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07.10.2021 | Jan Krieger

Digitale Baustelle

Wie gelingt es, die Mehrwerte von BIM in die Bauausführung und den Gebäudebetrieb zu übertragen?

BIM ist als Planungsmethode inzwischen weit verbreitet. Aber welche Möglichkeiten gibt es, um die Vorteile des digitalen Modells auch während der Bauausführung und dem Betrieb des Gebäudes optimal zu nutzen? Noch ist die Bauausführungsphase die Phase eines Projekts, in der oft die Kosten in die Höhe schnellen und Bauherren mit unvorhersehbaren Änderungen konfrontiert sind. Zudem sitzen viele Bauherren nach der Fertigstellung auf einem großen Datenschatz und wissen nicht so recht, wie sie einen effizienten Übergang in den Betrieb gestalten.

Dieser Artikel analysiert den Weg von der wenig digitalisierten Baustelle bis hin zum Status quo. Er erläutert den Nutzen von BIM im Gebäudebetrieb und gibt einen Ausblick auf die Perspektiven für die digitale Baustelle.

Konventionelle vs. digitalisierte Baustelle

Auf der konventionellen Baustelle sind digitale Prozesse wenig bis nicht existent. Pläne, Protokolle und Aufmaße gibt es meist nur in Papierform. Im Vergleich zu einem vollkommen digitalisierten Prozess bringt diese Arbeitsweise einige Nachteile, denn die Abläufe werden dadurch deutlich zeitaufwendiger, personalintensiver und fehleranfälliger. Ein einfaches Beispiel für ein höheres Fehlerpotenzial sind bereits veraltete Planungsstände, die auf der Baustelle im Umlauf sein können und nach denen weiterhin aktiv gebaut wird. Die Bauleiter und auch die ausführenden Gewerke haben auf der Baustelle keine Möglichkeit, kurzfristig den Planungsstand zu prüfen. Auch Lieferscheine und andere Dokumente in Papierform können verloren gehen und führen im Zweifelsfall zu erheblichen Verzögerungen, Mehrkosten oder sonstigen vermeidbaren Problemen.

Natürlich funktioniert der konventionelle Weg. Mithilfe einer strategischen Digitalisierung können jedoch viele Prozesse optimiert und die Fehlerquote reduziert werden. Digitalisierung führt übergreifend zu mehr Transparenz und Datenintegrität. Werfen wir einen Blick darauf, in welchen Bereichen der Baustelle die Digitalisierung bereits Realität ist und wo die großen Potenziale schlummern.

Digitalisierung der Baustelle – wo stehen wir heute?

Die Digitalisierung ist schon zu großen Teilen auf modernen Baustellen angekommen, zumindest auf Großbaustellen, die mit der BIM-Methodik arbeiten. Allerdings gehen die Anwendungsfälle weit über BIM hinaus: eine vollständig digitalisierte Logistikplanung, Bohrrobotik, Revisionsplanung sowie papierlose Baustellen sind nur einige der vielen Möglichkeiten.

Auf einer digitalen Baustelle im eigentlichen Sinne werden die Pläne direkt über Tablets oder den PC abgerufen und bearbeitet. Die Baubesprechungen finden an mobilen Workstations mit Bildschirmen direkt auf den Baustellen statt. So haben alle an einer Baustelle beteiligten Gewerke die Möglichkeit, jederzeit auf den aktuellen Planungs- und Modellstand zuzugreifen, wenn digitale Projektplattformen genutzt werden.  

Ein weiteres Charakteristikum ist häufig die Arbeit mit digitalen IDs, die in unterschiedlichen Anwendungsfällen zum Tragen kommen. Mithilfe von QR-Codes (und den damit verknüpften Daten) werden beispielsweise auf den Baustellen im BIM-Modell 3D-Ansichten der aktuellen Baustelle erzeugt. Dazu scannt man den QR-Code ein und erhält im Anschluss eine 360°-Ansicht des entsprechenden Ansichtspunkts. Dieses Vorgehen lässt sich auch mit Werkzeugen der Augmented Reality (AR) kombinieren.

Auch die Aktualität der Pläne lässt sich so sehr gut überprüfen. Hierfür wird jeder Plan (als PDF-Dokument oder in Papierform) mit einem entsprechenden QR-Code ausgestattet. Sobald der QR-Code gescannt ist, bekommt man eine Mitteilung, ob dies dem aktuellen Planungsstand entspricht.

Digitalisierung heißt nicht zwangsläufig, dass die eigene Arbeitsweise vollumfänglich verändert werden muss. Pläne in Papierform können auf der Baustelle zum Beispiel weiterhin ergänzend Verwendung finden. Hier bietet der QR-Code allerdings die Sicherheit, dass es sich bei der verwendeten Version um den aktuellen Planungsstand handelt.

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Welche BIM-Tools kommen zum Einsatz und was leisten sie?

Die Bandbreite an BIM-Tools ist in den vergangenen Jahren enorm gewachsen, ebenso wie die Anwendungsmöglichkeiten. Wenn wir von papierlosen Baustellen sprechen, kommen wir schnell zum Thema der softwaregestützten Bauleitung: Von den Plänen über das Mängelmanagement und die Verträge bis hin zur Baustellendokumentation werden diverse Bereiche des Baustellenmanagements digital erfasst und verwertbar gemacht. Das funktioniert auch im Offline-Betrieb mittels nachträglicher Synchronisierung der Daten auf dem Server.

Auch digitales Baustellenmanagement ist keine Zukunftsvision mehr, sondern wird bereits erfolgreich auf Großbaustellen umgesetzt. So können Arbeitsabläufe direkt digital koordiniert und verwaltet werden und eine transparente und gewerkeübergreifende Zusammenarbeit ermöglichen.

Über den gesamten Bauzyklus hinweg werden Arbeitsfortschritte analysiert und ausgewertet. Prozesse werden darauf bezogen optimiert und Bauprojekte somit effizienter abgeschlossen. Es wird beispielsweise überprüft, ob alle Aufgaben innerhalb der vorgesehenen Frist erledigt wurden oder ob es zu Verzögerungen kam und, wenn ja, welche Ursachen dem zugrunde lagen. Dadurch können auch sehr große Projekte bis ins kleinste Detail getrackt und ausgewertet werden.

Das Erstellen eines BIM-Modells und dessen Einbeziehung in die Arbeitsabläufe legt weitere Potenziale frei. Das zu erstellende Gebäude ist während der gesamten Planungsphase in digitaler 3D-Version abrufbar. Dieser digitale Zwilling bildet die Grundlage für sämtliche Projektbesprechungen. Es kann beispielsweise mittels QR-Codes zu passenden virtuellen 360°-Modellansichten verwiesen werden. Die Projektbeteiligten erhalten dadurch direkten Zugriff auf die relevanten Attribute, und das Suchen der richtigen Modellstelle bzw. des richtigen Bauteils gehört im BIM-Modell der Vergangenheit an.

Die BIM-Tools und eine Implementierung des BIM-Modells gewährleisten entsprechend die Integrität des Datenschatzes auf einem sehr hohen Niveau und reduzieren zugleich die Mängelquote und das damit verbundene Mehrkostenrisiko.

Welchen Einfluss haben Robotik und Drohnen auf der Baustelle?

Die BIM-Planung bringt auch im Bereich der Robotik und der Drohnen große Potenziale auf die Baustelle. Bohrroboter können mit digitalen Modellen gefüttert werden und punktgenaue Bohrungen anfertigen. Die vom Roboter auszuführende Aktion wird dabei im Modell vorab auf die Gegebenheiten zugeschnitten, und der Roboter wird zur richtigen Stelle navigiert. Nach der Durchführung des Auftrags sendet der Roboter den Fortschritt zur Dokumentation an eine Cloud. Diese Technik wird bereits im Bereich der Hänger-Planung (Befestigung von TA-Installationen, z. B. Luftkanal oder Heizungsrohr) eingesetzt und lässt sich auch auf das Themengebiet der Kernbohrungen erweitern.

Steigendes Interesse zeigt sich an der autonomen digitalen Baustellen-Dokumentation. Hierbei wird beispielsweise ein Roboter mit einer 360°-Kamera und den digitalen Plänen ausgestattet. Dieser läuft autonom die Baustelle ab und nimmt an vorher definierten Ansichtspunkten 360°-Bilder auf. Das Bildmaterial wird in einem Onlineportal für alle Projektbeteiligten zur Verfügung gestellt, wodurch der Baufortschritt zentral und transparent abgebildet und dokumentiert wird.

Ein weiteres Feld der Robotik, das zunehmende Nachfrage erfährt, sind autonom arbeitende Baumaschinen. Im Infrastrukturbau werden beispielsweise bereits die Höhenniveaus der zu verlegenden Straßen über ein 3D-Modell erstellt und an die jeweiligen Baumaschinen übermittelt. Die Baumaschinen erfassen die Ist-Position und verlegen den Asphalt auf dem richtigen Niveau. Nachfahrende Planierraupen arbeiten nach demselben Prinzip.

Wie funktioniert Augmented Reality (AR) auf der Baustelle?

Das Thema Augmented Reality gewinnt immer mehr an Relevanz. Die Technologie entwickelt sich ständig weiter. Tablets und Mobiltelefone verfügen inzwischen über ausreichende Leistungsvolumen, um auch größere Datenmengen gut verarbeiten zu können. Auch AR-Brillen werden wichtiger und kommen bereits auf den Baustellen in Kombination mit speziellen Tools zum Einsatz, wodurch Baufehler früh erkannt oder sogar vermieden werden können.

Um AR auf der Baustelle zu nutzen, wird im Prinzip die virtuelle Welt, die das BIM-Modell enthält, über die Realität gelegt. Es wird ein direkter visueller Abgleich zwischen der Realität und dem digitalen Zwilling vorgenommen. Dadurch fallen Abweichungen zwischen Planung und Ausführung sofort auf, und es kann frühzeitig reagiert werden. Etwaige Mängel oder Abweichungen zum Planungsstand werden im BIM Collaboration Format (BCF) dokumentiert, einem bei BIM verwendeten offenen Dateiformat, mit dem die Beteiligten direkt im aggregierten BIM-Modell kommentieren können. Die Dokumentation wird somit allen Beteiligten zugänglich gemacht.

Auch digitales Mängelmanagement und digitale Revisionsplanung sind inzwischen mit AR-Tools möglich. Dies führt dazu, dass am Ende das BIM-Modell an die Bauausführung angeglichen wird und ein As-built-Modell entsteht, das dem Namen eines digitalen Zwillings tatsächlich gerecht wird. So können z. B. die Bauteilinformationen einer Innenwand direkt über das AR-Tool abgerufen und mit Kommentaren versehen werden. Auch die Kontrolle des Baufortschritts kann so live erfolgen und dokumentiert werden.


Andere AR-Tools fahren gemeinsame Workflows mit Subunternehmern. Hier wird beispielsweise mit entsprechenden Checklisten und Abnahmeprotokollen gearbeitet, die direkt über AR gefüllt werden können. Die Mängelerfassung wird ebenfalls direkt an einem BIM-Objekt durchgeführt. So kann auch der Baufortschritt mittels benutzerspezifischer Diagramme passgenau dargestellt werden.

Diese Arbeitsweisen führen zu einer immer höheren Datenintegrität, da die Cloudlösung dafür Sorge trägt, dass jedem Projektbeteiligten kontinuierlich der aktuelle Stand vorliegt. Auch die direkte Arbeit mit dem BIM-Modell führt zu mehr Transparenz und besserer Planbarkeit.

Nach der Baustelle: Nutzung digitaler Daten im Gebäudebetrieb

Während der Bauausführung werden die digitalen Daten über eine Datenumgebung (Common Data Environment, CDE) verwaltet. Für den Betrieb müssen die Daten oft in CAFM-Systeme überführt werden (sofern vorhanden). Bereits frühzeitig im Projekt sind Prozesse mitsamt entsprechender Schnittstellenlösungen abzustimmen, um eine Überführung in das CAFM-System zu erleichtern. Im besten Fall sollte die Datenablage modellbezogen erfolgen (Grundlage kann bspw. das IFC-Modell sein). Wenn dies softwarebedingt nicht möglich ist, sollte bei der Ablage der Daten darauf geachtet werden, dass eine geeignete Verknüpfung zwischen den vorhandenen Bauteilen und den Daten über eine eindeutige Verortung sichergestellt werden kann (Anlagen-Kennzeichnungssystem).

Die saubere und strukturierte Datenverwaltung dient nach Fertigstellung des Bauwerks der Effizienz während des Betriebs. Sie bietet gleichzeitig einen Mehrwert bei Umplanungen und Weiterverkauf des Objekts. Somit entstehen durch die Digitalisierung nicht nur während der Bauausführung Vorteile.

Wie sieht die digitale Baustelle der Zukunft aus?

Die digitale Baustelle steckt aktuell noch in den Kinderschuhen, wird sich jedoch immer weiter durchsetzen. Es sind bereits enorme Entwicklungspotenziale absehbar, die kurz- bis mittelfristig dazu führen, dass Baustellen annähernd papierlos werden.

Auf den zukünftigen Baustellen wird der Abgleich direkt mit dem 3D-Modell durchgeführt. Baumaschinen und Geräte arbeiten zunehmend mit Daten aus dem 3D-Modell, oder im besten Fall liegen diese Daten der Arbeit zugrunde. Das zeitaktuelle 3D-Modell soll eine geringere Fehlerquote bei der Umsetzung vom digitalen Modell in die gebaute Wirklichkeit gewährleisten. Durch dieses Zusammenspiel werden ebenfalls Vorfertigungsprozesse von Bauteilen unterstützt oder schaffen Möglichkeiten, das geplante Bauwerk den Beteiligten bereits vor Fertigstellung in einem 3D-Druck zur Verfügung zu stellen.

Der Abgleich zwischen Realität und BIM-Modell wird in Zukunft immer automatisierter ablaufen, bis hin zur vollständigen Automation mit Hilfe von Laserscans und 360°-Fotos.

Auch die Optimierung von Bauabläufen durch künstliche Intelligenz und Simulationen am 3D-Modell wird immer weiter vorangetrieben und automatisiert. Vertragsmanagement und Rechnungswesen auf der Baustelle werden ganzheitlich digitalisiert und zentralisiert erfolgen. Damit steht der gesamten Baubranche im Hinblick auf das Thema „Digitalisierung der Baustelle“ eine sehr spannende und entwicklungsreiche Zeit bevor.


Lesen Sie auch: Gerrit Hoppe: „BIM ist beständiges Development. Warum die Entwicklung in bestehenden Systemlandschaften notwendig ist – und was einen gelungenen BIM-Prozess auszeichnet“

© Formitas AG
Autor

Jan Krieger hat Maschinenbau an der FH Aachen studiert. Schon während des Studiums arbeitete er für die Formitas AG. Seit 2019 ist er bei Formitas als BIM-Manager und auch im Bereich BIM-Strategieberatung tätig. Darüber hinaus initiierte er das Thema „Digitale Baustelle“ und ist als Dozent an der FH Aachen im Studiengang Smart Building Engineering tätig.  (Bild: Formitas AG) formitas.de

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