Smart City Duisburg: BIM und CAFM

Für das Planen, Bauen und Betreiben von Gebäuden jeglicher Art werden in Zukunft verstärkt neue digitale Methoden zum Einsatz kommen. Die Schlagwörter für die Einführung und Anwendung bei der Stadt Duisburg sind „BIM“ und „CAFM“. Diese Methoden werden bereits beim IMD zur Unterstützung des Technischen Gebäudemanagements aufgebaut.

Im regelmäßigen Einsatz werden vor allem Bereiche, die an der Planung und Durchführung von Sanierungs-, Umbau- und Erweiterungsmaßnahmen von Gebäuden beteiligt sind, egal in welcher Phase und ob intern oder extern -  involviert. Das „BIM“ wird dabei insbesondere bei der Durchführung von Bauprojekten zum Einsatz kommen, während das CAFM für den Betrieb und die Bewirtschaftung von Gebäuden relevant ist.

Im Folgenden hat Eva-Maria Wick’l, die beide Projekte auch aus der Zukunftswerkstatt 2019 treibt, einige Fragen und Antworten zusammengestellt, die diese Digitalisierungsmaßnahme auch für (noch) Unbeteiligte verständlich macht und die Notwendigkeit und Vorteile verdeutlicht. Am Ende des Artikels finden Sie einige Bilder, die veranschaulichen was diese digitalen Methoden möglich machen.

I. Was ist der Unterschied zwischen BIM und CAFM?

Das Building Information Modeling (BIM) (auf Deutsch „Gebäudedatenmodellierung“) ist eine Methode zur optimierten Projektabwicklung, durch die ein Bauprojekt mit virtuellen, digitalen 3D-Gebäudeinformationen abgewickelt wird. Alle hierdurch entstehenden Daten dienen, nach Fertigstellung eines Gebäudes, auch zu seiner Bewirtschaftung über den gesamten Lebenszyklus.

Mithilfe dieser Methode wird die Planung und Durchführung von Baumaßnahmen bei Gebäuden zukünftig einfacher, kostengünstiger, verlässlicher und schneller. Sämtliche Entscheidungen zu Anpassungen und Veränderungen an Gebäuden können, bezogen auf jede Leistungsphase, genau dokumentiert werden. Zeitgleich stehen die aktuellen Informationen allen am Bau Beteiligten, mit dem virtuellen 3D Gebäudemodell verknüpft, über eine Cloud zur Verfügung.

Somit werden alle Projektbeteiligten über das BIM digital vernetzt. Hieraus entsteht eine umfassende, weitsichtige und integrierte Arbeitsweise. Durch den Einsatz von BIM lassen sich Risiken, unerwartete Kostensteigerungen, Fehler in der Planung oder Störungen im Bauablauf vermeiden.

Sobald eine Baumaßnahme abgeschlossen ist, erfolgt die Bewirtschaftung des Gebäudes über das computerunterstützte Gebäudemanagement (CAFM = Computer-Aided Facility-Management). In dieser Datenbank werden die technischen Informationen aus dem Bauprojekt mit weiteren, für den Betrieb relevanten Informationen ergänzt. Somit können Betriebskosten sowohl rückwirkend, als auch für kommende Jahre verlässlich abgebildet und ausgewertet werden.

II. Wie bereitet sich die Stadt Duisburg auf die flächendeckende Einführung von BIM vor?

Die Einführung von BIM erfolgt unter Federführung des Immobilien-Management Duisburg. Der erste wichtige Schritt war dabei die Schaffung eines konzernweit gemeinsamen Verständnisses für die Einführung und spätere Umsetzung des BIM (siehe z. B. Präsentation aus dem Smart Meeting). Aufbauend darauf werden nun Schritt für Schritt alle erforderlichen Dokumente nach den Bedarfen der Stadt Duisburg und des IMD entwickelt.

Hierbei werden fünf Faktoren für die Einführungsphase berücksichtigt:

  • Menschen = Aufbau, Einsatz und Schulung von BIM-Personal einschließlich der Rollen und Verantwortlichkeiten
  • Prozesse = Definition der BIM-Prozesse einschließlich der Anwendungsfälle
  • Daten = Erarbeitung von BIM-Standards
  • Technologie = Auswahl der Werkzeuge (Software, Hardware, Datenaustausch)
  • Rahmenbedingungen = Erarbeitung von Verträgen, Checklisten, Verantwortlichkeiten, Kompetenzen und Rollenverteilung intern/extern

III. Welche Chancen ergeben sich aus der BIM-Umsetzung?

Die Arbeit an den virtuellen Gebäudemodellen hat eine hohe Visualisierungskraft und kann damit auch das Verständnis bei allen am Bau Beteiligten erhöhen und die Entscheidungen im Planungsablauf erleichtern. Wir planen schließlich nicht nur Gebäude, sondern gestalten Lebensräume! Zudem wird über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerkes eine verlustfreie Dokumentation ermöglicht. Dies vereinfacht auch das Ableiten von Reports, sowie automatisierte Kollisionsprüfungen, VOB-konforme Mengen und Massen, Qualitätschecks oder Simulationen.

IV. Welche Risiken ergeben sich bei der BIM-Umsetzung?

Die Arbeit an den virtuellen Gebäudemodellen stellt hohe Anforderungen an alle Projektbeteiligte, da vor allem in den ersten Pilotprojekten mit zeitintensiveren Startphasen gerechnet werden muss. Um Datenverluste bei fehlenden externen und internen Kompetenzen zu vermeiden, muss daher das eigene Personal qualitativ geschult und zertifiziert werden.

V. Wie ist die weitere Vorgehensweise bei der BIM-Umsetzung?

Nach den erforderlichen Fortbildungen und Software-Schulungen für den Nachweis der BIM-Tauglichkeit wird die Anwendung nun in einem Pilotprojekt vorbereitet. Hierfür werden die BIM-Ziele und Mehrwerte abgestimmt und auf konkrete Anwendungsfälle heruntergebrochen, die in der Tabelle dargestellt sind:

VI. Wie weit ist die Vorbereitung des CAFM?

Im Zusammenhang mit der Einführung eines neuen CAFM-Systems zur besseren Verwaltung und Bewirtschaftung der städtischen Gebäudeinfrastruktur wurde beim Immobilien-Management Duisburg die Bestandsaufnahme der vorhandenen Gebäude mit Hilfe des 3D-Laserscannings bereits  getestet. Die entstandenen Daten dienen in erster Linie als Grundlage für die Erstellung von verformungsgerechten 3D-Gebäudemodellen.

VII. Was muss derzeit getan werden, um ein Gebäude zu digitalisieren?

Als erstes werden die Gebäude von innen und außen mit Laserscannern und ggf. Kopterbefliegung aufgemessen. Hierbei werden die Oberflächen der Gebäude mit Millionen von Messpunkten mit jeweils eigenen GPS-Koordinaten erfasst. So können die einzelnen Messergebnisse zu einer 3D-Punktwolke zusammengefügt werden

Eine in jedem Scanner integrierte hochauflösende Kamera ermöglicht dabei die Erstellung einer realen, virtuellen Abbildung der Umgebung. So kann wirklich jedes erfasste Bauteil aus der Punktwolke heraus gemessen und entsprechend nachmodelliert werden. Um die erforderliche Detailtiefe für die Bewirtschaftung oder für Baumaßnahmen zu erreichen, werden die Bauteile um Informationen aus der Hausakte, (Materialeigenschaften, Brandschutzklassen, Statikinformationen) ergänzt. In der Zukunft wären somit Simulationen von verschiedenen Varianten für Baumaßnahmen für alle am Projekt Beteiligten bis zur Bewirtschaftung möglich.

Zudem gibt es weitere vielfältige Anwendungsfälle, unter anderem bei der Verwaltung des städtischen Gebäudebestands, von Liegenschaften und auch beim Straßen- und Landschaftsbau. In der Denkmalpflege oder der Archäologie hat das 3D.Scanning eine besondere Bedeutung. Bei der Erfassung werden alle sichtbaren Bauteile, wie die Fassade, die Wand- und Deckenbeläge, die Möblierung und die technischen Ausstattungen im aktuellen Zustand erfasst. Dadurch können Schadensbilder, wie z.B. Verformung und Rissbildung bei verschiedenen Bauteilen, dokumentiert und ausgewertet werden. Alle Projektbeteiligten und Gewerke profitieren dabei von der hohen Genauigkeit von +-2mm, also einer besonderen Qualität der Bestandsaufnahme. Ob mit oder ohne Baumaßnahme, sind alle hieraus entstandenen Daten einschließlich der dreidimensionalen Gebäudegrafik eine gute Basis für den Aufbau eines CAFM.

VIII. Welche Gebäude werden derzeit digitalisiert und werden noch folgen?

Zuletzt wurde das Rathaus Duisburg gescannt und beflogen (siehe Bericht in Duisburg Insight). Die Daten wurden an ein Architekturbüro übergeben, welches aktuell das 3D-Gebäudemodell erstellt. Das Schiffer-Berufskolleg wurde ebenfalls gescannt und wird nun von unseren Bauzeichnern im CAD als 3D-Modell gezeichnet. Die nächsten Projekte, die wir digitalisieren wollen, sind das Stadttheater und die Herbert-Grillo-Gesamtschule in Duisburg Marxloh. Hier wird zum ersten Mal ein ganzer Schulstandort als Unterstützung der unterschiedlichen Förderprogramme digitalisiert.

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