Neue Verfahren

In der Baubranche schreiten die Veränderungen/Innovationen im Gegensatz zu anderen Wirtschaftszweigen langsamer voran bzw. sind von aussen weniger sichtbar. Dies liegt u.a. daran, dass Bauprojekte per se viel länger dauern (durchschnittlich 5 Jahre) oder in den Bereich der Prozessoptimierung fallen. ¹ Wie auch an anderen Hochschulen so werden am Institut für Technologie in der Architektur, ITA, der ETH Zürich in interdisziplinären Teams computergestützte Entwurfsmethoden sowie neue Verfahren/Methoden zur Herstellung von Bauelementen und Materialien erforscht. Unter zahlreichen Forschungsansätzen werden hier beispielhaft zwei herausgegriffen.

Das eine Forschungsfeld beschäftigt sich mit dem Ersatz, bzw. teilweisen Ersatz von Beton und seinen Bestandteilen. Beton ist das weltweit verbreitetste Baumaterial und die Bauindustrie der grösste Verbraucher von Meeressand, einem endlichen, immer knapper werdenden Rohstoff. Ziel ist es eine Alternative zum Meeressand zu finden. Heute werden bereits Bauabfälle unter Verwendung zur Zeit noch erhöhten Mengen an Zement zu Recyclingbeton verarbeitet. Es werden Versuche unternommen zur Herstellung von Beton recyceltes, gemahlenes Glas oder mit Hilfe Sonnenenergie strukturell veränderten Wüstensand zu verwenden. Wüstensand ist aufgrund seiner runden, homogenen Oberfläche und damit fehlender Reibungseigenschaften nicht zur Herstellung von Beton geeignet. 

Ein anderes Forschungsfeld liegt in dem additiven Aufbau von Elementen, einem dreidimensionalem Druckverfahren. Ein Ansatz verfolgt eine robotergestützte Webtechnik, bei der Baustahl sowohl als Bewehrung als auch verlorene Schalung verwendet wird und eine komplex Formgebung zulässt. Erste auf der Baustelle durch einen Konstruktionsroboter gefertigte Stahlgitter wurden bereits ausgeführt.

Gemeinsamer Forschungsgegenstand der Institute des ITA war die Planung und der Bau des Arch_Tec_Lab, dem heutigen Sitz des ITA. In einem kollaborativem Prozess wurde ein Prototyp im Massstab 1:1 realisiert. Prämisse war ein wirtschaftlicher und ökologischer Umgang mit dem bebauten Land, Baumaterial und der Gebäudetechnik sowie der Einsatz von neuen Technologien. Die Umsetzung erfolgte teilweise über parametrische Entwurfsmethoden an dreidimensionalen Modellen, die direkt in Ausführungspläne überführt und zur digitalen Fertigung, zum Beispiel des Holzdaches, verwendet wurden. Im Planungsprozess wurde sowohl die Projektkoordination als auch die Ausschreibung BIM basiert ausgeführt.

Digitalisierung

Die Digitalisierung, hat im Planungs- und Bauprozess mit dem Computer Aided Design, CAD, begonnen. In den 1960er Jahren wurden erste Programme zur grafischen Umsetzung von technischen Zeichnungen in Flugzeugbau verwendet, Computer Aided Three-dimensional Interactive Application, CATIA. Schnell fanden diese Zeichenprogramme Einzug in die Industrie, das Engineering und die Architektur und sind längst zum Standard geworden.

Mit CAD Programmen lassen sich vektorisierte Linienzeichnungen zwei- und dreidimensional erstellen. In den 2000er Jahren ist aus diesen Programmen das Building Information Modeling, BIM, hervorgegangen, ein Tool in Form eines digitalen Bauwerkmodells an dem alle Projektbeteiligten über den gesamten Lebenszyklus gemeinsam arbeiten. Es beruht auf Elementen, denen zum Beispiel eine Materialisierung, eine statische Eigenschaft, eine Funktion oder ein Preis zugewiesen wird. Der Nutzen besteht in der Verwendung der gesammelten Daten zur Analyse des Gebäudes, zur Erstellung von Mengenauszügen, zur Kontrolle der Kosten sowie zur Dokumentation für den Betrieb. Ausserdem lassen sich Raumnutzungen oder Energieverläufe simulieren sowie Fehlerquellen aufdecken. BIM kann sowohl für ein Teilprojekt oder eine einzelne Disziplin als auch für die interdisziplinäre Zusammenarbeit im gesamten Lebenszyklus eines Projekts genutzt werden. Je durchgängiger Daten und Strukturen zur Anwendung kommen, desto grösser ist der Nutzen des digitalen Gebäudemodells. Voraussetzung für das Arbeiten mit BIM ist ein kollaborativer Prozess mit dem Ziel einer effizienten, effektiven und koordinierten Zusammenarbeit.

Internationale Verwendung und Normierung von BIM

International ist die digital gestützte und vernetzte Planung im Sinne des BIM unterschiedlich weit entwickelt. Während die technischen Grundlagen teilweise bereits in den 1980er Jahren in CAD-Systeme implementiert wurden, sind staatliche Immobilienbesitzer wie beispielsweise die US-Amerikanische GSA, General Service Administration, seit Anfang der 2000er Jahre ein Besteller von wertigen Planungsunterlagen. Im selben Zeitraum beschäftigten sich auch in Skandinavien Auftraggebende, Planerende und Softwareentwicklende mit Fragen der datentechnischen Abbildung sehr individualisierter Planungslösungen und der Verantwortung gemeinsam genutzter Daten. Aufgrund einer hohen Aufgeschlossenheit gegenüber Neuerungen, einer nahezu einheitlichen Nutzung der Software Revit sowie einer reduzierten Form des Datenaustausches, ist in diesen Ländern BIM weit verbreitet. Beim Bauen für die öffentliche Hand ist BIM in Dänemark (2007), Norwegen (2010), Finnland (2012), Schweden (2015), Grossbritannien (2016), Spanien (2018), Italien (2019), Deutschland (2020 für Infrastrukturprojekte) verpflichtend. In der Schweiz ist BIM noch nicht obligatorisch, es wird jedoch zunehmend bei Projekten und Wettbewerben der öffentlichen Hand gefordert.

Auf europäischer Ebene sind u.a. folgende BIM Normungen massgebend:

ISO 19650,2018, for Organization and digitization of information about buildings and civil engineering works, including building information modelling (BIM)

ISO 29481, 2018, Building information models — Information delivery manual

BIM in der Schweiz

Zwischen den Beteiligten sind die Nutzungsziele, Austauschmechanismen, Datenanforderungen sowie die Organisation der BIM-Aktivitäten festzulegen. Zur Verständigung und Zusammenarbeit kann das SIA Merkblatt 2051, Building Information Modeling (BIM) – Grundlagen zur Anwendung der BIM-Methode, 2017, herangezogen werden. «Hauptziel des Merkblatts ist dabei, eine gemeinsame Grundlage der Verständigung in der Anwendung der BIM-Methode zu schaffen. Es unterstützt die Einführung und Umsetzung der BIM-Methode im Planungsprozess und richtet sich nach der Methodik der Projektphasen von SIA 112. Es definiert Begriffe und beschreibt mögliche Projektorganisation. Dabei wird auf die modellbasierende Zusammenarbeit und die damit zusammenhängenden Rollen eingegangen. ...»  ²

Im SIA Merkblatt 20151 wird darauf hingewiesen, dass sowohl in Bezug auf die Leistung als auch auf die Verantwortungsbereiche kein Anspruch auf gesonderte Vergütung besteht, sofern die BIM -Methode nur zur Abwicklung des innerhalb des Planungsbüros bzw. Teams dient und der Planende frei in der Methodenwahl ist. Ist die BIM-Methode durch die Auftraggeberin vorgegeben oder bedarf es zur Erreichung der vereinbarten Ziele spezifische Leistungen/Verantwortungsbereiche, sind diese durch den Auftraggeber zu tragen. ³ Generiert das Modell einen zusätzlichen Mehrwert, der über die vereinbarte Ziel-/Leistungsdefinition hinausgeht, kann dieser definiert und vergütet werden. ⁴ Auswirkungen auf den Leistungskatalog oder Phasenumfang bzw. Leistungsverschiebungen sind durch die Beteiligten abzustimmen und festzulegen. ⁵

Auch Zugriff und Nutzung digitaler Arbeitsergebnisse sowie die Nutzung durch Dritte ist zu regeln sowie Rechte und Verantwortlichkeiten nach der Übergabe der Daten zu fixieren. Nutzungsrechte von Drittdaten oder Haftungsfragen im Zusammenhang mit Drittdaten sind abzustimmen. ⁶

Die Verständigungsnorm SIA 2051 beschreibt die Grundlagen zur Anwendung der BIM-Methode. Ergänzende Themen und Inhalte sind in den folgenden Dokumentationen beschrieben.

SIA D 0270, 2018, Anwendung der BIM-Methode

SIA D 0271, 2018, Mengenermittlung

SIA D 0272, 2018, Räumliche Koordination

SIA D 0273, 2018, Bestandsaufnahme

SIA D 0271, 2018, IFC in der Praxis

Ergänzend zum Planervertrag SIA 1001/1 werden in den SIA 1001/11 Zusatzvereinbarungen BIM, Ausgabe 2018, auf die vertraglich wichtigen Punkte in Bezug auf die BIM Methode hingewiesen; diese sind zusammen anzuwenden. Im begleitend publizierten SIA 1001/11-K Kommentar zur Anwendung der Zusatzvereinbarungen BIM (SIA 1001/11), Ausgabe 2018, werden keine Festlegungen getroffen, sondern Auswahlmöglichkeiten beschrieben. Die notwendige Abstimmung und Einigung ist Sache der Beteiligten. ⁷

Chancen und Risiken

Durch die Einführung von BIM haben sich die Leistungen und die dem Auftraggeber geschuldete Sorgfalts- und Treuepflicht sowie der Erfolg in Planung und Umsetzung für die Planenden nicht grundlegend geändert. Es ist ein Werkzeug, eine Arbeitsmethode hinzugekommen, die Arbeitsprozesse verändern sich.

BIM stärkt den kollaborativen Prozess und das interdisziplinäre Arbeiten im Team. Es erfordert Offenheit in der Zusammenarbeit sowie gegenüber der Tatsache, dass die Prozesse transparenter sind. BIM ersetzt nicht das Entwerfen und Konstruieren, sondern bietet die Möglichkeit, Modelle mit zusätzlichen Informationen zu behaften, die zur Koordination aller Projektdaten genutzt und letztendlich direkt in die Fabrikation überführt werden können.

Entscheidend ist in welchem Masse BIM eingesetzt wird. Die Auftraggeberin muss zu Projektbeginn die Nutzungsziele festlegt, um Klarheit über den notwendigen Informationsumfang und -gehalt (IAN) zu gewinnen und in welcher Phase – Planung, Bau oder Betrieb - das Modell genutzt werden soll. Es ist Voraussetzung, dass sie über gute Kenntnisse im Umgang mit BIM verfügt, um Leistungen und Rahmenbedingungen sowie den erwarteten Mehrwert festzulegen. Ziel ist es das Modell für alle Beteiligten so «schlank» (Mindestanforderungen) wie möglich zu halten, um den Bearbeitungsprozess effizient und effektiv zu machen.

Projekt

• Der Mehrwert von BIM für Auftraggeber, Planerin und Unternehmerin liegt in dem konsistenten, koordinierten Datenfluss von der Planung über die Ausführung bis hin zur Bewirtschaftung. Ein phasenkonformes, aktuelles Modell steht allen Projektbeteiligten immanent zur Verfügung, Simulationen, Konfliktanalysen und Mengenauszüge können erstellt werden. Die gesammelten Daten können als Referenz für andere Projekte herangezogen werden.
• Der Leistungsumfang erhöht sich durch BIM nicht per se, sofern die Auftraggeberin nicht spezifische Anforderung hat. Die Einführung vom BIM als Arbeitsmethode bedeutet jedoch einen finanziellen und zeitlichen Aufwand für ein Büro und eine Investition in die Zukunft. Leistungsverschiebungen sind projektabhängig und müssen zwischen den Beteiligten geregelt werden - eine Herausforderung für alle Beteiligten, da in vielen Fällen noch nicht auf ausreichende Erfahrung in diesem Bereich zurückgegriffen werden kann.

Auftraggebende

• Beim Einsatz von BIM stehen für Auftraggebende erhöhte Wirtschaftlichkeit - Effizienz, Termin- und Kostensicherheit - und Reduktion von Risiken im Vordergrund. Die Gebäudedaten dienen zur Risikoanalyse und Bewertung der Immobilie sowie für den Betrieb.

Planende

• Der Mehrwert von BIM für Planende liegt in erster Linie in der Anwendung als Koordinationsinstrument und einem konsistenten Datentransfer in allen Leistungsphasen. Im Ausloten der Möglichkeiten im Arbeiten mit BIM und in der Neugestaltung von Arbeitsprozessen, wie dem IPD, Integrated project delivery, liegt eine Chance. Zusätzlich zu Handskizze und physischem Arbeitsmodell können Planer herausfinden, welche Aspekte von BIM sie in der Entwicklung und Umsetzung eines Projektes unterstützen. Die Herausforderung besteht in dem Spagat zwischen der Entwurfsarbeit in iterativen Prozessen und der kontinuierlichen Präzisierung aller Planungsparameter mit BIM.
• Zum anderen besteht für die Architektin mit dem BIM- Mandat die Chance die Kontrolle über den Planungs- und Bauprozess wiederzuerlangen bzw. zu behalten. Sie bleibt die Hauptansprechpartnerin für den Auftraggeber und macht weitere steuernde und beratende Akteure obsolet. Um nicht anderen Geschäftsfeldern die Wertschöpfung zu überlassen, können Planende für sich selbst Gebrauch von den aus BIM generierten Daten machen. Damit widersetzen sie sich auch der zunehmenden Leistungsübernahme und Kontrollmöglichkeit durch Dritte.
• Einerseits können kleine und mittlere Büros aufgrund von geforderten, spezifischen BIM Anforderungen, wie Software, Aufbau des Modelles, Bauteilkataloge vom Markt verdrängt werden, andererseits kann BIM auch neue Geschäftsfelder erschliessen. Unbestritten sind die Kosten für Software und Schulungen (Kosten pro Arbeitsplatz CHF 500- CHF 5'000).

Unternehmende

• BIM Daten können direkt aus dem Modell generiert und zur automatisierten Fertigung genutzt werden.

Betrieb/Facility Management

• Für den Betrieb von Gebäuden sind BIM Daten von Interesse, weil die Betriebskosten wesentlich höher liegen als die Planungs- und Erstellungskosten. Aus Betriebskosten vergleichbarer Gebäude können Rückschlüsse auf Neu- und Umbauprojekte gewonnen werden. Alle Gebäudeinformationen sind in einem Modell zusammengefasst und abgestimmt, was Analysen und Simulationen erleichtert. Es zeigt sich allerdings, dass die Fortschreibung des Modells häufig nicht vollzogen wird und die Datenmodelle in der Praxis nicht genutzt werden, weil sie für den Nutzer, z.B. dem Hauswart, viel zu kompliziert sind, um damit arbeiten zu können.

Es liegen viele Chancen in der Digitalisierung des Planungs- und Bauprozesses. Das Ziel einen koordinierten Datenflusses von Planung, über die Ausführung bis hin zur Bewirtschaftung zu etablieren, kann jedoch nur durch die Kompetenz der Einzelnen, über die aktive Teilnahme am kollaborativen Prozess sowie durch den ständigen Austausch zwischen den Beteiligten erreicht werden.

Weitere Informationen siehe auch:

buildingSMART Switzerland

Bauen digital Schweiz und

netzwerk_digital