessen und innerbetrieblicher Organisation
- Kosten für die Weiterbildung von Mitarbeitern

Nutzer- und Akzeptanzprobleme

- unterschiedliche Arbeitsweisen der Projektbeteiligten
- verschiedene Akzeptanz zur Einführung von neuen Hilfsmitteln/Werkzeugen
- lange Lernphasen für die Beherrschung der Software und Schwierigkeiten bei der erstmaligen Einführung von BIM
- Erhöhte Anforderungen an die Benutzer von BIM-Software und eingehende Vertiefung in die Programme

Juristische Hürden

- Vertragsgestaltung, vor allem im öffentlichen Bereich
- Rechtsverbindlichkeit der virtuell hinterlegten Informationen
- Sicherheit der Daten und Geschäftsgeheimnisse der Anwender
- Übernahme von Risiken^[5]

Die Schaffung der Akzeptanz bei den Projektbeteiligten für BIM wird als zentrales Element für eine zuverlässige und zielführende Anwendung von BIM gesehen. Vor allem wenn alle Beteiligten alleinig das Projekt im Fokus haben und nicht deren eigene Interessen beachten, kann eine neue Projektabwicklungsform eingeführt werden. Nur wenn der Nutzen für eine Einführung der modellbasierten Planung auf allen Ebenen der Projektorganisation gesehen wird, kann sich diese erfolgreich durchsetzen. BIM könnte auch ohne Beteiligung aller Akteure in einer kleineren Bürovariante Erfolg haben, entfaltet jedoch erst beim Bezug auf das gesamte Projekt alle Vorteile und Potentiale. Nachdem die Anwender überzeugt sind, ist es wichtig, die technischen Rahmenbedingungen zu schaffen, die beim derzeitigen Stand der Technik kein Problem darstellen. Preisliche Hürden sind vor allem für kleinere Fachplaner problematisch zu sehen, da diese nicht über das Projektvolumen verfügen, BIM kostenneutral einzuführen. Denkbar wäre hier ein Leasing der Hard- und Software, um hohe einmalige Einrichtungskosten zu vermeiden. Organisatorische Hürden wie die unterschiedlichen Abwicklungsformen (EP-, Pauschschal-Vertrag, PPP, usw.) haben geringen Einfluss darauf, ob BIM eingeführt werden kann. Es muss hingegen festgelegt werden, wie es eingeführt wird und welche Leistungen vom wem ausgeführt werden. Zudem ist die Einbindung in die HOAI teilweise möglich, worauf in Kapitel 1.5 nochmals eingegangen wird. Die juristischen Hürden können vorab in den Verträgen festgelegt werden. Beispiele gibt es hierzu genügend aus dem Ausland, wo die Projektdurchführung mit BIM seit Jahren etabliert ist.

1.3 Chancen durch BIM

1.3.1 Potentiale der Planung mit BIM

Das wesentlichste Potential der Planung mit BIM ist die Weiterverwendbarkeit der eingegebenen Daten mit Hilfe von verschiedenen Simulations- und Auswertungsverfahren. Die zurzeit übliche 2D-Gebäudeplanung mittels Plänen bedarf einer sehr aufwändigen Methode zur Datenauswertung. Beispielsweise muss im klassischen 2D-Planungsverfahren bei einer Änderung der Bauteilgeometrie die Mengenermittlung manuell aufwändig neu erstellt werden, was hingegen mit BIM automatisch erfolgt. Nachfolgend ist eine Zusammenstellung der wichtigsten Anwendungen im Building Innformation Modeling erläutert:

Kollisionsprüfung

Das Programm-Tool "Model Checker"^[6] kann das übergebene, virtuelle Planungsmodell überprüfen. Dabei wird beispielsweise das Modell an sich überprüft (keine doppelten Türen) oder es können auch Kollisionsprüfungen mit der bestehenden Bausubstanz, oder anderen Fachplanungen durchgeführt werden. Zudem ist eine Erweiterung für die Überprüfung auf bestimmte Regelungen oder Normen machbar (z.B. hinsichtlich Brandschutz).

Mengenermittlung

Gerade fehlerhafte Mengen in der Ausschreibung sind oft Gründe für Mehrkosten und Terminverzögerungen. Bei klassischen Planungsverfahren ist die Mengenermittlung sehr zeitaufwändig und fehleranfällig. Die einfache, schnelle und automatisch ablaufende Mengenermittlung ist zentrales Element des BIM. Durch die Eingabe von Daten bezüglich der einzelnen Bauteile, kann das Programm feststellen, welche Art von Bauteil hinterlegt ist und mittels des 3D-Gebäudemodells können die Ausmaße des Bauteils und somit dessen Mengen ermittelt werden. Es kann zudem automatisch eine Auswertung erstellt werden, vergleichbar mit dem händischen Aufmaß, um die berechneten Mengen nachvollziehen zu können. Somit ist bereits in der Planung eine große Mengentransparenz und -sicherheit gegeben. Die Ausführungsmengen "zählen zu den größten Projektrisiken"^[7], welche durch die automatische Mengenermittlung durch BIM-Software entscheidend verringert werden können. Dabei ist die Mengen- und Kostenermittlung nach den jeweiligen nationalen Standards (z.B. VOB) mit Programmen wie iTWO von RIB möglich. Auch ist eine gewerkeweise Auswertung der Mengen möglich, um beispielsweise Schalungsflächen zu ermitteln. In der späteren Ausführung entfällt dann die Erstellung des Aufmaßes zur Rechnungsstellung, da Modell- und Ausführungsmengen deckungsgleich sind.

Baukostenermittlung

Grundlage für die Berechnung der Baukosten ist eine genaue Ermittlung der auszuführenden Mengen. Diese werden dann mit Erfahrungswerten aus früheren Bauvorhaben oder mit Hilfe von Baukostenindizes berechnet. Die Detaillierung erfolgt je nach Planungsstufe. Mit BIM können bereits in frühen Phasen, nach Erstellung des virtuellen Gebäudemodells, präzise Aussagen über die zu erwartenden Baukosten getroffen werden. Damit ist eine "durchgängige Kostenverfolgung"^[8] und -kontrolle, wie in der neuen HOAI 2013 gefordert, möglich. Die Verknüpfung mit Kalkulationsdaten wird in der Praxis als 5D-BIM-Lösung bezeichnet.

Tragwerksplanung

Die Verknüpfung von Bauwerksgeometrie und Bauteildaten ermöglicht eine effektivere Tragwerksplanung. Die hinterlegten Daten können einfach eingelesen werden und auf deren Grundlage automatisiert Schal- und Bewehrungspläne erstellt werden. Die Erstellung von mehreren Varianten wird durch das 3D-Modell und die vereinfachte Datenübernahme positiv unterstützt.

Simulation des Bauablaufs

Die Verknüpfung des 3D-Gebäudemodells mit dem Terminplan ermöglicht die Simulation des Bauablaufs. Das Resultat ergibt ein 4D-Modell, womit der Bauablauf über alle Phasen im Vorfeld simuliert werden kann. Dies ermöglicht eine frühzeitige Erkennung von Problemen während der Ausführung und zudem eine wirkungsvolle Verbesserung der Abläufe in der Bauausführung. Schnittstellenprobleme können dadurch visualisiert und der Baufortschritt einfach überprüft werden.

Bauphysikalische Berechnungen

Die hinterlegten Informationen im virtuellen Gebäudemodell beziehen sich nicht nur auf das Gebäude an sich, sondern auch auf dessen Lage. Somit ist durch den Zusammenhang zwischen Geometrie-, Ausstattungs- und Lagedaten die Wärmebedarfsberechnung des Bauwerkes möglich. Die notwendigen Wärmedurchgangskoeffizienten sind in den Baumaterialdaten hinterlegt, wodurch sich automatisch der Wärmebedarf berechnen lässt.

Prozesse verändern

Der Erfolg von BIM ist demnach nicht nur abhängig von der Verwendung der Software, sondern auch von der Umgestaltung der bisherigen Trennung von Planung und Ausführung zu einem durchgängigen Prozess. Dabei stehen die verbesserte Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Planern, die Genehmigung des virtuellen Gebäudemodells durch die Baubehörde und die Datendurchgängigkeit von der Planung zur Ausführung des Bauwerks im Fokus, als auch die Verwendung des Building Information Models in der Gebäudebewirtschaftung. Die vorzunehmenden Änderungen im bisherigen Bauprozess können nur durch die Projektbeteiligten initiiert und angewendet werden, welche dadurch über den Erfolg des BIM entscheiden.^[9]

1.3.2 Zusätzlicher Nutzen von 3D-Modellen in der Praxis

Visualisierung

Die Visualisierung des Bauwerkes mit Hilfe von dreidimensionalen Ansichten wird schon seit längerem im Bauwesen angewendet. Gerade bei Architekturwettbewerben ist dies ein beliebtes Gestaltungsmittel, um dem Bauherrn einen guten Eindruck von den Abmessungen oder der Integrierung in die Umgebung zu vermitteln.

Jedoch ist dies nicht der einzige Vorteil von dreidimensionalen Visualisierungen. Wie schon im vorangegangenen Abschnitt erwähnt, ist es möglich das 3D-Gebäudemodell mit dem Bauzeitplan zu verknüpfen. Das so entstandene 4D-Modell schafft die Voraussetzung für eine Kollisionsprüfung der Ausführung schon in der Planungsphase. Dies ermöglicht eine durchgehende Bauphase, wobei Unterbrechungen vermieden werden können. Die Bauüberwachung wird durch die 4D-Planung ebenfalls sehr vereinfacht, was in diesem Abschnitt unter Soll-Ist-Vergleiche eingehend erläutert wird.

Zusätzlich ist die Visualisierung der Ergebnisse der Tragwerksplanung möglich. So können Schwachstellen aufgezeigt und verstärkt werden, oder aber auch überdimensionierte Bauteile reduziert werden. Ebenfalls ist die Darstellung von Emissionen wie die Lärm-, Wärme-, oder auch Lichtentwicklung möglich. In der Lichtplanung ist eine dreidimensionale Darstellung seit Jahren etabliert.

Zurzeit werden Systeme entwickelt, die dreidimensionale Objekte nicht nur auf 2D-Bilschirmen darstellen, sondern mit Hilfe von Brillen als 3D-Raum darstellen, der virtuell betreten werden kann (Virtual Reality). Die Visualisierung von 3D-Modellen auf 2D-Bildschirmen erfolgt durch eine perspektivische Verzerrung des Bildes, damit ein räumlicher Eindruck entsteht. Der virtuelle Raum hingegen basiert auf dem "Prinzip des stereoskopischen Sehens"^[10], also einer vorgetäuschten Realität, um die virtuell erzeugte Umgebung wirklichkeitsnah darzustellen. Die aufwändigen Datenbrillen können auch durch stereoskopische Projektionssysteme, vergleichbar mit dem 3D-Kino, ersetzt werden. So ist der Zugang auch für mehrere Benutzer gleichzeitig möglich.

Eine weitere Visualisierungsmöglichkeit wird mit dem Begriff Augmented Reality beschrieben. Dabei werden virtuelle Daten mit Hilfe einer Datenbrille oder mittels HeadUp-Displays in die reale Welt projiziert. So wird die Visualisierung der architektonischen Einbindung in die Umgebung oder auch die Darstellung von Innenausstattungsvarianten schon während der Rohbauphase möglich. Baumaschinenführer können durch die Einbindung von Plandaten in Displays unterirdische Leitungen besser erkennen oder Soll-Werte des Aushubs visualisiert bekommen.^[11]

[...]

^[1] eigene Darstellung in Anlehnung an (Kaminski, 2010) Seite 53

^[2] vgl. (Schach & Sperling, 2001) Seite 2-4

^[3] (Scherer, Schapke, & Tauscher, 2010) Seite 79

^[4] (Scherer, Schapke, & Tauscher, 2010) Seite 79

^[5] vgl. (Naumann, 2011) Seite 177-178 und (KIT, 2012) Seite 40-41

^[6] (Borrmann, Liebich, & Juli, 2011) Seite 37

^[7] (Popp, 2011) Seite 86

^[8] (BMWi, 2013) Seite 162

^[9] vgl. (Borrmann, Liebich, & Juli, 2011) Seite 37-38 und (KIT, 2012) Seite 41-42

^[10] (Wimmer & Reif, 2011) Seite 83

^[11] vgl. (Wimmer & Reif, 2011) Seite 82-85