BIM – Building Information Modeling

BIM – Building Information Modeling
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Nach DIN EN ISO 19650-1 ist Bauwerksinformationsmodellierung (engl.: Building Information Modeling, BIM) die „Nutzung einer untereinander zur Verfügung gestellten digitalen Repräsentation eines Assets zur Unterstützung von Planungs-, Bau- und Betriebsprozessen als zuverlässige Entscheidungsgrundlage.“

Was ist Building Information Modeling?

Aus praktischer Sicht ist Building Information Modeling (BIM) eine Arbeitsmethode, bei der Informationen zu baulichen Anlagen und technischen Anlagen in Form von digitalen Bauwerksinformationsmodellen aufgestellt, verwaltet, weitergeleitet und verarbeitet werden. Ziel von BIM ist die Unterstützung der einzelnen Prozesse des Planens, Bauens und Betreibens durch die Bereitstellung der notwendigen topologischen, geometrischen und alphanumerischen Projektinformationen in Form von digitalen Modellen mit räumlicher, systemischer oder anderer fachlicher Gliederungsstruktur sowie die Etablierung und Organisation von Workflows für den Informationsaustausch zwischen den am Planen, Bauen und Betreiben beteiligten Akteuren.
Beteiligte und Nutzer an/von BIM
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Was ist die Idee von Building Information Modeling?

Die Grundidee von BIM ist die bessere Nutzbarmachung von Informationen, die bei den Aufgaben der Planung, der Bauausführung und im Betrieb der baulichen und technischen Anlagen recherchiert oder erzeugt werden. Das Bauwerksinformationsmodell bietet hierfür eine gut strukturierte Grundlage, bei der die einzelnen Elemente (Bauteile und Räume) geometrisch beschrieben, und im Modell einer Liegenschaft, einem Gebäude, einem Geschoss oder einer technischen Anlage (System) zugeordnet werden. Neben der Geometrie wird die Topologie des Bauwerks, d. h. die Lagebeziehungen zwischen den Bauwerkselementen, im Modell abgebildet. Beispiele hierfür sind die Zuordnung eines Fensters zur Wandöffnung und die Zuordnung der Wandöffnung zur Wand. Der praktische Nutzen dieser topologischen Information erschließt sich z. B., wenn über die Befestigung des Fensters entschieden werden soll. Geometrische und topologische Informationen werden durch alphanumerische Informationen ergänzt. Diese sind z. B. Bauteileigenschaften (Synonyme: Merkmale, Properties), mit denen Elemente des Bauwerks im Detail technisch spezifiziert werden. Baustoffe, physikalische und chemische Eigenschaften sind prominente Beispiele hierfür. Durch das Modellieren entsteht das Bauwerksinformationsmodell als digitale Abbildung der baulichen oder technischen Anlagen. Es repräsentiert geometrische, topologische und alphanumerische Informationen und dient der Informationslieferung für die Aufgaben des Planens, Bauens und Betreibens. Zur Verarbeitung von Bauwerksinformationsmodellen wird BIM-Software benötigt.

Welche Rolle spielen BIM-Software und BIM-Content?

BIM-Software ist Software zur Verarbeitung von Bauwerksinformationsmodellen. Verarbeitung kann beispielsweise die Erstellung, Betrachtung, Bearbeitung, Auswertung der Modelle oder auch die Herstellung von Verknüpfungen beliebiger Daten mit Elementen des Modells sein. Zur Erstellung von Modellen werden BIM-Autorenwerkzeuge, auch Modellierungswerkzeuge oder Modellierungstools genannt, verwendet. Mit diesen Werkzeugen wird ein digitales Abbild des geplanten Werkes erstellt. Zur Qualifizierung des Modells, insbesondere zur technischen Spezifikation der Bauteile wird bevorzugt standardisierter BIM-Content genutzt.
Unter BIM-Content werden Inhalte für das Building Information Modelling verstanden, die meist als Vorlagen in Bibliotheken zu Verfügung gestellt werden. BIM-Content können sowohl geometrische als auch alphanumerische Daten für Bauteile sein. Häufig wird in diesem Zusammenhang auch der Begriff BIM-Element oder BIM-Objekt verwendet. In der Praxis werden sowohl herstellerspezifische als auch herstellerneutrale BIM-Elemente angeboten. Des Weiteren kann in statischen und dynamischen BIM-Content unterschieden werden. Als statischer BIM-Content werden BIM-Elemente bezeichnet, die sowohl geometrisch als auch alphanumerisch ohne weitere Konfigurationsmöglichkeit in das Bauwerksinformationsmodell eingefügt werden. Dynamischer BIM-Content verfügt über Möglichkeiten zur objektindividuellen Konfiguration von BIM-Elementen. Der Fokus liegt auf der Erstellung von Modellen, die eine Auswertung zur Erfüllung der klassischen Planungs- und Bauaufgaben erlauben. Sie werden maßgeblich durch die Regeln der Technik vorgegeben und sind in der BIM-Content-Bibliothek der DIN BIM Cloud strukturiert abrufbar.
Diese Auswertung erfolgt in BIM-Auswertungssoftware. Dies sind Softwareanwendungen, die den BIM-Autorenwerkzeugen meist nachgelagert sind. So existieren beispielsweise BIM-Viewer, mit denen Modelle betrachtet und gefiltert werden können. Ebenso existieren Werkzeuge zur Kostenplanung oder für die LV-Erstellung, in denen die Modelle eingelesen und zu Kostenermittlungen nach DIN 276 oder zu Leistungsverzeichnissen weiterverarbeitet werden können.
Ein besonderer Aspekt ist die Pflege der Modelldaten sowie weiterer Informationen in Verbindung mit dem Modell über die Modellerstellung und die Auswertung für spezifische Aufgaben hinaus. Während des Planens, Bauens und Betreibens entstehen ständig neue Informationen und auch Dokumente, die durch die Verknüpfung mit dem Modell in einer BIM-Managementsoftware systematisch geordnet und verfügbar gemacht werden können. In diesen Bereich fallen auch gemeinsame Datenumgebungen (Common Data Environment, CDE). Eine dient als zentraler, digitaler Informationsraum zur Informationsbereitstellung und zur Informationsversorgung für die Prozesse des Planens, Bauens und Betreibens. Insbesondere bei Anwendung des Building Information Modeling in größeren Projekten mit mehreren Projektbeteiligten spielt ein CDE eine elementare Rolle beim Informationsmanagement. So können Informationen zentral eingegeben, verwaltet und genutzt und bei Bedarf mit einem Bauwerksinformationsmodell verknüpft werden. Hierbei ist zu unterscheiden in die strukturierte Speicherung von Informationen in definierten Datenbankfeldern als auch zur strukturierten Ablage und Verwaltung von Dokumenten. Bei Verwendung einer CDE lässt sich der Datenaustausch insofern vereinfachen, dass Informationen einmalig zentral bereitgestellt, gepflegt und bedarfsgemäß abgerufen werden können. Das direkte Versenden von Informationen auf üblichen Kommunikationswegen kann dabei entfallen bzw. wird erheblich reduziert. Der BIM-Prozess, also der Prozess der Informationsverarbeitung beim Planen, Bauen und Betreiben von baulichen und technischen Anlagen unter Anwendung des Building Information Modeling wird damit erheblich vereinfacht.

Welcher Nutzen lässt sich aus BIM erreichen?

Ihren Hauptnutzen generieren die Modelle häufig nicht bei ihrer Erstellung, sondern bei ihrer Auswertung, wenngleich auch bei der Modellierung viele reale Szenarien digital vorweggenommen werden können. Häufig praktizierte BIM-Anwendungsfälle sind beispielsweise Kollisionsanalysen, Mengenermittlung, Kostenplanung und Leistungsbeschreibung. Jeder dieser Anwendungsfälle kann für sich genommen aus der Nutzung des Modells bereits einen Qualitäts- und Zeitvorteil ziehen. Je besser die einzelnen Anwendungsfälle aber in einem Prozess organisiert sind, umso höher ist die Chance zur Wiederverwendung einmal erhobener Information und desto größer ist der Mehrwert von BIM.
BIM-Prozesse werden in vielfältiger Weise praktiziert. Am meisten verbreitet ist in der Praxis die Straightforward-Anwendung von BIM-Software zur Lösung einzelner, klar in sich abgegrenzter Aufgaben von Planern und Bauausführenden mithilfe der Informationen aus dem Bauwerksinformationsmodell. Das in einem BIM-Prozess abgestimmte Zusammenwirken über mehrere Projektphasen, Anwendungsfälle, Personen, Organisationen oder Softwaresysteme hinweg erfordert eine geschickte Auswahl und Kombination von Softwaretools aus der existierenden Vielfalt sowie eine hinreichende Expertise zum Informationsaustausch. Insbesondere die Berücksichtigung verschiedenartiger Anwendungsfelder ist eine Herausforderung für die Etablierung eindeutig orchestrierter BIM-Prozesse. Diese werden daher meist nur bei größeren Projekten mit der Unterstützung durch BIM-Manager oder BIM-Berater realisiert. In einzelnen Anwendungsfeldern wurden durch langjährige Standardisierungsinitiativen jedoch bereits Prozesse etabliert, die im Gesamtkontext des Building Information Modeling als BIM-Teilprozesse angewendet werden können. Erwähnenswert ist hier der GAEB-Prozess, durch den auf der Grundlage der VOB „die Voraussetzungen für eine integrierte Datenverarbeitung bei der Planung und Durchführung von Baumaßnahmen geschaffen“ werden. Der GAEB-Datenaustausch dient der „Organisation des Austauschs von Informationen über die Durchführung von Baumaßnahmen“ ( GAEB-DA-XML Fachdokumentation). Dieses „organisierende“ Moment des GAEB-Prozesses stellt ein wesentliches Spezifikum eines BIM-Prozesses dar. Diese prozessorientierte Komponente findet sich im GAEB-Datenaustausch neben der Spezifikation von Informationscontainern / Austauschformaten und dem STLB-Bau – Dynamische BauDaten als standardisierten Fachcontent in Form der Datenaustauschphasen und ihrer Zuweisung zu den im Prozess beteiligten Akteuren wieder. Der GAEB-Prozess ist also dem Grunde nach ein BIM-Teilprozess.
Der Anschluss des GAEB-Prozesses an den gesamten BIM-Prozess erfolgt durch die Verbindung zum IFC-Standard DIN EN ISO 16739. Aus Sicht der Informationscontainer wird diese Verbindung als „Verlinkter BIM-Datenaustausch von Bauwerksmodellen und Leistungsverzeichnissen“ nach DIN SPEC 91350 praktiziert. Der etablierte GAEB-Datenaustausch wird dabei im BIM-LV-Container durch verlinkte Bauwerksinformationsmodelle nach DIN EN ISO 16739 (IFC) begleitet. Aus Sicht des BIM-Contents ermöglichen die Merkmale der DIN BIM Cloud eine STLB-Bau-kompatible Spezifikation der Bauteile des Bauwerksinformationsmodells mit Dynamischen BauDaten (DBD), die gleichzeitig den Informationsbedarf entsprechend der jeweiligen Austausch-Informationsanforderungen für BIM-Teilprozesse von BIM-Anwendungsfällen zusätzlich zum GAEB-Prozesse adressieren.

Wie funktioniert der Datenaustausch?

Informationsaustausch bzw. Datenaustausch betrifft die Weitergabe von Daten zwischen verschiedenen Akteuren oder verschiedenen Softwaresystemen im Rahmen der Informationsbestellung oder der Informationslieferung. Dieser Informationsaustausch kann standardisiert mit „Open-BIM“-Ansätzen oder proprietär mit „Closed-BIM“ Ansätzen erfolgen. Hierbei sind verschiedene Datenmodelle und Formate verfügbar, die je nach Art der auszutauschenden Daten verwendet werden können.
Am Weitesten verbreitet beim standardisierten Datenaustausch von Bauwerksinformationsmodellen sind die Industry Foundation Classes (IFC). IFC ist ein Standard zur Abbildung von Bauwerksinformationsmodellen. Bauliche und technische Anlagen können auf Basis von IFC in einem objektorientierten Modell repräsentiert und im Rahmen des Informationsaustausches weitergegeben werden. IFC spielt insbesondere für die Informationslieferung im Planungsprozess, z. B. beim Datenaustausch zwischen Fachplanern, zur Vorbereitung der Vergabe als auch zur Bauvorbereitung eine Rolle. Auch die Übergabe von Daten für den Gebäude- und Anlagenbetrieb im Rahmen des Facility Management (FM) ist ein Anwendungsfeld für den IFC-Datenaustausch.
Der Mehrwert von IFC ergibt sich durch die Realisierung eines semantischen Informationsaustausches, bei dem neben der Festlegung einer Syntax vor allem die Definition einer Bauteilsemantik in Form einer konzeptuellen Objektdefinition als Entitäts-Beziehungs-Modell eine verbesserte Interpretation der Modellinhalte sowie verbesserte Auswertungen der abgebildeten Gebäude- und Anlagendaten ermöglicht. IFC kann Projektstrukturen mit Liegenschaften, Gebäuden, Anlagen jeweils mit räumlicher Gliederungsstruktur, z. B. nach Geschossen sowie Bauteilen und Räumen abbilden. Hierbei ist sowohl die Abbildung von Topologie, Geometrie als auch Alphanumerik (z. B. Bauteileigenschaften) möglich. Dies bedeutet, dass Bauteile mit ihrer geometrischen Form, ihren Beziehungen zu anderen Modellelementen sowie mit ihren Merkmalen abgebildet werden können.
Zur digitalen Verarbeitung in der Praxis des dateibasierten Informationsaustausches werden sowohl das STEP-Format nach ISO 10303-21 als auch das XML-Format verwendet.
IFC als offener Standard bietet im BIM-Prozess den erheblichen Vorteil einer breiten Unterstützung durch diverse Softwareprodukte. Insbesondere in der Zusammenarbeit mehrerer Gewerke, bei denen jeweils fachspezifische BIM-Software zum Einsatz kommt, bietet die Nutzung der IFC eine Möglichkeit zur interdisziplinären Zusammenarbeit. Da sich überwiegend die Erkenntnis durchgesetzt hat, dass ein einziges Bauwerksinformationsmodell mit allen Projektinformationen weder organisatorisch noch datentechnisch handhabbar ist, entstehen im Rahmen von Projekten meist mehrere Fachmodelle, die in Form von IFC-Modellen mit BIM-Management-Software zusammengeführt und auch im verlinkten Informationsaustausch miteinander verknüpft werden können.
Die IFC werden von buildingSMART erarbeitet und sind als DIN EN ISO 16739 Bestandteil des internationalen, europäischen und deutschen Normenwerkes.
Neben dem IFC-Datenaustausch existieren weitere Datenmodelle und Formate zum Austausch fachspezifischer Informationen (Fachmodelle), wie beispielsweise der GAEB-Datenaustausch, der insbesondere bei der Weitergabe von Leistungsverzeichnissen im Rahmen des GAEB-Prozesses eine Rolle spielt. Mit dem GAEB-Datenaustausch sind Bauleistungen und Baukosten zwischen Softwareanwendungen unter Berücksichtigung klar definierter Prozessphasen transportierbar. Diese Art des Datenaustausches ist in Deutschland seit Jahrzehnten, insbesondere in den Bereichen Ausschreibung, Vergabe und Abrechnung (AVA) etabliert. Der GAEB-Datenaustausch wird von der Arbeitsgruppe 13 im Hauptausschuss GAEB des Deutschen Vergabe- und Vertragsausschusses für Bauleistungen (DVA) aufgestellt. Zielsetzung ist insbesondere die „Organisation des Austauschs von Informationen für die Durchführung von Baumaßnahmen.“ Der GAEB-DA-XML unterstützt beispielsweise den Austausch von universellen LV-Daten, Leistungsbeschreibungen, Kostenanschlägen, Preisspiegeln, Kostenermittlungen, Raumbüchern, Mengenermittlungen, Angebotsaufforderungen, Angebotsabgaben ggf. mit Nebenangeboten, Auftragserteilungen, Auftragsbestätigungen, Rechnungen, Preisanfragen und -angeboten, Bestellungen und Auftragsbestätigungen. Mit diesen Austauschphasen wird die Kommunikation zwischen Architekten/Fachplanern, Auftraggebern, Bewerbern, Bietern, Auftragnehmern und Lieferanten bzw. Herstellern abgebildet.
Dieser rein auf den Austausch von strukturierten Verzeichnissen fokussierte GAEB-Datenaustausch ist mit dem IFC-Datenaustausch verknüpfbar. Die normative Grundlage hierfür legt der in DIN SPEC 91350 standardisierte „Verlinkte BIM-Datenaustausch von Bauwerksmodellen und Leistungsverzeichnissen“, im Weiteren kurz als „BIM-LV-Container“ bezeichnet. Aus dieser Kombination von IFC und GAEB-Datenaustausch auf Basis der Multimodellmethode ergibt sich die Möglichkeit, die Zuordnung zwischen Elementen des Bauwerksinformationsmodells (Bauteile, Räume) und Elementen des Leistungsverzeichnisses (Positionen, Mengensplits) eindeutig zu transportieren.
Nutzen:
  1. Im Datenaustausch können einmal erstellte Verknüpfungen an weitere Akteure im BIM-Prozess softwareneutral weitergegeben werden. Dies erhöht insbesondere die Nachvollziehbarkeit von Leistungen beispielsweise darüber, welche Bauteile eine Leistung sowie die angesetzten Mengen verursachen.
  2. In bürointernen Prozessen ist der BIM-LV-Container zur Übergabe und Weiterverarbeitung von Daten aus der modellbasierten Kostenplanung in den Leistungsphasen 1-5 im AVA-Prozess ab Leistungsphase 6 nutzbar.
Weiterführende Informationen zur praktischen Umsetzung bietet die DBD-Akademie an.

Warum braucht man Austausch-Informationsanforderungen (AIA)?

Informationskette im BIM-Prozess
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Die Erfüllung der Austausch-Informationsanforderungen ist eine wesentliche Voraussetzung für die Umsetzung von BIM-Prozessen. Mit den Austausch-Informationsanforderungen wird der Informationsbedarf im Rahmen einer Informationsbestellung eindeutig spezifiziert. Es wird festgelegt, wer, wann, welche Information benötigt, wofür diese Information benötigt wird und von wem sie zu liefern ist. Hierbei gibt es eine klare Rollenverteilung zwischen Informationsbesteller und Informationsbereitsteller. Zur eindeutigen Spezifikation des Informationsbedarfs sind in der Normung auch Konzepte und Prinzipien beispielsweise für die Festlegung der Informationsbedarfstiefe (Level of Information Need, LOIN) vorgesehen. Dieses Konzept der Informationsbedarfstiefe der DIN EN ISO 19650 ist aus den früher als Level of Detail oder Level of Development (LOD) bekannten Konzepten hervorgegangen. Es ist auch in etwa äquivalent zu den Fertigstellungsgraden der VDI-Richtlinienreihe 2552. Die Spezifikation der Austausch-Informationsanforderungen ist der Startpunkt für die oben bereits beschriebenen Aktivitäten des BIM-Prozesses.
Der Informationsbesteller formuliert die Informationsanforderungen, die Planer stellen im Rahmen ihrer Planungsleistungen Informationen für weitere Fachplaner und Bauausführende bereit und geben diese über den standardisierten Datenaustausch weiter. Während der Bauvorbereitung und der Bauausführung entstehen schließlich weitere Informationen, die ebenfalls entsprechend definierter Informationsanforderungen aufbereitet und beispielsweise dem Bauherrn für den Betrieb der baulichen und technischen Anlage übergeben werden können. In diesem Sinne entwickelt sich aus Anforderungen, Planung, Ausführung und Betrieb ein Informationskreislauf, der durch die BIM-Methodik modellbasiert unterstützt wird.

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