Informationssysteme im Bauwesen 2: Anwendungen PDF
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Raimar J. Scherer Sven-Eric Schapke Hrsg. Informationssysteme im Bauwesen 2 Anwendungen Informationssysteme im Bauwesen 2 Raimar J. Scherer (cid:2) Sven-Eric Schapke Herausgeber Informationssysteme im Bauwesen 2 Anwendungen Herausgeber RaimarJ.Scherer Sven-EricSchapke InstitutfürBauinformatik InstitutfürBauinformatik TechnischeUniversitätDresden TechnischeUniversitätDresden Dresden,Deutschland Dresden,Deutschland ISBN978-3-662-44759-8 ISBN978-3-662-44760-4(eBook) DOI10.1007/978-3-662-44760-4 DieDeutscheNationalbibliothekverzeichnetdiesePublikationinderDeutschenNationalbibliografie;detaillierte bibliografischeDatensindimInternetüberhttp://dnb.d-nb.deabrufbar. SpringerVieweg ©Springer-VerlagBerlinHeidelberg2014 DasWerkeinschließlichallerseinerTeileisturheberrechtlichgeschützt.JedeVerwertung,dienichtausdrücklich vomUrheberrechtsgesetzzugelassenist,bedarfdervorherigenZustimmungdesVerlags.Dasgiltinsbesondere fürVervielfältigungen,Bearbeitungen,Übersetzungen,MikroverfilmungenunddieEinspeicherungundVerar- beitunginelektronischenSystemen. DieWiedergabevonGebrauchsnamen,Handelsnamen,Warenbezeichnungenusw.indiesemWerkberechtigt auchohnebesondereKennzeichnungnichtzuderAnnahme,dasssolcheNamenimSinnederWarenzeichen- undMarkenschutz-Gesetzgebungalsfreizubetrachtenwärenunddahervonjedermannbenutztwerdendürften. DerVerlag,dieAutorenunddieHerausgebergehendavonaus,dassdieAngabenundInformationenindiesem WerkzumZeitpunktderVeröffentlichungvollständigundkorrektsind.WederderVerlagnochdieAutorenoder dieHerausgeberübernehmen,ausdrücklichoderimplizit,GewährfürdenInhaltdesWerkes,etwaigeFehleroder Äußerungen. GedrucktaufsäurefreiemundchlorfreigebleichtemPapier SpringerBerlinHeidelbergistTeilderFachverlagsgruppeSpringerScience+BusinessMedia (www.springer.com) Vorwort Computergestütztes Planen und Bauen hat sich seit der Einführung von CAD rasant in dreigrößtenteilsseparatgebliebenenSchienenentwickelt,demcomputerbasiertenAnaly- sierenundBerechnen,dasauchalsComputationalEngineeringbekanntist,demcompu- terbasiertentechnischenEntwerfen,PlanenundBauen,kurzalsCADbezeichnet,unddem computerbasiertenbaubetrieblichenundkaufmännischenPlanen,ManagenundBauen. DieIntegrationallerdreiAspekteineinemgemeinsamenInformationsraumerfolgterst seitAnfangder90erJahreüberDokumentenmanagementsysteme,auchalsProjekträume bezeichnet. Eine tiefe Integration in Form von Datenbanksystemen, in denen nicht nur die Dokumente als in sich geschlossene Dateien, sondern die Dokumenteninhalte, Bau- elemente, -vorgänge, -aufträge, -kosten, -zeiten, etc., explizit erfasst, integriert und mit- einander in Beziehung gesetzt werden, gelang nicht, obwohl seit Ende der 80er Jahre erst der internationale Standard STEP, ISO 10303, als Datenmodell für das gesamte In- genieurwesen und seit Mitte der 90er Jahre die Industry Foundation Classes, IFC, ISO 16739, als Datenmodell speziell für das Bauwesen entwickelt wurden. Gerade durch die IFCundzudemdurchdieProjekträume,wieauchdurchteilintegrativeEntwicklungenein- zelnerSoftwarehäuserangestoßen,entstandimangelsächsischenSprachraumderBegriff BuildingInformationModelling,BIM,dermehralsnurcomputerbasiertesPlanenund Bauenbedeutet.VielmehrerhebterdenAnspruch,durchdasWortModellierennichtnur das einzelne Modell, sondern die Modellierung des gesamten mehrdimensionalen Infor- mationsraumszuerfassen. WasistBIMeigentlich? BIMistdieganzheitlicheArbeitsweisemitallenDatendesgesamtenBaulebenszyklus indigitalerForm. IndieserAussagesteckenzweiwesentlicheAnsprüche. ZumeinemsollenalleDatenindigitalerFormunddamitindigitalenModellenvorhan- densein,sodassdieModelleausgetauscht,modifiziertundzusätzlichdurchdenCompu- V VI Vorwort ter,d.h.durchSoftwaresystemegeprüft,validiertundmitweiterenInformationenmanuell undautomatischangereichertwerdenkönnen. ZumanderensolleineganzheitlicheArbeitsweisemöglichsein.Diesbedeutet,dassdie digitalen Daten, sprich digitale Modelle, miteinander in Verbindung stehen und die Mo- dellekeinesingulärenInformationsinselnbilden.DieModellemüsseneinerseitsinterope- rabelsein,d.h.ihreDatenmüssengegenseitigaustauschbarundvergleichbarsein.Somit müssengleicheodergegenseitigüberführbareDatenmodelleundDatenformatevorliegen. Andererseits müssen die Modelle und damit die Daten untereinander verlinkt sein, um eineindeutig zu wissen, welche Daten und welche Informationen eine holistische, ganz- heitliche Informationseinheit bilden. Erst damit ist ein anspruchsvolles, effizientes und ganzheitlichesArbeitenundManagenderDatenundihrerInformationenmöglich. Mit den derzeitigen Informations- und Kommunikationstechnologien, IKT, im Bau- wesen liegen die Baudaten größtenteils in digitaler, jedoch noch nicht in interoperabler, gegenseitigaustauschbarerFormvor.Zudemsindsienichtmiteinanderdigitalverlinkt. DerMultimodellansatz,derhiervorgestelltwird,isteinBIMAnsatz,derallederzeiti- genBIMMethodenaufgreiftundzudemdasProblemderdigitalenVerlinkungderDaten einschließlich des expliziten Austauschs der formalisierten Verlinkung löst und so eine durchgehende,ganzheitlichedigitaleArbeitsweiseerstmalsermöglicht. DerSchwerpunktdesBuchesliegtaufderBIMAnwendungimBaumanagementund Baubetrieb.DievorgestelltenMethodenundArbeitsweisengeltenjedochfürdasgesamte Bauwesen.EinedererstenAnwendungenvonBIMimBaubetriebinDeutschlanddürfte dieGlasüberdachungderGleisedesKölnerHauptbahnhofs1990gewesensein.AlleDach- segmentesinddurchdieKrümmungderGleiseinderHorizontalenindividuellegeometri- scheKörper.SowohlfürdieKonstruktiondieserBauelementealsauchfürdieEinhebung und Montage mit Kranen wurde von der Fa. Züblin AG ein 3D Visualisierungssystem in Verbindung mit eigenentwickelten Algorithmen für die geometrischen Berechnungen eingesetzt. Damit konnten alle komplexen, konstruktiv geometrischen sowie die bei der MontageauftretendenräumlichenProblemebewältigtwerden. BIM hat sich seit der Jahrtausendwende rasant entwickelt und seit dem letzten Jahr- zehntalsEintrittsvoraussetzungbeiinternationalenGroßprojektenetabliert.Aufdemdeut- schen Markt hingegen blieb es relativ unbeachtet. Großprojekte wurden weiterhin in der altbekanntenArbeitsweisedescomputerbasiertenPlanensundBauensdurchgeführt. DasMefistoProjekt ImFrühjahr2008wurdeaufAnregungvonHerrnMinisterialdirigenta.D.Dr.RainerJan- senvomBundesministeriumfürBildungundForschung,BMBF,einSeminar„IKT–Inno- vationspotentialfürdasBauwesen“imRahmendesBMBFFörderprogramms„IKT2020 –ForschungfürInnovationen“durchgeführt.DieseVeranstaltungwarAusgangspunktdes ProjektsMefisto,einLeitprojektdesBMBFfürdasBauwesen,dasEndeSeptember2012 abgeschlossen wurde. Mit einer Laufzeit von 3,5 Jahren und einem Projektvolumen von Vorwort VII 15,7 Millionen Euro gehörte es zu den führenden Forschungsprojekten im Bereich des BIMinEuropaundsetzteneueMeilensteineimHinblickaufmodell-undprozessbasier- tesArbeiten,digitaleFabrikunddasThemaIndustrie4.0imBauwesen. Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines auf BIM basierenden Ma- nagementführungssystemsfürdiepartnerschaftliche,prozessgesteuerteundrisikokontrol- lierte Abwicklung von Bauprojekten. Ausgangspunkt waren die Planungs- und Control- lingmodelle,dieheuteinBauprojekteneingesetztwerden.InjederPlanungs-undAusfüh- rungsphaseentstehteineVielzahlvonFachmodellenmitunterschiedlichenDetaillierungs- graden, wodurch ein mehrdimensionaler Informationsraum aufgespannt wird, der heute noch von keinem Softwaresystem vollständig integrativ unterstützt wird. Durch die ge- zielteZusammenführungdieserFachmodelleineinemMultimodellüberdieGrenzenvon Unternehmen,FachdisziplinenundOrganisationshierarchienhinwegergebensichvielfäl- tigeneueMöglichkeiten,dieIntegritätderPlanungenzuüberprüfenundzuvisualisieren sowiedieKonsequenzenihrerUmsetzungzukontrollierenundzuanalysieren,ohnedabei denWirkungsbereichbestehenderSoftwaresystemezubeeinträchtigen. ImProjektMefistohabendiePartnerdieMultimodellmethodeinKombinationmitder prozessbasierten Arbeitsweise sowie eine Vielzahl von Datenspezifikationen, Methoden und Softwaresysteme entwickelt, um Fachmodellein Multimodellenzusammenzuführen unddieseauszutauschen,zuüberprüfen,zuvisualisierenundzutransformierensowiein Simulations-undAnalysemodellenweiterführendzunutzen.EinbeachtlicherTeildieser Entwicklungen wurde von den Praxispartnern im operativen Geschäft getestet und wird seitProjektendeinkommerziellenSoftwareproduktenangeboten. NebendenSoftwarelösungensindbesonderswertvolleProjektergebnissediegemein- sam entwickelten Vorstellungen darüber, wie BIM in der Praxis ganz konkret aussehen kann. Zahlreiche engagiert geführte Diskussionen und detaillierte Szenarioanalysen wa- renerforderlich,umeingemeinsamesVerständniszuetablieren,fürdieunterschiedlichen ArbeitsaufgabenundBegriffsweltensowiediesichdarausergebendenAnforderungenan die Fachmodelle und Softwarewerkzeuge in der Objektplanung, im Bauprojektmanage- ment,inderArbeitsvorbereitung,inderProzesssimulationsowieimRisikomanagement. FürdieErprobungundPräsentationderneuenmultimodell-undprozessbasiertenAr- beitsweise wurden schließlich umfassende Szenarien auf der Grundlage von zwei realen Bauprojekten,einemHochhausundeinemFlughafenterminal,erarbeitet.DiefürdasMe- fistoHochhausunddenMefistoFlughafenterminalerstelltenundinMultimodellenkom- biniertenFachmodellesowieVisualisierungenundAnalysemodellebietendieGrundlage für die Demonstration der Projektergebnisse, die in den Kapiteln des Buches, geordnet nach verschiedenen Themen, erläutert sind. Die erstellten Fach- und Multimodelle sind aufderProjektwebseitewww.mefisto-bau.deveröffentlichtundstehenzurfreienNutzung zurVerfügung. Insgesamt hat sich die Bedeutung digitaler Gebäudemodelle sowie integrierter Pro- zessmodelle für das BIM erneut bestätigt. Darüber hinaus wurden im Rahmen der Pro- jektzusammenarbeit und im Dialog mit externen Partnern für die beiden Schlüsseltech- nologienBIMundMultimodelleweitereAnwendungenidentifiziertundSoftwareanwen- VIII Vorwort dungen entwickelt, die besonders die folgenden vier Bereiche betreffen: (1) die Kombi- nationvonFachmodellen,umProjektinformationenflexiblerintegrieren,synchronisieren undweiterverwendenzukönnen,(2)diehierarchischeModellierung,umaussagekräftige FachmodellebeigeringerKomplexitätundminimiertemModellierungsaufwandzuerhal- ten,(3)derschnelleAufbauvonSimulations-undAnalysemodellen,umdieKonsequen- zenderPlanungundAusführungeffektivervorhersagenzukönnen,und(4)dieDefinition vonModellinhaltenund-qualitäten,umdieFachmodellegezieltererstellenundeffektiver prüfenzukönnen. Die Fortsetzung der Entwicklungsarbeit an der multimodellorientierten Arbeitsweise, insbesonderefürdievirtuelleBaustelle,undamZusammenspielmitdenSimulationsun- tersuchungen erscheint sinnvoll und wichtig. Eine breitere Anwendung in der Baupraxis kannerwartetwerden.TraditioetInnovatio–TraditionundInnovation.Innovativemulti- modellbasierteBaustellenplanungundProjektmanagementsollendiebewährtenTraditio- nenundMethodeninBaustellenplanungundProjektmanagementaufgreifenundweiter- entwickeln.NurinderHandkreativerIngenieurewerdendievirtuelleBaustelleunddas virtuelleBauprojektzueinemwirkungsvollenWerkzeug.UnsereVisiondesneuenWerk- zeugs ist ein realistisches Multimodell der gesamten geplanten Baustelle mit allen ihren KomponentenundEigenschaften,einvirtuelles,dreidimensionalesBaustellen-undBau- werksmodellalsEintrittindieAnwendungvonIndustrie4.0inderBauindustrie.Dieses virtuelle Bauprojekt, als Repräsentation für das geplante Bauvorhaben, soll strategische Entscheidungen unterstützen und absichern und die Informationen sicherer an die End- nutzer auf der Baustelle, die Handwerker, tragen. Die Einbindung von Handwerker wird sicher einen wichtigen Platz in Industrie 4.0 einnehmen. Um diese Vision Wirklichkeit werdenzulassen,sollenalleBedingungen,diedieBaustellen-undBauorganisationprä- gen, so exakt wie erforderlich und so minimal wie möglich erfasst werden. Durch die imMultimodellansatzenthalteneTechnologiederLevelofDetailistesmöglich,fürjede PhaseminimalistischeFachmodellemitunterschiedlichemDetaillierungsgradeinzusetzen unddiesezwischendenPhasenzuverknüpfen. Die virtuelle Baustelle und das virtuelle Bauwerk sollen den Rahmen bieten für eine aussagekräftige Analyse von Geometrie, Montagevorgängen,Kranbewegungen und gan- zen Herstellprozessen sowie darüber hinaus den gesamten mehrdimensionalen Informa- tionsraum des gesamten Bauprojekts als integrativen Informationsraum erfassen, um ihn ganzheitlichzumanagenundzubeherrschen.EinganzheitlichesProjektcontrollinginVer- bindung mit einem Projektrisikomanagement muss das ultimative Ziel sein. Der Stand unserer Entwicklungen wird aufgezeigt und es wird ein Ausblick auf weitere wichtige Arbeiten gegeben. Das Zusammenspiel der entwickelten Vorlagen und Werkzeuge funk- tioniert,dieAustauschformatesindabgestimmtundderDatentauschisterprobt.Nochist die Anwendung von virtuellen Baustellen- und Bauprojektmanagementmodellen in der Bauindustrie nicht sehr verbreitet. Deshalb wird hier der Versuch unternommen, die si- gnifikantenVorteileaufzuzeigenundsodieAnwendungvonBIMundvonMultimodell- und Simulationsmethoden im Bauwesen attraktiver zu machen. Die multimodellbasierte Baustellenplanung ist an den Bedürfnissen der Bauindustrie ausgerichtet und wir erwar- Vorwort IX ten, dass sich ein wichtiger Beitrag für künftige Planungsmethoden ergibt. Insbesondere erwartenwireinespürbareZunahmederPlanungssicherheit. AusdemProjektMefistoherausentstandenmehrereStandardisierungsgruppen,wiedie Gruppe für Schemafilter, -transformationen und Schnittstellendefinitionen in buildingS- MART, die die Methoden mvdXML und ifcXML weiterentwickelt, die Arbeitsgruppe für Multimodelle ebenfalls in buildingSMART, die die Definition und Formalisierung des Multimodells standardisiert, sowie die Arbeitsgruppe BIM im Verein Deutscher In- genieure,VDI,dieeineRichtliniefürdasArbeitenmitBIMerstellt. AufbaudesBuches DasBuchistinvierTeilegegliedert,diejeweilsmitIundIIbezeichnetsindundinzwei Bändenpubliziertwerden.Band1enthältdieTeileüberModelle,MethodenundProzesse, Band2dieTeilemitdenAnwendungenvonBIMundMultimodellen. Band1–TeilI: Modelle,DefinitionenundPlattform Band1–TeilII: MethodenundProzesse Band2–TeilI: AnwendungvonMultimodelleninderBaustellenplanungundBauab- laufsimulation Band2–TeilII: AnwendungvonMultimodellenimBauprojektmanagementundRisi- komanagement Band1bestehtzumgroßenTeilausAusführungenzudenmehrtheoretischenThemen, wasz.B.Modelle,Prozesse,Verlinkung,Konfigurationangeht.Hierbeierläuternaberdie Kap. 7 in Teil I und Kap. 23 in Teil II die praktische Anwendung anhand zwei realer Bauprojekte und zeigen die Vorgehensweise, wie Multimodelle bauwerksorientiert und prozessorientiertaufgebautundeingesetztwerden. Band 2 liefert die Anwendung von Multimodellen in der Praxis hinsichtlich Baustel- lenplanungundBauablaufsimulationundBauprojekt-undRisikomanagement. DieAutorenwünschenIhnenvielSpaßbeimLesenundhoffen,IhrInteresseanBIM und Multimodellen nicht nur geweckt zu haben, sondern Ihnen Ideen für den Einsatz in IhremBereichgegebenzuhaben. Danksagung UnserDankgiltallenMitwirkendenundUnterstützerndesProjektsMefisto.InersterLi- niedankenwirdemBundesministeriumfürBildungundForschungfürdieFörderungdes Projekts in Höhe von 9,2 Mio. Euro, die es erst ermöglicht hat, die komplexen Themen ganzheitlich in dieser Breite und Tiefe anzugehen. Spezieller Dank gilt Herrn Ministeri- aldirigenten a. D. Dr. Rainer Jansen sowie Herrn Dipl.-Ing. Michael Beichert und Herrn JürgenKoch,beideProjektträgerDLR,diedurchihrkritischesEngagementerheblichzum GelingendesProjektsbeitrugen. X Vorwort Allen Projektpartnern sei an dieser Stelle gedankt, dass sie unter dem üblichen Zeit- druck sich die Muße genommen und ihre Beiträge über ihre Forschungs- und Entwick- lungsergebnisse mit hohem Engagement, teilweise sogar in ihrer Freizeit, erstellt haben. Dresden,Deutschland Prof.Dr.-Ing.RaimarJ.Scherer September2014 Sven-EricSchapke ZurRechtschreibung DerTextbeinhaltetsehrvieleFachwörter,diealsFremdwörterausdemenglischenSprach- raumstammen.EbensobeinhaltetderTextvieleAbkürzungenundvieleadjektivierteSub- stantive, wie z. B. internet-basiert, die in der Fachsprache der Informatik beliebt gewor- densindunddiesereinenunverkennbaren,abernichtunbedingtgrammatikalischschönen Charakterverleihen. All diese Wörter sind teilweise schon Bindestrichwörter oder würden zu ebensolchen führen,wennsieinzusammengesetztenWörternvorkommen,vondenenwiederumunsere Sprachelebt.AlsKonsequenzhättesichimMittelallezweiZeileneinBindestrich(-wort) eingeschlichen,einZeichen,dasmanindenmeistenSprachengarnichtkennt. DerTextwürdedadurchinmeinenAugensehrunästhetischanzusehensein.Dasdritt- häufigsteZeichennachdemeundnwäre,gefühlt,aufeinmalderBindestrichgeworden. Nachdem der Duden heute schon in einzelnen Fällen ein Zusammenschreiben ohne Bindestrich oder eine Einzelwortschreibung ohne Bindestrich als akzeptierte Alternative zulässt,habeichmichentschieden,diesealternativeSchreibweiseaufzugreifenundganz konsequent,d.h.überdenDudenhinausgehend,anzuwenden,alsoentwederZusammen- schreibweisebeideutschenWörternundbeiFremdwörterninKombinationmitdeutschen WörternoderEinzelschreibweisebeiAbkürzungenundEigennamen. Der Text wurde auf einmal wieder zu einem ästhetischen Buchstabentext und verlor seineUnruhe,dieerdurchdievielenBindestrichhilfenvorherhatte. Insgesamt habe ich mich für eine spartanische Textausgestaltung entschieden und so konsequent und einheitlich auf Schreibweisen in fett oder kursiv und in Anführungsstri- chen verzichtet, bis auf ganz wenige Ausnahmen, wenn mehrere Wörter einen Begriff bildeten,dessenErkennungimfließendenSatzuntergegangenwäre.Auchhabeichdieex- tensiveNutzungvonKlammernstarkreduziertunddurchdasweitausschlichtereKomma ersetztoderganzdaraufverzichtet. Ichhoffe,dassdieGrammatikenthusiastenmirdiesenochnichtoffizielleSchreibweise nachsehen. EinganzpersönlicherDank Ein ganz besonderer Dank gilt meiner Frau Maria Scherer für ihre Geduld mit mir, ge- rade in den letzten acht anstrengenden Monaten, in denen aus der Vielzahl der Beiträge eineEinheitzuformenwar,undfürdieehrenamtlicheÜbernahmedesLektorats,dasun-
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