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VSVI-Seminar 13. April 2016 Entwerfen und Ausführung von Großbrücken BIM – Building Information Modeling im Brückenbau
BIM…. ist keine dreidimensionale Darstellung eines Objekts! 3D ist seit Einführung des CAD Standard! …. das können wir !!
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"Building Information Modeling (BIM) bezeichnet eine kooperative Arbeitsmethodik, mit der auf der Grundlage digitaler Modelle eines Bauwerks die für seinen Lebens-zyklus relevanten Informationen und Daten konsistent erfasst, verwaltet und in einer transparenten Kommunikation zwischen den Beteiligten ausgetauscht oder für die weitere Bearbeitung übergeben werden".
Definition gemäß Stufenplan Digitales Planen und Bauen BMVI 12/2015:
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BIM……. Ist eine optimierte Methode zur Planung, zur Ausschreibung, zur Ausführung und zum Betrieb von Bauwerken mit einem partnerschaftlichen Ansatz. Grundlage bildet die zentrische, strukturierte Bereitstellung von Informationen zur gemeinschaftlichen Nutzung.
[VDI, 2015]
Information
Bauherr
Objektplaner
Techn. Ausrüstung
Tragwerks- planung
Baufirma
Projekt- steuerung
Bauherr
Objektplaner
Techn. Ausrtüstung
Tragwerks- planung
Baufirma
Projekt- steuerung
?
?
?
…ohne BIM
…mit BIM
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BIM öffentlich gefordert: • Großbritannien (2016; Volumen >1 Mio. £) • Niederlande (2011; Volumen >10 Mio. €) • Dänemark (2014; Volumen > ~ 2,7 Mio. €) • Finnland (2007; virtuelles Modell) • Norwegen (kein BIM nur auf Antrag) • Schweden (2014; >70% BIM - gefordert) • EU-Ausland (Singapur, Australien, USA…)
Europäische Parlament (15.01.2014): • Modernisierung des Vergaberechts • Einsatz von computergestützten Methoden (BIM) • Bis 2016 sollen alle Mitgliedsstaaten der Europäischen Union die
Nutzung von BIM bei der Realisierung von öffentlich finanzierten Bau- und Infrastrukturprojekten fördern und diese genauer spezifizieren sowie verpflichtend anordnen können.
Stand Ausland
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• Öffentliche Auftraggeber
• Reformkommission Großprojekte, BIM Einsatz wird gefordert: für Planungssicherheit, Transparenz und Kostensicherheit (>10Mio. €)
• Stufenplan Digitales Planen und Bauen (BMVI 12/2015)
• BIM-Gesellschaften
• Planen und Bauen 4.0
• Building Smart
• Deutsche Bahn
• Erste Projekte im Bereich Station & Service ab 2016 (ICE BIM Rail – REVIT Plug In), ab 2017 alle Projekte
• DB Netze AG: Pilotprojekte
Stand Deutschland
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Stufenplan Digitales Planen und Bauen ……. Zwang zur Umsetzung!
2015 - 2017
Vorbereitungs- phase
2017 - 2020
Erweiterte Pilotphase (Niveau 1)
ab 2020
BIM-Niveau 1 für neu zu planende Projekte
[Stufenplan Digitales Planen und Bauen, BMVI 12/2015]
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Globale BIM-Ziele
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• Optimierung der Organisation, Kommunikation, Koordination
• Höhere Planungssicherheit, Planungstransparenz
• Erhöhung der Planungsqualität
• Reduzierung der Risiken (Kollisionen, Nachträge)
• Terminsicherheit
• Kostensicherheit/Kostenreduktion
• Optimierung der Lebenszykluskosten
Brücken- und Tunnelbauwerke, Frankenschnellweg
Prioriät Ziele, die mit der BIM Arbeitsweise erreicht werden sollen
1 1 Verbesserung der Kommunikation im Projekt durch partnerschaftliche
Zusammenarbeit in einem gemeinsamen Modell
1 Transparenz in der Planung 1 Verbesserung der Qualität des Planungs- und Bauprozesses und somit
des Endprodukts
1 Massensicherheit in der Planung und späteren Ausführung
1 Kostensicherheit in der Planung und späteren Ausführung 1 Visualisierung der Planung als Unterstützung in Entscheidungsprozessen 1 Visualisierung des Projektverlaufs zur Überprüfung der Planung vor
Ausführung und zur Verbesserung der Projektsteuerung und Argumentation
1 Zuverlässige Verkehrs-/Bauablaufplanung 1 Schnelle und nachvollziehbare Planungsänderung im Modell 1 Fortschrittsverfolgung und Überwachung der Zielsetzung für das Projekt 2 2 Minimierung des Projektrisikos 2 Verbesserung der Zuverlässigkeit bei Termin- und Logistikplanung
2 Bessere Einschätzung des Aufwands bei Sanierungs- und Umbaumaß- nahmen
2 Verwendung für den Betrieb/ Unterhalt - Zukunftsfähigkeit 2 Übernahme vollständige bauliche und technische Dokumentation in 3D 3 3 Wiederverwendung der Informationen
3 Bessere Koordination in Planung, Ausführung und Betrieb anhand eines Bauwerksmodells
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BIM - Reifegrade
Level 0 Level 2
Level 3 Level 1
[nach M. Bew and M. Richards]
CAD 3D + 2D BIM - Modelle BIM – Lebenszyklus
Zeichnungen Modelle Modelle + Information
Modelle + Information im offenen Format
Dat
en
Plan
ung
Brücken-/Ingenieurbau
Hochbau
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BIM - Reifegrade
[aus A. Borrmann et. al., Building Information Modeling, 2015]
little closed bim BIG closed BIM
BIG open BIM little open BIM
little bim BIM-Softwareprodukte werden als Insellösung für eine spezifische Aufgabe verwendet
BIG BIM Durchgängige Nutzung von digitalen Gebäudemodellen über verschiedene Disziplinen und Lebenszyklusphasen
Closed BIM Es werden Softwareprodukte eines Herstellers verwendet.
Open BIM Es werden Softwareprodukte verschiedener Hersteller und offene Formate für den Datenaustausch verwendet.
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Ingenieurbau
• deutlich hinter dem Hochbau • Schnittstellenproblematik • (bisher) hohe Datenverluste von der
Verkehrswegeplanung zum Bauwerks-/ Tragwerksmodell
• noch geringe Bereitschaft zum Einsatz
Hochbau
• Entwurfs- und Ausführungsplanung fast ausschließlich nach der BIM-Methode (> 80%)
• Little open BIM, Fachmodelle + Gesamtmodell
• 5 Jahre erfolgreich im Einsatz • Schnittstelle zur Statik
SOFiSTiK, Dlubal Schnittstelle für REVIT nahtlose Integration der FE Berechnung Export 3D-Modelle und Subsystemen Intelligenz der Objekte wird übernommen
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Probleme der BIM-Anwendung im Brückenbau
• räumliche Darstellung von Elementen
• freie Modellierung von Details
• Tragwerksplanung in 3D
• Schnittstelle zwischen Verkehrswege-/Objekt-/Tragwerksplanung
• Parametrisierung von Bauteilen
• Definition von Klassen/Familien
• Standardbauteilkataloge
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Modellierungsprozess
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3D
• Modellerstellung (Lph. 1+2) • Revit, ALLplan, SiemensNX
3D
• Fachmodellbearbeitung • LOD 200/300
3D/5D
• Kollisionsmodell/Kostenberechnung/Verknüpfung AVA • LOD 300
3D/5D
• Ausschreibung + Vergabe • LOD 300
3D/4D/ 5D
• Leistungsfortschrittskontrolle/Abrechnung/Dokumentation • LOD 400/LOD 500
3D/4D/ 5D
• Übergabe/Revision • LOD 500
3D/4D/ 5D
• Betrieb • LOD 500
Detaillierungstiefe
Festlegung des Detailierungsgrades des Modells muss für die Leistungsphasen durch den AN festgelegt werden. Unterscheidung: • LOD = Level of Detail • LOI = Level of Information
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BIM - Anwendungsbereiche
• 3D-Bauteile • Objektplanung • 3D-Bewehrung • Kollisionskontrolle • Visualisierungen
Modellierung und Konstruktion
3D
• Vorgangsmodell • Terminplanung • Simulation • Bauabläufe/Baulogistik
Prozesse und Abläufe 4 D
• Mengenermittlung • Kosten • Teilautomatisierte LV • Abrechnung
Mengen Kosten + LV 5 D
Entwicklung
Software A
Software B
Software C-D
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3D-Modellierung im Brückenbau
Digitales Geländemodell
Trasseninformationen (Achsen, Gradiente, Querschnitte) vom Verkehrswegeplaner (Vestra, CARD u.ä.)
Verschnitt der Trasseninformationen mit dem DGM
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3D-Modellierung im Brückenbau
Definition des Objektes Parametrische Skizze (Wiederholungsteil)
Extrusion der Skizze entlang Trassenführung (ausgerichteter Sweep)
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Konstruktion Kappen, Fahrbahn, Querträger, Widerlager, Pfeiler-scheibe nach gleichem Prinzip unterstützt durch Ebenen und Hilfsskizzen
3D-Modellierung im Brückenbau
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Brücke wird umgehängt, alles (Konstruktion, Bestandsanschluss…) wird bei richtigem Aufbau automatisch angepasst!
Änderungen vornehmen
3D-Modellierung im Brückenbau
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Definition von Objekttypen/Familien
Parametrischer Objekttyp (Bsp. Lager)
Lager durch Baugruppenzwangsbedingungen in Brücke eingepasst
3D-Modellierung im Brückenbau
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Bauteile werden nach Bauwerksbuch (DIN 1076) einzeln bemustert Material, Expositionsklasse, Zementart, Volumen, Längen, …
Zuweisung der Attribute 3D-Modellierung im Brückenbau
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3D-Ergebnis
• parametrisiertes Bauwerk mit intelligenten Bauteilen
• Erfassung aller Eigenschaften
• verbunden mit dem Trassenmodell
3D-Modellierung im Brückenbau
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Vorspannung im Überbau konstruiert, räumliche Konfliktprüfung Isogeometrische Übergabe an FEM
Übergabe des Objektmodells an die Tragwerksplanung
FEM-Modell Unterbauten 29
Schnitte durch das Modell generieren Planzeichnungen (CAD-Standards können teilweise nicht automatisch erfüllt werden). AutoCad-Layerstruktur, Strichstärken (ggf. Nacharbeit erforderlich)
Planausgaben 3D-Modellierung im Brückenbau
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Visualisierung auf der Grundlage des 3D-Modells
Beispiel: Hochstraße B44 Ludwigshafen Ingenieurgemeinschaft SP (FF) und SSF
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4D im Brückenbau
• Verknüpfung des Vorgangsmodells mit • Terminplanungssoftware
• Darstellung des Bauablaufs
• Kollisionskontrolle
• Simulation von Ablaufvarianten Talbrücke Volmarstein, BAB A1
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Baugrubenmodellierung angepasst an Gelände
5D im Brückenbau Modellbasierte Mengenermittlung
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Anschluss Bauwerk an Gelände
Volumenermittlung Erdaushub für Fundamente, für Flächen, Längen
5D im Brückenbau Modellbasierte Mengenermittlung
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02.11.2015 BIM - Anwendungsbereiche 36
• Arbeitserleichterung • „Exakte“ Mengen • „Exakte“ Kosten • Standardisierung der Prozesse • Änderungsmanagement
Übergabe/Schnittstelle
5D im Brückenbau Modellbasierte Kostenermittlung
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Datentransfer 3D – AVA-Programmen
Planung Gesamtmodell
Revit
ALLplan
NN
Fachmodell Koordiniertes Modell
Revit
ALLplan
Siemens NX
NN
AVA
z.B. iTWO
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Siemens NX
Sofistik
Infograph
NN
BIM in der Nutzungsphase
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Generierung der Daten für Betrieb, Erhaltung und Wartung zukünftig aus BIM-Daten möglich
• Strukturierte, bearbeitbare Zusammenstellung der Bestandsunterlagen (as-built-Archive)
• Zuweisung der Abnahmen zu Bauteilen
• Zuweisung der Wartungsvorschriften
• Erfassen und zuweisen der Bauwerksprüfungen nach DIN 1076
• Einpflegen der Schadensdokumentation in das Modell
• Verknüpfung Straßeninformationsbank-Bauwerke (SIB-Bauwerke) mit BIM
Anforderungen an den Auftraggeber
• Datenstruktur
• Zeitschiene der Datenbereitstellung
• Definition der Detailtiefe
• Datenformate
• Schnittstellen
• BIM-Manager AG
BIM-Abwicklungsplan (BAP)
Auftraggeber-Informations-Anforderungen (AIA)
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Fazit und Ausblick
• BIM im Brücken- und Ingenieurbau befindet sich noch in den Anfängen
• Vorteile sind erkannt und Ziele sind definiert (Stufenplan BMVI)
• Softwareprodukte sind dank guter Kommunikation zwischen Hersteller und Anwender in der Entwicklung weit fortgeschritten
• Standards müssen noch geschaffen werden (heute viele Insellösungen)
• Implementierung der BIM-Methode wird in den nächsten 2 – 4 Jahren erfolgen
• Ein Umdenken wird bei den Beteiligten erforderlich (partnerschaftlicher Ansatz)
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Quellen- und Literaturverzeichnis
Albrecht, M. (2014). Building Information Modeling (BIM) in der Planung von Bauleistungen. Hamburg: disserta Verlag. Borrmann, A., König, M., Koch, C., & Beetz, J. (2015). Building Information Modeling - Technologische Grundlagen und industrielle Praxis. (J. Beetz, Hrsg.) München: Springer Vieweg Wiesbaden. Bundesinstitut für Bau-,Stadt- und Raumforschung (Hrsg.). (2013). BIM-Leitfaden für Deutschland, Information und Ratgeber, Endbericht. Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (Hrsg.). (2015). Reformkommission Bau von Großprojekten, Komplexität beherrschen - kostengerecht, termintreu und effizient, Endbericht. Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (Hrsg.). (12/2015). Stufenplan Digitales Planen und Bauen Nöldgen, M., Zilleßen, K., & Müllers, I. (2013). Einsatz von BIM bei der Tragwerksplanung von Hochbauten - ein Statusbericht. Ernst & Sohn BIM - Building Information Modeling Przybylo, J. (2015). BIM - Einstieg kompakt Die wichtigsten BIM-Prinzipien in Projekt und Unternehmen. Berlin: Beuth Verlag GmbH. BIMForum (2013). Level of Development Specification: For Building Information Models. Online verfügbar unter http://bimforum.org/wp-content/uploads/2013/08/2013-LOD-Specification.pdf, zuletzt geprüft am 24.04.2015. Zank, Brigitte (2015) Implementierung parametrischer Elementattribute mit Autodesk Revit 2014: BIM am Beispiel der Metro Doha. Bachelorthesis, Hochschule Biberach. Michael Schneider (5/2015) Einführung der BIM-Methode im Ingenieurbüro – Unterstützung der Abläufe durch eine durchgängige Nutzung einer Bauteilbibliothek
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