Erkenntnisse und Untersuchungen zum gesamten Lebenszyklus von BIM

Zusammenfassung

Einleitung

In den 1970er-Jahren stellte Professor Charles M. Eastman von der Carnegie Mellon University das grundlegende Konzept von BIM vor, nämlich das Gebäudebeschreibungssystem, eine computergestützte Beschreibung von Bauwerken, mit deren Hilfe sich Bauprojekte visualisieren und quantitativ analysieren lassen, um die Effizienz der Bauausführung zu steigern.

Mit der Weiterentwicklung von Computerhardware und -software wurde der Begriff „Building Information Modeling“ (BIM) erst im Jahr 2002 offiziell geprägt, als das US-amerikanische Unternehmen Autodesk die Revit-Softwarefirma übernahm und den Begriff aus Gründen der Marktdurchdringung einführte. In den mehr als zwanzig Jahren danach haben zahlreiche Softwareanbieter im In- und Ausland eigene BIM-Programme auf den Markt gebracht und die Leistungsfähigkeit ihrer Software maßlos übertrieben, um im Wettbewerb einen größeren Marktanteil zu erringen.

Von dem von Autodesk geprägten Begriff „Building Information Modeling“ bis hin zu dem im Projektmanagement inzwischen anerkannten „Building Information Mangement“ wird die Definition von BIM immer umfassender; auch die ihm zugeschriebenen Funktionen und Anforderungen werden immer zahlreicher.

Finith E. Jernigan hat in seinem Buch „Big BIM, kleines bim“ den Entwicklungsprozess des BIM-Konzepts anschaulich beschrieben: Das kleine bim gleicht der Computertechnik vor dem Aufkommen des Internets; etwa ab 1996 war das kleine bim einer Computertechnik vergleichbar, die sich in lokale Netze einklinken konnte, und begann den Übergang zur vollständigen Verbindung mit dem Internet. Das große BIM gleicht einem vollständig in das Netz integrierten Personal Computer, der mit dem Internet vollkommen verschmolzen ist.

Von dem Konzeptprototyp von Charles M. Eastman über das „Building Information Mangement“ im Projektmanagement bis hin zur vollständigen Integration in das Internet, weiten sich Inhalt und Umfang des BIM-Konzepts beständig aus; BIM entwickelt sich ständig weiter. BIM ist nicht nur ein technisches, sondern auch ein gesellschaftliches Thema.

2 Verständnis des gesamten Lebenszyklus von Gebäuden

2.2 Der neue gesamte Lebenszyklus eines Gebäudes

Abbildung 2 Der neue gesamte Lebenszyklus eines Gebäudes 

2.2.1 BIM für Beratung und Planung

Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse müssen für eine gute Entwicklung von BIM ein Regelwerk sowie ein System von Bewertungsstandards für die Modellqualität geschaffen werden, das für die Übergabe dreidimensionaler virtueller Modelle geeignet ist. Das Übergabemodell über zweidimensionale Zeichnungen ist nicht das beste, aber vergleichsweise nicht das schlechteste; die Qualität der Übergabe dreidimensionaler Modelle ist am höchsten, doch die flankierenden Strukturen fehlen (diese „Flankierung“ gehört im Sinne der Wirtschaftswissenschaften zur Pfadabhängigkeit). Nutzt man die WYSIWYG-Eigenschaften von BIM-Modellen, so lassen sich auf der Grundlage eines hinreichenden gemeinsamen Verständnisses aller Projektbeteiligten die realen Mengen des Gebäudemodells (Zement, Sand, Bewehrungsstahl) in Echtzeit erfassen und die Genauigkeit dieser realen Mengen als objektiver Maßstab zur Bewertung der BIM-Modellqualität heranziehen; als ergänzendes Parallelsystem zur bestehenden Übergabepraxis mit zweidimensionalen Zeichnungen sollte das derzeit verbreitete, völlig nutzlose und ressourcenverschwendende BIM-Prüfverfahren verworfen werden. Der größte Vorteil der realen Mengen (Zement, Sand, Bewehrungsstahl) des BIM-Modells besteht darin, dass sie im Bauprozess verifiziert werden können: Der Bauherr bzw. die zuständigen staatlichen Stellen können die positiven und negativen Abweichungen zwischen den realen Mengen des BIM-Modells und den bei der Fertigstellung tatsächlich verbrauchten realen Mengen (Zement, Sand, Bewehrungsstahl) als Maßstab für die Qualitätsbewertung des dreidimensionalen Modells im Planungs- und Beratungs-BIM heranziehen, einen vergleichsweise objektiven Anreiz- und Sanktionsmechanismus umsetzen und so die hochwertige Entwicklung des Planungs- und Beratungs-BIM vorantreiben.

Eine Tatsache, die man nicht beschönigen sollte: Bauunternehmen haben die stärkste Motivation zur BIM-Einführung und erzielen die meisten Ergebnisse. Der Grund liegt darin, dass sie die natürlichen Vorteile des virtuellen BIM-Gebäudemodells voll ausschöpfen und die Nachteile der Umwandlung virtueller Modelle in zweidimensionale Zeichnungen umgehen. Wegen struktureller Zwänge und fehlender Fachkräfte stammen die meisten BIM-Modelle in Bauunternehmen von Personal mit einem Hintergrund in der technischen Gebäudeausrüstung, das die Modelle durch Rückmodellierung aus zweidimensionalen Zeichnungen erzeugt. Wegen des fachlichen Grunddefizits werden dabei oft nur offensichtliche Probleme wie Leitungs- und Rohrkollisionen erkannt; man verliert sich in der Korrektur von Qualitätsmängeln zweidimensionaler Zeichnungen und weicht damit von der richtigen Entwicklungsrichtung des Bau-BIM ab.

Das nach der Fertigstellung betriebene physische Gebäude ist in gewissem Sinne das physische Zwillingsgebäude des virtuellen BIM-Gebäudemodells in der realen Welt. Das virtuelle BIM-Gebäude trägt die von physischen Gebäuden erzeugten und gesammelten Daten und Informationen und kann als digitales Gebäude bezeichnet werden: Es stammt zwar aus der Bauindustrie, geht aber über sie hinaus. Nur wenn sich das digitale Gebäude von der Bauindustrie löst, neue Technologien wie Big Data, Cloud Computing und das Internet der Dinge aktiv aufgreift und in ein neues, integriertes Feld eintritt, kann es zu einem digital-intelligenten Gebäude heranreifen.

Vor einigen Jahren hat Hangzhou mithilfe der Cloud-Dienste von Alibaba die Anwendungen des „City Brain“ an der vordersten Front erprobt. Nach dem begrenzten Einblick des Autors in die einschlägigen Unterlagen wurde bisher vor allem in den unterirdischen Leitungsgängen sowie bei der öffentlichen Wasser- und Stromversorgung digitalisiert; in anderen Bereichen ist nur ein grobes Gerüst entstanden, das noch weit davon entfernt ist, die realen Bedürfnisse der breiten Bevölkerung im Alltag zu erfüllen.

Ohne die flächendeckende Anwendung von BIM-Technologie und ohne die Verwirklichung digitaler Gebäudezwillinge wäre ein Gebäude gleichsam ein Gebäude ohne Gehirn – wie könnte es dann das „City Brain“ stützen und eine intelligente Stadt ermöglichen? Aufbauend auf BIM-Modellen lässt sich durch digitale Gebäudezwillinge und unter Einbindung von Zukunftstechnologien wie Big Data eine tiefgehende Analyse der von Gebäuden erzeugten Daten erreichen; durch Dezentralisierung der Daten und verteiltes Rechnen lässt sich der Druck auf die zentrale Rechenkapazität verringern. Auch unter dem Gesichtspunkt des technischen Wegs ist dies ein Entwicklungsprozess vom Leichten zum Schweren und vom Punkt zur Fläche, dessen Ergebnisse sich leichter erzielen lassen.

Eine noch dringendere Anwendung des digitalen Zwillingsgebäudes besteht darin, über Drohnen vor Ort Daten zu erfassen und die Gebäude der realen Welt mit den digitalen Gebäuden abzugleichen; so lässt sich der Ist-Zustand städtischer Gebäude wirksamer überwachen und rechtswidriges Bauen wirksam eindämmen. Für digitale Zwillingsgebäude, bei denen BIM-Technologie in Planung und Bau systematisch angewandt wurde und die die Abnahme bestanden haben, wird empfohlen, dass die Archive sie nach angemessenen Maßstäben ankaufen, um das digitale Vermögen der Stadt zu bilden; den späteren Betrieb übernehmen die Archive zentral, die das digitale Vermögen extern verleihen oder verkaufen und so stabile Erträge erzielen. Wenn der Staat den Anstoß gibt und anschließend ein kontinuierlicher Betrieb folgt, lassen sich einerseits der finanzielle Druck mindern und andererseits das ungeordnete Konkurrieren sowie faktische Monopolisieren durch kapitalgesellschaftliche Betreiber vermeiden; zugleich ist dies ein weiterer Lösungsansatz für die anfänglichen Investitionen in den digitalen Aufbau der Städte.

Zum anderen sind BIM als reguläre Technologie und regulärer Prozess für Bauherren, Planungs-/Beratungsunternehmen und Bauunternehmen richtig anzuleiten und verbreitet anzuwenden; damit wird die Aufwertung der gesamten Baubranche zum großen Trend. Sobald genügend BIM-Daten gesammelt sind, kann die gesonderte Ausweisung von BIM-Mitteln gegebenenfalls entfallen.

Das planungsorientierte BIM benötigt Funktionen, die den Anforderungen der Planer genügen; das bauorientierte BIM solche, die den Anforderungen der Bauleiter genügen; und beim betriebsorientierten BIM sind die geforderten Funktionen erst recht vielfältig und bunt. Dass ein einziges Programm bzw. eine einzige Softwareart die Anforderungen aller Beteiligten erfüllt, ist praktisch unmöglich. Deshalb hat die internationale Organisation buildingSMART das Konzept openBIM vorgeschlagen: Fachleute aller Gewerke arbeiten mit der jeweils für ihr Fachgebiet geeigneten Software und tauschen Daten über allgemein gebräuchliche Standards und Formate wie IFC (Abbildung 3), BCF, DWG und PDF aus. Der IFC-Standard ist öffentlich und offen; er wird weder von Softwareherstellern monopolisiert, noch besteht ein Problem der technologischen „Blockade am Hals“, und er ist eine vergleichsweise gute Wahl. Allerdings sollte der Staat eine gemeinnützige Einrichtung schaffen, die sich an der kontinuierlichen Weiterentwicklung des IFC-Standards beteiligt.

Im zweidimensionalen Zeitalter lieferte die gesamte Branche ihre Ergebnisse über zweidimensionale Zeichnungen aus; insbesondere die gestempelten Blaupausen besaßen den Status rechtsverbindlicher Dokumente und zugleich die natürliche Eigenschaft, dass die Daten nicht verfälscht werden konnten. Im BIM-Zeitalter, in dem alles eng mit dem Internet verzahnt ist, erfolgt die Datenübertragung über Netzwerke; es muss daher ein Mechanismus entwickelt werden, der sicherstellt, dass Daten während der Übertragung nicht versehentlich verloren gehen und vor böswilliger Manipulation geschützt sind. Nur dann lässt sich eine dreidimensionale Übergabe mit rechtlicher Bedeutung verwirklichen, die den Rechtsstatus gestempelter Blaupausen besitzt. Insbesondere sind die derzeit verbreiteten irrigen Auffassungen und Mechanismen wie „Übereinstimmung von Zeichnung und Modell“ und „BIM-Prüfung“ von Grund auf zu korrigieren: Sie lösen weder technische noch rechtliche Probleme, sondern verursachen nur eine Verschwendung von Ressourcen der gesamten Branche und der Gesellschaft.

4.3 Das Baukostensystem

Im zweidimensionalen Zeitalter war die Mengenermittlung wegen der begrenzten technischen Mittel sehr grob; die Arbeitsmengen mussten von Hand berechnet werden – mühsam und ungenau zugleich. BIM-Software erhöht die Genauigkeit und Detailtiefe der Mengenermittlung erheblich, doch das Baukostensystem hat nicht Schritt gehalten: Es verwendet weiterhin das herkömmliche, auf Verbrauchsnormen und Leistungsverzeichnissen beruhende Kostenwesen, wodurch Anwendung und Entwicklung von BIM eingeengt werden. Es muss daher ein Baukostensystem geschaffen werden, das auf die BIM-gestützte Mengenermittlung zugeschnitten ist.

Mit der Durchsetzung eines einheitlichen großen Marktes sollen Bauprodukte zur Eigenschaft gewöhnlicher Waren zurückfinden. Auch Bauprodukte sind aus der Perspektive des Handels Waren; doch durch ihre tiefe Verflechtung mit Grund und Boden sowie technische Beschränkungen sind sie zu tief individualisierten Waren geworden, die einzigartig und regional geprägt sind, was ihre Eigenschaft als gewöhnliche Waren einschränkt. Durch die Entwicklung von BIM-Technologie und BIM-Prozessen sind die Kosten für die Datensimulation dreidimensionaler virtueller Gebäudemodelle stark gesunken; auch wenn Bauprodukte weiterhin einzigartig und regional geprägt bleiben, lassen sich doch die meisten ihrer Bauteile und Bauabläufe in universell anwendbare Standardbauteile und Standardbauverfahren zerlegen, die durch Datensimulation erprobt und iteriert werden können, um Verschwendung bereits an der Quelle zu verringern. Die heute verbreiteten Fertigteilgebäude können, da ihnen die Fähigkeit zur Datensimulation fehlt, in der Umsetzung oft nur auf eine begrenzte Zahl von Bauteilherstellern zurückgreifen und bleiben individualisierte Waren, deren Kosten nicht sinken. Die meisten Fertigteilgebäude sparen zwar vom Prinzip her Baukosten und Bauzeit, sind in der Praxis aber nicht besser und schneller als herkömmliche Ortbeton-Stahlbetonkonstruktionen. Bei richtigem Einsatz des BIM-Informationsflusses können Bauteilhersteller die BIM-Informationen des Gebäudes frei beziehen, durch Simulation entsprechend ihren eigenen Stärken Fertigteile produzieren, die den Anforderungen des Gebäudes entsprechen, und den Bauunternehmen Fertigung und Preise anbieten; die Bauunternehmen können über das BIM-Modell virtuell prüfen, ob die Bauteile des Herstellers den Anforderungen genügen, und frei entscheiden, ob sie sie beschaffen. Auch wenn das Gebäude als Ganzes eine tief individualisierte Ware bleibt, besitzen seine Bauteile die Eigenschaften gewöhnlicher Waren: Durch den Wettbewerb auf dem einheitlichen großen Markt werden die Ressourcen voll ausgeschöpft, Qualität und Effizienz deutlich gesteigert und das Ziel einer qualitativ hochwertigen Entwicklung des Bauwesens erreicht.