Building Information Modeling - BIM
BIM - Building Information Modeling
Building Information Modeling (BIM) beschreibt den Prozess der digitalen Gebäudeplanung, -konstruktion und -verwaltung in einem 3D-Modell. Building Information Models (BIMs) sind Dateien (oft aber nicht immer in proprietären Formaten und mit proprietären Daten), die extrahiert, ausgetauscht oder vernetzt werden können, um Entscheidungen über ein Gebäude oder ein anderes gebautes Asset zu unterstützen. Die derzeitige BIM-Software wird von Einzelpersonen, Unternehmen und Regierungsbehörden genutzt, die verschiedene physikalische Infrastrukturen wie Wasser, Müll, Strom, Gas, Kommunikationsdienstleistungen, Straßen, Brücken, Häfen, Tunnel usw. planen, entwerfen, konstruieren, betreiben und pflegen.
Die Begriffe “Building Information Model” und “Building Information Modeling” (einschließlich der Abkürzung “BIM”) wurden, seit ihrem Aufkommen, jedoch viele Jahre später populär. Im Jahr 2002 veröffentlichte Autodesk ein Whitepaper mit dem Titel “Building Information Modeling”, danach begannen auch andere Software-Anbieter, sich an diesem Gebiet zu beteiligen. Durch das Hosting von Beiträgen von Autodesk , Bentley Systems und Graphisoft sowie anderen Industriebeobachtern im Jahr 2003 half Jerry Laiserin, den Begriff als gemeinsamer Name für die digitale Repräsentation des Bauprozesses zu popularisieren und zu standardisieren. Die Erleichterung des Austauschs und der Interoperabilität von Informationen in digitaler Form wurde bisher von Graphisoft als “Virtual Building”, Bentley Systems als “Integrated Project Models” und von Autodesk oder Vectorworks als “Building-Information-Modeling” mit unterschiedlicher Terminologie angeboten.
Da Graphisoft diese Lösungen länger als seine Konkurrenten entwickelt hatte, betrachtete Laiserin seine ArchiCAD als “eine die reifste BIM-Lösungen auf dem Markt”, aber auch die Vorreiterrolle von Anwendungen wie RUCAPS, Sonata und Reflex (am 23. Juni 2016 präsentierte die britische Royal Academy of Engineering ihre Prinz Philip Goldmedaille an Jonathan Ingram, den Entwickler von Sonata und Reflex, für seine Pionierarbeit an BIM). Nach seiner Einführung im Jahr 1987 wurde ArchiCAD von einigen als die erste Implementierung von BIM angesehen, da es das erste CAD-Produkt auf einem Personal Computer war, der sowohl die 2D- als auch die 3D-Geometrie sowie das erste kommerzielle BIM Produkt für Personal Computer herstellen konnte.
Definition und Nutzen
Das US National Building Information Model Standard Project Committee hat folgende Definition für BIM:
Building-Information-Modeling (BIM) ist eine digitale Darstellung der physikalischen und funktionalen Merkmale einer Anlage. Eine BIM ist eine gemeinsame Wissensressource für Informationen über eine Einrichtung, die eine zuverlässige Entscheidungsgrundlage während ihres Lebenszyklus bildet. Definiert als existierend von der frühesten Konzeption bis zum Abbruch.
Die traditionellen Bauentwürfe waren weitgehend auf zweidimensionale technische Zeichnungen (Pläne, Erhebungen, Abschnitte usw.) angewiesen. Die Gebäudeinformationsmodellierung (BIM) erstreckt sich über 3D hinaus und vermehrt die drei primären räumlichen Dimensionen (Breite, Höhe und Tiefe) mit der Zeit als vierte Dimension (4D) und Kosten als Fünfte (5D). BIM deckt daher mehr als nur Geometrie ab. Es umfasst auch räumliche Zusammenhänge, Lichtanalyse, geografische Informationen und Mengen und Eigenschaften von Bauteilen (z. B. nach Herstellerangaben).
BIM beinhaltet die Darstellung eines Designs als Kombinationen von “Objekten” - vage und undefinierte, generische oder produktspezifische, feste Formen oder void-space-orientierte (wie die Form eines Raumes), die ihre Geometrie, Relationen und Attribute tragen. BIM-Design-Tools ermöglichen die Extraktion von verschiedenen Ansichten aus einem Gebäude-Modell für die Zeichnung, Produktion und andere Verwendungen. Diese verschiedenen Ansichten sind automatisch konsistent und basieren auf einer einzigen Definition jeder Objektinstanz. BIM-Software definiert auch Objekte parametrisch; das heißt, die Objekte sind als Parameter und Relationen zu anderen Objekten definiert, sodass, wenn ein verwandtes Objekt geändert wird, sich das abhängige auch automatisch ändern wird. Jedes Modellelement kann die Auswahl und Bestellung der Attribute automatisch durchführen, sowie die Bereitstellung von Kostenvoranschlägen, der Materialnachverfolgung und Bestellungen ausführen.
Für die an einem Projekt beteiligten Fachleute kann BIM dem Bauunternehmer und den Unterauftragnehmern ein virtuelles Informationsmodell vom Designteam (Architekten, Landschaftsarchitekten, Vermessungsingenieure, Zivil-, Bau- und Bauingenieure etc.) und dem Eigentümer / Betreiber übergeben; jeder Profi fügt dem einzelnen gemeinsamen Modell disziplinspezifische Daten hinzu. Dies verringert Informationsverluste, die traditionell auftreten, wenn ein neues Team des Projekts übernimmt und den Besitzern komplexer Strukturen umfassendere Informationen liefert.
Einsatz von BIM in unterschiedlichen Branchen
BIM während des gesamten Projektlebenszyklus
Die Nutzung von BIM geht über die Planungs- und Planungsphase des Projekts hinaus, die sich über den gesamten Lebenszyklus des Gebäudes erstreckt und Prozesse einschließlich Kostenmanagement, Bauleitung, Projektmanagement und Anlagenbetrieb unterstützt.
Management von Gebäudeinformationsmodellen
Gebäude-Informationsmodelle überspannen die gesamte Konzept-zu-Tätigkeits Zeitspanne. Um eine effiziente Verwaltung von Informationsprozessen in dieser Spanne zu gewährleisten, kann ein BIM-Manager (der manchmal auch als virtuelles Design-to-Construction, VDC, Projektmanager - VDCPM) festgelegt werden. Der BIM-Manager wird von einem Design-Build-Team im Auftrag des Auftraggebers aus der Vorentwurfsphase beibehalten, um die objektorientierte BIM gegen prognostizierte und gemessene Leistungsziele zu entwickeln und zu verfolgen, um multidisziplinäre Gebäudeinformationsmodelle zu unterstützen, die die Analyse, Start und Logistik planen. Die Unternehmen erwägen nun auch die Entwicklung von BIMs in verschiedenen Detailebenen, da je nach Anwendung von BIM mehr oder weniger Details benötigen und unterschiedliche Modellierungsaufwendungen auftreten, die mit der Generierung von Gebäudeinformationsmodellen auf verschiedenen Detailebenen verbunden sind.
BIM im Bauwesen
Die Teilnehmer des Bauprozesses werden ständig aufgefordert, erfolgreiche Projekte trotz knapper Budgets, begrenzter Arbeitskräfte, beschleunigter Zeitpläne und begrenzter oder widersprüchlicher Informationen zu liefern. Die bedeutenden Disziplinen wie architektonische, strukturelle und MEP-Entwürfe sollten gut koordiniert werden, da zwei Dinge nicht am selben Ort und in derselben Zeit stattfinden können. Building-Information-Modeling hilft bei der Kollisionserkennung im Anfangsstadium und identifiziert den genauen Standort der Diskrepanzen.
Das BIM-Konzept sieht den virtuellen Aufbau einer Anlage vor der eigentlichen physikalischen Konstruktion vor, um die Unsicherheit zu verringern, die Sicherheit zu verbessern, Probleme zu lösen und mögliche Auswirkungen zu simulieren und zu analysieren. Subunternehmer aus jedem Handel können vor dem Bau kritische Informationen in das Modell eintragen, mit Möglichkeiten zur Vorfertigung oder Vormontage einiger Systeme vor Ort. Abfälle können vor Ort minimiert werden und Produkte werden auf einer Just-in-Time-Basis geliefert, anstatt vor Ort gelagert zu werden.
Mengen und geteilte Eigenschaften von Materialien können leicht extrahiert werden. Arbeitsbereiche können isoliert und definiert werden. Systeme, Baugruppen und Sequenzen können in einer relativen Skala mit der gesamten Anlage oder Gruppe von Anlagen gezeigt werden. BIM verhindert auch Fehler, indem es Konflikte oder “Zusammenstoßerkennung” ermöglicht, wobei das Computermodell visuell das Team hervorhebt, in dem Teile des Gebäudes (z. B. Strukturrahmen und Gebäudedienstrohre oder -kanäle) sich falsch schneiden können.
BIM im Anlagenbetrieb
BIM kann den Informationsverlust überbrücken, der mit dem Designteam eines Projektes, dem Konstruktionsteam und bis zu dem Bauteam des Eigentümers / Betreibers auftreten kann, indem es jeder Gruppe erlaubt, sich auf alle Informationen zu beziehen, die sie während ihres Zeitraums für das BIM-Modell erwerben. Dies kann dem Anlagenbesitzer oder Betreiber Vorteile bringen.
Zum Beispiel kann ein Bauherr einen Beweis für ein Leck in seinem Gebäude finden. Anstatt das physische Gebäude zu erkunden, kann er sich dem Modell zuwenden und sehen, wo sich ein Wasserventil befindet. Er könnte im Modell auch die spezifische Ventilgröße, den Hersteller, die Teilenummer und alle anderen Informationen haben, die jemals in der Vergangenheit recherchiert wurden. Solche Probleme wurden zunächst von Leite und Akinci angesprochen, als sie eine Anfälligkeitsdarstellung von Anlageninhalten und Bedrohungen zur Unterstützung der Identifizierung von Schwachstellen im Aufbau von Notfällen entwickelten.
Dynamische Informationen über das Gebäude, wie z.B. Sensormessungen und Steuersignale aus den Gebäudesystemen, können auch in die BIM-Software integriert werden, um die Analyse des Gebäudes und der Instandhaltung zu unterstützen.
Es gab Versuche, Informationsmodelle für ältere, bereits vorhandene Anlagen zu erstellen. Zu den Ansätzen gehören die Referenzierung von Schlüsselmetriken wie der Facility Condition Index (FCI) oder die Verwendung von 3D-Laser-Scan-Umfragen und Photogrammetrie-Techniken (sowohl separat als auch in Kombination), um genaue Messungen des Assets zu erfassen, die als Grundlage für ein Modell verwendet werden können. Der Versuch, ein Gebäude zu konstruieren, das 1927 gebaut wurde, erfordert zahlreiche Annahmen über Designstandards, Bauvorschriften, Bauverfahren, Materialien usw. und ist daher komplexer als das Bauen eines Modells während des Designs.
BIM in Landverwaltung und Kataster
BIM kann potenziell einen Vorteil für die Verwaltung von geschichteten Katasterräumen in urbanen Umgebungen bieten. Der erste Vorteil wäre die Verbesserung der visuellen Kommunikation von gewebten, gestapelten und komplexen Katasterflächen für Nicht-Spezialisten. Die reiche Menge an räumlichen und semantischen Informationen über physikalische Strukturen innerhalb von Modellen kann das Verständnis von Katastergrenzen unterstützen und eine eindeutige Abgrenzung von Eigentum, Rechten, Verantwortlichkeiten und Einschränkungen ermöglichen. Darüber hinaus könnte die Verwendung von BIM zur Verwaltung von Katasterinformationen derzeitiger Landverwaltungssysteme aus einer 2D-basierten und analogen Datenumgebung in ein 3D digitales, intelligentes, interaktives und dynamisches umwandeln. BIM könnte auch den Wert in der Katasterinformation freisetzen, indem er eine Brücke zwischen diesen Informationen und dem interaktiven Lebenszyklus und der Verwaltung von Gebäuden bildet.
BIM Software
Die ersten Software-Tools für die Modellierung von Gebäuden entwickelten sich in den späten 1970er und frühen 1980er Jahren und beinhalteten Workstation-Produkte wie Chuck Eastmans Building Description System und GLIDE, RUCAPS, Sonata und Reflex. Die frühen Anwendungen und die Hardware, die benötigt wurde, um sie zu führen, waren teuer, was eine begrenzte Adoption bedeutete. ArchiCADs Radar CH, erschien 1984, und war die erste Modellierungssoftware, die auf einem Personal Computer zur Verfügung gestellt wurde.
Aufgrund der Komplexität der Zusammenstellung aller relevanten Informationen bei der Arbeit mit BIM an einem Bauprojekt haben einige Unternehmen Software entwickelt, die speziell für die Arbeit in einem BIM-Framework entwickelt wurde. Diese Pakete unterscheiden sich von architektonischen Drafting-Tools wie AutoCAD, indem sie zusätzliche Informationen (Zeit, Kosten, Herstellerdetails, Nachhaltigkeit und Wartungsinformationen etc.) zum Gebäudemodell ermöglichen.
Es gibt ein BIM-Modul in Open Source CAD Software FreeCAD.
Nicht-proprietäre oder offene BIM-Standards
BIM ist oft mit Industry Foundation Classes (IFCs) und aecXML - Datenstrukturen zur Darstellung von Informationen verbunden. IFCs wurden von buildingSMART (der ehemaligen Internationalen Allianz für Interoperabilität) als neutraler, nicht-proprietärer oder offener Standard für die gemeinsame Nutzung von BIM-Daten zwischen verschiedenen Softwareanwendungen entwickelt (einige proprietäre Datenstrukturen wurden von CAD-Herstellern entwickelt, die BIM in ihre Software integrieren).
Schlechte Software-Interoperabilität gilt seit Langem als Hindernis für die Effizienz der Industrie im Allgemeinen und für die BIM-Adoption. Im August 2004 schätzte ein US National Institute of Standards and Technology (NIST) Bericht konservativ, dass 15,8 Milliarden Dollar jährlich von der US-amerikanischen Kapitalanlagenindustrie verloren gegangen sind, da es sich um eine unzureichende Interoperabilität handelt, die sich aus der stark fragmentierten Natur der Branche ergibt „Papierbasierte Geschäftspraktiken, ein Mangel an Standardisierung und eine inkonsistente Technologieannahme unter den Stakeholdern “.
Ein frühes Beispiel für eine national anerkannte BIM-Norm ist die AISC (American Institute of Steel Construction) -approved CIS / 2-Standard, ein nicht-proprietären Standard mit seinen Wurzeln in Großbritannien.
Wie entwickelt sich BIM in der Zukunft? Herausforderungen?
Europa
In einer Reihe von europäischen Ländern drängen mehrere Gremien auf eine stärkere Annahme von BIM-Standards, um die Interoperabilität der Software und die Zusammenarbeit zwischen den Akteuren der Bauindustrie zu verbessern.
Deutschland
Im Dezember 2015 kündigte der deutsche Verkehrsminister Alexander Dobrindt einen Zeitplan für die Einführung der obligatorischen BIM für deutsche Straßen- und Schienenprojekte für das Jahr 2020 an. Im April 2016 sagte er, dass digitales Design und die Bauweise, Standard für Bauprojekte in Deutschland sein müssen, da Deutschland zwei bis drei Jahre hinter den Niederlanden und Großbritannien in Aspekten der Umsetzung von BIM ist.
Norwegen
In Norwegen wird BIM seit 2008 zunehmend eingesetzt. Mehrere große öffentliche Kunden benötigen die Nutzung von BIM in offenen Formaten (IFC) in den meisten oder allen ihren Projekten. Die Regierungsgebäudebehörde gründet ihre Prozesse auf BIM in offenen Formaten, um die Prozessgeschwindigkeit und -qualität zu erhöhen, und alle großen und viele kleine und mittelständische Auftragnehmer verwenden BIM. Die nationale BIM-Entwicklung konzentriert sich auf die lokale Organisation, GebäudeSMART Norwegen, das 25% der norwegischen Bauindustrie ausmacht.
Schweiz
In der Schweiz hat die ETH Zürich die Universität seit 1996 durch Prof. Dr. Schmitt in CAD und Digitalarchitektur unterrichtet. Seit 2009 durch die Initiative der buildingSmart Schweiz, wurde dann 2013, das BIM-Bewusstsein einer breiteren Forschungs- und Architektengemeinde aufgrund des offenen Wettbewerbs für das Felix-Platter-Krankenhaus von Basel, wo ein BIM-Koordinator gesucht wurde, entworfen. B-I-M ist auch Gegenstand der Veranstaltungen der Schweizerischen Gesellschaft für Ingenieure und Architekten, SIA.