Digital Prototyping

BIM mit Mehrwert

BIM-Fallbeispiele von TÜV SÜD zeigen unter dem Stichwort Digital Prototyping wie auch die Wohnungswirtschaft von den digitalen Gebäudemodellen profitieren kann – in allen Lebenszyklusphasen.

Bauherren, die im Wohnungsbau Projekte entwickeln, sind derzeit gleich mit mehreren, auf den ersten Blick widersprüchlichen Herausforderungen konfrontiert: Sie sollen schnell und günstig bauen, um zeitnah bezahlbaren Wohnraum zu schaffen und gleichzeitig die Energiewende im Gebäudesektor und auch den digitalen Wandel zügig vorantreiben. Um diese Aufgabe zu bewältigen, nehmen Interessensgemeinschaften und Verbände verstärkt die Politik in die Verantwortung und fordern geänderte Rahmenbedingungen. Mit Blick auf die aktuellen Entwicklungen in den bundesweiten Wohnungsmärkten ist das nachvollziehbar und sinnvoll. Doch wer als Bauherr allein auf die Wirkung politischer Maßnahmen vertraut, kann leicht verkennen, dass er es schon heute selbst in der Hand hat, die scheinbaren Widersprüche aufzulösen: mit Building Information Modelling (BIM).

Die digitale Wertschöpfungskette

Ein erstes Beispiel für die Wertschöpfung von BIM liefert der New South Glasgow Hospitals-Campus. Als die BIM-Experten von TÜV SÜD das technische Consulting-Mandat für das Klinikprojekt des staatlichen Gesundheitsdienstes, dem National Health Service (NHS), übernahmen, waren die Energie-Einsparziele des Bauherrn hoch gesetzt: Für den Klinikcampus mit 170.000 m² und für die ersten zwei Kliniken (256 und 1109 Betten) wollte der Bauherr Energie-Einsparungen von 25 % erzielen im Vergleich zum durchschnittlichen Energiebedarf seiner über 100 Bestandsbauten. Mit Hilfe von BIM konnte diese ambitionierte Vorgabe jedoch noch unterboten werden: Durch kombinierte Material-, Auslegungs- und Flächensimulationen sowie der anschließenden, digitalen Optimierung der Klinikgebäude, verbesserten die BIM-Experten von TÜV SÜD den Energiebedarf um zusätzliche 25 %. Laut Energiebericht des Department of Health aus dem Jahr 2015 würde die Reduktion des Energiebedarfs aller Bestandsklinikbauten der NHS um 25 % jährlich Kosten sparen in Höhe von insgesamt 165 Mio. britischen Pfund.

BIM zahlt sich also aus, wenn es um nachhaltige und zukunftsweisende Investitionen geht und dabei wie im obigen Beispiel das sogenannte „Digital Prototyping“ zum Einsatz kommt. Das bedeutet, dass das digitale Modell nicht allein für die 3D-Planung, sondern darüber hinaus zum Konstruieren, Simulieren und anschließenden Optimieren des Gebäudes genutzt wird. Erst dieser Ansatz bringt dem Bauherrn echte Mehrwerte. Das zeigt der Blick in andere Branchen wie dem Automobilbau. Dort wird das „Digital Prototyping“ seit Anfang der 1990er-Jahre erfolgreich eingesetzt und sorgt für eine bessere Produktivität und eine höhere Profitabilität. Es ist offensichtlich, warum die Anwendung von BIM als Digital Prototyping so wichtig ist: Statt Fehler und Mängel erst beim Bau oder Betrieb des realen Gebäudes zu entdecken und aufwändig zu revidieren, wird mittels eines digitalen, voll funktionsfähigen Prototyps vor allem die spätere Nutzung simuliert und optimiert. Das vermeidet Zusatzkosten und Zeitaufwände für unvorhergesehene Maßnahmen wie Teilabriss, Umplanung, Neubestellung und erneutem Einbau.

Optimal geplant, gebaut und genutzt

Für Bauherren ist in erster Linie entscheidend, dass sich mittels BIM der gesamte Lebenszyklus von Bauwerken in jeder Hinsicht optimieren und zuverlässiger managen lässt. Entsteht zunächst ein detailliertes, digitales Modell des Gebäudes, hilft das dem Bauherrn, schon früh die richtigen Entscheidungen zu treffen. Wenige Mausklicks genügen, um die Auswirkungen und die Tragweite beispielsweise von Änderungswünschen abzuschätzen. Daneben ist ein weiterer Aspekt entscheidend: Das digitale Modell des Gebäudes dient dazu, seine Eigenschaften (wie z. B. die jährlichen Wartungs- und Betriebskosten oder den Energiebedarf) zu simulieren und anschließend zu optimieren. Das geht schnell und einfach, denn das Modell ermöglicht in Echtzeit die digitale, ortsunabhängige Zusammenarbeit von Architekten, Fachplanern, Facility Management-Experten und Energieberatern. Durch das interdisziplinäre Zusammenspiel aller Kerndisziplinen fällt es deutlich leichter, Verbesserungsvorschläge auszutauschen, anzunehmen oder zurückzuweisen. So werden bessere Entscheidungen getroffen und optimale Lösungen schneller gefunden, was wiederum Zeit und Kosten spart.

So wurde mittels BIM-Variantensimulation bei einem Züricher Wohnquartierprojekt ein neuartiges Wohnungslayout konzipiert, an das die Stadtplaner und Investoren zunächst nicht dachten: Durch Nutzungssimulationen wurde ermittelt, dass z.B. Werk-, Keller- und Waschräume zusammengelegt werden konnten. Auch wurden durch BIM-Variantensimulationen Großwohneinheiten mit über 450 m2 geplant, die aus zehn oder mehr individuellen Appartements mit zentraler Küche und großem Community-Bereich bestehen. Die Baukosten sanken durch die massive Reduktion mehrfach vorhandener und gering genutzter Bereiche um mehr als 25 %, was auch zu günstigeren Mietpreisen führt und die Attraktivität des Quartiers erhöht.

Das „I“ in BIM kann deshalb auch zur „integralen Intelligenz“ umgedeutet werden: Automatisch werden technische und flächenbezogene Auswirkungen von Änderungen in einem Gewerk sofort auch allen anderen Fachdisziplinen gemeldet. Das geschieht mittels digitaler Prüfdurchläufe und sogenannter Änderungstickets. Die Vorgänge betreffen auch die wirtschaftlichen, energetischen und betriebstechnischen Auswirkungen von Änderungen oder Planungsversionen. Diese stellt das digitale Modell dem Planer und – noch wichtiger – dem Bauherrn anschaulich dar. Dadurch lassen sich die klassischen Planungs- und Koordinationsfehler vermeiden, die sonst erst während der Bauphase auftreten und hohe Zusatzkosten im weiteren Bauablauf und im Betrieb verursachen können.

Alle Parameter in einem Modell

So beschleunigt und verbessert BIM nicht nur die Planungsarbeit, weil das Modell auch als effektives Instrument für die Kommunikation und Entscheidungsfindung dient. Es entsteht zusätzlich eine hohe Intelligenz der BIM-Modelle, da jedem Bauteil technische, wirtschaftliche und viele weitere Parameter zugeordnet werden können. Sie ermöglichen einerseits detaillierte Analysen, umfangreiche Simulationen und gezielte Optimierungen. Andererseits kann mit dem Datensatz auch die Ausschreibung nahtlos vorbereitet und die Betriebsphase einfach eingeleitet werden, wenn die Daten in ein CAFM-System exportiert werden.

Das Beispiel eines aktuellen Laborprojektes, das die BIM-Experten von TÜV SÜD Advimo als Berater begleiten, verdeutlicht, wie viel mehr BIM leisten kann im Vergleich zu den klassischen Planungsmethoden. Wartungsprozess- und Flächensimulationen unterstützten den Bauherren und seine Planer bei der Auslegung der komplexen Gebäudetechnik und bei der räumlichen Anordnung der Technikzentralen. Dabei lassen sich durchaus Parallelen zu den Rahmenbedingungen erkennen, wie sie bei einem großen, modernen Wohngebäude vorherrschen, das erneuerbare Energien ebenso integriert wie eine smarte technische Gebäudeausrüstung. Der Bauherr des Laborgebäudes profitiert künftig gleich von mehreren Vorteilen: Die Anlagen sind optimal aufeinander abgestimmt und räumlich effektiv angeordnet. Das verkürzt Laufwege, andere Nutzer werden bei Wartungsarbeiten weniger gestört, negative Einflüsse auf angrenzende Nebenräume lassen sich erheblich reduzieren und die Wartungsarbeiten benötigen weniger Zeit – auch deshalb, weil Doppelarbeit vermieden wird.

BIM-2-FM: Mehr als die Summe der Teile

So erleichtert diese Facility Management-orientierte BIM-Planung den FM-Experten im Betrieb, dass sie ihrer Verantwortung hinsichtlich Wartung, Instandhaltung, Werterhalt, Kosteneffizienz und Betriebssicherheit gerecht werden. Im obigen Beispiel wurden die Planungen in der Vergangenheit rein konzeptionell ausgeführt, sodass die Labore im Bestand des Bauherrn zu hohe Instandhaltungskosten verursachten. Beispielsweise mussten zur Prüfung einer Lüftungsanlage ganz andere Anlagen außer Betrieb genommen werden, weil störende Bauteile von diesen ab- und wieder anmontiert werden mussten. Das BIM-Modell sorgte nun dafür, dass die einzelnen Komponenten und Systeme optimal und fehlerfrei aufeinander abgestimmt sind. Denn durch eine Analyse des Wartungsbedarfs und der zugehörigen Tätigkeiten wird sichergestellt, dass die einzelnen Anlagen in dem komplexen Aufbau für das Wartungspersonal ideal zugänglich sind und die Wartungsarbeiten die angrenzenden Räume nicht verschmutzen oder beeinträchtigen.

Ein weiteres Beispiel zeigt, dass sich auch die Prüfungen der Baupläne durch das digitale Modell schon mehrere Monate früher und schneller umsetzen lassen als bei der klassischen Planung. Ende 2015 erforderte beispielsweise die Planungsprüfung eines Laborgebäudes ohne BIM rund vier Wochen. Mit BIM ist dies innerhalb von zwei Arbeitstagen und mit weniger Personal umzusetzen. Denn anhand eines digitalen Gebäudemodells lässt sich nicht nur integral planen, sondern jederzeit auch in Echtzeit prüfen. So profitiert der Bauherr auch dadurch, dass Gutachter und Sachverständige früher, schneller und kostengünstiger in die Prozesse einzubinden sind. Prüfer wie TÜV SÜD können durch die digitalen Auditmechanismen die Planung und den Bauprozess besser begutachten, schneller bewerten und gleichzeitig hinsichtlich der Genehmigungssituation optimieren.

Geschäftsprozesse im Fokus

Damit Bauherren das Potenzial von BIM voll ausschöpfen können, ist eine neue Denk- und Herangehensweise nötig. Als ersten Schritt gilt es, eine BIM-Strategie zu entwickeln und anschließend die Prozesse anzupassen.

Die Erfahrung der Mitarbeiter von TÜV SÜD Advimo zeigt, dass BIM-Projekte dann erfolgreich verlaufen, wenn der Bauherr klare BIM-Anwendungsfälle aufgesetzt hat und BIM konsequent in seinen Bestellungen durch Pflichten- und Lastenhefte einfordert. Dabei ist es wichtig, auch die Qualität und weitere Attribute vorzugeben.

Wird hingegen mittels BIM-fähiger Tools nur die Planung bewältigt, dann hat das wenig bis keinen Mehrwert für den Bauherrn. Wenn jedoch „Digital Prototyping“ zum Einsatz kommt, also das kombinierte Konstruieren, Prüfen, Simulieren und Optimieren, dann zeigen Berechnungen von TÜV SÜD Advimo zur Wirtschaftlichkeit, dass pro investiertem Euro in BIM zwischen 5 und 9 Euro an Kosten allein bis Ende der Inbetriebnahme einzusparen sind.

Beim Digital Prototyping wird mittels eines digitalen Prototyps die spätere Nutzung simuliert und optimiert.
Anhand eines digitalen Gebäudemodells lässt sich nicht nur
integral planen, sondern jederzeit auch in Echtzeit prüfen.