BIM-basierte Planung: Der Weg zur perfekten Autobahnbrücke

Für die BIM-basierte Planung der Autobahnbrücken für die finnische Autobahn Nummer 4 verwendete die finnische Verkehrsinfrastrukturbehörde Sweco Structural Engineering und der Auftragnehmer für Straßeninstandhaltung Destia die Software Tekla Structures und das Kollaborationstool Trimble Connect.

BIM-basierte Planung für Großprojekt

Die Planung begann bereits im Jahr 2018. Der Baubeginn startete ein Jahr später im Frühjahr 2019. Für Ende 2023 ist die Fertigstellung des größten Infrastrukturprojekts Finnlands geplant. Bis dahin entstehen 17 km neue Autobahnstrecke, 25 km Straßen und mehr als 25 km Fahrspuren für den Leichtverkehr. Dazu kommen sechs Anschlussstellen und über drei km Lärmschutzwände. Die geschätzten Gesamtkosten für das Projekt betragen 139 Millionen Euro. „Die größte Herausforderung des Kirri-Tikkakoski-Projekts ist sein enormer Umfang. Da es in nur einem einzigen Vorhaben gebaut wird, ist es das größte Infrastrukturprojekt Finnlands“, sagt Projektleiter Jarmo Niskanen von der finnischen Verkehrsinfrastrukturbehörde.

Dafür setzen die Projektbeteiligten auf den Einsatz von BIM. Ausführliche Schulungen für alle Nutzer der Modelle und eine klare gemeinsame Vorgehensweise beschleunigten den Planungsprozess um bis zu 25 Wochen. Dadurch ließen sich erhebliche Kosteneinsparungen erzielen. Ebenso lässt sich so eine bessere Qualität und eine längere Lebensdauer der Brücken erreichen.

Sechs verschiedene Brückentypen

Im Rahmen des Autobahnprojekts entstehen 29 Brücken für den Fahrzeug- und Leichtverkehr. Davon sind sechs Brücken, die Teil von Autobahnkreuzen sind, die größten Tragwerke. Insgesamt besteht das Projekt aus zwölf Spannbetonbrücken, fünf Stahlbetonbalkenbrücken, einer Holzbrücke aus Brettschichtholz, vier Stahlrohrbrücken, drei Bogenbrücken aus Stahl und drei Brücken aus unbewehrtem Beton. Darüber hinaus sieht der Entwurf eine Betonbrücke vor, die im Rahmen des Projekts instandgesetzt werden soll. „Da der Highway 4 so viele Brücken umfasst, haben wir uns entschieden, konstruktive Lösungen zu entwickeln, die von einer Brücke zur anderen übertragen werden können. Damit haben wir eine Infrastruktur entwickelt, die qualitativ hochwertig ist und eine lange Lebensdauer hat“, sagt Niskanen.

Niskanen und sein Team haben das Projekt nach dem „Design-Build-Modell“ entworfen – einschließlich der ersten Entwicklungsphase. Die anfängliche Entwicklungsphase dauerte neun Monate, in denen neben allen anderen Bauwerken auch konstruktive Lösungen für jede der Brücken geplant wurden. Anhand der Pläne konnte der Auftragnehmer die Gesamtmenge der für die Brücken benötigten Materialien berechnen. Auf der Grundlage dieser Mengen erfolgten Kostenschätzungen.

„Es war wichtig, sich vor Beginn der Bauphase auf die Gestaltungsgrundlagen zu einigen. So hatten wir noch genügend Zeit, verschiedene Optionen zu prüfen und zu testen. Das Team von Sweco Structural Engineering, das für den Entwurf der Brücken verantwortlich war, hat unsere Bedürfnisse und Erwartungen übertroffen. Sowohl was den Grad der Zusammenarbeit als auch die Entwicklung von Arbeitsmethoden angeht“, erklärt Niskanen. Die Verwendung von Trimble-Tools war Teil der Auswahlkriterien. Die Anforderung war, dass BIM bei allen Planungsarbeiten eingesetzt wird und stets vom Kunden eingesehen werden kann.

BIM-basierte Planung fördert gegenseitiges Verständnis

Juha Litmanen, Leiter der Sweco Structural Engineering Group, und Timo Nurmimäki, Chefmodellierer, sind beide erfahrene Nutzer von BIM. Sie waren sich einig, dass es bei einem so großen Projekt für alle Beteiligten von Vorteil ist, ein konsistentes, gemeinsames Datenmodell zu verwenden, das die Informationen und Modelle der unterschiedlichen Baudisziplinen enthält – vom Architekten und Bauingenieur bis hin zu Subunternehmern und Zulieferern. „Zunächst haben wir uns an die Entwicklung gemeinsamer Richtlinien und Vorlagen gesetzt. Dann führten wir zehn Schlüsselpersonen in die Verwendung von BIM ein und boten ihnen durch offene Kommunikation in Teamsitzungen Hilfe an“, sagt Nurmimäki.

Sweco hat erkannt, dass die Verwendung herkömmlicher Zeichnungen die volle Nutzung der Vorteile eines BIM-Modells behindert. Bei früheren Projekten hatte das Ingenieurbüro die Verwendung von Zeichnungen reduziert, aber ein völlig papierloses Projekt war damals nicht möglich. Jetzt ist die Zeit für eine Veränderung gekommen.

„Wir haben uns einvernehmlich darauf geeinigt, dass die BIM-Modelle von Tekla und Trimble Connect die Grundlage für alle Baudaten bilden sollten“, erklärt Litmanen. Jaakko Taipale, Projektleiter des Hauptauftragnehmers Destia, ist erfreut darüber, wie die umfassende Nutzung des Bauwerksmodells den Prozess vereinfacht hat: „Für externe Brückenplanprüfungen und -genehmigungen sowie für das Verfahren der finnischen Verkehrsinfrastrukturbehörde dient das Tekla-Modell als Grundlage für die Genehmigung. Wenn in der Vergangenheit Fehler in den Plänen gefunden wurden, musste jedes Mal ein neuer Satz von Zeichnungen erstellt werden, um den Prüfprozess abzuschließen. Der gesamte Vertragsprozess vom Entwurf bis zum Bau mit genehmigten Plänen wurde durch die vollständige Nutzung des Modells erheblich beschleunigt. Darüber hinaus wurde die Anzahl der Fehler bei den Entwurfsdaten und beim Bau erheblich reduziert, weil ein Modell als Grundlage für alle Daten verwendet wird.“

Gemeinsames Bauwerksmodell

Außerdem hat die finnische Verkehrsinfrastrukturbehörde BIM bei der Produktion der Brückenbewehrung eingesetzt. Sweco implementierte ein Tool für das Datenmodell, das die Bewehrungsdaten aus dem Modell direkt an die Produktionsroboter übertrug. So wurden die Kon­trolle der Bewehrung vereinfacht und Fehler im Vorfeld vermieden. Schätzungen zufolge konnten durch die BIM-basierte Planung zwanzig Arbeitswochen im Projektablauf eingespart werden. In der Planungsphase wurden durch den Einsatz des Modells rund 150.000 Euro und während der Bauphase bis zu 1,5 Millionen Euro eingespart. Insgesamt führte die Verwendung der Bauwerksmodelle zu einer 10-prozentigen Einsparung gegenüber traditionellen Arbeitsweisen.

Von Thomas Janka.

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