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  • AutorenbildAlessia Gruber

BIM-basierte 4D-Planung im Hochbau

Softwarelösungen und Prozessstrukturen für die Erstellung von Bauablaufsimulationen


Bauprojekte in einem wirtschaftlich & zeitlich gesetzten Rahmen umzusetzen, gehört seit einigen Jahren zu den Aufgaben, vor der die Braubranche heutzutage steht. Während die Digitalisierung in anderen Branchen in den letzten 10 Jahren einen regelrechten Boom erlebt hat, steht sie laut Studien in dem Bausektor erst am Anfang. Die Anwendung der Building Information Modeling Methode (BIM Methode) bietet eine Antwort auf die Frage, wie die Digitalisierung in der Braubranche umgesetzt werden kann & wie die Zukunft des Bauens aussieht.


© Team coLLab Stuttgart

Die Herausforderungen & Hürden, vor denen die Unternehmen stehen, sind zum einen das fehlende fachliches Know-how, was die Potenziale der Methodik und die Umsetzung angeht. Zum anderen die fehlende interne Akzeptanz sowie die Sicherstellung der Cyber Security. Trotz der Bedenken ist seit einigen Jahren ein positiver Trend in der BIM Nutzung zu erkennen. Um Aufschluss über den aktuellen Stand der Digitalisierung der Baubranche zu erhalten, wurde Ende 2021 eine telefonische Studie mit 100 Unternehmen durchgeführt. 40 % der Befragten gaben dabei an Simulationen & Visualisierungen in Ihren Projekten zu verwenden, was ein Vorjahresplus von 12 % ausmacht.


Was steckt hinter einer 4D Planung?


In der vierten Dimension der BIM Methode, wird das Dateninformationsmodell mit einer weiteren Ebene von Planungsdaten angereichert: der Zeitkomponente. Mit der Anwendung der 4D Planung können Projektabläufe simuliert und optimiert werden. Die Steigerung der Wirtschaftlichkeit, Qualität und Terminsicherheit, sind nur einige der Vorteile, welche die digitale Termin- und Bauzeitplanung mit sich bringt.

Durch die Verknüpfung des Modells mit einem Terminplan können unter anderem auch Bauablaufsimulationen erstellt werden. Diese Simulationen helfen dabei, Konflikte in dem Bau frühzeitig zu erkennen und zu lösen. Kritische Punkte können so simuliert und gemeinsam diskutiert werden. So kann die Kommunikation unter den Projektbeteiligten vereinfacht und effizienter gestaltet werden.


Bauablaufsimulation © Alessia Gruber


Was steckt hinter einer Bauablaufsimulation? Bei der Bauablaufsimulation handelt es sich um eine Möglichkeit, Bauprozesse oder den Baufortschritt virtuell darzustellen. Die Erstellung kann dabei entweder auf konventionelle oder teilautomatisierte Weise erfolgen. Bauablaufsimulationen werden bei den meisten Softwarelösungen durch das Ein- und Ausblenden von Bauteilen zu einem bestimmten Zeitpunkt erstellt. Die Funktion von Animationen innerhalb der Simulation ist nur bei speziellen, dafür entwickelten Softwarelösungen vorhanden.

Bauablaufsimulationen bieten die Möglichkeit, komplexe Entscheidungen und Prozesse zu analysieren und Varianten zu vergleichen. Elemente und deren Abhängigkeiten können detailliert betrachtet und visualisiert werden, das hilft dabei, Fehler im Entstehungsprozess zu minimieren.


Fragen rund um Bauablaufsimulationen

  • Müssen Bauablaufsimulationen bei der 4D Planung erstellt werden?

Nein. Bauablaufsimulationen sind zwar ein Teil der 4D Planung, es ist jedoch nicht zwingend erforderlich diese zu erstellen. Es handelt sich dabei um ein Hilfsmittel, um die Planung und Kommunikation zu unterstützen.

  • Welche Nachteile bringt eine Bauablaufsimulation mit sich?

Bei einer Bauablaufsimulation handelt es sich um eine zusätzliche Leistung, die in der Planungsphase mit einer Steigerung von Zeitaufwand, Kosten und Personal verbunden ist. Des Weiteren ist für die Erstellung einer Bauablaufsimulation gewisses Know-how und Softwarekenntnisse notwendig.

  • Wann lohnt sich das Anfertigen einer Bauablaufsimulation?

Ob sich die Erstellung einer Bauablaufsimulation „lohnt“ kann nicht pauschal bestimmt werden, da es sich bei jedem Projekt um ein Unikat handelt. Mehrere Faktoren, wie unter anderem die Komplexität des Gebäudes, das Know-how der Projektbeteiligten und die planerischen Vorgaben (Bauherren Seite) spielen dafür eine Rolle. Zudem muss zuerst die Frage gestellt werden, was mit der Bauablaufsimulation erreicht werden soll.



Varianten einer Bauablaufsimulationen Erstellung


Konventionelle Variante


Für die Simulation des Bauablaufs werden die benötigten Fachmodelle als IFC per Plug-inoder in ihrem nativen Format in die Simulationssoftware geladen. Nachdem die gewünschten Fachmodelle zusammengespielt wurden, kann der Terminplan importiert werden. Die gängigste Variante für den Import in eine Simulationssoftware ist dabei über das .csv Format oder eine Schnittstelle.

© Alessia Gruber


Nachdem alle notwendigen Informationen zusammengespielt wurden, müssen die Modelldaten im Anschluss mit den jeweiligen Phasen der Terminplanung verknüpft werden. Die Verknüpfung findet dabei in der jeweiligen Simulationssoftware statt. Dabei stehen mehrere Möglichkeiten zur Auswahl. Zum einen die Zuweisung über Selektion, Rule Sets oder über das „smarte Modell“.


Die Verknüpfung der Elemente muss dabei manuell vorgenommen werden und ist dadurch zeitaufwendig und fehleranfällig. Alternativ zu der konventionellen Variante, besteht aber auch die Möglichkeit die Teilautomatisierte Variante zu verwenden.

© Alessia Gruber


Teilautomatische Variante

In den meisten Simulationsprogrammen besteht aber auch die Möglichkeit Terminpläne und Phasen direkt in der Software zu erstellen. Dabei wird der Terminplan teilautomatisiert auf Grundlage des Gebäudeinformationsmodells und anhand von vordefinierten Prozessbausteinen & Bauwerksstruktur erstellt. Die Modellelemente werden dabei automatisch mit den jeweiligen Phasen des Terminplans verknüpft.

Die Bauwerksstruktur und die vordefinierte Prozessbausteine bestimmen dabei den Aufbau und die Struktur des Terminplans (Prozessbausteine sind Teilprozesse sowie definierte Arbeitsinhalte). Aus dem Gebäudeinformationsmodell werden die Informationen zu Mengen und deren Abhängigkeiten extrahiert. Daraus können die Aufwandswerte der Prozesse abgeleitet werden, die der Terminplanung zugrunde liegen. [J.Teizetr, M. Wolf, J. Meltner, M. König]


Für die teilautomatisierte Bauablaufsimulation wird also kein vorgefertigter Terminplan benötigt. Das 3D Modell wird für die Erstellung in eine geeignete Software importiert. Danach werden die vordefinierten Bauwerkstrukturen und Prozessbausteine angelegt. Auf Basis dieser Struktur und im Zusammenspiel mit dem Bauwerksmodell wird daraus ein Terminplan erstellt. Die Modellelemente werden bei der Erstellung des Terminplans automatisch mit den jeweiligen Phasen verbunden. Die Bauablaufsimulation wird dabei parallel im Hintergrund erstellt. Bei der teilautomatisierten Erstellung einer Bauablaufsimulation ist das 3D Modell das zentrale Element, der Terminplan wird dabei eher als Abfallprodukt generiert. Der Terminplan wird bei dieser Variante nicht mit dem Modell verknüpft, sondern in das Modell integriert.



Softwarelösungen


Die Wahl einer geeigneten Softwarelösung ist für den Prozess dabei fundamental.

Abhängig davon, ob die konventionelle oder halbautomatische Variante zur Erstellung einer Simulation präferenziert wird, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die zur Auswahl stehen.

Um einen besseren Einblick in die Bedienung und Funktionen zu erhalten, wurden im Rahmen der Arbeit jeweils drei Softwarelösungen für die Erstellung eines Terminplans und einer Bauablaufsimulation betrachtet. Die Softwareprogramme wurden dabei in Ihrem Aufbau, den Funktionen und der Komplexität zur Erstellung einer Bauablaufsimulation untersucht.


© Alessia Gruber


Ergebnisse des Variantenvergleichs

Aus dem Variantenvergleich kann entnommen werden, dass alle untersuchten Softwarelösungen für die Erstellung einer Bauablaufsimulation geeignet sind.

Die Funktionen sind bei den Programmen dabei nahezu identisch. Unterschiede liegen in den weiteren Funktionen, welche die Softwarelösungen mit sich bringen.


Auswahl

Für die Auswahl einer geeigneten Softwarelösung sollte zu Beginn geklärt werden, ob die Bauablaufsimulation auf konventionelle oder teilautomatisierte Weise erstellt werden soll. Im nächsten Schritt sollten die Anforderungen an die Funktionen der Simulation in dem Projekt definiert werden. Zu beachten ist, dass die soeben vorgestellten Softwarelösungen teilweise sehr komplex sind daher ist der Besuch eines Webinars von großem Vorteil.


Handlungsempfehlung

Für die Erstellung einer einfachen konventionellen Bauablaufsimulation bietet sich Navisworks an. Das Programm ist benutzerfreundlich, liegt beim Preis im unteren Bereich und ist von der Bedienung/Einarbeitung nicht sehr komplex. Jedoch bringt die Software im Vergleich zu den anderen keine Vielzahl an Funktionen mit sich.

Für die Erstellung einer teilautomatisierten Bauablaufsimulation bieten sich die Programme BEXEL und Desite gleichermaßen an. Sie sind ähnlich von der Struktur, unterscheiden sich aber in den Zusatzfunktionen.


Simulationssoftware: Desite, Bexel Manager & Navisworks

Programme

Preis

Funktions-weise

Bearbeitungsmöglichkeiten für

Bauablaufsimulation

Teilautomatisierte Bauablaufsimulation

Komplexität des Programms

Weiterbildungsmöglichkeiten – Selbststudium

Navisworks

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BEXEL Manager

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Desite md

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+

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Terminplanungssoftware: Excel, MS Projekt und LCM Digital

Programme

Preis

Funktionsumfang

Terminplanung

Automatismen

Flexibilität/

Granularität des Terminplans

Komplexität des Programms

Aufgaben zuweisen

Soll/Ist vergleich

Teamwork

Excel

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MS Project

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LCM digital

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Autorin © Alessia Gruber

Kurzvita Alessia Gruber:

Alessia Gruber schloss Anfang 2022 Ihr Bauingenieurstudium ab. Im Rahmen der Abschlussarbeit beschäftigte sie sich mit 4D Bauablaufsimulation. Während Ihres Studiums engagierte Sie sich ehren-amtlich in dem Projekt SDE 21-22 im Bereich des Building Information Modeling sowie im Kernteam. Nach Ihrem Abschluss arbeitete sie weiterhin als akademische Mitarbeiterin

an der Hochschule für Technik in Stuttgart und begann Anfang 2022 Ihr Zweitstudium Architektur.



 

Quellen:


1. Akos Hamar: „Der BIM-Manager. Gastbeitrag: 4D-/ 5D-BIM“. 4D-Terminplanung. In: , S. 39–47

2. Hausknecht, Kerstin/Liebich, Thomas (2016): BIM-Kompendium. Building Information Modeling als neue Planungsmethode. Stuttgart: Fraunhofer IRB Verlag

3. Hauptverband der Deutschen Bauindustrie e.V (Hg.) (2019): BAU 2030. Perspektiven für die Bauindustrie. BAU, H. 50

4. Marian Berhaneck (2020): „4D- und 5D-BIM: Bauzeiten und kosten im Blick - architektur-online“. Laser Vertrag GmbH (Hg.). Architektur Fachmagazin. [Stand: 16. November 2021]

5. Günthner, Willibald A. (Hg.) (2011): Digitale Baustelle - innovativer Planen, effizienter Ausführen. Werkzeuge und Methoden für das Bauen im 21. Jahrhundert. Berlin, Heidelberg: Springer (= VDI-Buch)

6. Rebekka Berbner (2021): „Digitalisierung, Nachhaltigkeit und Corona in der Bauindustrie. Eine PwC-Studie zum Umgang der Brache mit den drei aktuellen Herausvorderungen“. PricewaterhouseCoopers (Hg.)[Stand: 07. Januar 2022]

7. J.Teizetr, M. Wolf, J. Meltner, M. König: „Automatisierte 4D-Bauablaufvisualisierung und Ist Datenerfassung zur Planung und Steuerung von Bauprozessen“. In: VDI Bautechnik, H. Jahresausgabe 2017/2018






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