Wie man ein As-Built-Modell züchtet

Jüdisches Krankenhaus Berlin (Quelle: Google Earth)

Zielsetzung

Die Zielsetzung der einzelnen Projekte innerhalb der Liegenschaft JKB war von Beginn an klar definiert. Es soll zum einen ein neues Bettenhaus entstehen, das optimal auf den zukünftigen Krankenhausbetrieb ausgelegt ist. Zum anderen wird der Gebäudebestand aufgenommen, in die Planungsprozesse eingebunden und für Betriebsprozesse optimiert.

Zieldarstellung mit der BIM Methode vom analogen Bestand bis zum modellbasierten FM

Das JKB umfasst acht Bestands­gebäude, zwei Anbauten, einen Neubau, diverse Verbindungsgänge sowie die gesamte Umgebung. Aufgrund des Umfangs der einzelnen Projekte sollen  schon in der Planung optimale Prozess­abläufe berücksichtigt werden. Dies allein mag noch keine Besonderheit in einem Bauprojekt sein. Zusätzlich­ werden auch Verän­derungen in der Anordnung einzelner Kliniken­ innerhalb des Krankenhauses sowie zukünftige potentielle Belastungen durch das Patienten­aufkommen betrachtet.

Um den Planungsprozess weiter zu unterstützen bzw. generell zu ermöglichen, mussten aussagekräftige Grundlagen bereitgestellt werden. Diese Grundlagen bezogen sich beispielsweise auf die Ermittlung der Kapazität von Aufzügen oder die funktionale Ausstattung der Patientenzimmer. 

Doch lohnt sich der Einsatz der BIM-Methode in diesem ca. 50.000 Quadrameter (BGF) großen Vorhaben? Rechtfertigen der Mehr­aufwand der Modellierungsarbeit und die zusätzliche Verarbeitung der Modellinformationen den daraus entstehenden Nutzen? 

Anfangs sprachen die Fakten gegen eine modellbasierte Arbeitsweise. Der Gebäudebestand war unzureichend dokumentiert. Die Bewirtschaftung soll künftig intern umgesetzt werden­, was zusätzliche Kapazitäten seitens des Bauherrn erfordern würde. Ein CAFM-System war bislang nicht vorhanden und das Flächen- und Assetmanagement nur im Ansatz ausgeprägt. Trotz dieser Ausgangssituation entschied man sich für eine durchgängig modellbasierte Projektabwicklung.

Begin with the end in mind

Die Ausschreibung und Beauftragung von Planern für die Aufgaben der An- und Neubau­planung im damaligen VOF-Verfahren wurde begleitet von geringfügigen, aber gezielt gestellten Anforderungen. Auch wenn die Bestimmung des Reifegrades hinsichtlich der Projekterfahrung mit BIM zu diesem Zeitpunkt (Mitte 2015) wenig Aussagekraft hatte, wurden Rahmenbedingungen und Festlegungen innerhalb eines Lastenheftes und eines entsprechenden Pflichtenheftes auf Auftragnehmerseite definiert. Angaben zu Detaillierungstiefen (LoD) oder einem erforderlichen Informationsgehalt wurden für die modellbasierte Planung auf zwei Seiten funktional beschrieben. 
Um eine modellbasierte Projektabwicklung zu ermöglichen, war die Entwicklung von BIM-Standards erforderlich: ein BIM-Betreiber­konzept für die Bewirtschaftung und ein einheitliches Vorgehen in der Projektabwicklung. Hierfür wurde von der vrame GmbH die Posi­tion eines Informationsmanagements auf Bauherren- bzw. Betreiberseite eingeplant, das sämtliche Projektabläufe BIM-seitig unterstützen soll. Diese Position umfasst insbesondere die modellseitige Abwicklung (z. B. Pflege und Bereitstellung der einzelnen Modelle für Aufgaben in der Betriebsphase) und die Begleitung des Neubauprojekts in der Koordination und Qualitätssicherung. 

Vor dem VOF-Verfahren musste geklärt werden, welche Inhalte in das Bestandsmodell einzubeziehen sind, um sie den Planern im Wettbewerb bereitzustellen.

Schritt für Schritt ins digitale Projekt

Zunächst wurde hierfür die vorliegende Situation erfasst. Die Sichtung und Aufnahme der Gebäudestruktur und ihrer Inhalte erfolgte auf Grundlage von Bestandsplänen sowie vereinzel­ten digitalen Zeichnungen im DWG-Format. Per Scan wurden die Bestandspläne für eine weitere Verarbeitung eingelesen, den jeweiligen­ Gebäuden und Objektteilen zugeordnet und auf Vollständigkeit geprüft.
Anschließend galt es, die Basis für eine erste digitale Zusammenstellung der Dokumentation­ zu schaffen. Die Erstellung von Bausätzen innerhalb der Modellierungssoftware sowie die bereitgestellten Bestandspläne bildeten die Grundlage einer ersten Modellierung der Bestandssituation. Das Ergebnis war aus qualitativen Gründen unbrauchbar. 
Im zweiten Ansatz wurden die Anforderungen konkretisiert. Ansprüche an das erste Bestandsmodell wie eine geschossweise Modellierung, die Verwendung von Standardbauteilen oder das generelle Anlegen und Nutzen eines Rasters wurden explizit definiert. Außerdem wurden sämtliche Ausstattungsinhalte integriert: Sanitärobjekte und, soweit verzeichnet, auch das Mobiliar.

Bestandsmodell Haus A und B

 Die Nutzung des digitalen Modells warf weitere Probleme auf, die gelöst werden mussten. In diesem Zusammenhang entstand der Bedarf nach Verifizierung aller Modell­elemente. Es ist in vielerlei Hinsicht ein schwieriges Unterfangen, wenn die als Grundlage dienende Dokumentation des Bauzustands vor Ort verfälscht dargestellt ist. Dies hat zur Folge, dass sich die Planung von Umbaumaßnahmen auf ungenaue und teilweise nicht reale Gegebenhei­ten stützt. Insbesondere die Aufnahme der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA) im laufenden Krankenhausbetrieb war größtenteils nicht möglich. Sie ist jedoch erforderlich, um die bestehenden 2D-Bestandspläne zu plausibilisieren. 
Eine durchgängige Aufnahme der TGA würde die Öffnung von beispielsweise allen Unterdecken erfordern. Dieser Aufwand rechtfertigte jedoch nicht den daraus resultierenden Nutzen für die weitere Projektabwicklung. Die Aussage darüber, auf welcher Grundlage ein im Modell platziertes Objekt eingebracht wird, ist äußerst wichtig. Dadurch lässt sich die Herkunft der Informationen und der Bauteile nachvollziehen. Das wird über die verwendeten Attribute noch deutlicher:

Vor Ort überprüft, Aufbau und Lage bekannt
Vor Ort überprüft, Lage bekannt
Vor Ort überprüft, Aufbau bekannt
Vom Plan (CAD oder Papier), 
Aufbau und Lage bekannt
Vom Plan (CAD oder Papier), 
Lage bekannt
Vom Plan (CAD oder Papier), 
Aufbau bekannt
Vom Plan (CAD oder Papier), 

Aufbau und Lage unbekannt

Bei weiteren wartungs- und instandhaltungsrelevanten Arbeiten im laufenden Betrieb ermöglicht dieses Vorgehen die Verifizierung dieser Attribute und somit des Modells. Aussagen beispielsweise über die Anzahl der tatsächlich aktiven Rohrleitungen oder über Bauelemente, die definitiv gesichtet wurden, verbessern die Qualität der Dokumentation.

Aufnahme der Trinkwasserleitung

Die intensive Nutzung der modellbasierten Planung und Dokumentation bietet noch andere Chancen. Das Aufnehmen aller Bäume auf dem gesamten Gelände diente der Ableitung des Baumkatasters. Schattenwurf, Sichtverhältnisse oder die Dokumentation darüber, welche Exemplare wirklich vorhanden sind, können hierüber ebenfalls abgebildet werden.
Die einzelnen Campus-Gebäude wurden in separate Modelle unterteilt. Für jedes Gebäude existiert ein Modell. In der Summe sind das zurzeit 15 Modelle, einschließlich der Umgebungsmodelle und Verbindungsgänge. Das Zusammenfügen (referenzieren) aller Teilmodelle in einem Gesamtmodell zeigt den Umfang des komplexen Projektes.

Übersicht über das gesamte Bestandsmodell

Das Ergebnis war nun qualitativ hinreichend, um eine erste Aussage über den Bestand zu treffen und erste Schritte in Richtung einer modellbasierten Unterstützung von Betriebsprozessen zu gehen. 

FM2BIM – Optimierung des Neubaus

Zur Bereitstellung eines für den funktionalen Betrieb optimierten Raum- und Funktions­programms wurde in Zusammenarbeit zwischen dem technischen Facility Management und dem Informationsmanagement ein modell- und regelbasiertes Vorgehen umgesetzt. Die benötigten Räume wurden in ihrer Ausprägung und Anordnung anhand von Prozesswegen und -distanzen optimiert, beispielsweise anhand der Entfernungen zwischen Patientenzimmer und Aufzug oder zwischen Patientenzimmer und Pflegestützpunkt. 

Prozessdistanzmessungen

Als Ergebnis erhielt man ein optimales, modellbasiertes und auf den Betrieb ausgelegtes­ Raum- und Funktionsprogramm als Arbeitshilfe und Kommunikationsmittel für die Planungsbeteiligten.

BIM2FM

Das größte Ziel innerhalb der einzelnen Projekte des JKB ist die Einbindung der Betriebsprozesse in die modellbasierte Planung und spätere Bewirtschaftung. Die Verwendung der ursprünglich modellierten Bestandserfassung galt dem Einlesen der entstandenen Modelle in die Software Desite MD. Dadurch konnten erste Instandhaltungs- und Wartungsprozesse wie Tür- und Fensterinspektionen abgewickelt werden.

Einbindung der Betriebsprozesse in die modellbasierte Planung

Die Betrachtung des Flächenmanagements (z. B. Reinigungsvorgänge und generelle Flächennutzung) erforderte zunächst die Aufnahme und Verknüpfung aller Teilflächen. Für die Reinigungsarbeiten wurden hier beispielsweise alle Glas- und Fassadenflächen verzeichnet. Sämtliche Raumgrundflächen, aber auch Außen­flächen (Rasenflächen, Gehölze, Wege, Straßen, Schneeräumflächen, Stellplätze für Kraftfahrzeuge, Fahrradständer) flossen in die Dokumentation ein. 

Dabei entstand eine Gegenüberstellung der Excel-basierten Reinigungsplanung mit den tatsächlich vorhandenen Räumen. Hierfür war generell eine einheitliche Raumbezeichnung erforderlich. Diese wurde an die ssDIN 277 ange­nähert und um weitere erforderliche Flächenzuteilungen erweitert.

Darstellung eines Reinigungsturnus

Die zugeordneten Flächen wurden entsprechend ihrer Reinigungszyklen im Modell farblich markiert und analysiert. Die Auswertung ergab, dass einige Lagerräume mehrmals in der Woche gereinigt werden sollten, was für den Krankenhausbetrieb nicht erforderlich ist. 

Anschließend sollte die Aufstellung der Flächenanforderungen mit den vor Ort tatsächlich­ zu erbringenden Leistungen verknüpft werden. Eine weitere Exceltabelle oder ein eingefärbter Plan mögen vielleicht funktionieren, praktisch sind beide Lösungen jedoch nicht. Eine Markierung mit Farbpunkten, passend zur Turnusfarbe, an den jeweiligen Raumtüren sollte hier der effektivere Weg sein. Auf diese Weise könnten weitere Aufgaben wie das regelmäßige Öffnen des Wasserhahns in selten genutzten Räumen zur Vermeidung von Bildung schädlicher Erreger an den Türen markiert werden.

Verifizieren, Simulieren, Managen

Ein weiterer interessanter Anwendungsfall war die Verlegung der Dialyse in ein anderes Bestandsgebäude.

Verlegung der Dialyse

Die Herausforderung lag hierbei in der Einschätzung der Nutzung und Auslastung der vorhandenen Aufzüge. Wie sieht der generelle Betrieb in der Dialysestation aus? Wie viele Patienten kommen zu welcher Uhrzeit, wie lange bleiben sie und wohin müssen sie im Gebäude gehen? 
Die Aufgabe wurde mit einem Multiagenten­system gelöst. Das Aufnehmen aller bekannten Patientenströme erfolgte durch Befragungen des Krankenhauspersonals sowie durch eine statistische Erhebung vor Ort. Auf Grundlage des eingelesenen Gebäudemodells konnten verschiedene Simulationsfälle erstellt und durchgeführt werden. 

Graphischer Ablauf der Aufzugssimulation

Relevant waren sowohl die Grundrisse als auch die Aufzüge mit den vorhandenen verti­ka­len und horizontalen Wegen. Betrachtet und simuliert wurden die Laufgeschwindig­keiten der Patienten, die Fahrzeiten der Aufzüge sowie­ Verhalten, Abmessungen und Wartezeiten aufgrund der Vorgangsabwicklung. Die Ergebnisse in Form von Videomaterial und Auswertungen aus BI-Tools (BI: Business Intelligence) wurden als Entscheidungsgrundlage verwendet. 

Simulation und Ermittlung der Aufzugskapazitäten

Die Untersuchungen ergaben, dass für die Nutzung des Gebäudes als Dialysestation ein zweiter Aufzug zum 3. Obergeschoss erforderlich sei. Die vom Arbeitskreis Maschinen- und Elektrotechnik (AMEV) 2017 empfohlene Wartezeit pro Person wurde um 300 bis 400 Prozent überschritten. 

Außerdem konnten Auslastungsspitzen identifiziert und Zeiträume ermittelt werden, in denen sich sonstige Transporte durchführen lassen. Die dringend benötigten Aufzüge könnten­ demnach in den Hauptbelastungszeiten von zweitrangigen Transporte freigehalten werden.

Virtuelle Unterstützung analoger Entscheidungen

Eine weitere Anwendung der Modellinformationen fand sich in der virtuellen Begehung der geplanten Anbauten. Zum Einsatz kam die Software Enscape mit Anbindung an eine VR-Brille. Mitglieder des Krankenhausvorstandes sowie leitende Ärzte begutachteten die Planung der Patientenzimmer. Ist die Raumaufteilung sinnvoll? Wie steht es um die Behaglichkeit für die Patienten? Wie lassen sich Materialien, Sanitär­- und Einrichtungsobjekte oder die Barriere­freiheit beurteilen? Die neuen Blickwinkel und die entsprechenden Ergebnisse flossen anschlie­ßend in die weitere Planung ein.

Virtuelle Begehung eines Patientenzimmers

Das lebende digitale Abbild aus dem Bestand

In der Rückschau auf die Projekte des JKB lassen sich klare Mehrwerte durch den Einsatz der BIM-Methode verzeichnen. Trotz der unzurei­chenden Ausgangssituationen konnten qualita­tive Entscheidungsgrundlagen erarbeitet werden. Die in diesem Beitrag vorgestellten Anwendungsfälle wie die Aufzugssimulation, die Einbindung der Reinigungszyklen oder die gemeinsame virtuelle Begehung mit dem Krankenhauspersonal haben in den Projekten gezeigt, dass die nach Bedarf aufgegriffenen Inhalte eine weiterführende Entscheidungsgrundlage bilden. 

Ebenfalls zeichnet sich die sinnvolle Verwen­dung der erstellten Gebäudedokumentation für die Planungs- und Betriebsphase im laufenden Krankenhausbetrieb ab. Es ist denkbar, dass beispielsweise in 30 Jahren der gesamte Bestand erfasst und das Bestandmodell vollständig sein wird. 

Die Vorteile eines derart gezüchteten As-Built-Modells werden in der aussagekräftigen Bereitstellung von Grund­lagen gesehen. Diese können für vielseitige Simulationen, Bewirtschaftungsprozesse oder Umbaumaßnahmen verwendet werden. Durch die bedarfsorientierte Herangehensweise entsteht Schritt für Schritt ein lebendes digitales Abbild. Es bietet für Verwaltungs- und Dienstleistungsaufgaben sowie zur weiteren Verwendung der Modelle hinsichtlich Umbau und fortführenden Planungsmaßnahmen eine optimale Basis.    

Bildcredits: vrame Consult GmbH