Digitale Transformation: Smartes Bauen mit BIM

1. Was ist BIM – und wie funktioniert es?

Beim Building Information Modeling (BIM) handelt es sich um eine kooperative Arbeitsmethodik, die es Fachleuten während jeder Phase des gesamten Bauprojekts ermöglicht, ein mehrdimensionales virtuelles Abbild – den sogenannten digitalen Zwilling – eines Gebäudes oder Infrastrukturprojekts zu erstellen, das alle relevanten physischen und funktionalen Eigenschaften enthält. Auf diese Weise entsteht ein gemeinsamer, zentral verwalteter Projektdatenpool mit aufeinander aufbauenden Fachmodellen, auf den alle Beteiligten – wie Architekten, Ingenieure oder Bauunternehmer – zurückgreifen und somit die Feinabstimmung und Planungsgenauigkeit verbessern können. Auf eine klassische Dokumentation wie Zeichnungen oder Tabellen kann somit verzichtet werden.  

Im Rahmen der sogenannten Kollisionsprüfung mittels Integration verschiedener Fachmodelle (z. B. Architektur, Statik, Haustechnik) können potenzielle Konflikte, wie etwa Überschneidungen von Leitungen und Tragwerkskomponenten, bereits in der Planungsphase identifiziert und behoben werden. Die Verknüpfung des 3D-Modells mit Zeitplänen (4D) und Kosteninformationen (5D) unterstützt eine effektive Projektsteuerung, indem Bauabläufe simuliert und optimiert sowie Kostenprognosen genauer erstellt werden können. Während der Bauausführung dient BIM als zentrale Informationsquelle, die den Baufortschritt dokumentiert und den Austausch aktueller Daten zwischen Baustelle und Büro ermöglicht. Dies führt zu einer höheren Effizienz und Qualitätssicherung. Nach der Fertigstellung des Gebäudes liefert das BIM-Modell wertvolle Informationen für den Betrieb und die Instandhaltung. Facility Manager können auf detaillierte Daten zu Materialien, technischen Anlagen und Wartungsintervallen zugreifen, um die Bewirtschaftung des Gebäudes zu optimieren. 

2. Leitungsbau: BIM wäre standardisiert einsetzbar

Laut einem 2020 publizierten Technischen Positionspapier der Deutschen Gesellschaft für grabenloses Bauen e. V. und des Rohrleitungsbauverbandes e. V. in Zusammenarbeit mit der Bundesfachabteilung Leitungsbau im Hauptverband der Deutschen Bauindustrie e. V. wird der Einsatz von Building Information Modeling (BIM) derzeit vor allem im Kontext von Planung und Genehmigung betrachtet. Dabei eröffneten digitale Bauwerksinformationsmodelle deutlich weiterreichende Möglichkeiten – insbesondere durch die fortlaufende Nutzung bereits vorhandener Projektdaten, unabhängig vom Projektstand. Gerade im Leitungsbau ließen sich zahlreiche Prozesse effizienter gestalten und BIM könne in unterschiedlichen Projektphasen standardisiert eingesetzt werden. Kapitel 4 des Positionspapiers, dessen Kernaussagen im Folgenden zusammengefasst werden, zeigt auf, wie BIM im Leitungsbau schrittweise und praxisorientiert eingeführt werden kann: 

• Durchgängige Nutzung strukturierter Daten 
  Ein zentraler Erfolgsfaktor ist die medienbruchfreie Weitergabe von Planungs- und Baudaten entlang der Wertschöpfungskette. BIM ermöglicht so nicht nur eine höhere Qualität in der Planung, sondern auch konkrete Mehrwerte in Ausschreibung, Bau und Betrieb. 

• Standardisierung von Objektkatalogen 
  Ein einheitlicher Objektkatalog mit klaren Klassifikationen und Merkmalen ist essenziell, um Modellinhalte konsistent mit Leistungsverzeichnissen zu verknüpfen. Ziel ist eine durchgängige Informationsstruktur von Planung bis Betrieb. Grundlage hierfür sind standardisierte Formate wie Industry Foundation Classes (IFC). 

• Überarbeitung von Regelwerken 
  Bestehende Regelungen – etwa aus dem Vergabe-, Vertrags- oder Haushaltsrecht – müssen BIM-konform angepasst werden. Einheitliche Rahmenbedingungen sollen Unsicherheiten im Einsatz beseitigen. 

• Nutzung offener Datenformate und gemeinsamer Datenumgebungen (CDE) 
  Offene Formate wie Industry Foundation Classes (IFC) und leistungsfähige CDEs sind Voraussetzung für den effektiven Austausch zwischen allen Projektbeteiligten. Temporär können auch proprietäre Formate wie Construction Process Integration (CPIXML) verwendet werden. 

• AIA + BAP als "BIM-Baubeschreibung" 
  Die Kombination aus Auftraggeber-Informationsanforderungen (AIA) und dem BIM-Abwicklungsplan (BAP) bildet die Grundlage jeder BIM-Anwendung. Der AIA definiert, welche Informationen wann und in welcher Qualität bereitgestellt werden müssen; der BAP beschreibt die Umsetzung im Detail, inklusive Rollen, Prozesse und Technologien. 

• Softwareanforderungen 
  Die eingesetzte Software muss komplexe Anforderungen des Leitungsbaus erfüllen, darunter große Längenausdehnungen, Integration von GIS-Daten (Geodaten, digital erfasst und gespeichert), Boden- und Grundwassermodelle sowie detaillierte Logistik- und Bauprozessdarstellungen. Wichtig ist auch die Kompatibilität mit vorhandenen Systemen und Standards. 

Es wird betont, dass bereits die teilweise Nutzung strukturierter digitaler Daten deutliche Vorteile bringt – etwa durch effizientere Abläufe, Fehlerreduktion und verbesserte Zusammenarbeit aller Beteiligten. 

Vorteil in der Praxis: Integration von Laserscannings in BIM-Modelle  
Insbesondere im Bau von Gasanlagen und Pipelines hat sich eine Kombination von terrestrischen und fliegenden Laserscannern mit einem BIM-Software-Modell als vorteilhaft erwiesen, um Planung-, Fertigungs- und Dokumentationsabläufe zu optimieren. Dabei können laut der Bohlen & Doyen Bau GmbH, Komplettanbieter im Bereich des Bauens für die Energieinfrastruktur, die auf diese Weise erzeugten, sogenannten Punktwolken unter anderem als Basis für die Erstellung dreidimensionaler Objekte dienen.  

„Laserscanninggeräte generieren Punktwolken sowohl mit extremer Dichte als auch mit großer absoluter Genauigkeit und beides mit sehr hoher Geschwindigkeit […]. Die entstandenen Punktwolken lassen sich am Ende hervorragend kombinieren und bieten die Möglichkeit, sowohl Übersichten als auch Detailerfassungen in einer Datenbasis abzulegen“, so Bohlen & Doyen. „Eine der ersten Anwendungen im Bauablauf bei Bohlen & Doyen war der Einsatz eines terrestrischen Laserscanners für die Beweissicherung von Straßen und Gebäuden. Innerhalb von zwei Tagen ließ sich eine Straßenstrecke von insgesamt 6 km Länge hochgenau einscannen. Die Scandaten wurden gespeichert und konnten in den kritischen Fällen nach Abschluss der Bauarbeiten für die Nachverfolgung von Schäden in der Straßenoberfläche heranzogen werden […].“ 

Die Scans bieten laut Bohlen & Doyen eine so hohe Auflösung, um selbst winzige Haarrisse in Straßenoberflächen deutlich zu identifizieren. Auch minimale Veränderungen in der Neigung von Flächen, wie Absackungen, könnten durch einen Vorher-Nachher-Vergleich festgestellt werden. Im Gegensatz zu traditionellen Fotodokumentationen müssen nicht alle Aufnahmen „aufbereitet, ausgearbeitet oder beschriftet werden“. Es reiche aus, die Punktwolken zu speichern, da die Georeferenzierung ein schnelles Auffinden eines spezifischen Bereichs innerhalb einer Punktwolke ermögliche und mit dem Aufnahmezeitpunkt verknüpfe. So könnten verschiedene Messereignisse über „ein grafisch anschauliches 3D-Differenzbild miteinander verglichen werden“. 

3. Wasserwirtschaft: BIM-Einsatz in der Praxis

Die Building Information Modeling-Methode gewinnt auch in der Wasserwirtschaft im Rahmen der Planung, Ausführung und Bewirtschaftung von wasserwirtschaftlichen Anlagen zunehmend an Bedeutung – insbesondere in Kombination mit weiteren Datensystemen. 

GIS-BIM Datenintegration beim Fernwasserversorger Bodensee-Wasserversorgung 
„Die Integration von Geoinformationssystemen (GIS) und Building Information Modeling (BIM) ist ein wichtiger Schritt zur optimalen Nutzung räumlicher Daten in der Planung und Ausführung von Bauvorhaben“, erläutert der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW) einen praktischen Anwendungsfall des Fernwasserversorgers Bodensee-Wasserversorgung. „Die Integration von GIS und BIM ermöglicht neben der präzisen Visualisierung von geometrischen und logischen Daten eines Bauwerks, auch eine Anreicherung des Digitalen Zwillings mit Fachdaten aus dem GIS. Durch die Integration können räumliche Zusammenhänge und geografische Merkmale in die Planung und Ausführung von Bauvorhaben einbezogen werden, was zu einer umfassenderen und genaueren Darstellung des Bauwerks führt. Die Kombination von BIM und GIS ermöglicht somit eine ganzheitliche Betrachtung des Bauwerks und setzt dieses in den Kontext seiner Umgebung.“  

Die Bodensee-Wasserversorgung hat in einem Modellprojekt gezeigt, wie man Daten aus Kartenprogrammen (GIS) und digitalen Bauwerksmodellen (BIM) erfolgreich zusammenführt. Dabei kam die Software FME zum Einsatz, die Daten aus verschiedenen Quellen automatisch umwandeln und verbinden kann.  

Ein wichtiger Schritt war, Flurstücksgrenzen, die eigentlich nur als einfache Linien in Karten vorliegen, mithilfe eines Geländemodells in 3D-Formen umzuwandeln. Diese 3D-Flächen wurden dann in ein digitales Bauwerksmodell eingebaut, sodass man zum Beispiel genau prüfen kann, ob geplante Leitungen auf ein Grundstück treffen. Die Daten wurden in einer IFC-Datei gespeichert, in der jedes Flurstück wie ein Stockwerk dargestellt ist. So lassen sie sich leicht ein- oder ausblenden und eindeutig zuordnen. In Zukunft sollen noch mehr Daten, wie etwa Natur- oder Wasserschutzgebiete, automatisch eingebunden werden mit dem Ziel, Zeit einzusparen, die Fehlerquote zu reduzieren sowie die Planung zu optimieren. 

Im September 2022 wurde der erste Teil des mehrteiligen DVGW-Regelwerks „W 1070-1“ veröffentlicht, der die Grundlagen von BIM in der Wasserwirtschaft behandelt. Dieses Regelwerk dient als Leitfaden für Unternehmen, die BIM-Projekte planen und umsetzen möchten. Es bietet Empfehlungen für die Bedarfsplanung, die Festlegung von Auftraggeber-Informationsanforderungen (AIA) und die Auswahl von Fachkräften für die BIM-Koordination und das Management.  

4.  Fazit und Ausblick

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass Building Information Modeling (BIM) eine transparente, schnelle und effiziente Möglichkeit darstellt, mithilfe eines digitalen Zwillings den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks abzubilden und zu optimieren.  

Durch die Integration verschiedener Techniken/Fachmodelle können die Planungsgenauigkeit und Effizienz sogar noch gesteigert werden, wie es bei der Kombination von BIM mit Laserscanning-Technologien beispielsweise der Fall ist. Die fortschreitende Implementierung von BIM erfordert standardisierte Datenformate und die Anpassung bestehender Regelwerke. Unterstützung bietet das „BIM-Portal - Digitale Werkzeuge und Methoden für die Bauwelt“.  

Auch über ein deutsches Digitalministerium wird seit einiger Zeit nachgedacht. Dieses könnte nun mit der neuen Bundesregierung Realität werden.  
Ein Ministerium für Digitales könnte im Bauwesen eine zentrale Rolle bei der Digitalisierung spielen, indem es bundesweite Strategien entwickelt und umsetzt. So könnte es beispielsweise dafür sorgen, dass Methoden wie Building Information Modeling (BIM) flächendeckend genutzt werden. Auch die digitale Abwicklung von Planungs- und Genehmigungsverfahren, etwa durch Online-Portale für Bauanträge, würde Prozesse beschleunigen und transparenter machen. Ein weiterer Aufgabenbereich wäre der Aufbau zentraler digitaler Datenplattformen, wie etwa eines Gigabit-Grundbuchs, um den Ausbau der digitalen Infrastruktur zu unterstützen.  

Darüber hinaus könnte das Ministerium Forschungsprojekte zu neuen digitalen Technologien im Bauwesen initiieren und koordinieren. Ebenso wichtig wäre die Aus- und Weiterbildung von Fachkräften, um das Know-how in Behörden und Bauunternehmen im Umgang mit digitalen Prozessen zu stärken. Auf diese Weise würde die Digitalisierung des Bauwesens gezielt gefördert und zur Modernisierung und Effizienzsteigerung der Branche beitragen.