Building Information Modelling (BIM)

Der Begriff Building Information Modeling (kurz: *BIM*; deutsch: Bauwerksdatenmodellierung) beschreibt eine Arbeitsmethode für die vernetzte Planung, den Bau und die Bewirtschaftung von Gebäuden und anderen Bauwerken mithilfe von Software. Dabei werden alle relevanten Bauwerksdaten digital modelliert, kombiniert und erfasst. Das Bauwerk ist als virtuelles Modell auch geometrisch visualisiert (Computermodell). Building Information Modeling findet Anwendung sowohl im Bauwesen zur Bauplanung und Bauausführung (Architektur, Ingenieurwesen, Haustechnik, Tiefbau, Städtebau, Eisenbahnbau, Straßenbau, Wasserbau, Geotechnik) als auch im Facilitymanagement.

## Planungsprozess

In der modernen Bauplanung erstellt ein Objektplaner, bei Gebäuden ist dies in der Regel ein Architekt, einen Entwurf. Die zeichnerische Umsetzung von diesem erfolgt heutzutage mit Hilfe von CAD-Systemen. Ein Gebäude durchläuft verschiedene Lebenszyklusphasen: Bedarfsplanung, Entwurf, Ausführungsplanung, Ausschreibung, Bauphase, Inbetriebnahme, Nutzung, Umnutzung, Renovierung und Abriss. In jeder Phase werden von den Projektbeteiligten wie den Architekten, Ingenieuren, Fachplanern, Behörden und Ausführenden eine Vielzahl von Dokumenten generiert, die den momentanen Status des Gebäudes abbilden. Der Informationsaustausch erfolgt über kommerzielle oder offene Datenaustauschstandards.

Neben der Planung von Qualitäten anhand von Zeichnungen, Berechnungen und technischen Daten wird zur Kostenermittlung nach DIN 276 eine Mengenermittlung erstellt. Die Basis hierzu bilden die Zeichnungen. Dazu ist eine Verknüpfung der Geometrien mit qualitativ und monetär definierten Leistungsbestandteilen erforderlich, sodass die einzelnen Mengendetails in Leistungspositionen bzw. kalkulatorischen Teilleistungen aufsummiert werden können. Somit haben Änderungen in der Planung, welche eine zeichnerische Anpassung erfordern, meist auch Auswirkung auf die Mengen- bzw. Kostenermittlung. Alle Beteiligten erhalten dann aktualisierte Zeichnungen und müssen diese mit ihren Fachplanungen abgleichen. Dies verursacht einen erheblichen Koordinierungs- und Arbeitsaufwand. Der dritte wichtige Pfeiler im Planungsprozess stellt die Terminplanung dar. Diese wird wie auch die Qualitäts- und Kostenermittlung im Fortgang des Planungsprozesses immer detaillierter ausgearbeitet.

Leistungsfähige Modelliersoftware, die Verfügbarkeit von ausreichend leistungsstarker Hardware und eine schnelle Vernetzung über das Internet machen es möglich, mit sogenannten Building Information Models (BIMs) den Planungsprozess fundamental zu verändern. Die dreidimensionalen Gebäudemodelle müssen hierfür von allen Projektbeteiligten mit den relevanten Informationen gefüllt werden. Hierbei sind die geometrischen Daten nur ein kleiner Teil der einzufügenden Informationen, jedes Bauteil wird durch eine Vielzahl von Attributen beschrieben. Hierzu zählen neben technischen Daten zur Qualität auch Kosten- und Terminplanungsinformationen. Der Informationsgrad wird in dem Blatt 1 zur VDI 2552 als Level of Information beschrieben. Er gliedert sich von 0 für „keine Informationen“ bis 500 für, Zitat: "Hinreichend detailliert für eine produktspezifische Ausschreibung. Objekte können darüber hinaus Betriebstechnische Eigenschaften und Betriebsrelevante Funktionsbeschreibungen enthalten."

Das Erarbeiten dieser Information im Planungsprozess funktioniert idealerweise in einer Cloud-Lösung, bei der alle in einem Modell arbeiten. So werden die einzelnen Planungschritte transparent, weil jeder sehen kann welche Auswirkungen sein Handeln auf andere Gebäudeteile hat. Entscheidet zum Beispiel der Statiker, dass eine tragende Stütze breiter werden muss, dann kann es passieren, dass die in diesem Bereich verlaufende Kabeltrasse verschoben werden muss. Oder beispielsweise kann sich aufgrund von Änderungen im Grundriss die Zahl und Beschreibung der Türen in einem Gebäude ändern. Der Architekt ändert die Türen im virtuellen Gebäudemodell. Damit wird automatisch die Türliste verändert und durch eine entsprechende Verknüpfung werden auch die unmittelbare Auswirkung auf die Kostenermittlung generiert. Der Datenaustausch einzelner Planungsstände innerhalb des Projektteams entfällt damit.

Allerdings müssen die Projektbeteiligten bei dem digitalen Planungsprozess weiterhin koordiniert werden. Diese Funktion wird in der Regel von einem BIM-Manager übernommen, welcher Regeln zum Workflow aufstellt, erklärt und die Einhaltung überwacht. Ein weiterer Vorteil von Gebäudemodellen aus einem BIM-Planungsprozess ist, dass sie als intelligente Wissensdatenbank im gesamten Lebenszyklus eines Bauwerkes oder einer baulichen Anlage eingesetzt werden können. Hierzu sollten allerdings die für den Betrieb wichtigen Informationen wie zum Beispiel Wartungszyklen von Feststellanlagen an Türen, Brandmeldern usw. in dem Model hinterlegt werden.

Zahlreiche Untersuchungen weisen das BIM-Potential als Katalysator aus, der die Fragmentierung des Planungs- und Bauprozesses wesentlich reduziert, die Effizienz steigert und Planungskosten (durch die Minimierung der Änderungen) senkt. Der verstärkte Einzug von Building Information Modeling verspricht eine fundamentale Veränderung des Planungs-, Errichtungs- und Betriebsprozesses von Gebäuden. Somit bezeichnet BIM eine durch die Digitalisierung getriebene prozedurale Veränderung in der Gestaltung, Nutzung und dem Betrieb (Facility Management) von Gebäuden. Es stellt einen Paradigmenwechsel in Richtung lebenszyklischer, integraler Planung dar. Integrale Planung ohne BIM ist realisierbar, aber eine konsequente Umsetzung von BIM ohne integrale Planung ist nicht machbar.

## Vorteile

Kennzeichen und Vorteile des Verfahrens sind:

* Verbesserte Qualität der Daten, da sie alle auf eine gemeinsame Datenbasis zurückgehen und ständig synchronisiert werden
* Unmittelbare und kontinuierliche Verfügbarkeit aller aktuellen und relevanten Daten für alle Beteiligten
* Verbesserter Informationsaustausch zwischen Planungsbeteiligten
* Kontinuierliche Datenaufbereitung während des gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes

Durch den verbesserten Datenabgleich soll letztlich die Produktivität des Planungsprozesses hinsichtlich Kosten, Termine und Qualität gesteigert werden.

## Herkunft und Umsetzung des Begriffs

Der Begriff *Building Information Modeling* wurde von Autodesk geprägt, um einen „dreidimensionalen, objektorientierten, AEC-spezifischen computerunterstützten Design-Prozess“ zu beschreiben. Dabei wird zwischen einem *parametrischen Gebäudemodell* und einem *intelligenten Gebäudemodell* unterschieden. Im parametrischen Gebäudemodell können sämtliche Elemente (Wände, Decken, Bemaßungen, Beschriftungen, Objekte, Schnittlinien etc.) zueinander in Abhängigkeiten gebracht werden, während beim intelligenten Gebäudemodell die Intelligenz auf einzelne Objekte beschränkt ist.

Die Verabschiedung des „Stufenplans Digitales Planen und Bauen“ durch das BMVI soll die Umsetzung von BIM in Deutschland vorantreiben. Im Stufenplan fordert das BMVI „die Einführung von modernen, IT-gestützten Prozessen sowie Technologien zur Planung, für den Bau und das Betreiben von Bauwerken“. Es werden vertragliche Regelungen definiert, die enge Zusammenarbeit der Baubeteiligten erklärt und die teamorientierte Planung im technischen Sinne aufgezeigt. Ab 2020 gelten die Regelungen für alle neu zu planenden Projekte des infrastrukturbezogenen Hochbaus als verpflichtend.

## Standardisierung

Die internationale Organisation buildingSMART hat das Ziel, offene Standards (openBIM) für den Informationsaustausch und die Kommunikation auf der Basis von Building Information Modeling zu etablieren. Dazu hat buildingSMART ein Basisdatenmodell – die Industry Foundation Classes (IFC) – für den modellbasierten Datenaustausch im Bauwesen entwickelt. Als Schnittstelle für die modellbasierte Kommunikation kam ergänzend das BIM Collaboration Format (BCF) hinzu.

## Software

Softwaretechnische Unterstützung zu BIM-Verfahren werden von vielen CAD-Herstellern vermarktet. Einige Beispiele:

* Allplan von der Allplan GmbH (Nemetschek Group): Bauteilorientierte Gebäudemodelle für Architekten und Ingenieure
* ArchiCAD von der Graphisoft Group (Nemetschek Group): Gebäudemodelle für Planung inklusiv Massenermittlung für Architekten
* BBSoft von der B&B Ingenieurgesellschaft mbH: Digitale Bauprojekte im allgemeinen Tiefbau
* Revit von der Autodesk, Inc.: Bauteilorientierte Gebäudemodelle für Architekten und Ingenieure
* Tekla Structures von der Trimble, Inc.: Bauteilorientierte Gebäudemodelle mit einem Fertigstellungsgrad von bis zu LOD 500
* Vectorworks von der Vectorworks, Inc. (Nemetschek Group): Bauteilorientierte Gebäudemodelle für die Planung inklusiv Massenermittlung

BIM-Software mit Fokus auf Projektsteuerungsaufgaben:

* Powerproject BIM von Elecosoft: Termin- bzw. Bauzeitenplanung mit Timeline-Simulation
* BIM4you von BIB: Planungen und Kalkulation

Freie Software, die BIM-Funktionen beinhaltet:

* FreeCAD: Universelle CAD-Software mit Architekturmodell
* OpenProject: Open Source Projektmanagementsoftware mit Unterstützung von IFC und BCF

## Bestandteile eines BIM-Modells

BIM Authoring Software nach aktuellem Stand der Technik enthält in der Regel Klassen für folgende Objekttypen:

* Objekte zur Abbildung der topologischen Gebäudestruktur: Gebäude, Ebene, Raum, Teilflächen. Dabei handelt es sich um rein virtuelle Modellelemente: Ein Gebäude existiert nur, wenn mindestens eine Ebene vorhanden ist. Eine Ebene benötigt mindestens einen Raum. Ein Raum kann nur definiert werden, wenn seine raumbegrenzenden Bauteile modelliert worden sind
* Objekte zur Abbildung der topologischen Gebäudestruktur: Wände, Stützen, Decken, Dächer, Treppen, Durchbrüche Diese Objekte kennzeichnet, dass sie in der Regel auf der Baustelle aus Baustoffen und -materialien hergestellt werden, meistens entlang einer Linie ausgerichtet sind und einen schichtweisen Aufbau besitzen. Wand- und Deckenbekleidungen werden als äußerste innenliegende Schicht dieser Bauteile definiert, Dach- und Fassadenbekleidung (wenn keine Vorhangfassade) als äußerste außenliegende Schicht.
* Objekte zur Abbildung von Trassen:

Kabeltrassen, Rohrleitungen, Lüftungskanäle. Diese Bauteile sind linienförmig angeordnet und durchdringen in der Regel mehrere raumbegrenzenden Bauteile.

* Objekte zur Abbildung von Einbauteilen und Inventar: Türen, Fenster, Rollos, Sanitärobjekte, Schalter, Steckdosen, Rohr- und Lüftungsformteile und Zubehör, Beleuchtung, weitere TGA Bauteile, Möbel und Ausstattungsgegenstände. Diese Objekte werden in der Regel zur Baustelle transportiert und eingebaut. Sie lassen sich austauschen, ohne in die Statik des Gebäudes einzugreifen. Diese Objekte können aus mehreren Komponenten bestehen, oder selbst eine Komponente eines anderen Objekts sein. Beispiel: Türblatt, -zarge und -griff existieren jeweils als einzelne Objekte und bilden zusammen ein Türobjekt.
* Objekte zur Abbildung von Systemen: Vorhangfassaden, Zuluft, Abluft, Trinkwasserversorgung, Abwasserentsorgung, Heizung, elektrische Stromversorgung. Diese Systeme sind rein virtuell und benötigen mindestens ein Bauteil, was ihnen zugeordnet ist. Die meisten Systeme der Versorgungstechnik können mit einer Kombination aus Trassen und Einbauteilen modelliert werden. Dabei wird im Allgemeinen versucht, jeder systemrelevanten Funktion auch ein Bauteil zuzuordnen.

## Literatur

* André Bormann, Markus König, Christian Koch, Jakob Beetz: *Building Information Modeling. Technologische Grundlagen und industrielle Praxis.* Springer Vieweg, Wiesbaden 2015, ISBN 978-3-658-05605-6.
* Kerstin Hausknecht, Thomas Liebich: *BIM-Kompendium. Building Information Modeling als neue Planungsmethode.* Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2016, ISBN 978-3-816-79489-9.
* Mark Baldwin: *Der BIM-Manager: Praktische Anleitung für das BIM-Projektmanagement* Beuth Verlag, 2018, ISBN 978-3-410-26232-9
* Andreas Ragg: *BIM-Handbuch: Empfehlungen für den digitalen Bauablauf im Tief- & Straßenbau* Herausgeber: MTS Maschinentechnik Schrode AG, 2019, ISBN 978-3-982-08140-3.
* André Pilling: *BIM -das digitale Miteinander. Planen, Bauen und Betreiben in neuen Dimensionen .* Beuth Verlag, Berlin 2019, ISBN 978-3-410-29152-7.
* Marco Hemmerling, Boris Bähre: *Informierte Architektur. Building Information Modelling für die Architekturpraxis.* Birkhäuser Verlag, Basel 2020, ISBN 978-3-0356-1902-7.
* André Pilling, Paul Gerrits: *Das neue Bauen mit BIM und Lean. Praxisbeispiel eines mittelständischen Bauprojekts der öffentlichen Hand.* Beuth Verlag, Berlin mit bSD Verlag 2021, ISBN 978-3-410-29953-0.