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Yvonne Zeiling, Prof. Petra von Both

It's the Praxis, Student!

Universitäre Ausbildung in der BIM-Methodik

Am KIT entwickelten Wissenschaftler ein preisgekröntes Lehrkonzept. Die Bauingenieur- und Architekturstudenten lernen die BIM-Methodik in der Theorie – und in der praktischen Anwendung ihres eigenen Entwurfsprojekts.

Durch einen gezielten Rechnereinsatz im Planungs-, Bau und Nutzungsprozess lassen sich erhebliche Potentiale zu Qualitäts- und Effizienzsteigerung im Bauwesen erreichen. Die logistische Optimierung der Zusammenarbeit mittels informationstechnischer Vernetzung der beteiligten Systeme, Akteure und Prozesse stellt dabei einen zentralen Ansatz zur Steigerung der Effizienz im Gesamtprozess und auch zur Verbesserung der nachhaltigen Planungsqualität dar. Speziell die Anwendbarkeit integraler Planungsmethoden wird durch die Entwicklung und Anwendung innovativer digitaler Systeme entscheidend unterstützt.

Ein integratives Planungsvorgehen ermöglicht eine kooperative Erarbeitung ganzheitlicher Lösungen sowie die frühzeitige Abstimmung und planungsbegleitende Validierung der verschiedenen fachlichen Konzepte und Planungslösungen hinsichtlich der gestellten Ziele und Anforderungen. Planen ist somit ein kooperativer und iterativer Prozess der Schritte Problemanalyse, Systemsynthese und Systemanalyse. In diesen Schritten kann mittels der BIM-Methode ein entscheidender Mehrwert geschaffen werden.

In Bezug auf die Lehre in der Architekten- und Ingenieursausbildung liegt neben der Vermittlung von BIM-Technologien und IT-gestützten Modellierungsmethoden somit ein großes Potential in der begleitenden Vermittlung integraler Planungs- und Kooperationsmethodiken:

Studenten sollten im Kontext konkreter Planungstätigkeit verstehen, was es heißt, projektbezogen im Team zu arbeiten, auf Basis einer gemeinsamen Datenbasis (BIM-Modell) zu planen und zu kooperieren, mittels Simulations- und Prüfwerkzeugen zu evaluieren, sich gemeinsam in Hinblick auf die entwickelten Planungsvarianten zu entscheiden – und auch mit welchen Aufgaben und Rollen dies verbunden ist.

Möchte man den Stand der BIM-bezogenen Lehre betrachten, so spielt neben den Lehrinhalten selbst auch die Form und Didaktik der Veranstaltung eine Rolle.

Ansicht Ost Coworkingspace (Bild: siehe unten)

Stand der Hochschullehre in Deutschland

In ihrer im Dezember 2017 veröffentlichten Studie zu "BIM in der Hochschullehre" [1] haben Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Ivan Cadež und Stefanie Brokbals, M. Sc. den aktuellen Stand der Implementierung von BIM hinsichtlich Quantität und Qualität (Vergleich Soll-, Ist-Lehrinhalte) untersucht und kamen dabei zu folgenden Ergebnissen.

  • Die Anzahl der BIM-lehrenden Hochschulen stieg in den Jahren von 2015 bis 2017 sowohl bei den Universitäten als auch bei den Fachhochschulen an.
  • In diesem Zeitraum verdoppelte sich nahezu die Gesamtzahl der angebotenen BIM-Module.
  • Der Prozentsatz der Universitäten, die das Thema BIM in ihren Lehrbetrieb aufgenommen haben, liegt weiterhin deutlich über dem Prozentsatz der Fachhochschulen.
  • BIM-Module werden insbesondere als Wahlpflichtfächer angeboten und bilden damit keinen Pflichtbestandteil des Studiums.
  • Im Vergleich der Architektur- und Bauingenieurausbildung zeigt sich, dass mehr Hochschulen mit Bauingenieurstudiengang die BIM-Lehre in ihr Lehrprogramm aufgenommen haben.

Perspektive Dachterrasse (Bild: siehe unten)

Für den Vergleich der Soll- und Ist-Lehrinhalte definierten Cadež, Brokbals die Soll-Lehrinhalte auf Basis von Fachliteratur sowie veröffentlichten Vorgaben von BIM-Organisationen und der Bauwirtschaft. Als wesentliches Ergebnis arbeiteten die Autoren heraus, dass "die neuen Arbeits- und Kommunikationsprozesse in den Lehrplan integriert werden" [1] müssen. Dies geht über ein reines Training der Softwareanwendung im Rahmen der Lehre deutlich hinaus.

Die BIM-Lehrinhalte unterteilten Cadež, Brokbals in einen theoretischen und praktischen Lehrbereich. Eine Studie zur Umsetzung der einzelnen Bereiche ergab ein deutliches Verbesserungspotential in mehreren Feldern. Im theoretischen Bereich werden die Themen "Aufgaben und Berufsbilder" sowie "Baurecht" aktuell in sehr geringem Umfang gelehrt. Im praktischen Bereich ist die Verbreitung des Themas "Arbeits- und Kommunikationsprozesse" sehr gering – trotz der offensichtlich hohen Wichtigkeit bei der Vermittlung der BIM-Lehre.

Schnitt Gemeinschaftsbereich (Bild: siehe unten)

Cadež, Brokbals empfehlen daher eine Anpassung der Ist-Lehrinhalte an die Soll-Lehrinhalte sowie die "Verstärkte praktische Anwendung, insbesondere die Berücksichtigung der Lehre von Arbeits- und Kommunikationsprozessen in interdisziplinären (und u. U. interinstitutionellen) Teams" [1].

Das interdisziplinäre BIM-Projekt: ein praxisnahes Lehrkonzept zur Vermittlung von Building Information Modeling am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

In Kooperation des Fachgebiets Building Lifecycle Management unter der Leitung von Frau Prof. Dr. Petra von Both und dem Institut für Technologie und Management im Baubetrieb unter der Leitung von Herrn Prof. Dr. Shervin Haghsheno wurde ein interdisziplinäres Modul für Masterstudierende im Umfang von 6 bzw. 16 ECTS (European Credit Transfer System) entwickelt.

Das BIM-Lehrkonzept sieht vor, den Studierenden die BIM-Methode nicht nur in der Theorie, sondern vor allem auch in der praktischen Anwendung eines Entwurfsprojektes zu lehren. Denn erst bei der realen Umsetzung und Anwendung der kooperativen Arbeitsmethode im Planungsprozess werden deren Potenziale für jeden Einzelnen deutlich spürbar.

Sonnenstudie Außenraum (Bild: siehe unten)

Anstelle technikorientierter Seminare und Tooling-Konzepte steht daher ein kooperativer, fachübergreifender Entwurf im Mittelpunkt der verknüpften Module. Die Studierenden der beiden Fakultäten lernen durch ihre Zusammenarbeit in Teams die jeweils anderen Arbeits- und Denkweisen kennen. Sie erhalten Einblicke in Bereiche und Themen, die im Rahmen des eigenen Studiums nicht vertieft behandelt werden.

So erfahren die Bauingenieurstudierenden, wie vielschichtig und auch aufwendig der Entwurfsprozess ist. Die Architekturstudierenden gewinnen wertvolle Erkenntnisse in der Kalkulation eines Gebäudes sowie in der Planung eines Bauablaufes. Auch im späteren beruflichen Alltag gilt es, sich täglich mit den anderen Planungsbeteiligten auszutauschen, Probleme zu diskutieren und Lösungen zu finden.

Neben der entwurfsbegleitenden Betreuung durch die Dozenten sowie der Einführung in die BIM-Methode werden die Studierenden technologisch von Tutoren projektbegleitend unterstützt und erhalten ergänzend semsterbegleitende Schulungen zu den Softwareprodukten.

Vorträge renommierter Unternehmen aus dem Planungs- und Baubereich ergänzen die theoretischen BIM-Vorlesungen durch weitergehende Einblicke in die praktische Anwendung digitaler Planungsmethoden.

Städtebau Variantenanalyse (Bild: siehe unten)

Eine Planungsaufgabe mit realem Hintergrund

Oftmals haben Entwürfe an der Universität nur wenig Bezug zu tatsächlichen Bauvorhaben. Im Rahmen des BIM-Moduls basieren die Entwurfsaufgaben auf einem realen Hintergrund. Dabei kommt der Einbindung realer Akteure in den Entwurfsprozess eine wichtige Stellung zu.

Im Sommersemester 2017 wurde der Entwurf von einer Karlsruher Baugenossenschaft unterstützt. Diese plante die Nachverdichtung eines bestehenden Wohnquartiers als Reaktion auf die große Nachfrage nach innerstädtischem Wohnraum. Die neuen Wohnungen sollten insbesondere barrierefrei sein, um älteren alleinstehenden Personen, die noch in den umrandenden Reihenhäusern leben, die Möglichkeit zu geben, in kleinere adäquate Einheiten in ihrem bestehenden Lebensumfeld umzuziehen.

Wohneinheit Belichtung Tagesverlauf (Videoscreenshot) (Bild: siehe unten)

Aber auch innovative Wohnkonzepte für Studierende, Familien und Alleinstehende sollten entwickelt und umgesetzt werden. In mehreren Präsentationen stellten die Studierenden der Geschäftsführung der Baugenossenschaft ihre Konzepte vor und erhielten direkt Rückmeldung zur tatsächlichen Durchführbarkeit. Die Gruppen nutzten zur Veranschaulichung ihrer Ideen wiederum die Möglichkeiten zur Visualisierung, welche ihnen die Projektentwicklung in einem digitalen Modell bot.

Im aktuellen Sommersemester 2018 arbeiten wir mit dem Zukunftscampus, dem Referat für Nachhaltigkeit und Campusentwicklung des KIT, zusammen. Auch das Stadtplanungsamt ist interessiert an den studentischen Konzepten und wird diese nach Abschluss des Entwurfes prüfen. Thema des Entwurfes ist die Entwicklung einer der letzten freien Flächen auf dem innerstädtischen Campus Süd des KIT an der Schnittstelle des Schlossparks Karlsruhe, der Stadt und der Universität. Auf dem aktuell noch als Parkplatz genutzten Freiraum soll ein Gebäude für studentisches Wohnen mit Fokus auf gemeinschaftliche Aktivitäten geplant werden.

Variantenstudie Fenster/Belichtung Einzelwohneinheiten (Bild: siehe unten)

Arbeits- und Kommunikationsprozesse im BIM-Projekt

Die Entwürfe werden vollständig digital und dreidimensional bearbeitet. Die Möglichkeiten der digitalen Modellierung finden bereits im Vorentwurf zur Überprüfung des städtebaulichen Konzeptes hinsichtlich Sichtachsen, Sonnenstand und Verschattung Anwendung. Während des Entwurfes dienen visuelle und softwarebasierte Kollisionskontrollen zur Prüfung und Verbesserung der Modellqualität.

Das digitale Gebäudemodell bildet außerdem die Basis zur Entwurfsdiskussion in den Gruppen. Entscheidungen werden schnell und fundiert durch Visualisierungen, Rundgänge und die Auswertung von Analysen gefällt.

Seit diesem Sommer bietet sich für die Teilnehmer des BIM-Moduls zusätzlich die Möglichkeit, ihren Entwurf in Virtual Reality mit Hilfe eines Head Mounted Displays zu überprüfen. Das an der Fakultät für Architektur gemeinsam vom BLM und vom Fachgebiet Stadtquartiersplanung (STQP, Prof. Markus Neppl) angebotene Seminar "Virtual and Augmented Reality in Architecture and Urban Design" führt die Studierenden in diese Thematik ein und erlaubt ihre Anwendung im Rahmen eines laufenden oder bereits fertiggestellten Projektes.

Die Zusammenarbeit der Studierenden im BIM-Projekt erfolgt über eine Online-Plattform. Dort werden alle projektspezifischen Daten abgelegt. Eine Versionierung der Daten ermöglicht die Nachverfolgung und den Vergleich verschiedener Datenstände sowie die Nachvollziehbarkeit, wer die jeweiligen Änderungen vorgenommen hat. Das BIM-Modell kann über diese Plattform gleichzeitig von mehreren Personen bearbeitet werden. Über ein Kommunikationstool werden parallel zur Bearbeitung offene Fragen diskutiert und Teile des digitalen Gebäudemodells auf Anfrage zur Bearbeitung durch die weiteren Teammitglieder freigegeben. Alle auf das Modell zugreifenden Personen wissen jederzeit, ob sie am aktuellen Modell arbeiten und können ihren Stand bei Bedarf aktualisieren.

Variantenanalyse Fassadenaufbau (Gemeinschaftszonen) (Bild: siehe unten)

Das digitale Gebäudemodell als Grundlage der weiteren Ausarbeitung

Die Leistungsbeschreibung und die Kostenkalkulation des Gebäudes werden auf Grundlage des digitalen Gebäudedatenmodells erstellt und somit modellbasiert erarbeitet. Durch die Verknüpfung der Projektplanung mit dem Gebäudedatenmodell werden eine Bauablaufsimulation ausgearbeitet und der Mittelabfluss simuliert. Durch dieses Vorgehen können der Bau des Gebäudes vorab am Computer eruiert sowie Zielabweichungen frühzeitig identifiziert und kostengünstig korrigiert werden.

Fazit und Ausblick

Die Resonanz auf die BIM-Veranstaltung des KIT war sowohl auf Seiten der Studenten wie auch der Praxis sehr gut. So würdigte auch das BIM-Cluster Baden-Württemberg die Potentiale des am KIT entwickelten Lehrkonzeptes und überreichte den verantwortlichen Mitarbeitern, Frau Dipl.-Ing. Architektin Ivonne Zelling (BLM) und Herrn Maximilian Deubel, M.Sc. (TMB), für die Entwicklung des Moduls im April 2018 den BIM Award in der Kategorie Lehre.

Während bereits 2017 ca. 40 Studierende aus den Reihen der Bauingenieure und acht Architekturstudierende am BIM-Modul teilnahmen, wirken am aktuellen Modul 20 Architekturstudierende und wiederum 40 Bauingenieure mit.

Eine Weiterentwicklung des Moduls ist anvisiert. Neben der architektonischen und bauingenieurtechnischen Modellierung soll die Ausarbeitung und Überprüfung der Gebäudetechnik im BIM-Modul ein weiteres Thema sein. Hierzu benötigt das KIT Unterstützung von extern, da die Lehre der Gebäudetechnik weder Teil des Architektur- noch des Bauingenieurstudiums ist.

 

Bildquelle (alle Abbildungen): BIM-Entwurf Sommersemester 2017 am BLM: „Wie wollt Ihr wohnen?“ Djahan Bayrami Latran, Pablo Maier Chimeno

 

Literatur

[1] Brokbals, Cadez, 2017: BIM in der Hochschullehre: onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/bate.201700100

© Petra von Both, Ivonne Zelling
Außenperspektive am Zirkel (Bild: BIM-Entwurf Sommersemester 2017 am BLM: „Wie wollt Ihr wohnen?“ Djahan Bayrami Latran, Pablo Maier Chimeno)
Autoren

Ivonne Zelling arbeitet seit Juli 2016 als Akademische Mitarbeiterin am Fachgebiet Building Lifecycle Management. Neben der Entwurfsbetreuung ist sie für die Lehre digitaler Planungsmethoden zuständig. Sie ist Preisträgerin des BIM-Awards 2018 in der Kategorie Lehre (siehe Text). blm.ieb.kit.edu


Prof. Petra von Both ist Leiterin des Fachgebiets Building Lifecycle Management des KIT. Sie beschäftigt sich mit der Konzeption, Entwicklung und Anwendung von Methoden und IT-gestützten Werkzeugen zur Integralen Planung. Sie ist u. a. einer der Sprecher der buildingSMART Regionalgruppe Oberrhein und Mitglied vielzähliger Gremien und Arbeitskreise im Bereich BIM, u. a. in der GAEB AG13 und in verschiedenen BIM-bezogenen VDI-Arbeitsgruppen. Petra von Both ist Autorin vielzähliger Publikationen und war unter anderem als Beraterin des Bundesamts für Bauwesen und Raumordnung BBR im Bereich BIM für das Humboldt Forum-Projekt tätig.

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