Was ist BIM? Welche Vorteile bietet es der Baubranche?

BIM ist derzeit der Star in der Baubranche. Zwar gibt es die Technologie jetzt schon seit rund einem Jahrzehnt, seit zwei Jahren ist BIM jedoch in aller Munde. Wir alle wissen, dass diese Abkürzung für „Building Information Modelling“ steht, aber was ist BIM eigentlich?

BIM ist der Prozess, der die Generierung und das Management der physikalischen und funktionalen Informationen eines Projekts umfasst. Ergebnisse des Prozesses sind die BIMs oder Building Information Models, letzten Endes Dateien, die jeden Aspekt des Projekts beschreiben und die Entscheidungsfindung innerhalb eines Projektzyklus unterstützen.

Ursprünglich war man der Meinung, BIM sei nichts anderes als eine 3D-Modellierung, es steckt jedoch mehr dahinter. BIM und die Teile von BIM-Systemen und ähnlichen Technologien weisen mehr als drei Dimensionen (Breite, Höhe und Tiefe) auf und können weitere Dimensionen, wie Zeit (4D), Kosten (5D) und sogar 6D (As-Built-Betrieb) umfassen (Smith, 2014).

Was ist BIM?

Was ist Building Information Modelling also in technischer Hinsicht? Hier die Definition des US National Building Information Model Standard Project Committee:

Building Information Modelling (BIM) ist eine digitale Darstellung der physikalischen und funktionalen Merkmale einer Anlage. Ein BIM ist eine gemeinsam genutzte Wissensressource für Informationen über eine Anlage, die über deren Lebenszyklus eine zuverlässige Grundlage für Entscheidungen bildet; definiert als existent von den Anfängen der Konzeption bis zum Abriss. (NBIMS-US, 2016).

Diese Definition scheint dem zu entsprechen, was auch der Rest der Baubranche weltweit anerkennt (Smith, 2014). Wie bereits erwähnt, deckt BIM mehr ab als nur Geometrie — nämlich „räumliche Beziehungen, Lichtanalyse, geographische Informationen, Mengen und Eigenschaften von Gebäudekomponenten” (Eastman, 2009).

BIM-Objekte und Planung

BIM repräsentiert ein Design als Kombination von „Objekten“ – vage und undefiniert, allgemein oder produktspezifisch, feste Formen oder hohlraumorientiert (wie die Form eines Raums), die ihre Geometrie, Beziehungen und Attribute transportieren (Eastman, 2009). 

BIM-Design-Tools ermöglichen die Extraktion verschiedener Ansichten aus einem Modell, unter anderem für die Erstellung von Zeichnungen. Diese verschiedenen Ansichten sind automatisch konstant, da sie aus einer einzigen Definition jeder „Objektinstanz“ stammen (Eastman, 2009)

Objekte werden außerdem als Parameter und Beziehungen zu anderen Objekten definiert, sodass bei Veränderungen eines verwandten Objekts auch abhängige oder angrenzende Objekte automatisch verändert oder angepasst werden (Eastman, 2009). Jedes Element eines Gebäudemodells kann mit Attributen versehen werden, um sie automatisch auszuwählen oder zu bestellen, wenn Kostenschätzungen, Materialverfolgung und Bestellung gewährleistet werden können (Eastman, 2009).

Es ist also verständlich, dass BIM-Objekte und BIM im Allgemeinen auch für den planerischen Aspekt eines Bauprojekts mehrere Vorteile haben. Hier finden Sie drei der Hauptbereiche, in denen BIM wirklich etwas bewirken kann:

Visuelle Repräsentation und Kommunikation

BIM-Objekte haben einen großen Einfluss auf den Aufwand, den gesamten Lebenszyklus einer Gebäudestruktur virtuell darzustellen. Dieses realistische Gebäudemodell kann dem Projektteam helfen, immer auf dem neuesten Stand zu sein und bei Bedarf wichtige Updates zeitnah und unkompliziert zu kommunizieren. 

Darüber hinaus kann ein gut konstruiertes BIM-Modell den Bauleitern dabei helfen eine Reihe von alternativen Szenarien zu visualisieren. Diese visuelle Darstellung kann anschließend mit dem Kunden und anderen Beteiligten geteilt werden und dient als Grundlage für das weitere Vorgehen.

Dennoch sollten Sie wissen, dass Daten immer das wichtigste Element sind. Schließlich ist eine visuelle Darstellung nur so gut wie die Daten, die für ihre Erstellung verwendet werden. Dabei ist es oft egal, ob es sich um eine 2D- oder 3D-Darstellung handelt. Die Implementierung digitaler Technologien auf der Baustelle sind weitaus wichtiger, bis sich der Sektors auf die Möglichkeiten konzentriert, die 3D-Darstellungen zu bieten haben.

Simulation und Entwicklung

Kommen wir zurück zu den Vorteilen von BIM-Objekten. Ihre Verwendung macht es den Projektleitern einfacher, realer Ereignisse/Bedingungen auf das Modell anzuwenden. Auf diese Weise können die Verantwortlichen mühelos erkennen, ob das von ihnen errichtete Gebäude den Normen und Spezifikationen entspricht.

So können die Projektbeteiligten beispielsweise mit Hilfe von BIM-Objekten die Energieeffizienz der Bausubstanz untersuchen und feststellen, ob es Bereiche gibt, die optimiert werden müssen, um zukünftige Energieverluste zu vermeiden. 

So kann das Projektteam den Einsatz verschiedener Materialien simulieren und die richtigen Optionen finden.   

Kollisionserkennung (und Lösung)

Die Kollisionserkennung und -lösung ist ein weiterer Bereich, in dem BIM-Objekte einen sehr positiven Einfluss haben können. Durch die Möglichkeit, die verschiedenen Projektdetails in einem realistischen Modell zu visualisieren, können Subunternehmer die Ursachen von Problemen für das Projekt viel einfacher erkennen und beheben.

So können beispielsweise Stellen, an denen sich Sanitärarmaturen mit Elektroarmaturen überschneiden, leicht erkannt werden und geändert werden, bevor es für das Projekt zu spät und kostspielig wird.

Darüber hinaus steigt mit der zunehmenden Nutzung von BIM-Objekten in einem Bauprojekt auch die Qualität der erhobenen Daten. Das kann auf lange Sicht sowohl für die Planung als auch für den Berichtsprozess eines Projekts von großem Wert sein.

Das 5D-Modell und verschiedene Dimensionen

Die diversen Teile von BIM werden hinsichtlich ihrer Dimension beschrieben — 3D (Objektmodell), 4D (Zeit), 5D (Kosten), 6D (Betrieb), 7D (Nachhaltigkeit) und sogar 8D (Sicherheit) (Smith, 2014). Diese multidimensionale Eigenschaft von BIM wurde als „nD-Modellierung“ definiert, da eine nahezu unbegrenzte Zahl von Dimensionen zum Gebäudemodell hinzugefügt werden kann (Smith, 2014).

Das 4D-Modell verbindet Bauaktivitäten mit Zeitplänen und 3D-Abbildungen, was in einer grafischen Echtzeitsimulation des Baufortschritts resultiert. Die Dimension „Zeit“ erlaubt die Beurteilung der Realisierbarkeit und der Arbeitsablaufplanung eines Projekts.

Alle am Projekt Beteiligten können problemlos und effektiv Probleme in den sequenziellen, räumlichen und zeitlichen Aspekten des Baufortschritts visualisieren, analysieren und kommunizieren. Dadurch werden eine bessere Planung, eine bessere Baustellenanordnung und bessere Logistikpläne erreicht, was zu Produktivitätssteigerungen führt.

Das 5D-Modell fügt die Dimension „Kosten“ zum BIM-Modell hinzu und erlaubt die sofortige Generierung von Budgets und finanziellen Darstellungen des Modells unter Berücksichtigung des zeitlichen Aspekts. Dies erhöht die Genauigkeit von Schätzungen, minimiert Streitigkeiten, die CAD-Daten häufig verursachen und erlaubt es Kostenberatern, mehr Zeit für die Wertsteigerung aufzuwenden.

Das 6D-Modell erlaubt die Aufnahme des Facility Management in das BIM. Die Hinzufügung einer detailreichen Beschreibung von Gebäudeelementen und technischen Dienstleistungen mit elaborierten Beschreibungen zu den Bereichen Geometrie, Beziehungen und Eigenschaften macht das BIM zur perfekten Facility-Management-Datenbank.

Das 7D-Modell vermittelt dem BIM Nachhaltigkeitskomponenten — es bietet Fachleuten/Designern die Möglichkeit, die CO2-Ziele für ein spezifisches Element eines Projekts zu erfüllen, Entscheidungen zu validieren oder Optionen zu prüfen und zu vergleichen. Die achte Dimension bezieht Sicherheitsaspekte in den Planungs- und Bauprozess ein.

BIM und verwandte Quantifizierungstechnologien bieten Chancen für das Projekt aber auch Herausforderungen für den Projektmanager. Da bei der Quantifizierung in der Baubranche zunehmend auf Automation gesetzt wird, müssen BIM-Modelle sich entsprechend anpassen, um komplexere Managementkomponenten zuzulassen, die 4D-Zeit- und 5D-Kostenmodellierung umfassen und diese Informationen in einem integrierten Projektübergabeansatz dem Projektteam zugänglich machen.

Bei BIM geht es jedoch nicht nur um neue Software und Technologie. Es erfordert eine alternative Denkweise und einen anderen Ansatz hinsichtlich Projekteinkauf und -übergabe.

Es ist unerlässlich, vom herkömmlichen Ansatz der Projektbeteiligung mit separaten Informations-Pools und inkompatiblen Software-Technologien auf einen komplett integrierten Ansatz umzustellen, mit einer gemeinsamen Plattform, auf der die Teilnehmer dieselben Informationen teilen und mit ihnen arbeiten können. BIM ist hierfür das ultimative Hilfsmittel (Smith, 2014).

Ein kurzer geschichtlicher Abriss über BIM

Die Idee für BIM wurde in den 1970er Jahren konzipiert und zunächst Building Description System (BDS) genannt (Eastman et al., 1974). Der Begriff „Building Model“ wurde erstmals 1985 in einem Aufsatz über computerunterstütztes Zeichnen und computerunterstütztes Design verwendet (Ruffle, 1985).

1992 schließlich wurde der Begriff „Building Information Model“ erstmals in einem Aufsatz verwendet, der die Automation im Bauwesen diskutierte (van Nederveen et. al, 1992). Erst 10 Jahre später jedoch wurden die Begriffe Building Information Modeling und Building Information Model (einschließlich des Akronyms BIM) allgemein geläufig.

2002 veröffentlichte Autodesk einen Aufsatz mit dem Titel „Building Information Modelling“, diverse Softwareentwickler und Anbieter wurden in diesem Bereich aktiv und der Begriff wurde standardisiert, um als gebräuchliche Bezeichnung für die digitale Darstellung des Bauprozesses verwendet zu werden (Laiserin, 2008).

Andere Terminologie ähnlichen Formats wurden von verschiedenen Herstellern verwendet — „Virtual Building“ von Graphisoft und „Integrated Project Models“ von Bentley Systems.

Graphisoft entwickelte früher als die Mitbewerber auf dem Markt Systemlösungen und war verantwortlich für  ArchiCAD, damals „eine der ausgereiftesten BIM-Lösungen auf dem Markt“ (Laiserin, 2003).

Es galt 1987 als erste BIM-Implementierung und war das „erste Computer-aided Design (CAD) Produkt auf einem Personal Computer, das in der Lage war, 2D- und 3D-Geometrie zu erzeugen und das erste kommerzielle BIM-Produkt für Personal Computer.“ (Forbes et.al, 2010).

Wirkung von BIM in der Branche

In einem McKinsey-Report gelangte eine Studie zu dem Ergebnis, dass 75% der Unternehmen, die BIM einführten, positive Investitionsrenditen mit kürzeren Projektlebenszyklen und Einsparungen bei Administration und Materialkosten verzeichneten. Aufgrund dieser Vorzüge schreiben verschiedene Länder, wie Großbritannien, Finnland und Singapur, den Einsatz von BIM für öffentliche Infrastrukturprojekte vor (Agarwal et.al, 2016).

Kleine Spezialstudien lassen darauf schließen, dass BIM die Arbeitsproduktivität steigert. In einer Studie, die sich auf ein kleines Unternehmen bezog, wurden die Auswirkungen von BIM auf die Arbeitsproduktivität quantifiziert und die Ergebnisse zeigten eine Steigerung der Arbeitsproduktivität um 75% bis 240% im Bereich vorgefertigte Teile und Fertigbau (Poirier, 2015).

Den an einem Infrastrukturprojekt beteiligten Spezialisten (Architekten, Vermesser, Ingenieure)  erlaubt BIM die Vermittlung eines virtuellen Informationsmodells vom Designteam über den Hauptunternehmer und die Subunternehmer und an den Inhaber/Betreiber, wobei jeder Beteiligte spezifische Daten zum gemeinsam genutzten Modell hinzufügt.

Das gesamte System ist so beschaffen, dass Informationsverluste, die üblicherweise auftreten, insbesondere wenn ein neues Team ein Projekt übernimmt, reduziert werden. Es bietet außerdem umfassende Informationen über komplexe Strukturen (Eastman, 2009).

Die Verwendung von Building-Information-Modelling-Lösungen in der Baubranche führte zu besserer Arbeit, schnellerer Ausführung, höherer Produktivität und niedrigeren Kosten für Baufachleute hinsichtlich der Entwicklung, des Baus und des Betriebs von Gebäuden (Laiserin, 2002).

• Höhere Qualität. BIM lässt Flexibilität in der Erkundung und Änderungen des Projektdesign- oder Dokumentationsprozesses jederzeit zu, ohne dass das Designteam dadurch in Bedrängnis gerät. Dadurch werden Koordinationszeit und manuelle Kontrolle minimiert, sodass dem Designteam mehr Zeit für die Lösung echter architektonischer Probleme zur Verfügung steht. Verbreitete Modellierung-Tools ermöglichen eine genaue Kontrolle technischer detaillierter Entscheidungen bezüglich der Ausführung. Die digitale Aufzeichnung von Gebäuderenovierungen verbessert Planung und Management.
• Schnellere Ausführung. Mit BIM können Entwicklung und Dokumentation gleichzeitig statt nacheinander erfolgen. Pläne, Diagramme, Zeichnungen, Schätzungen, Qualitätssteuerung, Planung und andere Formen der Arbeitskommunikation werden dynamisch erzeugt, während die Arbeiten fortschreiten. BIM erlaubt die Anpassung des ursprünglichen Modells an Veränderungen, etwa der Standortbedingungen usw.
• Niedrigere Kosten. Bei Verwendung von BIM lässt sich mehr Arbeit von einem kleineren Team erledigen. Dies bedeutet niedrigere Kosten und weniger Missverständnisse. Dank höherer Qualität der Dokumentation und besserer Bauplanung werden weniger Zeit und Geld in Prozess und Administration aufgewandt.

Die Einführung von BIM erfolgt durch Digitalisierung

Inzwischen ist klar, dass BIM eines der zuverlässigsten Tools für den Datenaustausch im Bauwesen ist. Es kann je nach Phase eines Projekts (Design, Planung, Ausführung, etc.) unterschiedliche Zwecke erfüllen und bei entsprechender Aktualisierung mit jeder Bauphase mehr Daten aufnehmen. 

Viele Interessenvertreter in der Branche verstehen jedoch noch nicht, dass die Erschließung der digitalen Akzeptanz auf der Baustelle die Grundlage für die Ausschöpfung des vollen Potenzials von BIM ist. Das liegt oft an der falschen Annahme, dass es sich bei Building Information Modeling nur um ein übliches 3D-Modell handelt, wobei die Erfassung, Analyse und Weitergabe wichtiger Daten vernachlässigt wird. 

Bevor wir uns also auf die positiven Funktionen konzentrieren, ist es wichtig zu verstehen, dass die digitale Einführung auf der Baustelle der Schlüssel zu einem datengesteuerten Projekt ist. Letztendlich sind es die Teams selbst, die einen konsequenten und vertrauenswürdigen Beitrag zum Modell leisten. 

Dabei gibt es einige Parameter, die berücksichtigt werden sollten. Zunächst einmal ist es wichtig zu erkennen, dass es je nach Aufgabenbereich und Position in einem Projekt unterschiedliche Ebenen der Transparenz gibt.

Einfach ausgedrückt, BIM-Manager und Mitarbeiter auf der Baustelle benötigen nicht die gleiche Art von Informationen. Manche Teams können genauso gut mit einer 2D-Darstellung des Projekts arbeiten und vermeiden so Missverständnisse und Verwirrungen, wenn das Modell mit Daten versorgt wird. Deshalb benötigen Sie auf lange Sicht eine einfach zu bedienende App, die es einem Bauleiter oder den Subunternehmern ermöglicht, das BIM-Modell mühelos zu aktualisieren.      

Damit kommen Sie der Standardisierung des Bauprozesses einen Schritt näher. Das ist bereits ein großer Fortschritt, wenn man bedenkt, dass viele Bauunternehmen derzeit mit dem Fehlen eines klar definierten Protokolls für die Weiterverfolgung der Baustelle zu kämpfen haben. Es ist durchaus üblich, dass Unternehmen von Projekt zu Projekt unterschiedliche Klassifizierungen verwenden, was zu großer Verwirrung und Verschwendung von Zeit und Ressourcen führt. 

Es wird schnell deutlich, dass die Einrichtung von internen Standardklassifikationen, die mit dem ERP-System des Unternehmens verknüpft werden können, zu einem viel effizienteren Konstruktionsprozess führen würde. 

Dank eines solchen Ansatzes können Projektteams ihre Systeme und Prozesse in einer digitalen Umgebung einfach aufeinander abstimmen und organisieren, um näher zusammenzuarbeiten, das Vertrauen in der gesamten Lieferkette zu stärken und den Entscheidungsprozess durch präzise Daten verbessern zu können.

Zukunftspotenzial

BIM ist eine relativ neue Technologie, insbesondere in der Baubranche, einem Sektor, der sich in der Regel nur langsam auf Veränderungen einstellt. Verfechter von BIM sind der Meinung, dass es in naher Zukunft hohen Wert hinsichtlich  bieten wird (Rahmani Asl et. al, 2013):

1. Verbesserung der Visualisierung.
2. Steigerung der Produktivität, da sich Informationen problemlos auffinden lassen.
3. Bessere Koordinierung von Baudokumenten.
4. Verknüpfung wesentlicher Informationen, etwa über Lieferanten bestimmter Materialien, die Lage von Details und Mengen, die für die Ausschreibung erforderlich sind.
5. Schnellere Übergabe.
6. Senkung der Gesamtkosten.

Building Information Modelling und automatisierte Quantifizierungstechnologien können der Branche folgerichtige Chancen bieten, die Qualität der Branche auf ein wesentlich höheres und komplexeres Niveau zu heben. Da BIM die Möglichkeit bietet, eine Fülle von Datenoptionen mit Echtzeit-Kostenberatung zu simulieren und in den detaillierten Entwicklungs-, Bau- und Betriebsphasen fortzuführen, wird es den Wert von Baupraktiken mit Sicherheit steigern.

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