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06.09.2019 | Jörg Schaller

Vorteil GeoDesign

BIM und GIS im Planungsprozess

Große BIM-Infrastrukturprojekte können durch die Integration Geografischer Informationssysteme erhebliche Vorteile bei der Planungsbeschleunigung, den Genehmigungsverfahren und der Akzeptanz der Bevölkerung erzielen.

GeoDesign ist eine Methode, die bei Geografischen Informationssystemen (GIS) eingesetzt wird, um die Arbeitsabläufe der Entwürfe und Planungen von Architekten, Ingenieuren und Designern in einem Prozess bis zum Projektabschluss zu begleiten und anhand von 2- und 3D-Geodatenbasen laufend zu überprüfen und zu optimieren. GeoDesign basiert auf erprobten GIS-Anwendungen aus Landschaftsarchitektur, Planung, Umweltwissenschaften, Geographie und der Bearbeitung von integrativen Studien.

Die Methode bietet den Planern einen interdisziplinären, synergetischen Ansatz für die Lösung kritischer Planungsprobleme im Einflussbereich eines Bauwerkes auf seine Umgebung. Sie dient außerdem zur Optimierung der Lage, Ausrichtung und speziellen Eigenschaften von Bauwerken und ihrer Umweltwirkungen in allen Maßstabsebenen.

BIM- und GIS-Interoperabilität

Die Interoperabilität bei der von ESRI eingesetzten (FME) Datenkonvertierungstechnologie basiert auf der ETL-Methode (Extract-Transform-Load). Sie erlaubt auf einfache Weise, alternative CAD- oder BIM-Entwurfs- bzw. Planungsszenarien anhand der vorhandenen Geodatenbasen zu prüfen, zu vergleichen und zu bewerten.

Durch die Integration der BIM-Modelle in die Geodatenbankstruktur eines kollaborativen Planungssystems können die entsprechenden Informationen sehr schnell gegenseitig ausgetauscht und verarbeitet werden. Diese Technologie kann für Gebäude, Ingenieurbau, Städtebau und insbesondere auch für große Infrastruktturplanungen eingesetzt werden. Dazu werden die 2- und 3D-CAD- und BIM-Datenmodelle insgesamt oder auszugsweise in das GIS-Datenmodell integriert und dort analysiert und bewertet. Das Feedback dieser Bewertung erlaubt es den Beteiligten, die möglichen Auswirkungen von Konstruktionsentwürfen auf die Umwelt bzw. auf technische oder infrastrukturelle Randbedingungen zu ermitteln, zu bewerten und im Sinn einer nachhaltigen und genehmigungsfähigen Lösung über den ganzen Lebenszyklus eines Bauwerkes zu optimieren.

BIM- und GIS-Integration

Die heute verfügbaren neuen Technologien zur Interoperabilität und zum standardbasierten Austausch von Geodaten zwischen BIM- und GIS-Datenmodellen stellen den Architekten, Ingenieuren und Planern völlig neue Werkzeuge sowohl zur Optimierung ihrer Planungen als auch zum aktuellen Informationsaustausch zwischen allen an der Planung Beteiligten zur Verfügung.

Die Grenzen zwischen den bisher getrennten GIS- und BIM-Planungs- und Informationssystemen werden durch die neuen Interoperabilitätswerkzeuge und die aktuellen Normierungs- und Schnittstelleninitiativen wie IFC, DIN, OGC, BuildingSMART usw. überwunden. Viele Organisationen arbeiten deshalb zurzeit in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen an der Kombination von BIM und GIS, um diese Methode in ihre Kerngeschäftsprozesse zu integrieren.

Abbildung 1 zeigt schematisch, wie ein geplantes Autobahnbrückenbauwerk in die 2D- und 3D-GIS-Datenbank übernommen wird. Das Bauwerk wird mit allen Geobasisdaten und Fachdaten der Umweltplanung verknüpft, um planerisch notwendige Entscheidungen zur Kollisionsprüfung mit den Umgebungs- und Umweltdaten zu treffen bzw. notwendige Planungsänderungen oder Optimierungen vorzunehmen.

Abbildung 1: Achtstreifiger Ausbau A99 AK München Nord. Integration des BIM-Autobahnbrückenmodells in das 3D-Geo- und Planungsdatenmodell der Umweltplanung. BIM-Pilotprojekt im Auftrag der Autobahndirektion Süd München. Bearbeitung: SSF Gruppe und PSU Schaller München (Bild: PSU Schaller München)

In Abbildung 2 ist beispielhaft dargestellt, wie der Vergleich des Rodungsplanes der Ingenieure für die BIM-Autobahntrassenerweiterung mit den GIS-Umweltdaten erhebliche Konflikte aufzeigt, da in den geplanten Rodungsabschnitten europarechtlich geschützte Arten (Fledermäuse) bei Ausführung der geplanten Rodungstermine in bestimmten Abschnitten betroffen wären. Durch die entsprechende Änderung der geplanten Termine und Abschnitte können Kollisionen mit dem Naturschutzrecht vermieden werden.

Abbildung 2: Prüfung des BIM-Rodungsplanes an den ökologischen GIS-Daten (Bild: PSU Schaller München)

Kopplung von 3D-Lärm- und Schadstoffmodellen

Im Rahmen von Umweltverträglichkeitsprüfungen und damit auch der durchzuführenden Verfahren wie Trägeranhörungen und Bürgerbeteiligungen spielt die Betroffenheit und Akzeptanz der Bevölkerung für ein großes Infrastrukturvorhaben eine entscheidende Rolle.

Neben der 3D-Visualisierung der Einbindung der Bauwerke in ihrer landschaftlichen oder urbanen Umgebung spielen vor allem die Umweltbelastungen im BIM-Zyklus eine erhebliche Rolle. Insbesondere müssen die Fakten im Bereich des Baus und des Betriebs eines Bauwerks einschließlich möglicher Planungsalternativen auch für den Laien nachvollziehbar dargelegt werden.

Die Abbildungen 3 und 4 zeigen als Beispiel für ein großes BIM-Straßenbrücken-Überführungsbauwerk die potentielle Lärm- und Schadstoffbelastung des Verkehrs auf der Brücke. Durch die Integration des BIM-Bauwerks in das 3D-GIS-Stadtmodell kann die Lärm- und Schadstoffbelastung der anliegenden Gebäude dynamisch und tageszeitbezogen auf die betroffenen Fassaden bzw. Stockwerke projiziert werden. Bei Überschreitung der Grenzwerte werden den Planern entscheidende Hinweise zur Minimierung der Belastung gegeben.

Abbildung 3: Potentielle 3D-Lärmemissionen durch den Verkehr auf einem BIM-Brückenbauwerk. (Bild: PSU Schaller München)

Abbildung 4: Potentielle 3D-Schadstoffemissionen durch den Verkehr auf einem BIM-Brückenbauwerk (Bild: PSU Schaller München)

Vorteile der BIM- und GIS-Integration im Planungsprozess

Die beteiligten Planer in der SSF Gruppe denken, dass GIS eine unabdingbare Komponente im BIM-Prozess ist und dass dadurch die Zusammenarbeit und der notwendige Informationsaustausch der Planungsbeteiligten hervorragend unterstützt wird. Einige wesentliche Vorteile der Integration von BIM und GIS in der Planungspraxis sind:

  • Räumliche Intelligenz: Die räumliche Analyse¬ der Projektumgebung mit vorhandenen GIS-Daten erlaubt es den Projektplanern und den extern Beteiligten, die Auswirkungen ihrer Gestaltung und der vorgeschlagenen Implementierung zu verstehen, um z. B. schon vor Projektstart die Vorentwürfe im Sinn der Umweltverträglichkeit zu optimieren.
  • Professionelles Datenmanagement: GIS spielt in BIM-Prozessen als professionelles und ausgereiftes Datenmanagement-System räumlicher Daten eine Schlüsselrolle speziell für große Datensätze mit Multi-User-Management. Dazu müssen die BIM-Prozesse mit den GIS-Prozessen gekoppelt werden, damit ein projektbezogenes Informationsmanagement für die koordinierte Zusammenarbeit bereitgestellt wird.
  • Steigerung der Planungseffizienz: Durch den Einsatz von weitgehend automatisierten Workflows wird die Effizienz der einzelnen Planungsschritte erheblich verbessert.
  • Beschleunigung der Genehmigungsverfahren: Durch die frühzeitige kollaborative Bearbeitung und Kommunikation der beteiligten Planer werden Kollisionen vermieden, die Ingenieurplanung optimiert und damit die Genehmigungsverfahren beschleunigt.
  • Netzwerk und Logistik: GIS liefert wichtige Komponenten und räumliche Modelle für den Transport von Materialien, für die Ver- und Entsorgung, die Mobilität der Menschen usw.
  • Modellierung und Vorhersagen: GIS liefert entscheidende Planungsgrundlagen, nicht nur für Umweltverträglichkeitsprüfungen, sondern auch Modellierungsmethoden zur Überprüfung rechtlich verbindlicher Vorgaben wir z. B. Lärmgrenzwerte, Wasserqualität, Schutzgebiete usw. Mit GIS können auch die Echtzeit-Sensor-Informationen eines Projekts und seiner Umgebung bereitgestellt werden.
  • Monitoring: GIS liefert laufend aktuelle Monitoringdaten zum Baufortschritt und zu Umweltauswirkungen (Lärm, Luftschadstoffe usw).
  • Informationsaustausch: GIS verwaltet und stellt mit der Interoperabilität alle Daten und Prozesse zur Verfügung, die für alle Beteiligten eine konstruktive Zusammenarbeit ermöglichen. Insbesondere werden über GIS die Geobasisdaten und die Daten der beteiligten Fachplaner, Behörden und Öffentlichkeit für den jeweiligen Bedarf bereitgestellt.
  • Visualisierung und Web: 2D-Karten und -Pläne, 3D-Web-Szenen, Modelle und Dashboards helfen, über das Internet effizient zwischen den Planern, Stakeholdern und vor allem auch mit dem nicht spezialisierten Publikum über den Planungsprozess zu kommunizieren.
© PSU Schaller München
Autor

Prof. Jörg Schaller promovierte an der TU München über die Anwendung von Geoinformationssystemen in der Umweltplanung. Er ist geschäftsführender Gesellschafter der Prof. Schaller UmweltConsult GmbH sowie Mitbegründer und wissenschaftlicherDirektor der ESRI Deutschland GmbH. Er befasst sich zurzeit intensiv mit der Integration von BIM- und GIS-Methoden, Modellen und Workflows zur Planungsoptimierung anhand aktueller Infrastruktur- und Stadtentwicklungsprojekte. psu-schaller.de

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