BIM - Building Information Modeling

Einführung
Für die Abbildung separierter Teilplanungen der Bauobjekte und deren Ergebnisse im Projektverlauf in einem digitalen Modell hat sich der Begriff Building Information Modeling (BIM) (etwa: Gebäudedaten-Modellierung) etabliert. Während des Konstruktionsprozesses eines Gebäudes entsteht mit Hilfe eines Softwaresystems ein präzises, dreidimensionales Gebäudemodell. Neben der Geometrie werden alle für die Erstellung und Fertigung, Analyse und Optimierung sowie die für den späteren Betrieb relevanten Daten in einer zentralen Datenbank miteinander vernetzt und an zentraler Stelle dem Projektteam zur Verfügung gestellt. Alle am Bau Beteiligten - von den Nutzern, den Architekten über die Fachplaner für Statik und Gebäudetechnik sowie Prozess- und Logistikplanern bis hin zu den Ausführenden - greifen in sämtlichen Planungs- und Lebenszyklusphasen auf das zentrale Gebäu-de-Datenmodell zurück und können so die für sie relevanten Informationen nutzen. Änderungen während der Planungsphase werden automatisch in alle betroffenen Bereiche übernommen und sämtliche "klassischen" Planungsdokumente wie z.B. Grundrisse, Schnitte, Ansichten, 3D-Isometrien und Bauteillisten zeitnah aktualisiert.
Darstellung von Planungsvarianten
Die Erstellung und Darstellung von Planungsvarianten sowie die hiermit verbundene Gegenüberstellung von Erstellungskosten sind gängige Praxis in der Fabrikplanung. Bei der konventionellen Bearbeitung eines Projektes war die Planung und Verwaltung von Varianten häufig sehr zeit- und kostenintensiv und führte nicht selten zu redundanten Planungen. Mittels Building Information Modeling ist es möglich, wichtige Entwurfsalternativen im gleichen Gebäudedatenmodell zu entwickeln, zu prüfen und bis zur Entscheidungsfindung mitzuführen. Jede Option kann im Modell vorab dargestellt werden und beinhaltet je nach Darstellungstiefe die relevanten Informationen über Flächen, Massen, Bauteile, etc. Änderungen, die das reguläre Projekt betreffen und nicht Teil einer Entwurfsvariante sind, sind aufgrund der zentralen Datenbank nur einmal durchzuführen, werden aber in sämtlichen Planungsvarianten automatisch mitgeführt. Dies erspart Zeit und hält sämtliche das Projekt betreffende Daten konsistent.
Optimierung der Topografie
Mit Hilfe von Modellierungstools innerhalb der BIM-Software ist es möglich, numerische Informationen des Geländeprofils aus Vermessungsprotokollen bzw. aus Tiefbau-Anwendungen in das Projekt zu importieren und daraus automatisch ein dreidimensionales Geländemodell zu generieren. Bei Grundstücken mit einem starken Gefälle, Erdwällen, Gräben etc. können Erdbewegungen während der Planungsphase durch Höhennivellierung auf ein Minimum reduziert und unnötige Kosten für Abtragungen und Deponie bzw. Auffüllungen vermieden werden. Neben dem zeitlichen Vorteil der dreidimensionalen Geländemodellierung bietet diese Methode eine deutlich höhere Genauigkeit gegenüber der manuellen Berechnung über Geländeschnitte und Interpolation.
Parametrik
Das virtuelle Gebäudedatenmodell besteht aus parametrierten Elementen, die eine Vielzahl von Informationen sowie die Beziehung zu anderen Objekten beinhalten. Einer einfachen Wand z.B. wird nicht eine globale Höhe in Metern zugewiesen, sondern das Modell verknüpft die Oberkante mit der darüber liegende Ebene. Wird später während einer Planungsänderung die Geschosshöhe angepasst, werden sämtliche Wände und alle weiteren Objekte, die an diese Ebene gebunden sind, automatisch angepasst. Die Aktualisierung aller betroffenen Dokumente wie z.B. Grundrisse, Schnitte und Ansichten erfolgt danach automatisch.
Flächen- und Mengenauswertung
Bauteillisten bieten neben den klassischen Planungsdokumenten eine weitere Sicht auf die Informationen des Gebäudedatenmodells. Hierbei handelt es sich um die numerische Darstellung aller im Modell vorhandener Elemente in Form von Tabellen und Berichten. Der Nutzer hat so die Möglichkeit, die für ihn relevanten Informationen je nach Bedarf zu betrachten und zu ändern. Für eine Ausschreibung lassen sich beispielsweise alle Teilelemente einer Fassade nach diversen, auch selbst angelegten Eigenschaften sortieren (Feuerwiderstandsklasse, Preis, Etage, Öffnungsrichtung, etc.). Räume und Flächenbereiche können z.B. in Form eines übersichtlichen Raumbuches dargestellt werden. Werte für die Fläche oder Volumen werden anhand der Geometrie automatisch ermittelt.  Neben den Räumen und Flächen stehen auch die Bauteile des Architekten, Haustechnikers, Statikers und Fabrik- und Logistikplaners zur Auswertung in Bauteillisten zur Verfügung. Produktionselemente werden beim Einfügen automatisch den Räumen bzw. Flächen zugeordnet und können in Raumbüchern oder Maschinenlisten erfasst werden.
Bauzeitabläufe und virtuelle Baustelle
Neben dar Darstellung von Planungsvarianten spielt der störungsfreie Bauablauf eines Projektes aufgrund des üblichen Zeitdrucks eine große Rolle. Sowohl für Planer als auch für Ausführende gilt es, die gleichzeitig auf der Baustelle agierenden Unternehmen zu koordinieren und Konflikte und Überlagerungen weitestgehend zu vermeiden. Building Information Modeling ermöglicht es, neben den zuvor genannten Parametern jedem Objekt auch eine zeitliche Komponente je Projektphase zuzuordnen. So können schon vor dem ersten Spatenstich einzelne Bauabschnitte, aber auch komplexe Baustellenabläufe simuliert werden.
Tageslichtsimulation
Die BIM-Technologie ermöglicht es weiterhin, DIN-gerechte Tageslicht- und Kunstlichtsimulation zu erstellen und so schon in einem frühen Stadium der Planung sowohl einen visuellen Eindruck der Licht- und Schattenverhältnisse als auch einen quantitativen Nachweis über die an virtuellen Messpunkten zu erwartende Lichtstärke zu erhalten. Im Fall einer Tageslichtsimulation wird das Gebäudemodell in eine Simulationssoftware überführt und dabei Informationen über den Standort und die Gebäudeausrichtung aus dem Building-Information-Model automatisch übertragen. Nach dem Einlesen der ortspezifischen Wetterinformation und Definition der zu simulierenden Uhrzeit bzw. des zu simulierenden Zeitintervalls können realitätsgetreue und DIN-gerechte Auswertungen in Form von z.B. animierten Schattenverläufen oder Falschfarbendarstellungen erfolgen. Beeinträchtigungen an den Arbeitsplätzen durch ungewollte Blendungen von z.B. direkt einstrahlendem Sonnenlicht sind so frühzeitig erkennbar und können dann durch geeignete Maßnahmen (Optimierung der transparenten Fassendenflächen oder des Sonnenschutzes) ausgeschaltet werden.
Kunstlichtsimulation
Im Fall einer Kunstlichtsimulation wird das Building-Information-Modell durch herstellerspezifische Leuchteninformation im IES-Format, ein international gängiges Datenformat zur Beschreibung der Lichtverteilung von Leuchten, ergänzt. Mittels eines "Light Meter", ein vom Benutzer zu definierendes Raster zur virtuellen Messung der Beleuchtungsstärke, kann der zu untersuchende Bereich DIN-gerecht erfasst und verschiedene Beleuchtungskonzepte simuliert werden. So können sowohl einzelne Flächen als auch ein komplettes Gebäude realitätsgetreu simuliert, analysiert und für den jeweiligen Bedarfsfall optimiert werden. Eine aufwendige und zeitintensive Bemusterung vor Ort kann somit in den meisten Fällen entfallen und für die Beleuchtung erforderliche bauliche Maßnahmen können in der weiteren Planung Berücksichtigung finden. Bild 5 zeigt einen Halleninnenraum bei künstlicher Beleuchtung von 500 lux; die spezifischen Hallenstrahler wurden aus dem Lieferprogramm eines Leuchtenherstellers (z.B. ERCO, Zumtobel) virtuell im Deckenbereich montiert.
Energieanalyse und -minimierung
Schon vermeintlich einfache Entwurfsentscheidungen in den ersten Planungsphasen wie z.B. die Ausrichtung auf einem Grundstück können erheblichen Einfluss auf die spätere energetische Bilanz eines Gebäudes haben und hohe Betriebskosten für Heizung / Kühlung nach sich ziehen. Building Information Modeling ermöglicht Architekten und Ingenieuren zu einem frühen Zeitpunkt ihre virtuellen Modelle zur Simulation und energietechnischen Einschätzung in Tools wie IES Virtual Environment, Autodesk Green Building Calculation, Design Builder, etc. zu überführen und den Einfluss von Entwurfsentscheidungen auf die Leistung des Bauwerks zu prüfen.
Visualisierung
Neben den teilweise recht trockenen Simulationen, Analysen und Auswertungen ist die Visualisierung ein wichtiges Werkzeug zum Transport von Entwurfsgedanken sowie zur Darstellung der Funktionsweise technischer Anlagen und Prozessabläufe. Schattierte Darstellungen des Gebäudedatenmodells mit einfachen Materialdarstellungen sind in den aktuellen BIM-Anwendungen Stand der Technik und ermöglichen insbesondere den Nutzern schon während der Konstruktion einen sehr anschaulichen Eindruck des virtuellen Modells. Darüber hinaus sind fotorealistische Darstellungen und Kamerafahrten um und durch das Gebäude schon für kleinere Projekte mit wenig zusätzlichem Aufwand möglich. Hier stehen dem Anwender in der BIM-Anwendung hochwertige Werkzeuge zur fotorealistischen Visualisierung von Räumen zur Verfügung, die mit wenigen Einstellungen gute Ergebnisse in kurzer Zeit liefern. Alternativ bietet der Markt auch High-End-Anwendungen wie 3D-Studio Max oder Cinema 4D.