VSVI-Seminar 13. April 2016 Entwerfen und Ausführung von ... · PDF file2017 - 2020 . Erweiterte Pilotphase (Niveau 1) ab 2020 . BIM-Niveau 1 . für neu zu . planende . Projekte ...

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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

?

?

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…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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Schematische Darstellung des BIM-Referenz-Prozesses

[planen-bauen 4.0 GmbH] 13

Veränderungen im Aufwand

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BIM – Workflow Frankenschnellweg

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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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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


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Brücke wird umgehängt, alles (Konstruktion, Bestandsanschluss…) wird bei richtigem Aufbau automatisch angepasst!

Änderungen vornehmen


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Definition von Objekttypen/Familien

Parametrischer Objekttyp (Bsp. Lager)

Lager durch Baugruppenzwangsbedingungen in Brücke eingepasst


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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-Modellierung im Brückenbau Kollisionsprüfung am Modell

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3D-Modellierung im Brückenbau Bauphasenplanung … auch zur Vermeidung von Kollisionen!

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3D-Ergebnis

• parametrisiertes Bauwerk mit intelligenten Bauteilen

• Erfassung aller Eigenschaften

• verbunden mit dem Trassenmodell


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Vorspannung im Überbau konstruiert, räumliche Konfliktprüfung Isogeometrische Übergabe an FEM

Übergabe des Objektmodells an die Tragwerksplanung

FEM-Modell Unterbauten 29

3D-Darstellung der Bewehrung


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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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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !

www.schuessler-plan.de

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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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