Building Information Modeling

Building Information Modeling (kurz: BIM; deutsch: Bauwerkinformationsmodellierung) ist eine Arbeitsmethode zur vernetzten Planung, Herstellung und Bewirtschaftung von Gebäuden und anderen Bauwerken mithilfe von Software.

Das Ziel ist es, alle relevanten Informationen über das Bauwerk einschließlich der wechselseitigen Bezüge digital zu modellieren, zu verknüpfen und nutzbar zu machen. Das Bauwerk wird als objektorientiertes virtuelles Architekturmodell im Zusammenhang seiner Elemente geometrisch visualisiert und digital gespeichert. Einmal angelegt erleichtert das zentrale Modell den an Planung, Ausführung und Bewirtschaftung beteiligten Personen die Zusammenarbeit, Koordination und das Risikomanagement.

Insbesondere im Bauwesen wird das Building Information Modeling als Hilfsmittel zur Bauplanung, Bauausführung und Prozessmodellierung genutzt, beispielsweise in den Fachbereichen Architektur, Bauingenieurwesen, Geodäsie, Städtebau, Hochbau, Haustechnik, Konstruktiver Ingenieurbau, Geotechnik, Tiefbau, Eisenbahnbau, Straßenbau und Wasserbau.

Nach Fertigstellung des Bauwerks wird das Datenmodell auch im Facility Management zur Bewirtschaftung des Objekts genutzt und erleichtert etwa die Planung von Instandhaltungsmaßnahmen und die Optimierung des Energieverbrauchs.

Das virtuelle Modell, das während des gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks – von der Planung über den Bau und die Bewirtschaftung bis zum Rückbau – sämtliche Daten des Gebäudes (Materialien, Flächen und technischen Anlagen) enthalten soll, wird auch als digitaler Zwilling bezeichnet.

Das Forschungsprojekt BIMKIT beschäftigt sich mit der automatischen Erfassung von Informationen aus 2D‑Plänen, Bildern, Punktwolken und Textdokumenten und der Umsetzung in ein BIM‑basiertes Modell mithilfe künstlicher Intelligenz.

Planungsprozess

Im Verlauf der Bauplanung erstellt ein Objektplaner, bei Gebäuden und Bauwerken in der Regel ein Architekt oder Bauingenieur, einen Entwurf. Die zeichnerische Darstellung erfolgt heute mit CAD-Systemen. Ein Gebäude durchläuft Lebenszyklusphasen zu denen insbesondere Bedarfsplanung, Entwurf, Ausführungsplanung, Ausschreibung, Bauphase, Inbetriebnahme, Nutzung, Umnutzung, Renovierung und schließlich der Abriss gehört. In jeder Phase werden von den Projektbeteiligten wie den Architekten, Ingenieuren, Fachplanern, Behörden und Ausführenden eine Vielzahl von Dokumenten generiert, die den jeweils aktuellen Status des Gebäudes abbilden. Der Informationsaustausch erfolgt über kommerzielle oder offene Datenaustauschstandards.

Anhang von Planungsunterlagen wie Zeichnungen, Berechnungen und technischen Daten wird zur Kostenermittlung nach DIN 276 zunächst eine Mengenermittlung vorgenommen. Die Bauwerks-Geometrie ist hierbei mit qualitativ und monetär definierten Leistungsbestandteilen zu verknüpfen, um die einzelnen Mengendetails in Leistungspositionen bzw. kalkulatorischen Teilleistungen aufsummieren zu können. Eine Änderungen in der Planung mit entsprechender zeichnerischen Anpassung hat meist auch Auswirkung auf die Mengen- bzw. Kostenermittlung. Die manuelle Aktualisierung aller Planungs- und Kalkulationsunterlagen und der Abgleich mit den jeweiligen Fachplanungen verursacht einen erheblichen Arbeits- und Koordinierungsaufwand. Ein weiterer wichtiger Arbeitsschritt im Planungsprozesses ist die Terminplanung. Je detaillierter Terminplanung ebenso wie Qualitäts- und Kostenermittlung im Fortgang des Planungsprozesses ausgeführt werden können, desto effizienter der Bauablauf.

BIM-Modelliersoftware hat gemeinsam mit der schnellen Vernetzung über das Internet den Planungsprozess fundamental verändert. Die dreidimensionalen Gebäudemodelle müssen hierfür von allen Projektbeteiligten mit den relevanten Informationen unterfüttert werden. Die geometrischen Daten machen nur einen kleinen Teil der nötigen Informationen aus. 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 „Hinreichend detailliert für eine produktspezifische Ausschreibung. Objekte können darüber hinaus Betriebstechnische Eigenschaften und Betriebsrelevante Funktionsbeschreibungen enthalten.“

Der Planungsprozess erfolgt idealerweise vernetzt, mit der Möglichkeit, alle Beteiligten Änderungen am zentralen Modell vornehmen zu lassen. Das macht die einzelnen Planungsschritte transparent. BIM ermöglicht dabei, die Auswirkungen von Planungsänderungen auf andere Elemente des Planungsprozesses nachvollziehbar zu machen. Die Änderung eines Bauteils erfordert in vielen Fällen, auch weitere Bauteile anpassen zu müssen. Änderungen im virtuellen Gebäudemodell können automatisiert in Bedarfs- und Ausführungsplanung sowie die Kostenermittlung übernommen werden. Die manuelle Anpassung und Übermittlung einzelner Planungsstände innerhalb des Projektteams entfällt.

Die Koordination der Projektbeteiligten des digitalen Planungsprozesses wird in der Regel von einem BIM-Manager übernommen, der Regeln zur Methodik aufstellt, sie 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. Beispielsweise können für den Betrieb wichtige Informationen wie zum Beispiel Wartungszyklen von Feststellanlagen an Türen, Brandmeldern usw. im Model hinterlegt werden.

Zahlreiche Untersuchungen ergaben, dass sich mithilfe des BIM die Fragmentierung des Planungs- und Bauprozesses reduzieren, die Effizienz steigern und Planungskosten senken lassen. Die verstärkte Nutzung von Building Information Modeling bedeutet eine fundamentale Veränderung für den Planungs-, Errichtungs- und Betriebsprozess von Gebäuden. Integrale Planung wird durch BIM vereinfacht und ist zugleich auch ein notwendiger Baustein zur konsequente Umsetzung des BIM.

Vorteile

Kennzeichen und Hauptvorteile des Verfahrens sind:

Verbesserte Qualität der Daten, da 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 wird letztlich die Produktivität des Planungsprozesses hinsichtlich Kosten, Terminen und Qualität gesteigert.

Weitere Möglichkeiten des BIM:

Automatische Ermittlung exakter Mengen
Automatisierte Mengenprüfung durch Nutzung des BIM-Modells als Abrechnungsgrundlage
Modellbasierte Vollständigkeitsprüfung der Bauterminplanung
Modellbasierte Terminsteuerung
Ermittlung von Sicherheitsrisiken durch Bauablaufsimulation
Automatisierte Kostensteuerung
Erstellung von Mittelabflusssimulationen
Reduzierung von Nachträgen

Hemmnisse

Der praktische Einsatz von BIM ist mit einigen Herausforderungen verbunden:

Bisher geringe Verbreitung bei kleinen und mittelgroßen Bauprojekten
Vorurteile in der Praxis gegenüber BIM bei Planern
Annahme, dass sich BIM bei kleinen Projekten prozessual nicht lohnt
Fehlende Nachfrage der Bauherrschaft nach BIM
Stillstand der digitalen Entwicklung durch mangelnde Anwendung
Hoher Einführungsaufwand (implizit durch Schulungs- und Umstellungsbedarf)

Entwicklung und Einführung des BIM

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 BMDV soll die Umsetzung von BIM in Deutschland vorantreiben. Im Stufenplan fordert das BMDV „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. Seit 2020 gelten die Regelungen für alle neu zu planenden Projekte des infrastrukturbezogenen Hochbaus als verpflichtend.

Standardisierung

Die internationale Organisation Buildingsmart will offene Standards (openBIM) für den Informationsaustausch und die Kommunikation auf der Basis von Building Information Modeling etablieren. Dazu hat Buildingsmart ein Basisdatenmodell – die Industry Foundation Classes (IFC) – für den modellbasierten Datenaustausch im Bauwesen entwickelt; als Erweiterung von IFC für Fachplanungen dient bSDD.

Als Schnittstelle für die modellbasierte Kommunikation kam ergänzend das BIM Collaboration Format (BCF) hinzu. Die durch die öffentliche Hand in Ausschreibungen geforderten BIM-Kompetenznachweise werden durch die bei Buildingsmart möglichen Zertifizierungen bedient.

IDS ist ein Beschreibungsformat, um zu liefernde Informationen an ein BIM-Gebäudemodell zu spezifizieren und später automatisiert zu prüfen.

Der Begriff der Informationsbedarfstiefe (Level of Information Need, LOIN) in der BIM-Planung wurde mit der DIN EN 17412-1: 2021-06 - Bauwerksinformationsmodellierung – Informationsbedarfstiefe - Teil 1: Konzepte und Grundsätze eingeführt; es soll helfen, das Prinzip „so viel wie nötig, so wenig wie möglich“ zu beachten.

Software

Die meisten Anbieter von CAD-Programmen bieten auch Schnittstellen zu BIM-Verfahren oder eigene BIM-Software an. 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:

Bim4you von BIB: Planungen und Kalkulation

Freie Software, die BIM-Funktionen beinhaltet:

OpenProject: Open-Source-Projektmanagementsoftware mit Unterstützung von IFC und BCF
FreeCAD: CAD-Anwendung zur parametrischen 3D-Modellierung mit BIM Unterstützung
Bonsai: Blender-Erweiterung zur Erstellung und Bearbeitung von IFC-Modellen

Siehe auch

Computer-aided architectural design (CAAD)
3D-Druck im Bauwesen
Modelserver

Literatur

Martin Egger, Kerstin Hausknecht, Thomas Liebich, Jakob Przybylo: BIM-Leitfaden für Deutschland, Information und Ratgeber - Endbericht (PDF-Datei), November 2013, Forschungsprogramm ZukunftBAU, Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS)
André Borrmann, 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 978-3-8167-9489-9.
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 978-3-9820814-0-3.
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.