3D-Modellierung in der Haustechnik: Keine Angst vor BIM

AUTOCAD & Inventor Magazin: Herr Holzschuh – was ist „BIM“?

Marc Holzschuh: Building Information Modeling (BIM) ist eine Planungsmethode, die mit Hilfe von Software alle relevanten Planungsdaten erfasst und während der Planung, Ausführung und Bewirtschaftung diese Daten allen Beteiligten zur Ver≠fügung stellt.
Die Planungsdaten werden über ein gemeinsam genutztes 3D-Gebäudemodell bereitgestellt. Dieses Modell ist Kern der BIM-Planung.
Den Objekten eines Gebäudes, inklusive der darin enthaltenen Anlagen, werden neben den zeichnerischen Informationen auch technische Daten zugeordnet. Momentan steht für den TGA-Planer jedoch vorrangig die räumliche Anordnung der Anlagentechnik im Gebäude im Fokus, um frühzeitig Kollisionen zu erkennen beziehungsweise diese von vorne­herein zu vermeiden. Änderungen des Architekten oder des Fachplaners werden im virtuellen Gebäudemodell vorgenommen und sind somit laufend auf einem aktuellen Stand. Der verbesserte Informationsaustausch zwischen den Beteiligten erhöht die Planungsqualität.
Gleichgültig, welches Ziel bei der Anwendung von BIM erreicht werden soll: Der Hauptnutzen entsteht durch die Bearbeitung eines virtuellen Modells des kompletten Gebäudes und der kompletten technischen Anlagen – ohne stockwerksweise Trennung.

AUTOCAD & Inventor Magazin: Sie werden sicherlich oft auf das Thema „BIM“ angesprochen. Wie sind denn die Kenntnisse von Kunden und Interessenten?
Marc Holzschuh: Vorab müssen meine Kollegen und ich vielen Gesprächspartnern erst erläutern, dass BIM kein Wundermittel ist. Ich stoße oft auf den Irrglauben, man müsse ein bestimmtes Softwareprodukt installieren, das BIM ist, und hat somit die gängigen Probleme aller TGA-Planer bei Datenhaltung, Datenaustausch und Änderungsverwaltung gelöst.
Die richtigen Softwareprodukte zu verwenden, ist wichtig – jedoch muss zuerst der BIM-Gedanke verstanden werden. Die richtigen Schritte zusammen mit Architekten und weiteren, an Planung und Bau beteiligten Stellen sind einzuleiten.
Nicht fachübergreifend, sondern nur hausintern mit dem BIM-Gedanken zu arbeiten, ist der erste Schritt. Schon durch dieses sogenannte „Little BIM“ kann sich viel in den Planungsabläufen verbessern. Das fachübergreifende Arbeiten mit gemeinsamen Datenmodellen, „Big BIM“, ist der nächste Schritt. Voraussetzung dafür ist der Wille der einzelnen Fachdisziplinen, sich an BIM heranzuwagen. Eine weitere Voraussetzung für das Arbeiten nach Big BIM ist die gemeinsame Datenhaltung und der damit verbundene Organisationsaufwand. Um Chaos beim Daten Zu- und Abfluss zu vermindern, soll ein so genannter BIM-Manager eingesetzt werden. Jedoch ist bisher nicht eindeutig geklärt, wer diese Stelle besetzen soll, und schon erst gar nicht, wie diese Stelle finanziert werden soll.

AUTOCAD & Inventor Magazin: Wie können Anwender die BIM-Methoden nutzen?

Marc Holzschuh: Tatsächlich wurde der BIM-Kerngedanke in unserem Hause seit 1985 – nämlich seit den ersten Produkten – immer gelebt und umgesetzt, obwohl er zu diesem Zeitpunkt noch lange nicht formuliert war.
Bereits im Begriff „Building Information Modeling“ stecken die entscheidenden Erfolgsfaktoren: Das Gebäude in seiner Gesamtheit beziehungsweise die darin enthaltenen Anlagen werden digital modelliert und mit Informationen versehen. Wichtig ist zu verstehen, dass „Building“ sich nicht alleine auf die Architektur bezieht, sondern fachübergreifend auf alle an diesem Gebäude beteiligten Disziplinen. Mit anderen Worten: jede dieser Disziplinen erstellt für ihren Bereich ein Gesamtmodell.
Mit mh-software wird ein zentrales virtuelles Datenmodell erstellt, auf das alle Anwender bürointern jederzeit zugreifen und es modifizieren können.
Die virtuellen Anlagedaten stehen innerhalb eines Planungsbüros allen Fachplanern zur Verfügung. So kann zum Beispiel bei der Planung der Heizungsanlage auf eine bereits existierende Planung der Lüftungsanlage zugegriffen und diese mit der Planung der Heizungsanlage koordiniert werden.
Mit Hilfe des Programmes RaumGEO  werden aus Architekturzeichnungen virtuelle Gebäudemodelle erstellt, die sowohl als Grundlage für die Heiz- und Kühllastberechnung als auch zur Koordination und Visualisierung dienen. Deshalb entspricht die Planungsweise, sobald mit mh-software gearbeitet wird, bereits dem Grundsatz des „Little BIM“.  Vom Architekten erzeugte Gebäudedaten werden über den offenen Standard „gbXML“ eingelesen. Die berechneten und dimensionierten Gewerke können aus dem virtuellen Anlagenmodell über verschiedene Wege wieder dem zentralen BIM-Datenmodell zugeführt werden. Das klingt im ersten Moment so, als ob man mit nahezu jeder beliebigen, objektorientierten Software BIM in der TGA betreiben kann.

AUTOCAD & Inventor Magazin: Was hindert die Anwender an der Umsetzung?

Marc Holzschuh: In den meisten CAD-Systemen besteht jedes Stockwerk aus einer separaten 2D- oder 3D-Zeichnung. Diese Zeichnungen müssen für die Berechnung im Nachhinein zusammengesteckt, an die Berechnung übergeben, berechnet und die Ergebnisse wieder auf die einzelnen Zeichnungen verteilt werden.  Das widerspricht dem natürlichen Ablauf – und birgt deshalb bei jeder dieser Operationen ein Fehlerpotential.  Bei der Koordination zwischen einzelnen Stockwerken oder dem Erstellen stockwerksübergreifender Ansichten, beispielsweise von Schachtdetails, müssen ebenfalls Kunstgriffe angewendet werden. Entweder muss die Zeichnung der darüber- und darunterliegenden Stockwerke referenziert oder in eine weitere Zeichnung kopiert werden.  Konstruieren ist eben nur innerhalb eines Stockwerkes möglich! Ändert sich nun beispielsweise die Dimensionierung einer Steigleitung, muss jede Stockwerkszeichnung einzeln geöffnet und aktualisiert werden. Eventuelle Hilfszeichnungen, beispielsweise Schachtdetails, müssen jetzt ebenfalls neu angefertigt werden.
Das ist nicht nur zeitraubend, sondern auch gefährlich: Eine Zeichnung nicht angepasst – und schon existieren Pläne mit falschen Dimensionierungen. Im Gegensatz zu fast allen anderen momentan auf dem Markt befindlichen Systemen arbeitet mh-software in einem Gesamtmodell. Das bedeutet, dass keine stockwerksweise Trennung existiert. Die modell­orientierte, parametergesteuerte Planung setzt den BIM-Gedanken sofort beim Entwurf konsequent um. So wird im ersten Schritt ein einfaches  „Einstrich“-Anlagen-Modell erstellt, das alle berechnungsrelevanten Daten, etwa Massenströme und Rohrmaterialien der kompletten Anlage, enthält. Mit den gesammelten Eingabedaten und der objektorientierten Zeichnung wird die Berechnung der kompletten Anlage durchgeführt.
Erst danach werden mit Hilfe der Berechnungsergebnisse passend dimensionierte Zeichnungsobjekte der gesamten Anlage erstellt. Der Vorteil eines datengetriebenen Systems liegt darin, dass dies vollständig automatisch abläuft. Der zeichnerische Aufwand wird auf das Strichmodell reduziert, das 3D-Volumenmodell entsteht von alleine.  Auf Knopfdruck „schneidet“ der Anwender anschließend aus dem kompletten virtuellen Anlagenmodell die Ansicht (eines oder mehrerer Stockwerke, Schachtdetail usw.) heraus, die für die weitere Bearbeitung oder für eine Zeichnung verwendet werden soll.

AUTOCAD & Inventor Magazin: Was sind die nächsten, sinnvollen und realistischen Schritte auf dem Weg zu BIM?

Marc Holzschuh: Momentan beginnt die Planung in der Regel mit 2D-Architektenplänen. Diese dienen als Vorlage für die grafische Gebäudeerfassung zur energetischen Analyse. Daraufhin werden die Gewerke der technischen Gebäudeausrüstung konstruiert.
Ich gehe davon aus, dass künftig die Verfügbarkeit von 3D-Gebäudedaten steigen wird. Diese Daten können dann direkt eingelesen werden – das Gebäude steht sowohl für die Berechnung als auch für die Kollisionskontrolle zur Verfügung. Das hat zwei positive Effekte – der Eingabeaufwand sinkt, um Heiz- und Kühllastberechnungen durchführen zu können. Zudem hat der Planer zur Kollisionsprüfung immer das perfekte Abbild der Architektenplanung zur Verfügung – und kann dieses 3D-Abbild selbstverständlich wirkungsvoll bei Präsentationen nutzen…

AUTOCAD & Inventor Magazin: … und ab welchem Zeitpunkt kann  mit einem kompletten Gebäudemodell gearbeitet werden?

Marc Holzschuh: Je früher mit einem kompletten Gebäudemodell gearbeitet wird, desto höher ist der Einfluss auf die weiteren Kosten im Planungsablauf.  Je später im Planungsablauf Änderungen vorgenommen werden, desto höher sind die Kosten, die Änderungen umzusetzen.
Anhand eines bewusst extrem gewählten Beispiels kann ich das weiter verdeutlichen: Zu Beginn der Planung fällt dem Tragwerksplaner auf, dass für Teile des Gebäudes ein anderer Beton verwendet werden soll. Der Änderungsaufwand ist gering – innerhalb des Gebäudemodells muss lediglich ein Attribut geändert werden, die entstehenden Kosten der Änderung fallen unter den Tisch. Um dieselbe Änderung zu einem späteren Zeitpunkt umzusetzen, ist der Aufwand bereits höher: U-Werte ändern sich, davon betroffen sind technische Anlagen, diese müssen unter Umständen neu berechnet werden… Die Kosten steigen nun schon erheblich an.
Ist das Gebäude bereits im Rohbau fertiggestellt, ist diese Änderung nicht mehr durchzuführen – das Gebäude müsste abgerissen werden, die Kosten stiegen ins Unermessliche Somit erklärt sich von selbst, wie die Kosten von unvermeidbaren Revisionen massiv verringert werden können: stecken Sie so früh wie möglich im Planungsablauf viel Aufwand in Ihr Modell!

AUTOCAD & Inventor Magazin: Also kann man mit einer Umorganisation der vorhandenen Planungsweisen Kosten sparen.

Marc Holzschuh: Sie erfassen oder übernehmen die Gebäudedaten des Architekten in ihre Planungssoftware. Aus den Gebäudedaten werden die energetischen Analysen abgeleitet.  Anhand von Heiz- und Kühllastberechnung werden Bedarfsermittlungen für die technischen Gewerke wie Heizung, Kälte und RLT durchgeführt. Das vom Architekten übermittelte Gebäude wird jetzt als geometrische Grundlage für die Konstruktion dieser Gewerke verwendet. Sie zeichnen im Einstrichverfahren die Trassenverläufe ein.  Diese Trassenverläufe werden nun berechnet und dimensioniert – bereits jetzt kann eine Koordination mit dem Gebäude und den anderen technischen Gewerken vorgenommen werden. Ohne besonders Acht darauf zu haben – mit mh-software haben Sie bereits jetzt ein komplettes 3D-Gebäudemodell erstellt.
Im Gegensatz zu stockwerksbasierenden CAD-Systemen müssen für die Berechnung oder Plan- und Schnittausgabe – also immer dann, wenn für eine Form der Anwendung mehr als ein Stockwerk benötigt wird – keine Pläne referenziert oder Hilfszeichnungen erstellt werden. Wenn sich ein Objekt ändert, sei es durch manuelle Änderung oder durch eine Redimensionierung durch die Berechnung, ändert sich dieses Objekt automatisch in allen Plänen und Ansichten mit.
Häufig haben Änderungen an einem Objekt Auswirkungen auf andere Stockwerke – diese werden grundsätzlich automatisch nachgeführt. Da Rohre, Ventile, Brandschutzklappen usw. nicht einfach nur zeichnerische Darstellungen, sondern tatsächliche Objekte mit technischen Daten sind, sind davon abhängige Beschriftungen immer aktuell.
Es ist also unmöglich, dass:
•  ein Objekt in einer Ansicht existiert und in einer anderen nicht,
•  ein Objekt in einer Ansicht eine andere Dimension besitzt oder andere technische Daten zugeordnet sind,
•  ein Objekt, das den Stockwerksbereich verlässt (Steigleitung, Verbraucheranschlüsse unter der Decke usw.) eine falsche Position oder andere Dimension als das dazugehörige Objekt im nächsten Stockwerk hat,
•  Beschriftungen nicht aktuell sind.
Je früher die Gewerke grob aufeinander abgestimmt werden können, desto kleiner ist der Aufwand, die einzelnen Rohre und Kanäle zu koordinieren.  Der Detaillierungsgrad des Modells wächst über den Planungszeitraum je nach Bedarf per Knopfdruck mit – aus einfachen Einstrich-Skizzen werden auf Knopfdruck dreidimensionale Renderings, die aus dem Gebäude und den dazugehörigen Gewerken bestehen. Planstände können jederzeit mit aktuellen Beschriftungen herausgegeben werden, da die Beschriftungsdaten direkt aus den Datenbanken der verknüpften Objekte erzeugt werden – somit ist es unmöglich, falsche Beschriftungen auszugeben.

AUTOCAD & Inventor Magazin: Gibt es noch weitere Kriterien, die BIM-fähige Planungssoftware ausmacht?

Marc Holzschuh: Vor allem in den frühen Planungsphasen ist es wichtig, den Detaillierungsgrad klein zu halten. Zu Beginn der Planung ist es nicht von Interesse, ob ein Ventil mithilfe eines Flansches oder Gewindes angeschlossen ist.  Dies erscheint selbstverständlich, ist es aber leider nicht.
BIM-fähige Software sollte in der Lage sein, den Detaillierungsgrad dynamisch an die Anforderungen anzupassen. Ein weiterer Vorteil eines geringen Detaillierungsgrades ist die einfache Bedienbarkeit. Wenn ein Ingenieurswerkzeug auf einem solchen CAD-System basiert, ist in der Regel ein technischer Zeichner zur Bedienung nötig. Das führt zu dem leider in vielen Büros noch vorhandenen Missstand, dass Zeichner und Ingenieur gemeinsam vor einem Arbeitsplatz sitzen. Somit entstehen unnötig hohe Personalkosten.

AUTOCAD & Inventor Magazin: Die Planung im Gesamtmodell ist der entscheidende erste Schritt zu BIM. Wie geht es dann weiter?

Marc Holzschuh: BIM treibt die längst fällige Ablösung des digitalen Zeichenbretts durch das modellbasierte, datengetriebene Planen eines Gebäudes voran. Im Architekturbereich sind bereits mehrere Softwaresysteme verfügbar, die eine gesamtmodellgestützte Planung ermöglichen. In der TGA findet man solche Systeme nur sehr selten.
Leider gibt es momentan noch einige Steine, die dem Planer in den Weg gelegt werden, um bereits jetzt den fachübergreifenden Datenaustausch via IFC nach der BIG-BIM-Methode durchzuführen. Das Datenaustauschformat IFC beinhaltet auch in der neuesten Version 4 noch keine ausreichenden Definitionen für die TGA, um genug Daten für Berechnungen übertragen zu können.
Des Weiteren wird ein „BIM-Manager“ nötig, der den Zu- und Abfluss der Daten überprüft und das gemeinsame Modell mithilfe von Modell-Checking-Software auf Kollisionen und vordefinierte Regeln prüft.
Wer die Kosten für diese Stelle übernimmt, ist nicht geregelt – in der HOAI 2013 finden Sie unter den „Besonderen Leistungen“ der LPH 2 lediglich die Phrase „…Erstellung eines 3D- oder 4D-Gebäudemodelles (BIM).“ Laut einigen Publikationen wird das Management des Datenmodells bis zu 10 Prozent der Gesamtplanungskosten ausmachen.
Ebenso fehlt es noch an gesetzlichen Regulierungen, die andere Länder schon seit langem kennen. Die vertraglichen Beziehungen der einzelnen Fachbereiche untereinander sind somit nicht geregelt.

AUTOCAD & Inventor Magazin: Wer übernimmt die Verantwortung für das Datenmodell?

Marc Holzschuh: An der auf dem Markt vorhandenen Software scheitert es im Moment nicht. Jetzt ist die Gesetzgebung gefragt, um die entsprechenden Rahmenbedingungen zu schaffen.
Bereits jetzt liegt in der Planungsweise nach „Little BIM“ ein großes Potenzial für Planungsbüros jeder Größe. Neben der Erhöhung der eigenen Planungsqualität lassen sich die mit Little BIM eingeführten und angewandten Strukturen und gemachten Erfahrungen innerhalb des eigenen Unternehmens bei einem künftigen Umstieg auf Big BIM als Erfahrungs- und Wissensvorteil gegenüber den Wettbewerbern nutzen. Little BIM ist der Einstieg in die BIM-Welt. Denn mit Little BIM wird die hausinterne Planung durchgeführt.

AUTOCAD & Inventor Magazin: Herr Holzschuh, vielen Dank für das Gespräch.