BIM plus acht Schlüsseltechnologien – wie viele kennen Sie?

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Mit der zunehmenden Verbreitung von BIM-Anwendungen werden Projekte, die ausschließlich BIM einsetzen, immer seltener. Immer mehr Projekte integrieren BIM mit anderen fortschrittlichen Technologien oder Anwendungssystemen, um einen größeren Integrationsnutzen zu erzielen. BIM+PM, BIM+Cloud-Computing, BIM+Internet der Dinge … Wie wird sich der Trend „BIM+“ entwickeln? Dies ist die Antwort für Sie.

01 BIM+PM

          

PM ist die Abkürzung für Projektmanagement: Gemeint ist die Erreichung vorgegebener Ziele innerhalb begrenzter Zeit-, Qualitäts- und Kostenvorgaben. Die integrierte Anwendung von BIM und PM richtet Datenaustauschschnittstellen zwischen der BIM-Anwendungssoftware und dem Projektmanagementsystem ein, schöpft die Anschaulichkeit, Analysierbarkeit, Teilbarkeit und Verwaltbarkeit von BIM voll aus und liefert genaue, zeitnahe BAS-Daten. Integrierte Daten und technische Analysen dienen als vielfältige operative Instrumente des Projektmanagements und werden auf dessen Prozesse abgestimmt. Über Prozess- und statistische Analysen wird eine vollständig geschlossene Verwaltung von Datenerzeugung, Datennutzung, Prozessfreigabe, dynamischer Statistik und Entscheidungsanalyse erreicht, wodurch die umfassende Managementfähigkeit und die Managementeffizienz des Projekts verbessert werden.

          

Die integrierte Anwendung von BIM und PM kann dem Projektmanagement anschauliche Managementinstrumente an die Hand geben. So lässt sich etwa durch den kombinierten Einsatz des 4D-Managements der Bauablauf und der bildliche Baufortschritt des gesamten Gebäudes direkt darstellen; Projektleiter können so einen sinnvollen Bauplan aufstellen und den Einsatz der Baubetriebsmittel optimieren. Zugleich bietet die kombinierte Anwendung der beiden Systeme dem Projektmanagement wirksamere Analyseinstrumente. Für eine einzelne Etage lassen sich beispielsweise über das integrierte BIM-Modell Einnahmen und Plankosten ermitteln, im Projektmanagementsystem die Ist-Kosten abrufen und anschließend die drei Berechnungsergebnisse vergleichend analysieren, um das dynamische Kostenmanagement zu unterstützen. Darüber hinaus liefert die integrierte Anwendung dem Projektmanagement auch Datengrundlagen: Mit dem integrierten BIM-Modell lassen sich etwa für die Kostenschätzung, das Materialmanagement und die Mengenprüfung von Nachunternehmerleistungen schnell und bequem Daten bereitstellen. Dadurch werden die Arbeitseffizienz und die Entscheidungsqualität wirksam verbessert.    

          

Angesichts der großen Schwierigkeiten beim Bau von Hochhäusern und der häufigen Überschneidungen vieler gleichzeitig arbeitender Gewerke entwickelte das Projekt Guangzhou Dafu International Finance Center gemeinsam mit der Glodon Software Co., Ltd. ein umfassendes Projektmanagementsystem für den Ostturm. In der Projektverwaltung wurden das BIM-Modell und vielfältige Daten miteinander vernetzt, wodurch die Kosten wirksam gesenkt, der Bauzyklus verkürzt und das technische Managementniveau des Projekts erhöht wurden; es gilt als Musterbeispiel für die integrierte Anwendung von BIM und PM im Hochhausbau.

          

Es ist zu erwarten, dass BIM-gestützte Projektmanagementsysteme immer ausgereifter werden und die herkömmlichen Projektmanagementsysteme womöglich vollständig ablösen. Das BIM-gestützte Projektmanagement fördert zudem die Anwendung des neuen Projektabwicklungsmodells IPD. IPD ist die Abkürzung für Integrated Project Delivery. Es basiert auf der Gesamtvergabe des Bauvorhabens und verlangt, dass alle Projektbeteiligten frühzeitig in die Vorarbeiten des Projekts einbezogen werden, eng zusammenarbeiten und bis zur Projektübergabe die entsprechenden Verantwortungen tragen. Die Beteiligten verfolgen den gesamten Projektablauf, setzen ihr Fachwissen ein und treffen Entscheidungen auf der Grundlage des Werts und des Nutzens für das Projekt. Im IPD-Modell kann die integrierte Anwendung von BIM und PM die Projektbeteiligten zu einem Team zusammenführen, das von einem erweiterten Entscheidungskreis, einer breiteren Wissensbasis, einer gemeinsamen Informationsplattform, besseren Entscheidungen, kontinuierlicher Optimierung und geringerer Verschwendung profitiert. Das IPD-Modell ist daher ein wichtiger Weg für Innovation und Weiterentwicklung des Projektmanagements und zugleich ein neues Anwendungsmodell für die integrierte Anwendung von BIM und PM.

          

02 BIM+Cloud-Computing

              

Cloud-Computing ist ein internetbasiertes Berechnungsmodell, bei dem Software, Hardware und Informationsressourcen nach Bedarf Computern und anderen Endgeräten gemeinsam zur Verfügung gestellt werden. Die integrierte Anwendung von BIM und Cloud-Computing nutzt die Vorteile des Cloud-Computings, um BIM-Anwendungen in BIM-Cloud-Dienste umzuwandeln. Derzeit steckt der Einsatz in China noch in der Erkundungsphase.

          

Dank der leistungsstarken Rechenkapazität des Cloud-Computings können BIM-Anwendungen umfangreiche komplexe Rechenarbeiten in die Cloud verlagern und so die Recheneffizienz steigern. Dank der massiven Speicherkapazität des Cloud-Computings lassen sich BIM-Modelle und zugehörige Geschäftsdaten in der Cloud synchronisieren, sodass die Nutzer jederzeit und überall darauf zugreifen und sie gemeinsam nutzen können. Die BIM-Technologie verlässt damit das Büro: Auf der Baustelle kann sich der Nutzer jederzeit über mobile Endgeräte mit dem Cloud-Dienst verbinden und die benötigten BIM-Daten und -Dienste zeitnah abrufen.

          

Kürzlich feierte das Projekt des Hochhauses Gaoyin Finance 117 in Tianjin sein Richtfest; bereits zu Beginn der Bauarbeiten wurde der Dienst Glodon Cloud als Datenplattform für das Datenmanagement, die Aufgabenverteilung und den Informationsaustausch des BIM-Teams gestartet und zugleich ein Konzept für eine BIM-Cloud erarbeitet. Das System basiert auf der Glodon Cloud, mit der die tiefgreifende Anwendung der BIM-Technologie ausgebaut wurde. Glodon Yunnan verwaltet die Zehntausende von Projektunterlagen dieses Projekts und stellt den Projektbeteiligten aus zehn verschiedenen Einheiten vorbildliche Kooperationsdienste bereit. Die Projektleitung speichert BIM-Informationen und Projektunterlagen zeitgleich in der Cloud; über eine fein abgestufte Rechteverwaltung und vielfältige Kooperationsfunktionen wird der Bedarf an der Speicherung riesiger Datenmengen aller Fachbereiche und Prozesse sowie an gleichzeitigem Zugriff und Zusammenarbeit vieler Nutzer gedeckt. Die Funktionen gewährleisten zudem, dass die Projektunterlagen schnell, sicher, bequem und kontrolliert im Team übermittelt werden. Durch die gemeinsame Nutzung, ** verbessern sich das Managementniveau und die Arbeitseffizienz.

          

Entsprechend der Form und dem Umfang der Cloud durchläuft die integrierte Anwendung von BIM und Cloud-Computing die Entwicklungsphasen Anfangs-, Mittel- und Fortgeschrittenenstufe. Die erste Stufe ist durch Projekt-Kollaborationsplattformen gekennzeichnet: Über den Zugriff auf die Projekt-Kollaborationsplattform bilden die BIM-Anwendungen der wichtigsten Anbieter zunächst BIM-Anwendungen auf Datei-Kollaborationsebene. Die zweite Stufe ist durch eine Modellinformationsplattform gekennzeichnet, ebenso die dritte Stufe durch eine Modellinformationsplattform; auf der Grundlage der allgemeinen Modellinformationsplattform entwickeln die kooperierenden Hersteller BIM-Anwendungen auf Komponenten-Kollaborationsebene. Die fortgeschrittene Stufe ist durch eine offene Plattform gekennzeichnet: Die Nutzer können je nach Bedarf die benötigten BIM-Anwendungen aus der BIM-Cloud-Plattform beziehen und daraus individuell angepasste BIM-Anwendungen zusammenstellen.    

03 BIM+Internet der Dinge

          

Das Internet der Dinge (IoT) ist ein Netzwerk, das über Funkfrequenz-Identifikation (RFID), Infrarotsensoren, GPS, Laserscanner und andere Informationserfassungsgeräte Objekte intelligent erkennt, lokalisiert, verfolgt, überwacht und verwaltet, sie mit dem Internet verbindet, um Informationen auszutauschen, und die Kommunikation gemäß den vereinbarten Protokollen durchführt.

          

Die integrierte Anwendung von BIM und Internet der Dinge ist im Kern die Integration von Informationen über den gesamten Bauprozess hinweg. Die BIM-Technologie verfügt über die übergeordneten Funktionen der Informationsintegration, der Interaktion, der Darstellung und der Verwaltung, während die Technologie des Internets der Dinge über die untergeordneten Funktionen der Informationswahrnehmung, -erfassung, -übertragung und -überwachung verfügt. Die integrierte Anwendung beider Technologien kann im gesamten Bauprozess einen „geschlossenen Informationsfluss“ realisieren und die virtuelle Informationsverwaltung organisch mit der physischen Hardware der Umgebung verbinden. Gegenwärtig wird BIM in der Planungsphase bereits breit eingesetzt und beginnt sich auf die Bau- und Betriebsphase auszudehnen. Die IoT-Anwendungen konzentrieren sich vor allem auf die Bau- und die Instandhaltungsphase; ihre integrierte Anwendung wird einen enormen Mehrwert erzeugen.

          

In der Bauphase kann die integrierte Anwendung beider Technologien die Sicherheitsmanagementfähigkeit auf der Baustelle verbessern, einen vernünftigen Bauablauf sicherstellen, eine wirksame Kostenkontrolle unterstützen und das Niveau des Qualitätsmanagements erhöhen. Sicherheitsrisiken wie unzureichender Kantenschutz an Tunneleingängen oder Arbeiter ohne angelegte Sicherheitsgurte sind auf Baustellen allgegenwärtig. Die auf BIM basierende IoT-Anwendung kann solche Gefahrenquellen in Echtzeit erkennen und Alarmmeldungen ausgeben. Auf den Schutzhelmen, Sicherheitsgurten und Ausweisen von in großer Höhe arbeitenden Personen angebrachte RFID-Etiketten ermöglichen eine präzise Ortung im BIM-System. Entspricht das Arbeitsverhalten nicht den einschlägigen Vorschriften, lösen die ID-Karte und die zugehörige Ortung im BIM-System gleichzeitig Alarm aus. Die Verantwortlichen können die Gefahrenquelle genau lokalisieren und wirksame Maßnahmen ergreifen, um Sicherheitsunfälle zu vermeiden.    

          

In der Bau-, Betriebs- und Wartungsphase kann die integrierte Anwendung dieser beiden Technologien die Effizienz der täglichen Instandhaltung von Anlagen verbessern, die Überwachung wichtiger Vermögenswerte erhöhen, die Sicherheitsvorkehrungen verstärken und ein intelligentes H.OM. unterstützen.

          

Beim groß angelegten PC-Wohnbauprojekt in Pujiang, Shanghai, wurden BIM und das Internet der Dinge integriert. Auf der Grundlage der BIM-Technologie wurde eine Informationsmanagementplattform für den Bau von Fertigteilgebäuden aufgebaut; zudem wurden Codierungsregeln für Bauteile untersucht und festgelegt. Mithilfe der RFID-Technologie wurden die Fertigteile dynamisch verwaltet. In einem Pilotversuch kam die BIM-Technologie bei Entwurf, Herstellung und Anwendung von Gebäuden in Betonfertigteilbauweise zum Einsatz; über das Management des gesamten Bauprozesses wurde die Produktion und Montage von Fertigteilen informationsgestützt und dynamisch gesteuert, wodurch die Effizienz des Baumanagements verbessert wurde.

          

Die integrierte Anwendung von BIM und Internet der Dinge steckt noch in den Anfängen; es fehlen systematische, praktikable Standards für die Integration und Umsetzung von Datenaustausch, Speicherung, Übertragung, Klassifizierung und Codierung sowie Anwendung, und sie sieht sich mit zahlreichen Fragen konfrontiert, etwa gesetzlichen und behördlichen Regelungen, den Geschäftsmodellen der derzeitigen Bauwirtschaft und der BIM-Anwendungssoftware. Diese Probleme werden jedoch mit der technologischen Entwicklung und der stetigen Verbesserung des Managementniveaus nach und nach gelöst.

          

Die tiefgreifende Integration und Anwendung von BIM und Internet der Dinge wird das intelligente Bauen zweifellos auf eine neue Stufe heben, ein neues Zeitalter des intelligenten Bauens einläuten und stellt eine der wichtigen Richtungen der Bauinformatisierung in der zukünftigen Bauwirtschaft dar. Künftig werden intelligente Gebäudesteuerungssysteme das Internet der Dinge als Kernstück nutzen und sich vor allem durch funktionale Klassifizierung sowie wechselseitig kompatible Kommunikation auszeichnen.

              

04 BIM+intelligente Totalstation

          

Die Bauvermessung ist ein wichtiger Bestandteil der Ingenieurvermessung; sie umfasst die Errichtung des bauvorbereitenden Kontrollnetzes, die Absteckung der Gebäude, die Verformungsbeobachtung während der Bauausführung und die Vermessung zur Fertigstellungsabnahme.

          

In den letzten Jahren nehmen immer größere, extrem hohe und formal komplexe Gebäude zu. Totalstationen (elektronische Tachymeter) werden vor allem für die Messung und Absteckung eingesetzt. Mit dem Einsatz neuer Technologien entwickeln sich Totalstationen schrittweise in Richtung Automatisierung und Intelligenz. Intelligente Totalstationen werden von Motoren angetrieben; unter der Steuerung entsprechender Anwendungsprogramme können sie mehrere Ziele automatisch erkennen, anzielen und messen, ohne dass jemand eingreifen muss; auch lassen sich gewöhnliche Ziele ohne Reflektorprisma direkt anpeilen.

          

Die integrierte Anwendung von BIM und intelligenter Totalstation vereint Hard- und Software: Das BIM-Modell wird auf die Baustelle gebracht, und die im Modell enthaltenen dreidimensionalen Koordinatendaten steuern die intelligente Totalstation bei der Vermessung. In der kombinierten Anwendung beider Technologien werden die durch die Vermessung vor Ort gewonnenen tatsächlichen Informationen über den Bauzustand mit den Modelldaten verglichen, um die Abweichungen zwischen der tatsächlichen Baustellensituation und dem BIM-Modell zu prüfen; dies liefert die Grundlage für die weiterführende Planung der elektrischen Anlagen sowie der Gewerke Maschinenbau, Innenausbau und Vorhangfassaden. Zugleich lassen sich dank der effizienten und präzisen Absteck- und Einmessfunktion der intelligenten Totalstation – in Verbindung mit dem Achsennetz, den Kontrollpunkten und den Höhenkontrolllinien der Baustelle – die Planungsergebnisse vor Ort wirksam und schnell abstecken und so eine präzise Bauabsteckung erreichen, die den Bauarbeitern eine genauere und anschaulichere Bauanleitung bietet. Darüber hinaus können mit der präzisen Datenerfassungsfunktion der intelligenten Totalstation nach Abschluss der Bauarbeiten die Objekte vor Ort vermessen und die Messdaten mit den Planungsdaten verglichen werden, um die Bauqualität zu prüfen.

          

Im Vergleich zu herkömmlichen Absteckmethoden kann das mit BIM und intelligenter Totalstation integrierte Absteckverfahren die Genauigkeit auf unter 3 mm begrenzen, während für allgemeine Bauarbeiten nur eine Genauigkeit von 1 bis 2 cm erforderlich ist; damit übertrifft es die herkömmliche Bauabsteckgenauigkeit bei Weitem. Die herkömmliche Absteckung erfordert mindestens zwei Personen; mit der integrierten Absteckung aus BIM und intelligenter Totalstation kann eine einzelne Person täglich die präzise Einmessung von mehreren hundert Punkten durchführen – die Effizienz ist 6- bis 7-mal höher als bei der herkömmlichen Methode.    

          

Gegenwärtig haben viele ausländische Unternehmen BIM mit intelligenten Mess- und Abstecktotalstationen bereits fest in ihre Bauprozesse integriert, während sich China noch in der Erkundungsphase befindet; bisher kamen sie nur in wenigen Projekten zum Einsatz, etwa bei der Linie 9 der Stadtbahn von Shenzhen, beim Ping-An-Finance-Center in Shenzhen und beim Wangjing SOH in Peking. Künftig wird die integrierte Anwendung beider Technologien weiter mit der Cloud-Technologie verzahnt, um eine bidirektionale Synchronisierung zwischen mobilen Endgeräten und Cloud-Daten zu erreichen; sie wird zudem weiter mit der Projektqualitätskontrolle verknüpft, damit die Qualitätskontrollmodelle aktualisiert und nahtlos in die bisherigen Arbeitsabläufe integriert werden – der Anwendungswert von BIM steigt dadurch weiter.

          

05 BIM+GIS

          

Ein Geoinformationssystem (GIS) ist ein rechnergestütztes Informationssystem zur Verwaltung georäumlich verteilter Daten. Es erfasst, speichert, verwaltet, berechnet, analysiert und zeigt in anschaulicher geografischer Kartenform vielfältige Daten an, die mit der Position auf der Erdoberfläche verknüpft sind; die englische Abkürzung lautet GIS. Über Datenintegration, Systemintegration oder Anwendungsintegration wird die integrierte Anwendung von BIM und GIS realisiert: GIS lässt sich in BIM-Anwendungen integrieren, BIM in GIS-Anwendungen, oder BIM und GIS werden tiefgreifend verschmolzen, um die jeweiligen Stärken voll auszuschöpfen und das Anwendungsgebiet zu erweitern. Derzeit werden sie in zahlreichen Bereichen integriert eingesetzt – etwa in der Stadtplanung, der Analyse des städtischen Verkehrs, der Analyse des städtischen Mikroklimas, der Verwaltung kommunaler Rohrleitungsnetze, der Planung von Wohngebieten, dem digitalen Katastrophenschutz und der Sanierung bestehender Gebäude. Gegenüber ihrer jeweils isolierten Anwendung haben sich die Modellierungsqualität, die Analysegenauigkeit, die Entscheidungseffizienz und das Niveau der Kostenkontrolle deutlich verbessert.

              

Die integrierte Anwendung von BIM und GIS kann die Managementfähigkeit großer, langfristig laufender Projekte verbessern. Der Anwendungsgegenstand von BIM ist gewöhnlich ein einzelnes Gebäude; mithilfe der makroskopischen Funktionen des GIS lässt sich der Anwendungsbereich auf Ingenieurbereiche wie Straßen, Eisenbahnen, Tunnel, Wasserkraft und Häfen ausdehnen. So verband etwa das Projekt der Xing-Fen-Schnellstraße BIM mit GIS und realisierte damit eine mehrstufige Bauverwaltung aus makroskopischem GIS-Management, querschnittsbezogenem BIM-Management und feingliedrigem Management von Brücken und Tunneln.

          

Die integrierte Anwendung von BIM und GIS kann die Managementfähigkeit großer öffentlicher Einrichtungen verbessern. Gegenwärtig konzentriert sich der Einsatz von BIM vor allem auf die Planungs- und die Bauphase. Durch die integrierte Anwendung von BIM und GIS lassen sich die Fragen des Betriebs- und Wartungsmanagements großer öffentlicher Gebäude sowie kommunaler und infrastruktureller Anlagen mit BIM lösen, und die BIM-Anwendung wird auf die Betriebs- und Wartungsphase ausgedehnt. So verband das Projekt des neuen Flughafens von Kunming beide Technologien miteinander und entwickelte erfolgreich ein Betriebs- und Wartungsmanagementsystem für das Flughafenterminal, das die tägliche Betriebs- und Wartungsverwaltung des Terminalgebäudes und der gebäudetechnischen Anlagen sowie die dynamische Informationsabfrage realisiert – einschließlich Gebäudeverwaltung, Elektro- und Maschinentechnik, Verfahren, Lagerbestand, Instandsetzung und Kontrollgänge.

          

Die integrierte Anwendung von BIM und GIS kann zudem die jeweiligen Anwendungsfunktionen erweitern und optimieren. Navigation ist eine wichtige Funktion von GIS-Anwendungen, beschränkt sich jedoch bislang auf den Außenbereich. Durch die integrierte Anwendung beider Technologien lässt sich die Navigationsfunktion des GIS nicht nur auf Innenräume ausdehnen, sondern auch die vorhandenen GIS-Funktionen lassen sich optimieren: So kann etwa über die detaillierte Beschreibung der Innenraumdaten im BIM-Modell sichergestellt werden, dass im Brandfall der Fluchtweg im Gebäude der sinnvollste und nicht bloß der kürzeste ist.

          

Mit der rasanten Entwicklung des Internets werden die auf Internet- und Mobilfunktechnologien basierenden integrierten Anwendungen von BIM und GIS ihr Anwendungsmodell verändern und sich in Richtung netzgestützter Dienste entwickeln. Derzeit beginnen BIM und GIS, Cloud-Computing zu integrieren; es entstehen „Cloud-BIM“ und „Cloud-GIS“. Die Einführung des Cloud-Computings wird die Datenspeicherung von BIM und GIS verändern, die Datenmengen vergrößern und ihre Anwendungen sprunghaft voranbringen.    

          

          

06 BIM+3D-Scannen

          

Das 3D-Scannen ist eine Hochtechnologie, die Optik, Mechanik, Elektrik und Computertechnik vereint. Es dient vor allem dazu, Form, Struktur und Farbe von Objekten zu scannen, um die räumlichen Koordinaten der Objektoberflächen zu erhalten. Es zeichnet sich durch schnelle Messung, hohe Genauigkeit und einfache Handhabung aus; die Messergebnisse lassen sich direkt über Schnittstellen an verschiedene Software weitergeben. Die 3D-Laserscantechnik wird auch als Szenenreproduktionstechnik bezeichnet. Mit der Messmethode des schnellen Laserscannings lassen sich rasch flächendeckende, hochauflösende 3D-Koordinatendaten der Oberfläche des Messobjekts gewinnen, was ein neues technisches Mittel für den schnellen Aufbau von 3D-Bildmodellen von Objekten darstellt.

          

Die 3D-Laserscantechnik kann die komplexen Gegebenheiten auf der Baustelle wirksam und vollständig erfassen. Im Vergleich mit dem Planungsmodell lässt sich die tatsächliche Ausführung vor Ort unmittelbar widerspiegeln, was für die Bauprüfung und ähnliche Arbeiten eine große Hilfe darstellt. Zugleich kann die 3D-Laserscantechnik für manche historischen Gebäude schnell und präzise elektronische Aufzeichnungen erzeugen und so digitale Archivdaten bilden, die spätere Instandsetzungs- und Umbauarbeiten erleichtern. Darüber hinaus lassen sich für Bauzustände, die vor Ort nur schwer zu verändern sind, über die 3D-Laserscantechnik die realen Informationen erfassen, die als Grundlage für den Zuschnitt von Ausbauelementen dienen. Die Integration von BIM und 3D-Scannen vergleicht, transformiert und koordiniert das BIM-Modell mit dem entsprechenden 3D-Scanmodell, um die Qualitätsprüfung von Bauleistungen zu unterstützen, die Modellerstellung zu beschleunigen und Nacharbeit zu reduzieren. Damit lassen sich viele Probleme lösen, die mit herkömmlichen Methoden nicht bewältigt werden können.    

          

Die Integration von BIM und 3D-Laserscantechnik wird im Baubereich zunehmend eingesetzt und besitzt einen großen Anwendungswert bei der Qualitätsprüfung von Bauleistungen, der Unterstützung der Erfassung tatsächlicher Baumengen und der Vormontage von Stahlbauten. Vergleicht man etwa die Ergebnisse des 3D-Laserscannings mit dem BIM-Modell, lassen sich die Unterschiede zwischen der tatsächlichen Ausführung vor Ort und dem Modell bzw. den Plänen feststellen, was hilft, Probleme in der Bauausführung aufzudecken – bisher erfordert dies, dass die Mitarbeiter bei der Vor-Ort-Prüfung Pläne und Messbänder mitführen, eine traditionelle, zeit- und arbeitsaufwendige Vorgehensweise.

          

So lässt sich etwa zur Lösung des Problems der schwer zu berechnenden Aushubmengen nach dem Erdaushub ein 3D-Laserscan durchführen: Auf der Grundlage der Punktwolkendaten wird ein 3D-Modell erstellt, und mit der BIM-Software lassen sich Volumen und Aushubmenge des Ist-Modells schnell messen und daraus die Aushubmenge der Baugrubenaushubarbeiten vor Ort berechnen. Darüber hinaus lässt sich durch den Vergleich mit dem Planungsmodell anschaulich die Qualität des Baugrubenaushubs sowie weitere Informationen erkennen.

          

Beim Bau des Shanghai Tower wurde die großräumige 3D-Laserscantechnik eingeführt. Über die Erfassung der dreidimensionalen Rauminformationen komplexer Szenen und räumlicher Ziele lassen sich das 3D-Modell des Ziels sowie Daten mit räumlichen Koordinaten wie Linien, Flächen, Volumen und Räumen schnell rekonstruieren und die realen Formmerkmale des Zielobjekts wiedergeben. Zugleich wurden die auf Punktwolken basierenden 3D-Modelle mit dem ursprünglichen Planungsmodell verglichen und die Bauausführung vor Ort überprüft; anhand der vor Ort erfassten Daten der tatsächlichen Leitungen und Unterkonstruktionen wurden Modelle erstellt, die die Grundlage für weiterführende Fachplanungen bildeten. Die integrierte Anwendung von BIM und 3D-Scantechnik erhöht nicht nur die Effizienz und Genauigkeit der Qualitätsprüfung von Bauleistungen, sondern liefert zugleich die Grundlage für die weiterführende Planung des Innenausbaus und weiterer Gewerke.

          

07 BIM+Virtuelle Realität    

          

Virtuelle Realität, auch virtuelle Umgebung oder Umgebung der virtuellen Realität genannt, ist eine dreidimensionale Umgebungstechnologie, die fortschrittliche Computertechnik, Sensor- und Messtechnik, Simulationstechnik, Mikroelektronik und mehr vereint. Sie erzeugt eine dreidimensionale Wahrnehmungsumgebung mit realen visuellen, auditiven, haptischen und kraftbezogenen Eindrücken und bildet so eine virtuelle Welt. Die Technologie der virtuellen Realität nutzt den Computer zur visuellen Verarbeitung komplexer Daten. Gegenüber den herkömmlichen Mensch-Maschine-Schnittstellen und der verbreiteten Fensterbedienung bedeutet die virtuelle Realität einen qualitativen Sprung im technischen Denken.

          

Die Idee der BIM-Technologie besteht darin, eine modellbasierte Informationsdatenbank aufzubauen, die den gesamten Lebenszyklus eines Bauprojekts abdeckt, und die modellbasierte Informationsintegration und den Informationsaustausch zwischen verschiedenen Phasen und Fachdisziplinen zu ermöglichen. Die integrierte Anwendung von BIM und der Technologie der virtuellen Realität umfasst den Aufbau virtueller Szenen, die Simulation des Bauablaufs, die Simulation komplexer lokaler Bauverfahren, die Simulation der Baukosten, die Simulation mehrdimensionaler Modellinformationen sowie interaktive Begehungen von Szenen. Ihr Ziel ist es, mithilfe der BIM-Informationsdatenbank die Technologie der virtuellen Realität besser über den gesamten Lebenszyklus von Bauprojekten hinweg einzusetzen.

          

Die Kombination von BIM und der Technologie der virtuellen Realität kann die Realitätsnähe der Simulation erhöhen. Herkömmliche zweidimensionale und dreidimensionale Darstellungen können nur auf einer einzigen Maßstabsebene einen Teil der Gebäudeinformationen vermitteln. Mit der Technologie der virtuellen Realität lässt sich ein lebendiges virtuelles Gebäude präsentieren, in das man eintauchen kann. Darüber hinaus lassen sich beliebige relevante Informationen in die aufgebaute virtuelle Szene integrieren und mehrdimensionale Modellinformationen gemeinsam simulieren. Die Beziehungen zwischen den verschiedenen Informationen und dem Modell können in Echtzeit aus jedem Blickwinkel betrachtet werden, was Planung und Ausführung leitet und die Bauaufsicht bei den einschlägigen Arbeiten unterstützt.

          

Die integrierte Anwendung von BIM und der Technologie der virtuellen Realität kann die Kostenkontrolle von Projekten wirksam unterstützen. Nach unvollständigen Statistiken müssen bei einem Bauvorhaben etwa 30 % der Bauprozesse nachgearbeitet werden, etwa 60 % der personellen Ressourcen gehen verloren und etwa 10 % des Materials werden verschwendet. Es ist leicht auszurechnen, dass in der riesigen Bauwirtschaft jedes Jahr Kapital in Höhe von rund einer Billion Yuan verloren geht. Die kombinierte Anwendung von BIM und der Technologie der virtuellen Realität simuliert den Bauablauf des Projekts, prüft die Machbarkeit und Zweckmäßigkeit der Bauverfahren vor der tatsächlichen Ausführung, reduziert bzw. vermeidet den Großteil der Planungsfehler und analysiert die Vernünftigkeit des Bauprozesses; zugleich lassen sich daraus entsprechende Beschaffungspläne und Kostenanalysen ableiten. Probleme in Planung und Ausführung werden frühzeitig erkannt, und die Attribute von Planung, Budget und Terminplan werden rechtzeitig aktualisiert, wodurch Konsistenz und Genauigkeit der Dateninformationen gewährleistet bleiben. Die kombinierte Anwendung beider Technologien kann die in der Bauwirtschaft weit verbreitete Ineffizienz, Verschwendung und Nacharbeit erheblich reduzieren, die Zeit für Projektplanung und Budgeterstellung verkürzen und deren Genauigkeit erhöhen.    

          

Die Kombination von BIM und der Technologie der virtuellen Realität kann die Bauqualität wirksam verbessern. Vor Baubeginn lässt sich der Bauablauf am Computer dreidimensional simulieren und darstellen, wodurch verschiedene Probleme, die in der tatsächlichen Ausführung auftreten können – etwa Rohrkollisionen oder die Montage von Bauteilen – frühzeitig erkannt und vermieden werden. So können die Ausführung angeleitet und optimale Bauverfahren festgelegt werden; insgesamt steigt die Baueffizienz, die Bauqualität wird sichergestellt, Qualitätsrisiken sowie potenzielle Sicherheitsrisiken werden beseitigt, und zugleich hilft es, Baukosten und Zeitaufwand zu senken.

          

Die Kombination von BIM und der Technologie der virtuellen Realität kann die Interaktivität der Simulationsarbeit erhöhen. In der virtuellen dreidimensionalen Szene lassen sich verschiedene Bauverfahren in Echtzeit umschalten, sodass man am selben Beobachtungspunkt oder in derselben Beobachtungssequenz unterschiedliche Bauprozesse erleben und die Vor- und Nachteile verschiedener Bauweisen vergleichen kann, um das optimale Bauverfahren zu bestimmen. Zugleich lassen sich bestimmte Teile verändern und vor der Änderung in Echtzeit mit dem bisherigen Verfahren vergleichen und analysieren. Darüber hinaus lässt sich die dreidimensionale virtuelle Umgebung während des gesamten Bauablaufs direkt beobachten, sodass Unvernünftiges oder Fehler schnell erkannt und Nacharbeiten während der Bauausführung vermieden werden.

          

Der Einsatz der virtuellen Gebäudetechnologie im Baubereich ist eine unvermeidliche Entwicklung. Sie besitzt in Planung und Ausführung der Zukunft ein breites Anwendungspotenzial und wird die Bauwirtschaft unseres Landes zweifellos in ein völlig neues Zeitalter führen.    

08 BIM+3D-Druck

          

Die 3D-Drucktechnik ist eine auf dreidimensionalen digitalen Modelldateien basierende Rapid-Prototyping-Technologie. Objekte werden dabei schichtweise gedruckt oder aus Pulverwerkstoffen aufgebaut. Sie vereint fortschrittliche Technologien wie digitales Modellieren, mechatronische Steuerung, Informationstechnik, Materialwissenschaft und Chemie.

          

Die integrierte Anwendung von BIM und 3D-Druck dient vor allem in der Planungsphase – bei der Präsentation, Prüfung und Simulationsanalyse von Entwürfen – dazu, mit 3D-Druckern verkleinerte Modelle der BIM-Modelle zu drucken. In der Bauphase werden mithilfe von 3D-Druckern die BIM-Modelle direkt zu realen Bauteilen und sogar zu ganzen Gebäuden gedruckt, wodurch die herkömmliche Bautechnik teilweise ersetzt wird. Die kombinierte Anwendung von BIM und 3D-Druck lässt sich als Verbindung zweier revolutionärer Technologien beschreiben: Sie ebnet dem Weg vom Bauentwurf zum physischen Objekt gleichsam eine „Autobahn“ und bietet einen wirksameren Weg für die Bearbeitung und Fertigung komplexer Bauteile. Derzeit umfassen die integrierten Anwendungen von BIM und 3D-Druck drei Formen: den 3D-Druck ganzer Gebäude auf der Grundlage von BIM, die Fertigung komplexer Bauteile auf der Grundlage von BIM und 3D-Druck sowie die physische Modellpräsentation von Baukonzepten auf der Grundlage von BIM und 3D-Druck.

          

Der 3D-Druck eines gesamten Gebäudes auf der Grundlage von BIM. Das Gebäude wird mit BIM entworfen, und das Entwurfsmodell wird über spezielle 3D-Drucker zum gesamten Gebäude gedruckt. Der Hausbau mit 3D-Drucktechnik kann die Personalkosten wirksam senken; während der Bauausführung entstehen weder Staub noch Bauschutt. Es handelt sich um eine umweltfreundliche Technologie, die gegenüber herkömmlichen Verfahren deutliche Vorteile bei Energieeinsparung, Verbrauchssenkung und Umweltschutz aufweist.

          

Komplexe Bauteile werden auf der Grundlage von BIM und 3D-Druck hergestellt. Herkömmliche Fertigungsverfahren für komplexe Bauteile werden stark durch menschliche Faktoren beeinflusst, sodass bei Genauigkeit und Optik zwangsläufig Abweichungen auftreten. Der 3D-Drucker wird vom Computer gesteuert; solange die Daten vorhanden sind, lassen sich beliebige komplexe Sonderformen schnell und präzise fertigen. Bei der Kombination von BIM und 3D-Druck zur Herstellung komplexer Bauteile sind keine aufwendigen Verfahren, Hilfseinrichtungen und Formen mehr erforderlich: Das BIM-Modell des Bauteils wird einfach an den 3D-Drucker übergeben, und das komplexe Bauteil kann in kurzer Zeit gedruckt werden. Dadurch verkürzt sich der Fertigungszyklus und die Kosten sinken; die hohe Präzision gewährleistet die Genauigkeit der geometrischen Form sowie die physische Qualität komplexer Sonderbauteile.    

          

Die physische Modellpräsentation von Bauverfahren auf der Grundlage von BIM und 3D-Druck. Die durch den 3D-Druck erzeugten verkleinerten Modelle von Bauverfahren helfen den Baufachleuten, den Inhalt der Bauverfahren anschaulicher zu verstehen. Sie müssen weder von Computern noch von anderen Hardwaregeräten dargestellt und wiedergegeben werden und lassen sich aus einem vollständigen 360-Grad-Winkel betrachten; damit überwinden sie den Nachteil von 3D-Bildern und 3D-Videos, die nur aus einem einzigen Blickwinkel betrachtet werden können.

          

Mit der Weiterentwicklung der Technologien wird die Integration von BIM und 3D-Druck viele technische Probleme lösen. Auch die Preise für 3D-Drucker und Druckmaterialien tendieren inzwischen zu vernünftigen Niveaus. Die sinkenden Anwendungskosten werden zugleich das Einsatzspektrum der 3D-Drucktechnik erweitern und den Automatisierungsgrad der Bauwirtschaft erhöhen. Auch wenn der 3D-Druck von Gebäuden bei der Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Serienfertigung gewöhnlicher Wohnbauten nicht die Vorteile der industriellen Fertigteilproduktion besitzt, bietet er doch deutliche Vorteile bei individualisierten und kleinmaßstäblichen Bauvorhaben. Mit dem Aufkommen des Marktes für individuell gestaltete Gebäude besitzt der 3D-Druck von Gebäuden in diesem Bereich eine sehr vielversprechende Marktperspektive.

          

          

          

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