Datenimport, Massenermittlung und Teilkalkulation aus einem 3D-Modell in ArchiCAD mithilfe des AVA-Programms RIB iTWO

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

Zusammenfassung

Abstract

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einführung
1.1 Motivation
1.2 Ziel der Arbeit
1.3 Vorgehensweise
1.4 Firmenvorstellung
1.5 Projektvorstellung

2 BIM
2.1 Begriffsdefinition und wichtige Vorteile von BIM
2.2 Innovation durch Building Information Modeling
2.3 Arten der Umsetzung
2.4 Aktueller Stand in Deutschland/International
2.4.1 Stand in Deutschland
2.4.2 Stand International

3 Interoperabilität
3.1 Industry Foundation Classes (IFC)
3.2 Construction Process Integration (CPI)

4 Datenaufbereitung in ArchiCAD anhand des Projekts
4.1 Klassifizierung der Bauteile
4.2 Datenexport
4.2.1 RIB iTWO Plug-In
4.2.2 IFC Ablage

5 Datenverarbeitung in RIB iTWO
5.1 BIM Qualifier
5.1.1 Import
5.1.2 Datenqualifizierung
5.1.3 Export
5.2 Ausstattung
5.2.1 Modell Check
5.2.2 Leistungsverzeichnis und Quantity Takeoff
5.2.3 Zuordnung/ Bemusterung
5.2.4 Mengen und LV Aktualisierung
5.3 Modelländerungen

6 Kalkulation in RIB iTWO
6.1 Leistungsumfang der Angebotskalkulation
6.2 Hauptarbeitsschritte bei der Angebotskalkulation
6.3 Voraussetzung für die Kalkulation
6.4 Das Leistungsverzeichnis in der Kalkulation
6.5 Kataloge als Grundlage der Kalkulation in RIB iTWO
6.5.1 Zusammenhang Kataloge und Kalkulation
6.5.2 Beschreibung der Kataloge
6.6 Kalkulationsmethoden
6.6.1 Detaillierte Einzelkalkulation
6.6.2 Spaltenkalkulation
6.7 Standardfunktionen in der Kalkulation
6.8 Grundfunktionen in der Kalkulationstabelle
6.9 Die Kalkulation
6.9.1 Erstellung der Kataloge für die spätere Kalkulation
6.9.2 Kalkulation des Rohbaus

7 Problematik in der Datenübertragung
7.1 Datenaustausch
7.2 Erstelltes Objekt/ Objektgruppe in ArchiCAD
7.3 Mehrschichtige Bauteile
7.4 Detaillierungsgrad

8 Fazit

Eidesstattliche Versicherung

Vorwort

Das Verfassen der Bachelorarbeit stellte für uns eine große Herausforderung dar, und war, vor allem deshalb möglich, weil uns viele kompetente Kräfte unterstützten. Ganz besonders möchten wir uns bei Herrn Prof. Dipl.-Ing. Bernhard Denk bedanken, der uns stets unterstützt und motiviert hat. Zudem gilt unser Dank der Firma ‚Köhler Architekten + Beratende Ingenieure GmbH‘, die durch ihre tatkräftige Betreuung unsere Arbeit ermöglicht hat. An dieser Stelle möchte ich auch Herrn Dipl.-Ing. Christian Merk sowie Herrn Dipl.-Ing. Philipp von Funcke namentlich hervorheben, ohne deren kompetente und richtungsweisende Führung eine solche Arbeit nicht zustande gekommen wäre.

Unser Dank gilt nicht nur den bereits erwähnten Personen, sondern auch der Firma RIB und der Firma ArchiCAD, ohne deren Bereitstellung der notwendigen Software die Bachelorarbeit unmöglich gewesen wäre. Zu guter Letzt sollen auch die Personen Erwähnung finden, die sich in zahlreihen Stunden dem Korrekturlesen hingegeben haben.

Zusammenfassung

Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist die Massenermittlung und eine anschließende Kalkulation eines Gebäudemodells in ArchiCAD mithilfe des AVA-Programms RIB iTWO. Das Modell wurde vom Büro ‚Köhler Architekten + Beratende Ingenieure GmbH‘ modelliert und für diese Arbeit zur Verfügung gestellt. Der Lösungsansatz besteht dabei aus einem Datenimport und der Datenverarbeitung von ArchiCAD in iTWO und aus einer auf einem 3D-Modell basierenden Kalkulation. Diese Arbeitsweise orientiert sich am BIM Prozess, zeigt inwieweit eine Interoperabilität der zwei oben genannten Programme möglich ist und welche Problematik damit einhergeht.

Zu Beginn werden einige allgemeine Informationen über das BIM aufgelistet. Dabei wird unter anderem der Begriff ‚BIM‘ erklärt und erläutert welche Datenformate bei dieser Methode verwendet werden. Im Anschluss daran wird aufgezeigt, wie die Daten in ArchiCAD aufbereitet werden um einen qualitätsgesicherten Export in iTWO gewährleisten zu können. Anschließend wird die Arbeitsweise mit RIB iTWO vom Datenimport, über die Datenaufbereitung, bis zur dreidimensionalen Mengenberechnung und Kalkulation erklärt. Am Ende der Arbeit wird auf im Verlauf aufgetretene Probleme eingegangen und ein abschließendes Fazit wird gezogen.

Abstract

The objective of the present bachelor thesis is the quantity survey and a subsequently calculation of a building model in ArchiCAD by the AVA program RIB iTWO. The used building model was provided and made by the company ‘Köhler Architekten + Beratende Ingenieure GmbH’. The solution approach contents a data import and a data processing from ArchiCAD to iTWO and a calculation which is based on a three-dimensional building model. This working method relates to the BIM process, points out to what extent an interoperability of the two mentioned programs is possible and shows what kind of problems might appear. At first there will be given some general information about the BIM. Therefore, the term BIM will be explained and it will be described what kind of data formats are used by the method. The following pages show how the data in ArchiCAD are edited in order to guarantee a quality assured export in iTWO. Afterwards the working method of RIB iTWO will be explained regarding to the data import, the data preparation, the three-dimensional quantity survey and the calculation. At the end of the bachelor thesis arisen problems will be discussed and a final conclusion will be drawn.

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Building Information Modeling über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerkes

Abbildung 2: BIM in der Planung ergibt eine Aufwandsverlagerung

Abbildung 3: Informationsverlust durch Brüche im Informationsfluss

Abbildung 4: „Die Breite des BIM-Einsatzes unterschiedet „little bim“ von „BIG BIM“. Je nachdem, ob herstellerneutrale Datenaustauschformate zum Einsatz kommen, spricht man von „Closed BIM“ oder „Open BIM““

Abbildung 5: Die vier verschiedenen Reifegradstufen von BIM

Abbildung 6: Aufgabenverteilung zwischen BIM-Manager und BIM-Koordinatoren .

Abbildung 7: Bauteilliste ArchiCAD

Abbildung 8: CPI-Export ArchiCAD

Abbildung 9: IFC-Übersetzer ArchiCAD

Abbildung 10: Importleiste iTWO

Abbildung 11: 1.Qualitätsniveau iTWO

Abbildung 12: Modellübersicht iTWO

Abbildung 13: Struktur CPI Analyser

Abbildung 14: Fehlerhafte Wände CPI Analyser

Abbildung 15: Öffnungen iTWO

Abbildung 16: gelöschte Öffnungen iTWO

Abbildung 17: Raumkorrektur iTWO

Abbildung 18: Schnittprüfung iTWO

Abbildung 19: 2. Qualitätsniveau iTWO

Abbildung 20: Prinzip Ausstattung iTWO

Abbildung 21: LV als Ausstattungsdokument iTWO

Abbildung 22: QTO Abdichtung iTWO

Abbildung 23: QTO Wärmedämmung iTWO

Abbildung 24: QTO Sauberkeitsschicht und Fundamente iTWO

Abbildung 25: QTO Bodenplatten iTWO

Abbildung 26: QTO Wände 1 iTWO

Abbildung 27: QTO Wände 2 iTWO

Abbildung 28: QTO Stützen iTWO

Abbildung 29: QTO Decken iTWO

Abbildung 30: QTO Unter-/Überzüge iTWO

Abbildung 31: QTO Fertigteile, Lichtschächte iTWO

Abbildung 32: QTO Bewehrung iTWO

Abbildung 33: QTO Öffnungen und Aussparrungen iTWO

Abbildung 34: QTO Mauerwerksarbeiten iTWO

Abbildung 35: Zuordnung ungefiltert iTWO

Abbildung 36: Zuordnung gefiltert nach Bauteiltyp iTWO

Abbildung 37: Zuordnung gefiltert nach Bauteiltyp, Materialname iTWO

Abbildung 38: Zuordnung gefiltert nach Bauteiltyp, Materialname und IFC-Name iTWO

Abbildung 39: Bemusterung löschen iTWO

Abbildung 40: Darstellung der Instanzen iTWO

Abbildung 41: Modelländerung iTWO

Abbildung 42: Strukturdarstellung der Angebotskalkulation

Abbildung 43: Startbildschirm bei RIB iTWO

Abbildung 44: Erstellen eines neuen Projektes

Abbildung 45: Neues Projekt anlegen

Abbildung 46: Leistungsverzeichnis erstellen

Abbildung 47: Leistungsverzeichnis importieren

Abbildung 48: Strukturdarstellung Kalkulation und Kataloge

Abbildung 49: Registerkarte ‚Zuschläge/Nebenkosten‘ im Tarifgruppen-Katalog

Abbildung 50: Registerkarte ‚Grunddaten‘ im Mittellohn-Katalog

Abbildung 51: Registerkarte ‚Mittlerer Gesamttariflohn‘ im Mittellohn-Katalog

Abbildung 52: Registerkarte ‚Mittellohn A(P)‘ im Mittellohn-Katalog

Abbildung 53: Registerkarte ‚Mittellohn A(P)SL‘ im Mittellohn-Katalog

Abbildung 54: Das Fenster ‚Kostenarten‘ mit zugeordnetem Mittellohn 1

Abbildung 55: Das Fenster ‚Artikel‘

Abbildung 56: Rohbau-LV

Abbildung 57: Grundstruktur ‚Kostenarten‘ Rohbau

Abbildung 58: Kostenart ‚Lohn‘ Rohbau

Abbildung 59: Kostenart ‚Produktivlöhne/Beton- und Stahlbetonarbeiten‘ Rohbau

Abbildung 60: Produktivlöhne ‚Stützen‘ Rohbau

Abbildung 61: Kostenart ‚Stoffe‘ Rohbau

Abbildung 62: Kostenart ‚Stoffe/Stahlbetonbau‘ Rohbau

Abbildung 63: Kostenart ‚Verbrauchsgüter/Schalung‘ Rohbau

Abbildung 64: Kostenart ‚Verbrauchsgüter/Schalung; Schalung‘ Rohbau

Abbildung 65: Kostenart ‚Geräte/Beton- und Stahlbetonarbeiten‘ Rohbau

Abbildung 66: Katalog ‚Geräte/Eigenschaften‘ Rohbau

Abbildung 67: Kostenart ‚Ausstattung‘ Rohbau

Abbildung 68: Kostenart ‚Ausstattung/Baustelleneinrichtung‘ Rohbau

Abbildung 69: Katalog ‚Tarifgruppen' Rohbau

Abbildung 70: Katalog ‚Mittellöhne‘ Rohbau

Abbildung 71: ‚Mittellohn / Grunddaten‘ Rohbau

Abbildung 72: ‚Mittellohn/Mittlerer Gesamttariflohn‘ Rohbau

Abbildung 73: ‚Mittellohn/Mittellohn A(P)‘ Rohbau

Abbildung 74: ‚Mittellohn/Mittellohn A(P)SL‘ Rohbau

Abbildung 75: ‚Kostenarten/Mittellöhne‘ Rohbau

Abbildung 76: Grundstruktur ‚Artikel‘ Rohbau

Abbildung 77: Katalog ‚Artikel‘ Untergruppen; Rohbau

Abbildung 78: ‚Artikel/Grunddaten‘ Rohbau

Abbildung 79: ‚Kostenarten/Artikel‘ Rohbau

Abbildung 80: Grundstruktur ‚Kalkulation mit Visualisierung‘

Abbildung 81: Kalkulationstabelle Rohbau

Abbildung 82: Zeilenart-Kennzeichen in der Spalte ‚K‘

Abbildung 83: Befehlsfenster bei der Kalkulation durch Drücken der Taste ‚F3‘ in der Spalte ‚Schlüssel‘-Kostenarten-Rohbau

Abbildung 84: Abgeschlossene Kalkulationstabelle Rohbau

Abbildung 85: Kalkulation ‚Baustelleneinrichtung‘ Rohbau

Abbildung 86: Baustellenausstattung und Geräte einrichten, Einzelkalkulationstabelle Rohbau

Abbildung 87: Kataloge für Kalkulationstabelle ‚Baustelleneinrichtung‘ durch Befehlstaste ‚F3‘ in Spalten

Abbildung 88: Kalkulation ‚Erdarbeiten‘ Rohbau

Abbildung 89: Erdaushub zur Bodenverbesserung, Einzelkalkulation Rohbau

Abbildung 90: Kataloge für Kalkulationstabelle ‚Erdarbeiten‘ durch Befehlstaste ‚F3‘ in Spalten

Abbildung 91: Kalkulation ‚Abdichtungs- und Dämmarbeiten‘ Rohbau

Abbildung 92: Schutzfolie und Trennlage, Einzelkalkulationstabelle Rohbau

Abbildung 93: Kataloge für Kalkulationstabelle ‚Schutzfolie und Trennlage‘ durch Befehlstaste ‚F3‘ in Spalten

Abbildung 94: Objekt-Visualisierung, Schutzfolie und Trennlage, Rohbau

Abbildung 95:Kalkulation „Beton- und Stahlbetonarbeiten" Rohbau

Abbildung 96: Ortbeton Außenwand Stahlbeton C25/30, Einzelkalkulationstabelle Rohbau

Abbildung 97: Kataloge für Kalkulationstabelle ‚Ortbeton Außenwand Stahlbeton C25/30‘ durch Befehlstaste ‚F3‘ in Spalten

Abbildung 98: Objekt-Visualisierung, Ortbeton Außenwand Stahlbeton C25/30, d=25cm, geschalt, Rohbau

Abbildung 99: Mauerwerk Außenwand HLzA, Einzelkalkulationstabelle Rohbau

Abbildung 100: Kataloge für Kalkulationstabelle ‚Mauerwerk Außenwand HLzA‚ durch Befehlstaste ‚F3‘ in Spalten

Abbildung 101: Objekt - Visualisierung, Mauerwerk Außenwand HLzA, Rohbau

Abbildung 102: Polier/-in Stundenlohnarbeiten, Einzelkalkulationstabelle Rohbau ...123 Abbildung 103: Katalog für Kalkulationstabelle ‚Polier/-in Stundenlohnarbeiten‘ durch Befehlstaste ‚F3‘ in Spalten

Abbildung 104: Kostenart ‚Polier /-in Stundenlohnarbeit‘ mit Verrechnungssatz

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Elementklassifizierung

Tabelle 2: StLB-Nummer mit Beschreibung

Tabelle 3: Mengenvergleich

Literaturverzeichnis

Beetz, Borrmann, Koch, König: Building Information Modeling, Technologische

Grundlagen und industrielle Praxis; Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, Wiesbaden, 2015

http://www.rak-architekten.de, Stand: Januar 2017

http://www.rib-software.com/de/loesungen/architektur-und-bauplanung/itwo- 5d/3d-modellintegration-3d-cad-plugins.html, Stand: Dezember 2016

iTWO: RIB Software AG, Stuttgart-Möhringen, 2016

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einführung

Die einleitenden Kapitel sollen einen Einblick in unseren Themenkomplex geben und unsere Motivation dafür sowie die Zielsetzung unserer Bachelorarbeit beleuchten.

1.1 Motivation

Das Thema ‚Building Information Modeling (BIM)‘ hat uns von Anfang an aufgrund seiner Vielschichtigkeit und seiner innovativen Arbeitsweise nicht nur motiviert, sondern auch fasziniert.

Die Erfahrungen mit Building Information Modeling zeigen, wie stark die Entwicklung in den letzten Jahren vorangeschritten ist, jedoch stehen viele Firmen noch vor dem Problem, dass bei Änderung der Baupläne jene Neuerungen nicht schnell genug bei ihnen vorliegen. Diesen Prozess der Datenübertragung zu beschleunigen, stellte für uns einen großen Anreiz dar.

Diese Entwicklung würde bedeuten, dass sich auch in Deutschland die Abwicklung von Projekten sehr verändern wird. Öffentliche Ausschreibungen unterliegen bereits jetzt immer häufiger der Voraussetzung, BIM in das Bauvorhaben zu integrieren. Die Idee ist es, durch ständige Aktualisierung des BIM-Modells in einem Schnittstellenprogramm den gesamten Bauprozess zu verbessern, und damit sinnvoll Zeit einzusparen. Ein großer Vorteil wäre zum Beispiel, bereits ein detailliertes 3D-Modell verfügbar zu haben, noch bevor die Bauarbeiten überhaupt begonnen haben. Das Arbeiten mit BIM erscheint vielen Firmen noch nicht umfangreich ausgearbeitet, so dass wir ihnen die für uns überzeugende Konzeption mithilfe dieser Arbeit näher bringen möchten.

Für uns war das BIM-orientierte Arbeiten eine große Herausforderung, da sich diese Arbeitsmethode sowohl in der Hochschule, als auch in den von uns aufgesuchten Firmen noch nicht etabliert hat.

Zusammengefasst sind die aufgezählten Gründe der Impuls für uns, jenes Thema zu wählen und zukünftigen Firmen damit möglicherweise einen neuen richtungsweisenden Kurs vorzugeben.

1.2 Ziel der Arbeit

Wie bereits im ersten Abschnitt erwähnt, richtet sich unsere Arbeit vor allem an Baufirmen, Planungsbüros, Ingenieurbüros und auch an alle weiteren Firmen, die in der Baubranche tätig sind.

Unsere Zielführung war es, eine Anleitung zu verfassen, die wir speziell für die Firma ‚Köhler Architekten + Beratende Ingenieure GmbH‘ erstellt haben. Die von uns angefertigte Anleitung (Bachelorarbeit) soll es Firmen auf einfache Art und Weise ermöglichen, mithilfe der folgenden zwei Software-Programmen, ein BIM-orientiertes Modell anzufertigen.

Diese erforderlichen Hilfsmittel sind zum einen ein CAD-Programm und zum anderen ein Schnittstellenprogramm, um die gesamte Konzeption der Anleitung zu erarbeiten und näher zu bringen. Als CAD-Programm haben wir uns für ArchiCAD entschieden, da die Firma ‚Köhler Architekten + Beratende Ingenieure GmbH‘ bereits damit arbeitet. Das zweite Software-Programm haben wir aus folgenden Gründen gewählt. Zum einen, da die Firma ‚Köhler Architekten + Beratende Ingenieure GmbH‘ bereits das Vorgängermodell RIB-Arriba verwendet und in Zukunft auf das Programm RIB-iTWO umsteigen möchte und zum anderen, da die Software-Programme konstruktiv miteinander kooperieren. Konkret bedeutet dies: ArchiCAD erzeugt 3D-Pläne und RIB iTWO kann diese lesen und verarbeiten.

Das BIM-orientierte Arbeiten hat in unserem Fall einen konkreten Vorteil. Drei Arbeitsprozesse fließen zusammen. Der Architekt und seine dreidimensionale Zeichnung, anhand dessen Leistung der Generalunternehmer die benötigten Massen zur Kalkulationsberechnung von einem Schnittstellenprogramm erstellen lassen kann und schließlich der Projektsteuerer, der daraus profitiert. Auch er kann mithilfe von BIM eine 3D-Simulation anfertigen, die den Bauablauf darstellt und später beschleunigt.

Interessant für uns ist, wie sich diese Lösungsansätze in der Praxis umsetzen lassen werden, besonders die Umsetzung der beiden Software-Programme ArchiCAD und iTWO im Hinblick auf Arbeiten mit BIM.

Da die Firma ‚Köhler Architekten + Beratende Ingenieure GmbH‘ in Zukunft beide Programme nutzen wird, war für uns das Ziel, die Anleitung (Bachelorarbeit) so zu verfassen, dass sie später eine nützliche Hilfe für die Firma darstellt.

1.3 Vorgehensweise

Als wir uns dem Thema angenommen hatten, galt als erstes die Vorgehensweise zu klären. Freundlicherweise wurden uns die notwendigen Software-Programme mit detaillierter Beschreibung von der Firma RIB und der Firma ArchiCAD zur Verfügung gestellt. Nachdem uns die Firma ‚Köhler Architekten + Beratende Ingenieure GmbH‘ die 3D-Pläne zugesandt hat, können wir diese in ArchiCAD einlesen. Im nächsten Schritt werden die verschiedenen Bauteile des Projektes den richtigen IFC-Eigenschaften zugeordnet, damit die Pläne anschließend von RIB-iTWO gelesen werden können.

Das Erstellen beziehungsweise das Einlesen des Leistungsverzeichnisses gleich zu Beginn der Projektarbeit mithilfe iTWO garantiert einen optimalen Start. Anschließend werden die LV-Positionen den jeweiligen Gebäudeattributen, die aus dem bereits eingelesenen ArchiCAD-Projekt stammen, zugeordnet. iTWO hat nun die Möglichkeit, anhand von QTO-Formeln, die Massen zu ermitteln. Zusätzlich haben wir mit dem Programm RIB-iTWO eine Rohbau-Kalkulation durchgeführt, die ebenfalls mit der 3D- Animation verknüpft wird. Bei einer abschließenden Auswertung können etwaige Stärken und Schwächen gezeigt werden.

1.4 Firmenvorstellung

Die Gründung des Architekturbüros Köhler erfolgte im Jahr 1971 durch Herrn Köhler selbst. Im Jahr 2008 erweiterte sich die Firma und wurde zum Büro ‚Köhler Architekten + Beratende Ingenieure GmbH‘. Die langjährigen Mitarbeiter Hans Hübner und Christian Merk wurden als Gesellschafter und Geschäftsführer aufgenommen. Eine Gleichberechtigung von Architekten und Bauingenieuren wurde durch die Namenswahl berücksichtigt. Die Idee dahinter beruhte darauf, auch in Zukunft überzeugende Qualität gewährleisten zu können. Die Firma ‚Köhler Architekten + Beratende Ingenieure GmbH‘ bringt Erfahrung aus über 150 realisierten Neubau-und Sanierungsprojekten mit und zeigt somit auf Chancen und Möglichkeiten für jedes einzelne Vorhaben auf. Entwurf, Gestaltung und Steuerung der Baumaßnahmen werden hauptverantwortlich von der Büroleitung gesteuert, die damit zur Hauptanlaufstelle in allen Leistungsphasen gehört. Nicht nur Mitarbeiter mit langjähriger Berufserfahrung, sondern auch junge Kollegen mit innovativen Ideen sind ein Garant für die Umsetzung in der Planungs- und

Ausführungsphase. Nicht zu vergessen sind auch die zahlreich fundierten Mitarbeiter, verantwortlich für Fassade, Dachabdichtung, Brandschutz etc.

Die Stärken der Firma Köhler sind zum einen die Zusammenarbeit von Architekten und Bauingenieuren, und zum anderen die zusätzliche Ausbildung der Bauingenieure im Bereich Baumanagement.¹

1.5 Projektvorstellung

Beim Brauprojekt, welches dieser Arbeit zu Grunde liegt, handelt es sich um eine Erweiterung an das Bestandsgebäude des Rathauses in Traunreut, welche die vorhandene Raumsituation verbessern soll. Der Anbau beinhaltet ein Untergeschoss einschließlich einer Tiefgarage, sowie drei Vollgeschosse und ein zurückgesetztes Dachgeschoss. Die Verbindung von Bestand zu Anbau erfolgt durch eine zweigeschossige Brücke, welche auch als zweiter Rettungsweg des Bestandsgebäudes fungiert. Der gesamte Erweiterungsanbau ist behindertengerecht erschlossen. Die Fassaden sind mit großzügigen Fensterflächen ausgestattet und die geschlossenen Gebäudeflächen sind mit einer hinterlüfteten Riegelklinkerfassade versehen. Der Haupteingang befindet sich geschützt unter einer aus dem Hauptkubus herausgeschobenen Box, welche mit eloxierten Aluminiumplatten verkleidet ist. Durch einen leichten Baukörper mit umlaufender Verglasung im Dachgeschoss, wird eine visuelle Absetzung am Gebäude erreicht.

2 BIM

‚Building Information Modeling‘, abgekürzt BIM, weist eine neue innovative Möglichkeit auf, das Bauwesen zu digitalisieren. Die folgenden Abschnitte erläutern den Begriff BIM und die damit einhergehende BIM-Methode detailliert.

2.1 Begriffsdefinition und wichtige Vorteile von BIM

„Building Information Modeling (BIM) steht für die Idee der durchgängigen Nutzung digitaler Bauwerksmodelle für alle Bereiche des Bauwesens - angefangen bei der Planung über die Ausführung und den Betrieb bis hin zum Abriss.“² Bereits in den 1990er Jahren wurde diese Idee von der deutschen und der internationalen BauinformatikForschung entscheidend vorangetrieben. Die Umsetzung in die Praxis erfolgt nun recht vielversprechend, so dass die Arbeitstechniken und Arbeitsweisen im Bauwesen einen umfassenden Wandel erfahren. Die konsequente Weiternutzung digitaler Daten ist der wesentliche Erfolg von BIM. Daraus resultiert eine signifikante Steigerung der Produktivität und zudem eine Verringerung von Fehlern.³

„Unter einem Building Information Model (BIM) versteht man ein umfassendes digitales Abbild eines Bauwerks mit großer Informationstiefe.“⁴ Wichtige Bestandteile sind die dreidimensionale Geometrie der Bauteile und auch nichtgeometrische Zusatzinformationen, wie zum Beispiel Typinformationen, technische Eigenschaften oder Kosten. Erschaffung, Änderung und Verwaltung sind die eigentlichen Vorgänge, die durch den Begriff ‚Building Information Modeling‘ beschrieben werden. Diese werden anhand eines digitalen Bauwerkmodells mithilfe entsprechender Softwarewerkzeuge realisiert. Das Konzept von BIM geht sogar noch einen Schritt weiter und beschreibt den gesamten Lebenszyklus des Bauwerks. In diesem Zyklus ist alles enthalten: Planung, Ausführung, Bewirtschaftung und auch der Rückbau. Die konsequente digitale Weiternutzung der Daten, unabhängig von den einzelnen Projektphasen, ist der Fortschritt in der BIM-Technologie. Damit wird die aufwendige und fehleranfällige Wiedereingabe von Informationen möglicherweise nicht vollständig ausgeschaltet, aber mindestens auf ein Minimum reduziert werden.⁵

Die nachfolgende Abbildung spiegelt den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes wider. Dieser beruht auf die durchgängige Nutzung und verlustfreie Weitergabe eines digitalen Geländemodells.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Building Information Modeling über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerkes

Betrachtet man den Lebenszyklus, so fällt auf, dass das Zusammenspiel und die perfekte Koordinierung der einzelnen Positionen für das Gesamtergebnis (BIM) entscheidend sind. Dies sollte bereits zu Beginn der Fall sein, wenn das Raumprogramm und das konzeptionelle Design in Einklang gebracht werden, um einen guten Entwurf abzugeben. Dieser wird benötigt, um anschließend die Planungsphase zu beginnen. Hier werden nun die einzelnen Gewerke koordiniert, Kosten ermittelt sowie die ersten 3D-Simulationen des Projekts erstellt. Auch an diesem Punkt ist es wichtig, dass eine gute Koordinierung gewährleistet wird, da erst nach abgeschlossener Planung mit der Ausführungsphase begonnen werden kann. Während letzteres können BIM-orientierte Bauablaufsimulationen sowie Baufortschrittskontrollen erstellt werden, die einen wichtigen Bestandteil des BIM-Zyklus darstellen. Abrechnungen zur Bauausführung können nun ebenfalls angefertigt werden. Ein nächster wichtiger Aspekt ist die Bewirtschaftung der erstellten Gebäude. Dies deckt ‚Building Information Modeling‘ ebenfalls ab, indem Wartungen bzw. Betriebskosten dokumentiert werden. Der BIMZyklus schließt sich wieder, wenn auch der letzte Punkt, der Umbau und Rückbau der Projekte nach längerer Nutzungszeit, abgedeckt wird.

Ein maßgebender Vorzug ist, dass BIM auf einer gemeinsamen Datenbank basiert, so dass alle Beteiligten eines Projektes zu jeder Zeit auf alle relevanten Daten zugreifen können. Das jedoch augenscheinlichste Merkmal eines Building Information Models ist die dreidimensionale Modellierung eines Bauwerks. Dadurch wird das Ableiten von 2D- Plänen für Grundrisse und Schnitte ermöglicht. Auch im Planungsprozess erweist sich BIM als vorteilhaft. Um Konflikte zwischen den Teilmodellen der verschiedenen Gewerke frühzeitig zu erkennen, werden sogenannte Kollisionskontrollen durchgeführt. Des Weiteren werden Zeichnungen direkt aus dem Modell abgeleitet und sind somit untereinander widerspruchsfrei. Außerdem können wichtige Informationen durch zusätzliche Programme, wie zum Beispiel iTWO, direkt vom Modell übernommen werden.⁶

„Und schließlich erlaubt das BIM-Modell eine äußerst präzise Mengenermittlung, was die Grundlage für eine zuverlässige Kostenschätzung bildet und darüber hinaus das Erstellen des Leistungsverzeichnisses für die Ausschreibung erheblich beschleunigt.“⁷ Anhand der nächsten Abbildung wird die durch BIM-gestützte Änderung in einem Planungsprozess erläutert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: BIM in der Planung ergibt eine Aufwandsverlagerung

Planungs- und Entscheidungsprozesse werden durch ‚Building Information Modeling‘ vorverlagert. Das Ergebnis ist ein umfassender Einfluss auf die Kostengestaltung des entstehenden Gebäudes, der gleichzeitig zu einer Verringerung der Kosten bei Planungsänderungen führt. Der enorme Vorteil an einem BIM-gestützten Planungsprozess gegenüber der konventionellen Planung ist, dass der Planungsaufwand in die frühen Phasen gelegt wird und somit bereits dort ein digitales Modell des Entwurfs erstellt werden kann. Bei der konventionellen Planung ist dies erst zu einem sehr viel späteren Zeitpunkt erreichbar, so dass Änderungen am Entwurf nur noch begrenzt möglich sind und zu erheblichen Zusatzkosten führen würden. Durch die Verlagerung des Planungsaufwands in die frühen Phasen kann außerdem das Modell bereits hier für Simulationen und Berechnungen verwendet werden.

Bei der Bauausführung bietet BIM ebenfalls einige Vorzüge. Den Baufirmen wird durch bestimmte Funktionen die Arbeit erleichtert. Zum einen durch das Bereitstellen eines digitalen Gebäudemodells im Rahmen der Ausschreibung. Die Aufwandsermittlung sowie die präzise Abrechnung werden dadurch vereinfacht. Nun wird auch 4D-BIM betrachtet, denn mithilfe dieser Simulation kann der Bauablauf geprüft und Unstimmigkeiten erkannt werden. Dies wird durch Kombination der Bauteilobjekte mit den geplanten Fertigstellungszeiträumen gewährleistet.⁸

Zu erwähnen sind letztendlich auch die Vorteile, die BIM während des Gebäudebetriebs leistet. Anstatt dem Bauherrn sogenannte ‚toten‘ Zeichnungen zu übertragen, bietet ihm das Building Information Model hochwertige digitale Informationen. Diese Zeichnungen können unmittelbar für das Facility Management genutzt werden, das heißt Informationen, die die Raumgrößen, Elektro- und Haustechnikanschlüsse betreffen, kann der Bauherr direkt übernehmen. Die zusätzlich gelieferten Informationen zu den verbauten technischen Geräten, einschließlich der Wartungsintervalle und der Garantiebedingungen, stellen für den Betrieb des Gebäudes einen großen Pluspunkt dar. Außerordentlich wichtig ist die kontinuierliche Aktualisierung des digitalen Gebäudemodells. Das bedeutet, dass sich jede Änderung am realen Gebäude auch auf dem digitalen Abbild niederschlagen muss.⁹

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die genannten Eigenschaften des BIM-Modells zu einer enormen Kosten- und Zeitersparnis während der Planungs-, Ausführungs- und Gebäudebetriebsphase beitragen können.

2.2 Innovation durch Building Information Modeling

In der Baubranche werden für die Planung, die Errichtung und für den Betrieb von Gebäuden immer häufiger digitale Werkzeuge eingesetzt. Im Vergleich zu anderen Branchen liegt das Bauwesen im Hinblick auf die Nutzung der bereits erstellten digitalen Informationen jedoch weit zurück. Sogenannte Informationsbrüche entstehen über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes, wenn zum Beispiel anstatt eines 3D-BIM- Modells nur die konventionelle Methode verwendet und mit gedruckten Bauplänen gearbeitet wird. Da schon durch einmaliges analoges Arbeiten viele Informationen auf dem Übertragungsweg von einer Phase in die andere verloren gehen, zieht sich der Informationsverlust wie ein roter Faden durch jede Phase. Dies wird mit folgender Abbildung verdeutlicht:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Informationsverlust durch Brüche im Informationsfluss

Damit ein Bauvorhaben erfolgreich abgeschlossen werden kann, ist ein intensiver Informationsaustausch notwendig. Technische Zeichnungen der Gebäude beziehungsweise der Projekte entsprechen zum Großteil den Informationen, die mit Software-Programmen in Form von Strichzeichnungen erstellt worden sind. Das Problem an dieser Vorgehensweise besteht jedoch darin, dass Computer solche Strichzeichnungen meist nicht erschließen und die enthaltenen Informationen nicht automatisch verarbeiten können.

Ein weiterer Punkt ist, dass die Gebäudeinformationen von verschiedenen Fachplanern erstellt werden und somit auf eine Vielzahl von Plänen verstreut sind. Aufgrund dieser Tatsache entsteht ein enormes Fehlerpotenzial bei der Datenübertragung in andere Leistungsphasen. Auftretende Änderungen, im Plan mit dem Begriff ‚Umwolkung‘ gekennzeichnet, können zu Unstimmigkeiten und Fehlern führen. Besonders kritisch wird es, wenn diese erst während der Bauausführung entdeckt werden und anschließend zu erheblichen Folgekosten führen würden. Eine weitere Schwachstelle besteht, wenn die Baupläne nicht über eine ausreichende Informationstiefe verfügen. Dann können Gebäudeinformationen für Simulationen, Analysen und Berechnungen nicht direkt übernommen werden. Diese Informationen müssen somit erneut in die entsprechenden Softwarewerkzeuge eingegeben werden.¹⁰ Im Allgemeinen kann man sagen, dass nach jeder Leistungsphase, sprich jedes Mal, wenn es zu einer Übergabe von Plänen oder anderen Informationen kommt, Daten und somit wichtige Informationen verloren gehen können.

Das ist der Moment, an dem ‚Building Information Modeling‘ ins Spiel kommt. Durch die Verwendung der BIM-Methode können die Koordinierung der Planung, die Anbindung von Simulationen, die Steuerung des Bauablaufs sowie die Übergabe von Gebäudeinformationen an den Betreiber deutlich verbessert werden. Dies liegt daran, dass Bauinformationen nun nicht mehr in Zeichnungen übermittelt werden, sondern in Form eines digitalen Bauwerkmodells. Dadurch wird fehleranfälliges Arbeiten vermieden, da keine Neueingaben notwendig sind und dies letztendlich zur Steigerung der Produktivität und Qualität führt.¹¹

2.3 Arten der Umsetzung

Werden die verschiedenen Arten der Umsetzung von BIM betrachtet, so fallen sofort die Begriffe ‚little bim‘ vs. ‚Open BIM‘ auf. Doch was bedeuten diese? Da die meisten Firmen noch nicht mit der BIM -Methode vertraut sind, ist es notwendig, den Übergang von der herkömmlichen Methode zur BIM-Methode schrittweise auszuführen, um die Funktionstüchtigkeit der Abläufe nicht zu gefährden. Aus diesem Grund unterscheidet sich BIM, wie bereits oben erwähnt, in verschiedene technologische Stufen. Zuerst wird der Unterschied zwischen den Begriffen ‚BIG BIM‘ und ‚little bim‘ erläutert.

‚little bim‘ beinhaltet beispielsweise die Arbeit eines Planers mit einer Software zur Erstellung eines digitalen Gebäudemodells, jedoch ohne jegliche Weiternutzung in anderen Software-Programmen. Das erstellte Gebäudemodell wird lediglich für den Planer verwendet und die Kommunikation nach außen, sprich mit anderen Firmen und Leistungsphasen, wird analog abgewickelt.

Bei ‚BIG BIM‘ fällt wiederum auf, dass die Kommunikation zwischen den Beteiligten über alle Phasen des Lebenszyklus eines Gebäudes konsequent modellbasiert und digital sind. Hierzu werden passende Internetplattformen sowie Datenbanken für einen reibungslosen Datenaustausch eingesetzt. Das Problem, das jedoch entsteht, ist die weit verbreitete Softwarepalette, die durch die Vielzahl an Fachdisziplinen und beteiligten Unternehmen resultiert und zwangsläufig beim Planen und Bauen eines Gebäudes zum Einsatz kommt. So wird die Umsetzung mit nur einem Softwareprogramm so gut wie unmöglich.

Einer Organisation namens ‚Internationale Allianz für Interoperabilität‘ (IAI) ist es gelungen, ein Datenformat namens ‚Industry Foundation Classes‘ (IFC, siehe Gliederungspunkt 3.1) zu entwickeln, das zur ausführlichen Darstellung von Bauwerksmodellen dient, und das umfangreiche Datenstrukturen zur Beschreibung von Objekten aus dem Hochbau beinhaltet. Dieses Datenformat ist eine der Grundlagen für die Umsetzung von ‚Open BIM‘.¹²

Anhand folgendem Koordinatensystem wird die Breite des BIM-Einsatzes nochmals veranschaulicht.

Abbildung 4: „Die Breite des BIM-Einsatzes unterschiedet „little bim“ von „BIG BIM“. Je nachdem, ob herstellerneutrale Datenaustauschformate zum Einsatz kommen, spricht man von „Closed BIM“ oder „Open BIM““.¹³

Leider ist festzustellen, dass die Nutzung herstellerneutraler Formate heute noch nicht voll funktionsfähig ist und somit der Datenaustausch Fehler aufweist. Die Schaffung von Neutralformaten und die damit verbundene korrekte Implementierung durch die Softwarehersteller, erweist sich als ausgesprochen schwierig. Voraussetzung für eine baldige Lösung ist das Verfolgen und Beheben verbliebener technischer Probleme seitens der Softwarehersteller. Die Voraussetzung dafür ist wiederum eine starke Nutzung des Marktes (Bauherrn). Die Philosophie des ‚Open-BIM‘ würde zudem die Gefahr einer zu großen Marktdominanz eines einzelnen Softwareherstellers eliminieren. ¹⁴

Als nächsten Aspekt bei der Art der Umsetzung von BIM sind die verschiedenen BIM- Reifegradstufen zu nennen. Der Grund für die Einteilung liegt in der Unfähigkeit der Bauindustrie, den Umstieg auf die durchgängig modellgestützte Arbeit auf einmal zu bewältigen. Folgende Grafik sowie anschließende Erläuterung veranschaulichen dies.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Die vier verschiedenen Reifegradstufen von BIM

Das konventionelle Arbeiten mit 2D-CAD und der Austausch von papiergedruckten Plänen wird mit Stufe 0 beschrieben. Stufe 1 spiegelt das Erzeugen von 3D-Modellen wider, insbesondere für kritische Bereiche des geplanten Gebäudes (basierend auf herkömmlichen 2D-Zeichnungen). Das Versenden einzelner Dateien ist der eigentliche Datenaustausch. Die sogenannte Projektplattform gibt es in dieser Stufe nicht. Level 2 beinhaltet die Nutzung der BIM-Software für die Erstellung digitaler Gebäudemodelle. Die Ausgangsposition ist, dass die Fachplaner eigene voneinander unabhängige Modelle erzeugen, die dann miteinander regelmäßig abgeglichen werden. Herstellerspezifische Formate garantieren einen reibungslosen Datenaustausch. Level 3 ist verantwortlich für die Umsetzung von ‚BIG Open BIM‘. Das bedeutet, dass ISO-Standards für den Datenaustausch sowie für die Beschreibung der Prozesse eingesetzt werden und ein integriertes digitales Modell Verwendung für den gesamten Lebenszyklus findet.

Dem Datenmanagement stehen Modellserver für den Einsatz zur Verfügung, die wiederum einen Zugriff über Cloud-Technologien ermöglichen.¹⁵ Das führt uns zum nächsten Punkt, der für die Art der BIM-Umsetzung relevant ist: die vertraglichen Vereinbarungen.

Wie in beinahe allen geschäftlichen und beruflichen Situationen spielen auch bei der Umsetzung von BIM vertragliche Vereinbarungen eine große Rolle. Diese beziehen sich in erster Linie auf Modellinhalte, Modellqualität, Prozessabläufe sowie auf die Übergabe von Modellen an die nachfolgende Partei. Ein großer Vorteil an BIM sind die daraus resultierenden neuen Berufsbilder. Es entstehen neue Aufgabenbereiche bezüglich der Abwicklung von BIM-Projekten, der Verwaltung digitaler Bauwerksmodelle und der Koordination von Informationsflüssen. Entscheidend für den BIM-Leitfaden in Deutschland sind die Positionen BIM-Manager und BIM-Koordinator. Folgende Grafik soll dies verdeutlichen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Aufgabenverteilung zwischen BIM-Manager und BIM-Koordinatoren

Die Aufgaben der beiden Parteien sind dabei strikt gegliedert. Auf der einen Seite hat der BIM-Manager die Aufgabe, eine Strategie für die Qualitätssicherung im gesamten Projekt auszuarbeiten sowie die notwendigen Arbeitsabläufe festzulegen. Des Weiteren ist er für die regelmäßige Zusammenführung der Fachmodelle sowie für die Koordination der verschiedenen Planungsdisziplinen verantwortlich. Auf der anderen Seite steht der BIM- Koordinator, den es für jede Fachdisziplin gibt. Seine Aufgaben sind die Qualität des Fachmodells sicherzustellen und die Überwachung von BIM-Standards und -Richtlinien. Um ein gutes Ergebnis zu erzielen, ist die dauerhafte Zusammenarbeit der beiden Parteien während eines Projekts essentiell.¹⁶ Diese Punkte zusammengenommen führen zu einem positiven Resultat bei einem BIM-Modell.

2.4 Aktueller Stand in Deutschland/International

In den nächsten beiden Punkten wird auf den aktuellen Entwicklungsstand von ‚Building Information Modeling‘ in Deutschland und im Ausland eingegangen und die Unterschiede hervorgehoben.

2.4.1 Stand in Deutschland

Im Vergleich zu anderen europäischen Ländern liegt Deutschland in Anbetracht des aktuellen Standes von BIM deutlich zurück. In den letzten Jahren zeigte sich bei einigen Unternehmen in Deutschland zwar eine stärkere Nutzung von BIM, dennoch fehlt es an den nötigen Vorgaben und Richtlinien für die korrekte Abwicklung dieser Projekte. Unternehmen auf den Umstieg zum BIM-gestützten Planungsverfahren vorzubereiten, fand bereits 2010 unter dem Vorsitz des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung statt. Hierfür wurde der BIM-Beirat gegründet. Dieser dient als Diskussionsplattform für Abstimmungen zwischen den betroffenen Verbänden und Interessensgruppen. Die im Auftrag der Bundesregierung agierende Reformkommission Bau von Großprojekten (erarbeitet Vorschläge für eine zuverlässigere Abwicklung von großen Bauvorhaben) hat die Abwicklung mit BIM empfohlen, damit künftige Großprojekte in einem realistischen Zeit- und Kostenrahmen realisiert werden können.¹⁷ 2013 wurde der sogenannte BIM-Leitfaden, welcher die notwendigen Begrifflichkeiten definiert, erarbeitet. Er gibt zusätzlich einen Überblick über den Stand von BIM im In- und Ausland, sowie über den Datenaustausch und der Organisation einer modellgestützten Zusammenarbeit. In einer Studie wurde ebenfalls erarbeitet, dass die Nutzung von BIM in der öffentlichen Bauverwaltung von der Honorarordnung für Architekten und Ingenieure (HOAI) nicht ausgeschlossen, sondern erlaubt wird. Um Richtlinien für die Abwicklung von BIM-Projekte in Deutschland zu entwickeln, wurde 2014 im Verein Deutscher Ingenieure (VDI) eine Reihe von Gremien ins Leben gerufen. Durch den gemeinsamen BIM-Koordinierungskreis werden diese Gremien gelenkt.

Anfang 2015 wurde in Deutschland die sogenannte ‚planen-bauen 4.0-Gesellschaft zur Digitalisierung des Planens, Bauens und Betreibens mbH‘ gegründet. Diese Gesellschaft soll Forschungs- und Standardisierungsvorhaben koordinieren. Die HOAI teilt den Planungs- und Bauablauf sehr strikt in Leistungsphasen ein und macht somit das frühzeitige Erstellen eines digitalen Modells unattraktiv. Daher wird die HOAI aus BIMSicht auch als größtes Hindernis gesehen.

Jedoch sprechen die jüngsten Ereignisse in Deutschland dafür, dass eine umfassende Einführung von BIM in Deutschland in Kürze bevorsteht.¹⁸

2.4.2 Stand International

Da der Stand der BIM-Methode im Ausland bereits sehr viel fortgeschrittener ist als in Deutschland, ist es wichtig auch diesen Punkt näher zu beleuchten. Der Grund für die Weiterentwicklung in anderen Ländern wie Singapur, Finnland oder Großbritannien ist der Staat, der als größter Auftraggeber fungiert.

Die Richtlinien im Ausland, beispielsweise in Singapur, schreiben seit dem Jahr 2004 vor, die Bauunterlagen für öffentliche Bauvorhaben über eine Internetplattform elektronisch einzureichen. Die Übergabe der digitalen Bauwerksmodelle erfolgt im Neutralformat IFC. Bei anschließender automatisierter Prüfung der Modelle wird auf die Einhaltung bestimmter Normen und Vorgaben (z. B. zum Brandschutz) geachtet. Das zweite Beispiel ist Finnland. Dort ist es vorgeschrieben, dass für Bauvorhaben mit einem Volumen von über einer Million Euro ein digitales Gebäudemodell erstellt und anderen Parteien bereitgestellt werden muss. Die finnischen Richtlinien setzen, wie diese aus Singapur, auch auf das Format IFC. Beeindruckend ist die von der britischen Regierung 2007 ins Leben gerufene BIM-Strategie. Sie verfolgt mithilfe digitaler Technologien zwei Ziele:

Kostenreduzierung von 15% bis 20% und Treibhausgasreduktion um 50%.

Das BIM Level 2 soll zusätzlich ab dem Jahr 2016 in Großbritannien verbindlich vorgeschrieben sein. Nicht nur Großbritannien und Finnland gehören zu den Ländern der EU, in denen die BIM-Methode vorgeschrieben wird. Schweden, Norwegen und die Niederlande sowie auch Frankreich gehören ebenfalls dazu. Grundlage für verbindliche Vorschriften zur Verwendung von BIM ist die Vereinbarkeit mit dem EU-Recht. Durch die Anpassung der EU-Beschaffungsrichtlinie 2014 wurde den Bauherren die Erlaubnis erteilt, digitale Formate für die Übergabe zu fordern.¹⁹

3 Interoperabilität

Die Interoperabilität beschreibt die Fähigkeit zur Zusammenarbeit von verschiedenen Systemen. Die in dieser Arbeit verwendeten Formate, die eine solche Kompatibilität ermöglichen, werden in den folgenden Punkten erklärt.

3.1 Industry Foundation Classes (IFC)

Das Industry Foundation Classes, auch IFC genannt, bezeichnet ein standardisiertes Datenformat und ermöglicht einen hochwertigen und herstellerneutralen Informationsaustausch digital erstellter Gebäudemodelle zwischen verschiedenen Bearbeitungssoftwares. Neben geometrischen Daten wie Länge, Breite und Höhe beinhaltet es auch die Semantik eines Bauteils (eindeutige Identifikationsnummer/-name, Material und Wärmeübergangskoeffizienten) und bildet dadurch die Grundlage für den BIM-Prozess.

Entwickelt wurde das Datenformat von der 1995 gegründeten IAI, der Alliance of Interoperability. Die IAI war ein Zusammenschluss von verschiedenen Ingenieurbüros, Baufirmen und führender Softwarehersteller mit dem Ziel die Standardisierung beziehungsweise die Zusammenarbeit verschiedener Softwareanwendungen effektiver zu gestalten und zu beschleunigen. Im Jahr 1997 veröffentlichte die Organisation die erste Version des IFC-Datenformats und änderte 2005 den Namen ihrer Allianz zu ‚buildingSmart‘. Nach der Veröffentlichung nahm das Interesse an diesem, für jedermann frei erhältlichem Format, enorm zu und das IFC setzte sich in der Realisierung von Open BIM durch. Es versicherte eine Lesbarkeit eingespielter Daten auch nach einer sehr langen Zeit, welche bei der Lebensdauer von Gebäuden eine wichtige Rolle spielt.²⁰

3.2 Construction Process Integration (CPI)

Durch die Weiterentwicklung einer 3D-Darstellung in eine 5D-Darstellung entsteht neben einem IFC-Format auch eine Construction Process Integration (CPI) Datei um neben der Semantik und den geometrischen Daten auch Kosten und Zeitkomponenten transferieren zu können. Dieses Datenformat wird vor allem von AVA-Programmen verwendet um ein mehrdimensionales Bauprojektmanagement realisieren zu können. Die neue Technologie der CPI-Daten gilt im Vergleich zum IFC-Format in der AVASoftware als nicht qualitätsgesichert.²¹ Das heißt, dass bei einem Import eines 3D- Modells, per IFC, in ein AVA-Programm, Schwierigkeiten auftreten, wenn an dem Gebäudemodell genaue Massen berechnet werden sollen. Folglich ergibt sich eine bevorzugte Verwendung der CPI im Bereich der AVA.

4 Datenaufbereitung in ArchiCAD anhand des Projekts

Nachfolgend wird erläutert, wie ein Gebäudemodell in ArchiCAD klassifiziert werden soll, um eine herstellerunabhängige Zusammenarbeit zu ermöglichen.

4.1 Klassifizierung der Bauteile

Bevor ein 3D-Modell als neutrales Datenformat exportiert wird, müssen die verschiedenen Bauteile klar definiert und in einem selbsterstellten Layer abgelegt werden. Außerdem muss bezüglich der Bauteile eine Material- und eine eindeutige IFCID-Zuordnung durchgeführt werden, um es später in einem herstellerunabhängigen Programm wiederfinden zu können.

Zunächst werden dabei alle Bauteile, an denen später eine genaue Mengenberechnung durchgeführt wird, in einer erstellten Ebenenkombination abgelegt. In unserem Projekt ist dies die Ebenenkombination ‚iTWO Rohbau Ausbau_o_innen_Ausbau‘. Diese Layer enthält sämtliche Rohbaubauteile und auch einzelne Ausbauelemente (Wärmedämmung, Abdichtung und Außenverkleidung). Um diese Bauteile im Projekt finden zu können, werden verschiedene Bauteillisten mit der gleichen Schema-Einstellung erstellt. Die folgende Abbildung zeigt die Liste der Stützen im Rohbau eines Gebäudes.

Abbildung 7: Bauteilliste ArchiCAD

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Grafik zeigt auf welcher Ebene und auf welchem Geschoss die Stütze gezeichnet ist, welche Geometrie und welches Material sie hat und welcher IFC-Typ und IFC-ID Name für sie festgelegt ist. In der Voreinstellung von ArchiCAD werden standardisierte Element IDs im Schema: Stütze-001, Stütze-002, Stütze-003, vergeben. Allerdings ist eine Filterung nach diesen Standartnamen sehr fehleranfällig und erschwert eine Zuordnung in RIB iTWO. Zwar wird der IFC-Typ von ArchiCAD automatisch zugeordnet, jedoch kann dieser auch manuell variiert werden, indem die Elementklassifizierung des Bauteils geändert wird.

Wird beispielsweise eine Dachfläche gezeichnet, wird ihr automatisch der IFC Typ ‚IfcRoof‘ zugeordnet. Soll diese Dachfläche aber als ‚Decke‘ und somit als ‚IfcSlab‘ hinterlegt werden, muss die Bauteilbedingungen entsprechend verändert werden. Im Folgenden sind die gängigsten Bauteile mit den dazugehörigen IFC Typen dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Elementklassifizierung

Im Anschluss an die Definition der Bauteile und die Ausblendung aller unnötigen Ebenen in ArchiCAD, kann das Gebäudemodell für die Weiterverarbeitung exportiert werden.

4.2 Datenexport

Der Datenexport eines Gebäudemodells aus ArchiCAD in RIB iTWO kann über folgende zwei Möglichkeiten erfolgen.

4.2.1 RIB iTWO Plug-In

Eine Möglichkeit das Gebäudemodell als standardisiertes Datenformat zu exportieren ist das RIB iTWO Plug-In, welches aktuell (2016) kompatibel mit den ArchiCAD Versionen 17,18 und 19 ist. Sofern das CPI Plug-In in ArchiCAD installiert ist, kann über den Befehlsreiter ‚RIB iTWO‘ und ‚CPI-Export‘ der Datenexport gestartet werden. Es erscheint folgendes Einstellungsfenster:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8: CPI-Export ArchiCAD

In der Exportstruktur wird die Gebäudestruktur des Modells dargestellt. In dieser sind alle Geschosse mit Namen hinterlegt und können in den Export miteinbezogen oder abgewählt werden. Bevor der Export gestartet wird können noch einige Einstellungen bezüglich der Mengenermittlung, der Attribut Zuweisung, der Attribut Auswahl und der Ausschlüsse eingestellt werden.²² Anschließend kann das Gebäudemodell exportiert und in den eingegebenen Zielordner abgelegt werden. Bei den gespeicherten Daten handelt es sich bereits um ein CPI-Format.

4.2.2 IFC Ablage

Eine weitere Möglichkeit ist der Export über die IFC-Schnittstelle. Dazu muss zuerst der ICF-Übersetzer aufgerufen und für den iTWO-Export eingestellt werden. Wichtig hierbei ist die Einstellung der Konvertierungsoption für die Geometrie des Bauteils. Der Haken sollte bei ‚Mehrschichtige Bauteile und komplexe Profile in einzelne Elemente auflösen‘ gesetzt sein. Ist dies nicht der Fall, gehen bei mehrschichtigen Bauteilen die Schichten beziehungsweise Materialien verloren und werden nur als einschichtige Bauteile angezeigt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 9: IFC-Übersetzer ArchiCAD

Im Anschluss daran kann das Modell unter dem Reiter ‚Ablage‘ und ‚sichern als‘ in den Zielordner als IFC-Datei hinterlegt werden. Hierbei ist darauf zu achten, dass vor dem Export auch der für das Programm zuvor eingestellte Übersetzter und nicht der Allgemeine Übersetzer ausgewählt ist. Außerdem sollte auch der Grundriss und nicht die 3D-Ansicht ausgewählt sein, da sonst die Räume nicht exportiert werden.

5 Datenverarbeitung in RIB iTWO

Die folgenden Abschnitte beschreiben die Datenverarbeitung und die Arbeitsweise in RIB iTWO.

5.1 BIM Qualifier

Der BIM Qualifier wird über die jeweilige Projektvariante in iTWO manuell aufgerufen. Er importiert die CPI-Daten, die von einem CAD-System exportiert wurden. Dort können die Daten geprüft und bei auftretenden Fehlern korrigiert beziehungsweise aufbereitet werden. Das heißt, dass etwaige Überschneidungen von Bauteilen, fehlende oder falsch zugewiesene Bauteiltypen und Warnungen bezüglich einzelner CPI-Daten erkannt und bearbeitet werden. Außerdem können fehlerhafte Räume oder ungewollte Öffnungen im Modell korrigiert oder gelöscht werden.

5.1.1 Import

Im BIM Qualifier können CPI-, IFC- und auch andere Datenformate über den Connector eingespielt werden. Weil iTWO jedoch fast ausschließlich mit 5D-Prozessen arbeitet und diese miteinander verknüpft, werden sämtliche importierten Daten, bevor sie in iTWO verwendet werden, in eine CPI-Datei konvertiert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 10: Importleiste iTWO

5.1.2 Datenqualifizierung

Nach erfolgreichem Importieren und Konvertieren der Daten erfolgt eine Überprüfung auf Fehler und eine Qualitätsanalyse des eingespielten Gebäudemodells. Ein hohes Qualitätsniveau ist wichtig um später eine exakte Mengenberechnung durchführen zu können. Die Auswertung der Daten gliedert sich in die drei Bereiche Datenqualität, Leistung und Information. In Ersterem werden notwendige Anforderung an die Daten wiedergegeben. Im Falle einer Beschädigung oder Ungeschlossenheit der Geometrie, meldet das Programm einen CPI-Fehler, der vor der Berechnung behoben werden muss.

Die Leistung gibt an wie leistungsfähig beziehungsweise wie schnell die Berechnungszeit für das Projekt sein wird. Diese ist abhängig davon, ob einzelne Objekte sehr komplex sind oder einen negativen Einfluss auf die Auswertung des Programms haben. Im Bereich Information werden zusätzliche Informationen, wie die Ausdehnung des Gebäudemodells in Koordinaten, über die Datenqualität wiedergeben.²³ Bevor mit unserem Projekt weitergearbeitet werden konnte, mussten ein paar Korrekturen im BIM Qualifier gemacht werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 11: 1.Qualitätsniveau iTWO

Beispielsweise wiesen zwei Innenwände einen CPI-Fehler auf, weil ihre Geometrie nicht korrekt dargestellt wurde, weshalb das Programm ein nicht geschlossenes Volumen bemängelte.

5.1.2.1 Modell Übersicht

Im Prozessreiter Modell Übersicht können diese Fehler visualisiert und lokalisiert werden. Zusätzlich gliedert es das Projekt in dessen einzelne Objekttypen auf, sodass eine gut übersichtliche Legende mit allen vorhandenen Objekttypen vorhanden ist, aus der sich ein Überblick über das Gebäudemodell verschafft werden kann. In der Modell Übersicht kann nach einzelnen Objekten gefiltert und die exakten Attributdaten können aufgerufen werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 12: Modellübersicht iTWO

Das Programm unterscheidet grundsätzlich fünf verschiedene Fehlerarten.²⁴ Ein ‚Geometriefehler‘ beschreibt alle Objekte, die keine eindeutige oder eine nicht geschlossene Geometrie aufweisen. Der Fehler ‚Doppelte Attribute‘ beschreibt mehrere gleichnamige Attribute in einem Objekt. Tritt der Fehler ‚komplexe Objekte‘ auf, wurden CPI-Objekte, da sie für das Programm zu komplex sind, zu Attribut-Objekten geändert. Tauchen überlappende Öffnungen auf, die zu einer falschen Mengenberechnung führen und somit nicht mehr für das weitere Vorgehen qualifiziert sind, erscheint der Fehler ‚Öffnungen‘. Der Fehler ‚Bauteiltypen‘ erscheint, wenn Objekte die Anforderungen der Bauteiltypen nicht erfüllen. Dies kann zum Beispiel bei einer Linie der Fall sein, der als Bauteiltyp ein Standartwert zugeordnet wurde.

Um den Geometriefehler der Innenwände zu beheben, wird der CPI Analyser bei dem Reiter Desktop benutzt. Dieser gliedert sich in eine CPI-Bauteilstruktur.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 13: Struktur CPI Analyser

In dieser sind alle CPI-Daten des Modells hinterlegt, sodass die zwei fehlerhaften Wände lediglich lokalisiert werden müssen. Dazu werden die eindeutigen CPI-IDs: ID 1 = 1Rtv5vGwn4MRboTlcDQvE$

ID 2 = 25y3kGZSHBCB4HAJP7G_hV

für die zwei Innenwände verwendet. Diese befinden sich im CIP Analyser unter dem ifcType ‚WALL‘.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 14: Fehlerhafte Wände CPI Analyser

Da die Geometrie dieser Innenwände aufgrund der sehr vielen Fensteröffnungen und Fallrohre in der Wand sehr komplex ist, bietet sich die Funktion ‚Vereinfachen‘ an. Eine andere Möglichkeit wäre das Schließen der Hülle der Geometrie, welche, wie das Ergebnisprotokoll zeigte, jedoch nicht möglich ist. Nachdem die Geometrie vereinfacht wurde, wird die Änderung im CIP Analyser mit einem lila Viereck gekennzeichnet. Allerdings geht die ursprüngliche Geometrie dabei nicht verloren und kann folglich jederzeit wieder abgerufen werden.

Der CPI Analyser bietet neben der Aufbereitung falscher Geometrie auch die Möglichkeit den Objekten einen anderen Bauteiltyp zuzuweisen oder falsche Objekte, die für die spätere Mengenberechnung einen erheblichen Fehler aufweisen würden, zu löschen.

5.1.2.2 Öffnungen

Nach der Verwaltung aller CPI-Objekte, werden die Öffnungen des Modells überprüft. Hierfür wird der Reiter ‚Öffnungen‘ verwendet, in welchem alle Öffnungen des Projekts angezeigt werden. In Abbildung 15 ist gut zu sehen, dass in der Dachaufsicht vier Öffnungen gezeigt werden, die von iTWO fälschlicherweise als Öffnungen definiert werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 15: Öffnungen iTWO

Die fehlerhaften Öffnungen können im Modell ausgewählt und mit dem Befehl ‚Löschmarkierung setzen‘ als gelöscht markiert werden. Dadurch werden sie in der Mengenberechnung nicht berücksichtigt. Die gelöschten Öffnungen sind im Modell blau hinterlegt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 16: gelöschte Öffnungen iTWO

5.1.2.3 Raumkorrektur

Bei runden Räumen beziehungsweise bei Räumen, die gerundete Bauteile beinhalten, kommt es häufig zu einer fehlerhaften Darstellung der Räume. Im Prozessschritt ‚Raumkorrektur‘ kann die Kontaktberechnung runder Raumanteile optimiert werden.²⁵ In unserem Projekt erkennt iTWO zehn runde Räume, jedoch konnte nur ein Raum korrigiert werden, da die Raumstruktur der anderen Räume zu komplex war.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 17: Raumkorrektur iTWO

5.1.2.4 Objekte Teilen

Bei dieser Funktion können Objekte aufgeteilt werden, obwohl sie im CAD- Ursprungsmodell als Ganzes gezeichnet wurden. Dies ist vor allem bei einer Bodenplatte, die in einzelnen Teilsegmenten erstellt werden soll von großem Nutzen. Die einzelnen Teilsegmente werden als zusammengesetztes Objekt gespeichert und können in einem

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¹ vgl. http://www.rak-architekten.de/

² Beetz, Borrmann, Koch, König, S.V

³ vgl. Beetz, Borrmann, Koch, König, S.V

⁴ Beetz, Borrmann, Koch, König, S.4

⁵ vgl. Beetz, Borrmann, Koch, König, S.4

⁶ vgl. Beetz, Borrmann, Koch, König, S.4-5

⁷ Beetz, Borrmann, Koch, König, S.5

⁸ vgl. Beetz, Borrmann, Koch, König, S.6-7

⁹ vgl. Beetz, Borrmann, Koch, König, S.7

¹⁰ vgl. Beetz, Borrmann, Koch, König, S.2

¹¹ vgl. Beetz, Borrmann, Koch, König, S.3

¹² vgl. Beetz, Borrmann, Koch, König, S.7-9

¹³ Beetz, Borrmann, Koch, König, S.8

¹⁴ vgl. Beetz, Borrmann, Koch, König, S.9

¹⁵ vgl. Beetz, Borrmann, Koch, König, S.10

¹⁶ vgl. Beetz, Borrmann, Koch, König, S.11-12

¹⁷ vgl. Beetz, Borrmann, Koch, König, S.15-16

¹⁸ vgl. Beetz, Borrmann, Koch, König, S.16-17

¹⁹ vgl. Beetz, Borrmann, Koch, König, S.13-15

²⁰ vgl. Beetz, Borrmann, Koch, König, S.84

²¹ http://www.rib-software.com/de/loesungen/architektur-und-bauplanung/itwo-5d/3d-modellintegration- 3d-cad-plugins.html

²² RIB iTWO, Handbuch, ArchiCAD CPI-Export

²³ RIB iTWO, Handbuch, BIM Qualifier, S.21

²⁴ RIB iTWO, Handbuch, BIM Qualifier S.26

²⁵ RIB iTWO, Handbuch, BIM Qualifier, S.52