Martin Elze, Veronica Günther
Das Projekt startete als Multi-Tenant-Projekt mit den Architekten Tchoban Voss. BuroHappold übernahm in der kollaborativen Arbeit die Rolle des BIM-Managers. Diese Zeit stellt zugleich die Closed BIM Phase des Projekts dar, in der Architekten und Fachplaner die Software Revit in derselben Version verwendeten. Als zu Beginn 2018 der künftige Mieter des Objekts bekannt wurde, ging dies einerseits mit wesentlichen Designänderungen einher und andererseits mit dem Wechsel des Architekten zum Start der Ausführungsplanung. Das Architekturbüro Granz + Zecher, das fortan auch die Aufgabe des BIM-Managements übernahm, verwendete ArchiCAD, BuroHappold weiterhin Revit, was zu wesentlichen Hürden hinsichtlich Dateigröße und Interpretation von Bauteilen führte.
Das Ensemble aus zwei Gebäuden wird in einer Holzhybridkonstruktion gebaut (Bild: BuroHappold)
Herausforderungen in einem Open BIM-Projekt
Während in der Closed BIM-Phase der Datenaustausch zwischen Fachplaner und Architekt nahtlos funktionierte und somit sämtliche Modelle nativ übertragen werden konnten, standen diesem Austausch in der Open BIM Phase zunächst einige Hindernisse im Weg.
Da die Datenformate von Revit und ArchiCAD nativ nicht miteinander kompatibel sind, wurde zum Datentransfer das offene IFC-Format verwendet. Nur so war sicherzustellen, dass die Daten des jeweils anderen genutzt werden können, um die jeweiligen Planungen zu koordinieren und fortzuführen. Insgesamt wurden über das IFC-Format elf Modelle ausgetauscht. Da das Projekt aus zwei Gebäuden besteht, gab es zwei Architektenmodelle, zwei Tragwerksmodelle, zweimal drei Haustechnikmodelle und ein Landschaftsmodell.
Verwendung der Architektenmodelle durch den Fachplaner
Aufgrund jahrelanger Erfahrung mit BIM, die BuroHappold in diversen internationalen Projekten firmenweit gesammelt hat, wurde entschieden, nicht direkt mit den IFC-Modellen der Architekten zu arbeiten. Stattdessen wurden die Architekturmodelle in ein natives Revit-Format konvertiert.
Die exakte Bauteilinterpretation wurde mittels Mapping-Tabelle sichergestellt, was größtenteils automatisch funktionierte, teilweise aber auch manuellen Eingriff in die Mapping-Tabelle erforderte. Dieser relativ kleine Aufwand führte für die Fachplaner letztlich dazu, dass sie bei der Koordination ihrer Leistungen und der Verlinkung aller Modelle auf das sehr schnelle Revit-Format zugreifen und auf dem Revit-Server arbeiten konnten. Insbesondere, da mehrere Niederlassungen von BuroHappold an der Planung beteiligt sind, ist dies essentiell¬ für einen schnellen Datenaustausch.
Verwendung der TGA und TWP-Modelle durch den Architekten: Datengrößen der IFC-Modelle
belegen zu viel Arbeitsspeicher.
Die von Revit in das IFC-Format umgewandelten Modelle der Fachplaner führten beim Architekten trotz Rechnern mit 32 Gigabyte RAM zu erheblichen Problemen. Beim Laden in den Arbeitsspeicher erreichten die Modelle mit 100 Megabyte Dateigröße teils Gigabyte-Größe, was ein effizientes Arbeiten unmöglich machte. Das war ein Anlass, um die Funktions¬weise von IFC genauer zu untersuchen.
Das verwendete IFC-Format 2x3 2.0 stellt im Prinzip eine Punktwolke dar, es bricht jedes Bauteil in Polygone auf. Dies führt dazu, dass beispielsweise eine Stütze in Revit anders dargestellt wird als in IFC.
Fachplaner und Architekten versuchten das Problem, das beim IFC 2x3 2.0 Format mit Extrusionen besteht, mit dem IFC 4-Format zu umgehen. Dieses neuere Format arbeitet schon mit Extrusionen, allerdings musste hier festgestellt werden, dass Geometrien nicht eindeutig übernommen werden. Es fehlten Wände, Bauteile und Öffnungen, was auch durch einen erneuten Eingriff in die Mapping-Tabelle in gegebener Zeit nicht zufriedenstellend behoben werden konnte. Schließlich fiel somit der Entschluss, das IFC 2x3 2.0 Format zu optimieren.
Optimierung des IFC 2x3-Formats durch Reduktion der Polygone
Um die Anzahl der Polygone zu reduzieren, wurden zunächst runde Bauteile entfernt. Dabei spielte der Detailgrad in Revit eine wesentliche Rolle. Der für die Ausführungsplanung übliche, hohe Detailgrad stellt alle Anschlüsse und Dorne dar, was für die Architekten, die die Modelle des Fachplaners einfach nur in ihre Grundrisse integrieren müssen, uninteressant ist.
In Absprache mit den Architekten wurde daher definiert, was im Modell ersichtlich sein muss. Für die Übergabe der Arbeitsmodelle an die Architekten wurde die mittlere Detailstufe in Revit genutzt. Alles, was nicht sichtbar sein musste, wurde aus dieser Detailstufe entfernt, runde Bauteile wurden in eckige umgewandelt. So wurden z. B. eine runde Stütze in eine achteckige umgewandelt und die Anzahl der darstellenden Polygone von ca. 500 auf ca. 30 reduziert.
Insgesamt konnte mit diesem Vorgehen z. B. das Tragwerksmodell für eines der Gebäude von 150 Megabyte im IFC-Format auf 3 Megabyte verkleinert werden – bei nahezu gleichbleibender Geometrie.
Auch bei den Haustechnik-Modellen, die mit Wasserrohren, Sprinklern und Heizungskörpern noch viel mehr Rundungen aufweisen, führte das gleiche Vorgehen zu kleineren Dateien. Da der Architekt beispielsweise nicht die Details eines Heizkörpers benötigt, um seine Planungen zu koordinieren, wurden diese als viereckige Blöcke dargestellt.
Als weiterer Schritt zur Optimierung der Dateigrößen wurde der Solibri Optimizer verwendet. Damit konnte bei den Tragwerksmodellen eine erneute Reduktion um ca. 80 Prozent und bei den TGA-Modellen um ca. 20 Prozent erreicht werden. Aus reiner Neugier zippten die Ingenieure das durchoptimierte Modell zusätzlich und erreichten dadurch eine Dateigröße von 500 Kilobyte.
„Durch das zippen der Dateien konnten wir nach sechs Monaten Optimierung sogar ein ganzes Haus per E-Mail verschicken.“ (Martin Elze)
Abbildung 1 (Bild: BuroHappold) Abbildung 2 (Bild: BuroHappold)
Das Revit-Rendering in Abb. 1 zeigt die linke runde Stütze in feiner ursprünglicher Darstellung. Abb 2. zeigt, wie die Darstellung runder Stützen vereinfacht wurde, um die Anzahl der Polygone zu reduzieren.
Unterschiedliche Interpretation von Bauteilen: Ein siebengeschossiges Haus in Revit wird zu 70 Geschossen in ArchiCAD
Ein Geschoss in Revit kann aus mehreren Ebenen bestehen, z. B. die Oberkante Rohbeton, die Oberkante Fertigbeton und eine Installationsebene. Da ArchiCAD jede einzelne Ebene aus Revit als Geschoss interpretiert, sahen die Architekten auf einmal ein Gebäude mit 70 Geschossen. Um dies zu beheben, wurde in Revit über die Aktivierung der bestehenden Funktion „building stories“ zwischen echten Geschossen und Zwischenebenen unterschieden. Dies kam in der Closed BIM-Phase nicht zum Tragen.
Darüber hinaus werden Wände in Revit und ArchiCAD unterschiedlich interpretiert. Während in Revit Wände auch über mehrere Geschosse gehen können – wichtig für statische Berechnungen –, interpretiert ArchiCAD Wände immer geschossweise. Als Folge dessen erhielt der Architekt sowohl richtig interpretierte Wände als auch Nurbs-Wände, beide mit sauberer Geometrie, allerdings enorm unterschiedlichen Dateigrößen. Die Nurbs-Wand überschritt die Datenmenge aller Wände im Gebäude zusammen und erschwerte den Architekten das Arbeiten erheblich.
Mittels Testdaten zu unterschiedlichen Wänden (Unterscheidung in Höhe, Krümmung, Öffnungen) wurde versucht, herauszufinden, was zur Interpretation als Nurbs-Wand führt. Schließlich hat BuroHappold alle Wände unterteilt, so dass es keine kontinuierlichen Wände mehr gibt, die an unterschiedliche Deckenhöhen anschließen, sondern eine Wand nur noch eine Höhe hat. Mit diesem Zusatzschritt konnten die Architekten die Modelle der Fachplaner effizienter verarbeiten.
Leistungsdaten der Haustechnik werden im imperialen Format ins IFC-Format exportiert
Eine weitere Unstimmigkeit, auf die der Fachplaner gestoßen ist, war die Abweichung einiger Metadaten im IFC-Format. In Revit werden die Leistungsdaten der Haustechnik in einem Datensatz hinterlegt. Einige dieser Daten wurden im IFC-Format im imperialen Format wiedergegeben, sodass einige Bauteile um einen konstanten Faktor andere Werte hatten als in Revit. Bis heute konnte die Ursache nicht ermittelt und daher auch nicht abgestellt werden.
Vorteile von BIM sind den erhöhten Aufwand wert
Die entstandenen Herausforderungen beim Wechsel vom Closed BIM- zum Open BIM-Projekt konnten, wenn auch nicht alle gelöst, aber dennoch umschifft werden, so dass Architekt und Fachplaner effizient und effektiv zusammenarbeiten können. Über sechs Monate arbeiteten beide Seiten daran, die durch die hohe Kompatibilität entstehende enorme Datenlast des IFC-Formats einzudämmen und Interpretationsprobleme zu beheben. BuroHappold liefert bis heute an die Architekten geometrisch stark vereinfachte Modelle und erstellt parallel dazu noch detaillierte IFC-Modelle für den Bauherren. Das verursacht einerseits erhöhten Arbeitsaufwand, führt jedoch andererseits zu einer gut funktionierenden Zusammenarbeit über die Koordinationsmodelle.
Auch wenn ein Open BIM-Projekt wesentlich mehr Abstimmungsaufwand bedarf, kommen dennoch die Vorteile der BIM Methode zum Tragen.
Schnelle und fehlerfreie Mengen- und Kostenermittlungen
Fragt ein Bauherr nach seinen monetären Vorteilen von BIM, sind diese erstmal nicht direkt ersichtlich. Im beschriebenen Projekt gab es u. a. zwei wesentliche Situationen, die dazu beitrugen, dass der Bauherr den Vorteil von BIM schätzte:
1. Nennung der Menge des benötigten Bewehrungsstahls in zehn Minuten
Die Gesamtmenge des nötigen Bewehrungsstahls wurde nie exakt ermittelt, da eine funktionale Leistungsausschreibung gemacht wurde. Allerdings konnte man aus dem Modell die Kubatur des Betons herausziehen. Daher sagte Martin Elze auf Nachfrage des Bauherren:
„Geben Sie mir zehn Minuten – neun, um das Modell zu starten und eine Minute, um die Summe zu ermitteln.“
Gesagt, getan – nach zehn Minuten hatte der Bauherr die Mengenangabe. Durch BIM liegen viel mehr Daten vor, und eine Quantifizierung ist wesentlich schneller und fehlerfreier möglich.
2. Genaue, sofortige Kostenermittlung als wichtige Entscheidungsgrundlage
Da im BIM-Modell Kosten live hinterlegt werden können, kann immer sofort gesagt werden, welche monetäre Auswirkung eine Änderung hat. Im Fall Südkreuz ging es z. B. um die Frage, für welche Last der Boden des Atriums ausgelegt werden soll. Eine Frage, die das Nutzungskonzept des Atriums wesentlich beeinflusst. Sollte der Boden nur an den Stellen, auf denen Pflanzenkübeln stehen, für eine höhere Last ausgelegt werden oder überall, um das Atrium z. B. auch für Veranstaltungen nutzbar zu machen? Dank BIM-Modell konnten die Mehrkosten für das flexiblere Nutzungskonzept sofort ermittelt werden, und im gleichen Termin wurde die entsprechende Entscheidung getroffen.
Kompatibilität ist Key
Die genannten Vorteile von BIM sprechen bereits für sich, jedoch kann sich das volle Potenzial von BIM erst entfalten, wenn auch in einem Open BIM-Projekt nahtlose Kompatibilität gewährleistet ist. Ist dies, wie aktuell, nicht der Fall, bleibt das Closed BIM-Projekt die bevorzugte Arbeitsweise. Allerdings fordert die Industrie die Abwicklung von Projekten auch in einem Open BIM-Umfeld. Die Erfahrung, die BuroHappold mit dem Projekt EDGE Südkreuz hinsichtlich Open BIM gesammelt hat, hilft dem Fachplaner enorm, um künftige Open BIM-Projekte von Beginn an zu strukturieren. Nichtsdestotrotz gilt es für die Softwarehersteller, an der Kompatibilität des IFC-Formats mit Revit, AutoCAD und allen anderen BIM-Programmen zu arbeiten. Ziel sollte es sein, einen exakten Datenaustausch über das IFC-Format auf Knopfdruck zu erreichen.
EDGE Südkreuz wird die neue Zentrale von Vattenfall in Berlin (Bild: EDGE Technologies)
