Technische Hochschule Köln
Fakultät für Anlagen, Energie- und Maschinensysteme Studiengang Green Building Engineering
Untersuchungen zur Kopplung von BIM mit semantischen Technologien am Beispiel einer Kälteerzeugungsanlage
Investigations on the coupling of BIM with semantic technologies using the example of a cooling plant
Masterarbeit zur Erlangung des akademischen Grades
Master of Engineering im Studiengang Green Building Engineering an der Fakultät für Anlagen, Energie- und Maschinensysteme der Technischen Hochschule Köln
vorgelegt von: Matthias Urbanski
Matrikel-Nr.: 11143356
Adresse: Gewandhausstraße 5
01067 Dresden
urbanski.matthias@web.de
eingereicht bei: Prof. Dr. Michaela Lambertz Zweitgutachterin: Dipl. Ing. Elisabeth Eckstädt
Köln, 20.08.2021
Abstract
Building-Information-Modeling (BIM) ist eine in der Baubranche stark an Bedeutung gewinnende Planungs- und Steuerungsmethode, durch welche der gesamte Lebenszyklus eines Gebäudes an- hand eines digitalen Modelles, welches mit allen notwendigen Informationen ausgestattet ist, abgewickelt werden kann. Durch einen folglich verbesserten Bau- und Betriebsablauf sollen so Optimierungen in vielen Bereichen ermöglicht werden. Die Darstellung von funktioneller Anla- gentechnik in Gebäudedatenmodellen mittels Linked-Data- und Semantic-Web-Technologien ist Gegenstand aktueller Forschung des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen am Insti- tutsteil Entwicklung Adaptiver Systeme in Dresden.
Im Rahmen der Abschlussarbeit werden Prinzipien, Bemessungsgrößen und weitere Facetten der BIM-Methodik erläutert. Außerdem werden die Datenformate IFC und Brick untersucht, welche für den praktischen Teil der Arbeit Anwendung finden.
Im praktischen Teil der Arbeit wird ein IFC-Gebäudemodell eines konventionell geplanten Ge- bäudes hinsichtlich des Informationsgehalts aufbereitet, mit dem Ziel der Überführung in ein Brick-Ontologieschema. Beim erfolglosen Versuch der automatisierten Translation aufgetretene kritische Probleme sowie Voraussetzungen für eine erfolgreiche Umwandlung werden aufge- zeigt. Zudem wird ein Brick-Ontologieschema der betrachteten Anlage, unter Zuhilfenahme des RLT-Tools, erstellt. Beim RLT-Tool handelt es sich um eine im Rahmen der Masterthesis erwei- terte Software des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen am Institutsteil Entwicklung Adaptiver Systeme in Dresden. Die erzeugte, vollständige, Brick-Datei dient dem Institut als Re- ferenz und Grundlage für zukünftige Versuche und Forschungen zum Thema Brick.
Building Information Modeling (BIM) is a planning and control method that i s gaining in im- portance in the construction industry. It allows the entire life cycle of a building to be handled on the basis of a digital model that is equipped with all the necessary information. Through a consequently improved construction and operation process, optimizations in many areas should be made possible. The representation of functional plant technology in building data models using Linked Data and Semantic Web technologies is the subject of current research at the Fraun- hofer Institute for Integrated Circuits at the Adaptive Systems Development branch in Dresden.
Within the scope of the thesis, principles, design parameters and further facets of the BIM method are explained. Furthermore, the data formats IFC and Brick are examined, which are applied for the practical part of the thesis.
In the practical part of the work an IFC building model of a conventionally planned building is prepared with respect to the information content, with the goal of the conversion into a Brick ontology schema. Critical problems encountered during the unsuccessful attempt of automatic translation as well as prerequisites for a successful conversion are pointed out. In addition, a brick ontology schema of the considered plant is created with the help of the RLT-Tool, a soft- ware of the Fraunhofer Institute for Integrated Circuits at the Institute for Adaptive Systems Development in Dresden, which was extended in the context of the master thesis. The gener- ated, complete, Brick file serves the institute as a reference and basis for future experiments and research on the topic of Brick
Inhaltsverzeichnis
Abstract ... I Inhaltsverzeichnis ... II Abbildungsverzeichnis ... IV Tabellenverzeichnis ... VI Abkürzungsverzeichnis ... VII
1 Aufgabenstellung und Zielsetzung ... 1
2 Theoretische Grundlagen der Building Information Modeling Planungsmethode ... 2
Ursprünge von BIM ... 2
Historie ... 2
Definition ... 2
Anwendungsstufen ... 4
Technologische Anwendungsstufen... 4
Reifegradstufen ... 6
Mehrdimensionale BIM-Anwendung ... 7
Level of Development (LOD) ... 8
Chancen und Risiken der BIM-Methode ... 11
Vorteile des Einsatzes von BIM ... 12
Nachteile des Einsatzes von BIM ... 13
Anwendung und Umsetzung in der technischen Gebäudeausrüstung ... 15
Relevante Normen und Richtlinien ... 15
Akteure im Planungsprozess ... 17
Vertragliche Rahmenbedingungen und erforderliche Festlegungen ... 20
Das IFC-Format ... 25
Historie ... 25
Das IFC-Schema ... 26
Aufbau von IFC Dateien ... 28
Model View Definitions... 30
Das BRICK-Schema ... 31
Kernproblem ... 31
Funktion von Brick ... 32
Syntax von Brick-Schemata ... 33
IFC-Dateien als Basis für Metadaten zur Erstellung von Brick Schemen ... 35
3 Anwendung auf den Neubau FHI EAS IIS ... 36
Projektbeschreibung ... 36
Analyse der bestehenden Planung der Kälteanlage ... 36
Untersuchung des Kältekonzeptes ... 36
Analyse der informatorischen Qualität des Gebäudemodells ... 37
Fazit ... 47
Anpassen des IFC-Modells ... 49
Anpassungsgrundsätze ... 49
Anpassen der IFC-Objekte ... 50
Herstellen der Objektbeziehungen in IFC ... 61
Folgerung ... 63
Verknüpfung des angepassten IFC-Modells mit einem BRICK-Schema ... 63
Zuordnung der Bauteile von IFC und Brick ... 63
Versuch der Verknüpfung von IFC mit Brick ... 64
Fallmatrix der Bestandteile der untersuchten Kälteanlage ... 65
Folgerung ... 79
Erstellung von BRICK-Modellen mittels des „RLT-Tools“ ... 80
Erweiterung des „RLT-Tools“ ... 80
Anwendung des „RLT-Tools“ ... 83
Untersuchung des erzeugten Brick-Schemas... 87
4 Fazit und Ausblick ... 92 Literaturverzeichnis ... VIII Anhang ... XII Erklärung ... XIII
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Anwendung von BIM über den Lebenszyklus eines Gebäudes [BOR15, s. 4ff.] ... 3
Abbildung 2: Abgrenzung von technologischen BIM-Anwendungsstufen [WIM20, s.14] ... 4
Abbildung 3: Reifegradmodell nach Bew/ Richards [BAUo.J.] ... 6
Abbildung 4: Beispiel einer zeit- und inhaltsorientierten Modellentwicklungsmatrix für Modellinhalte [WIM20, s.56] ... 10
Abbildung 5: Produktivitätsentwicklung in Deutschland nach Sektoren [BMF17] ... 11
Abbildung 6: MacLeamy Kurve, Änderungsmöglichkeiten (grün) / -kosten (rot) im Konstruktionsprozess und Planungsaufwand in der konventionellen Planung sowie der BIM-basierten Planung [MANo.J.] ... 12
Abbildung 7: Produktivitätsentwicklung infolge der Einführung eines neuen Systems [AUT07] 14 Abbildung 8: Gegenüberstellung des Aufwands bei der traditionellen Arbeitsweise, basierend auf den Honoraren für die Objektplanung nach HOAI 2021 und de r BIM-basierten Arbeitsweise [WIM20] ... 14
Abbildung 9: Übersicht der nationalen und internationalen Standardisierungsgremien zum Thema BIM [VDI19] ... 15
Abbildung 10: Organigramm in Anlehnung an [DRE16] ... 18
Abbildung 11: Schematische Darstellung der Interaktion zwischen den beschriebenen Rollen [VDI20a, s.14] ... 19
Abbildung 12: traditionelle (links) und kollaborative (rechts) Vertragsgestaltung [CLAo.J.] ... 20
Abbildung 13: Beispielhafte Aufführung von BIM-Zielen in der Planung, Ausschreibung und Bauausführung [WIM20, s.30] ... 21
Abbildung 14: Vier mögliche Vergabestrategien AIA/BAP [BMV20a, s. 15] ... 23
Abbildung 15: Beispiel eines Planungsvertrages für ein Projekt mit Einzelvergabe. [BMV19b, s.8] ... 24
Abbildung 16: Veranschaulichung des Sachverhalts der Modellbildung [WIM20, s.18] ... 25
Abbildung 17: IFC Versionsverlauf [WIM20, s.19] ... 25
Abbildung 18: Hierarchie der Layer einer IFC-Datei [BSIo.J.a] ... 27
Abbildung 19: Definition von IfcObject gemäß InheritanceGraph [WIM20, s.21]... 28
Abbildung 20: Ausschnitt einer IFC-Datei [WIM20, s.21] ... 29
Abbildung 21: Verknüpfung von Entitäten und beispielhafter Aufbau dieser. [BSIo.J.] ... 29
Abbildung 22: Funktionsweise einer MVD [WIM20, s.47] ... 30
Abbildung 23: Beispielhaftes Anlagenkennzeichnungssystem am Beispiel eines Lüftungsgerätes [FIE19]... 31
Abbildung 24: Beispielhaftes Gebäudeschema (links) und (unvollständige) semantische Darstellung mittels Brick (rechts) [BALo.J.] ... 32
Abbildung 25: Brick-Klassen und deren Beziehungen [BALo.J.] ... 32
Abbildung 26: Hierarchie der Brick-Klassen [BAL16] ... 33
Abbildung 27: RDF-Triple mit vorgesetztem Namespace [FIE19, s.36] ... 34
Abbildung 28: Schematische Darstellung des betrachteten Anlagenteils. ... 38
Abbildung 29: Darstellung der IFC-Datei mittels SimpleBIM 8.2 ... 39
Abbildung 30: IfcFlowSegment und seine Subtypen [BSIo.J.] ... 42
Abbildung 32: Darstellung der IFC-Datei mittels Simplebim8.2 ... 47
Abbildung 33: Ausschnitt aus dem Grundriss... 48
Abbildung 34: Beispielhafter InheritanceGraph, am Beispiel des IfcObject IfcSensor [BSIo.J.] .. 51
Abbildung 35: Schematische Einbindung unterschiedlicher Eigenschaften (Property) in einen Eigenschaftensatz (Propertyset). [BSIo.J.] ... 55
Abbildung 36: Funktionsschema der Objektbeziehungen in IFC4 [BSIo.J.] ... 61
Abbildung 37: Anwendung der Objektverknüpfungen auf die betrachtete Anlage ... 61
Abbildung 38: InheritanceGraph der verwendeten Entitäten ... 62
Abbildung 40: Modellierter LiteGraph der Kälteerzeugung im RLT-Tool ... 83
Abbildung 41: Detailansicht: Verbraucherkreis im RLT-Tool ... 84
Abbildung 42: Detailansicht: Sekundärkreis im RLT-Tool ... 85
Abbildung 43: Detailansicht: Primärkreis im RLT-Tool ... 86
Abbildung 44: Darstellung des exportierten Brick-Schemas mittels Brick-Studio ... 88
Abbildung 45: Darstellung der Exportierten Brick-Datei ohne Tags mittels Brick-Studio... 89
Abbildung 46: Visualisierung des korrigierten Brick-Schemas mittels Brick-Studio ... 91
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Level of Development (LOD) 100 bis LOD 500. [WIM20, s.50ff.] [BAUo.J.a] ... 10
Tabelle 2: Zuordnung von Brick-Klassen zu den Klassen der Kälteanlage ... 63
Tabelle 3: Varianten zur Deklarierung der Brick-Klasse: Chilled_Water_Coil in IFC. ... 65
Tabelle 4: Varianten zur Deklarierung der Brick-Klasse: Chilled_Water_Pump in IFC. ... 66
Tabelle 5: Varianten zur Deklarierung der Brick-Klasse: Chiller in IFC. ... 67
Tabelle 6: Varianten zur Deklarierung der Brick-Klasse: Heat_Exchanger in IFC. ... 67
Tabelle 7: Varianten zur Deklarierung der Brick-Klasse: Cooling_Tower in IFC. ... 67
Tabelle 7: Varianten zur Deklarierung der Brick-Klasse: Water_Tank in IFC. ... 68
Tabelle 8: Untergliederung von Sperichertypen in IFC [BSGo.J., s.539ff.] ... 68
Tabelle 9: Varianten zur Deklarierung der Brick-Klasse: Chilled_Water_Temperature_Sensor in IFC. ... 70
Tabelle 10 Varianten zur Deklarierung der Brick-Klasse: Isolation_Valve in IFC. ... 71
Tabelle 11: Varianten zur Deklarierung der Brick-Klasse: Chilled_Water_Valve in IFC. ... 75
Tabelle 12: Varianten zur Deklarierung der Brick-Klasse: Water_Distribution. ... 77
Abkürzungsverzeichnis
Kürzel Bedeutung
AIA Auftraggeber-Informations-Anforderungen
BAP BIM-Abwicklungsplan
BCF BIM Collaboration Format
BIM Building Information Modeling
BVB Besondere Vertragsbedingungen
BIP Bruttoinlandsprodukt
BMVI Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur
bSI buildingSMART International
CAD Computer-Aided Design
CDE Common Data Environment
CEN Comité Européen de Normalisation, Europäisches Komitee für Normung COBie Construction Operations Building Information Exchange
DIN Deutsches Institut für Normung
DWG Konstruktionsdatenformat des Herstellers Autodesk
FM Facility Management
GLT Gebäudeleittechnik
HOAI Honorarordnung für Architekten und Ingenieure
IDM Information Delivery Manual
IFC Industry Foundation Classes
ISO International Organisation for Standardization
KNX Konnex-Bus
LCA Life Cycle Assessment
LCC Life Cycle Costing
LOD Level of Development
LOI Level of Information
LOG Level of Geometry
MVD Model View Definition
OWL Web Ontology Language
RDF Resource Description Framework
RDFS Resource Description Framework Schema
RLT Raumlufttechnik
STEP Standard for the exchange of product model data
TGA Technische Gebäudeausrüstung
VDI Verein Deutscher Ingenieure e.V.
1 Aufgabenstellung und Zielsetzung
Im Rahmen einer in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen am Institutsteil Entwicklung Adaptiver Systeme in Dresden entstehenden Abschlussarbeit soll die BIM-Methode in der TGA-Planung betrachtet werden und Rahmenbedingungen für die Imple- mentierung aufgeführt werden. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei in dem mit BIM einher- gehenden Gebäudedatenmodell IFC.
Die Masterthesis soll darüber hinaus das Ontologie -Modell „Brick“ beleuchten, welches Gegen- stand aktueller Forschungen hinsichtlich der Anwendung für Anlagensimulationen und Gebäu- desteuerungen ist.
Anhand einer vorliegenden IFC-Datei einer Kälteerzeugungsanlage sollen Versuche zur automa- tisierten Kopplung des IFC-Modells mit Brick durchgeführt werden, mit dem Ziel eine vollstän- dige Brick-Datei der Anlage automatisiert zu erzeugen.
Die Abschlussarbeit soll dem Fraunhofer-Institut folglich als Basis für weitere Forschungen an der Nutzbarkeit von Ontologieschemen wie Brick in Kombination mit BIM-Datenmodellen dienen.
2 Theoretische Grundlagen der Building Information Mo- deling Planungsmethode
Ursprünge von BIM
HistorieDer Begriff Building Information Modeling findet seine Ursprünge in den 70er Jahren, als primär daran geforscht wurde, eine Kopplung zwischen alphanumerischen und graphischen Daten zu erreichen. Erste computergestützte Modelle mit semantischen Daten gehen ebenfalls auf diese Zeit zurück. [HAU16 s.35ff.]
In den darauffolgenden Jahrzehnten lag der Forschungsfokus auf der Standardisierung von For- maten zum Datentransfer und -austausch sowie im Bereich semantischer Datenstrukturen, also der Verknüpfung dieser Informationen. Auf Basis dieser Erkenntnisse ist die Grundlage für das heute verwendete IFC-Format gelegt worden und damit ein Meilenstein im Bereich Building In- formation Modeling geschaffen worden. [HAU16, s.35ff.]
Erst in den 2000er Jahren wurde der Begriff Building Information Modeling durch Autodesk, den Marktführer für CAD-Software, bekannt gemacht und im Marketing verwendet, wodurch das digitale Zeitalter im Bausektor eingeleitet wurde. Daraufhin fand BIM auch bei ersten Pilotpro- jekten, etwa der Universität Tromsø in Norwegen, Anwendung und etablierte sich sukzessiv.
[HAU, s.40ff.]
Im Zeitraum der letzten 15 Jahre hat sich die integrale Methodik des Planens und Bauens sowie des Betreibens von Großprojekten in vielen Ländern durchsetzen können. Zu den Vorreiten zäh- len die Benelux-Staaten, skandinavische Länder, die Ölstaaten, Singapur und die USA.
[HAU s. 42f.]
Um einen Produktivitätsanstieg in der deutschen Bauarchitektur- und Ingenieursbranche mittels BIM voranzutreiben, hat das BMVI einen Stufenplan ins Leben gerufen, um die Building Informa- tion Modeling Methode in Großprojekten verbindlich zu machen. Seit Dezember 2020 muss die BIM-Planungsmethode beim Bau von Infrastruktur-Großprojekten eingebunden werden. Der BIM-Stufenplan ist damit abgeschlossen, für zukünftige Verschärfungen der Anforderungen sind möglicherweise Änderungen in Gesetzen und Vergütungsleistungen erforderlich. [BMV20]
[BOR21]
Des Weiteren erschien im Juli 2020 die Richtlinienreihe VDI 2552, welche einen strukturierten Ansatz für die effektive Implementierung von BIM in die Planungs-, Bau- und Betriebsprozesse schaffen soll. [VDI20]
Definition
Bei der Planung deutscher Bauvorhaben findet die konventionelle Planung häufig Anwendung, wobei die Fachplaner der Architektur, Gebäudetechnik und Statik weitestgehend unabhängig voneinander arbeiten und Planungsänderungen in regelmäßigen Abständen kommuniziert wer- den. Eine interdisziplinäre Kooperation aller Projektbeteiligten findet häufig erst mit der Bau- ausführung statt. Durch die losgelöste Arbeitsweise in der Planung und die folglich erforderli-
chen Detailabstimmungen der Gewerke in der Bauausführung kommt es nicht selten zu gravie- renden Fehlern, welche mit Verzögerungen des Bauablaufs und Nachträgen einhergehen. Ein Lösungsansatz, dies zu vermeiden, ist Building Information Modeling. [BOR15, s.4ff.]
Building Information Modeling, oder kurz BIM, beschreibt eine neue Methodik in der Planung von Bauwerken, bei welcher die Akteure der unterschiedlichen Fachdisziplinen integral, anhand eines gemeinsamen Datenmodells, zusammenarbeiten. Das virtuelle Modell des Bauvorhabens kann über den gesamten Lebenszyklus– von der Vorplanung bis zur Demontage – durchgehend genutzt werden, was in der nachfolgenden Abbildung 1 aufzeigt ist. [BOR15, s.4ff]
Abbildung 1: Anwendung von BIM über den Lebenszyklus eines Gebäudes [BOR15, s. 4ff.]
Der digitale Gebäudezwilling dient somit nicht nur als ein originalgetreues Abbild des Bauvorha- bens, sondern enthält auch alle relevanten semantischen Informationen des Gebäudes. Diese Zusatzinformationen, etwa technische Beschaffenheiten der Komponenten, stehen den partizi- pierenden Projektteilnehmern während der gesamten Bauplanung zur Verfügung und darüber hinaus auch den Betreibern des Gebäudes. Das BIM-Gebäudemodell ist damit als Prozess zu ver- stehen, welcher über die Konstruktion, den Betrieb, eventuelle Umbauten und den Rückbau des Gebäudes Anwendung findet, indem es als Wissensdatenbank genutzt wird . [BOR15, s.4ff.][VAN16, s.15f.]
Die Definition des Begriffs BIM wird im Stufenplan für Digitales Bauen und Planen, der Initiative 2020 des BMVI, wie folgt festgelegt:
„Building Information Modeling bezeichnet eine kooperative Arbeitsmethodik, mit der auf der Grundlage digitaler Modelle eines Bauwerks die für seinen Lebenszyklus relevanten Informatio- nen und Daten konsistent erfasst, verwaltet und in einer transparenten Kommunikation zwischen den Beteiligten ausgetauscht oder für die weitere Bearbeitung übergeben werden.“ [BMV20]
Anwendungsstufen
Eine besondere Bedeutung bei der Anwendung der BIM-Methode hat die integrale Arbeitsweise zwischen den projektbeteiligten Personen an einem gemeinsamen Modell. Der Ablauf der ko- operativen Planung, Zuständigkeiten und Verantwortlichkeiten sowie der vorgesehene Grad der Kooperation müssen vorab festgelegt werden, damit BIM zur Realisierung eines Projekts beitra- gen kann. [VAN16, s.15f] [BOR15, s.4ff]
Bei der Umsetzung von BIM unterscheidet man daher zwischen technologischen Anwendungs- stufen und Reifegradstufen, welche nachfolgend erläutert werden.
Technologische Anwendungsstufen
Es wird zwischen vier technologischen Anwendungsstufen, welche 2008 vom US-Amerikaner Finith Jernigan im Buch „Big BIM little BIM: The Practical Approach to Building Information Mo- deling Integrated Practice done the right way!“ erstmals definiert wurden.
Unterschieden wird zwischen big BIM, little BIM, closed BIM und open BIM. Die vier Kategorien sind in Abbildung 2 dargestellt, die im Folgenden näher erläutert wird.
Abbildung 2: Abgrenzung von technologischen BIM-Anwendungsstufen [WIM20, s.14]
Little closed BIM
Der Planer arbeitet in seinem Gewerk mit einem eigenen Gebäudedatenmodell. Das erstellte Modell wird jedoch nicht mit den anderen Fachdisziplinen ausgetauscht. Die verwendete Soft- ware ist, da nur ein Akteur isoliert arbeitet, folglich einheitlich. Der Datenaustausch erfolgt bei- spielsweise als in PDF. [BMV16, s.46f]
Beispiel: Ein Architekt verwendet Revit zur Erstellung und Bearbeitung seines eigenen, digitalen Gebäudemodells. In dieser Form teilt er es aber nicht mit den anderen Projektbeteiligten.
[NUP18]
Little open BIM
Analog zu little closed BIM arbeitet der Fachplaner mit einem eigenen, digitalen Modell in seiner Fachdisziplin. Im Gegensatz zu Little open BIM teilt der Planer seine Konstruktion über eine da- tenneutrale Schnittstelle, wie beispielsweise IFC, mit den übrigen Projektteilnehmern. Das Soft- wareumfeld ist wie in little closed BIM ebenfalls einheitlich, da es sich um eine Insellösung han- delt. [BMV16, s.46f]
Beispiel: Ein Architekt verwendet Revit zur Erstellung und Bearbeitung seines eigenen Gebäude- modells. Er stellt dies allen Projektmitwirkenden als IFC-Datei zur Verfügung. [NUP18]
Big closed BIM
Dabei arbeiten Fachplaner unterschiedlicher Disziplinen jeweils an eigenen, virtuellen Gebäude- modellen. In vereinbarten, kontinuierlichen Abständen werden die einzelnen Fachmodelle zu einem zentralen Koordinierungsmodell verknüpft. Die Konstruktion der individuellen Fachmo- delle sowie das Gesamtmodell werden jeweils in einer einheitlichen Softwareumgebung erstellt.
[BMV16, s.46f]
Beispiel: Statiker, Architekt und TGA-Planer nutzen für die Erstellung ihrer Modelle allesamt Re- vit, die Zusammenführung zum Gesamtmodell kann somit ebenfalls in Revit erfolgen, sodass kein Austausch über herstellerneutrale Formate notwendig ist. [NUP18]
Big open BIM
Hierbei arbeiten die einzelnen Fachplaner intern an ihren eigenen, virtuellen Gebäudemodellen, eine Koordinierung zu einem Gesamtmodell erfolgt in vertraglich festgelegten Zeitabständen.
Im Gegensatz zu big closed BIM erfolgt die Konstruktion der Fachmodelle mittels unterschiedli- cher Softwarelösungen. Bei der Zusammenführung zu einem Koordini erungsmodell werden die Teilmodelle in einem herstellerneutrales Datenformat übergeben. [BMV16, s.46f]
Beispiel: Der Architekt nutzt für seine Arbeit Revit, der Statiker die Software Tekla Structures.
Zum Austausch der Dateien muss ein herstellerneutrales Format (IFC) gewählt werden. [NUP18]
Mit der Umsetzung von big open und big closed BIM wird auch die Möglichkeit geschaffen ein zentrales, stets aktuelles Gesamtmodell über eine Datencloud zu führen, in welchem die Fach- planer der unterschiedlichen Gewerke zeitgleich arbeiten können.
Reifegradstufen
Es wird im Allgemeinen zwischen verschiedenen Reifegradstufen von BIM-Modellen unterschie- den. Das BIM-Reifegradmodell (auch als iBIM-Modell bekannt) wurde 2008 veröffentlicht und gilt als fester Bestandteil der britischen BIM-Strategie. Auch in anderen Ländern wurde das Mo- dell für die Entwicklung von Stufenplänen zur Einführung von BI M adaptiert. Das Modell umfasst vier Reifegradstufen, welche den Fortschritt der BIM-Einführung beschreiben. [BAUo.J.]
Abbildung 3: Reifegradmodell nach Bew/ Richards [BAUo.J.]
BIM-Level 0
Die Reifegradstufe 0 beschreibt eine Arbeitsweise, bei welcher die Planung ausschließlich über 2D-CAD-Zeichnungen erfolgt. Ausgetauscht werden die erstellten Pläne in Papierform oder als PDF-Dateien. Es erfolgt keine digital unterstützte Zusammenarbeit zwischen den Projektbetei- ligten. [BAUo.J.]
BIM-Level 1
Für die Entwurfsplanung werden 3D-Modelle angefertigt, welche nicht mit den anderen Projekt- beteiligten ausgetauscht werden. Zum Datenaustausch werden weiterhin 2D-Ansichten verwen- det. Der Datenaustausch erfolgt per E-Mail oder über ein vom Auftraggeber verwaltetes, zent- rales Datenmanagementsystem. Die Kollaboration der Projektbeteiligten ist dementsprechend partiell kooperativ. [BOR15, s.44f.] [BAUo.J.]
BIM-Level 2
Die Erstellung der CAD-Pläne geschieht anhand von 3D-Modellen unter Verwendung von BIM- fähiger Software. Es werden von jedem Projektbeteiligten eigene Pläne erstellt, welche in defi- nierten Abständen untereinander abgeglichen werden. Der Datentransfer erfolgt über eine zent- rale Austauschplattform (Common Data Environment, kurz CDE), dabei werden von den Projekt- beteiligten verschiedene Dateiformate verwendet. Für die Informationsweitergabe an die Bau- herren wird in der Regel der Construction Operations Building information exchange (COBie) Standard angestrebt, sodass neben grafischen Darstellungen auch Produktdatenblätter und wei- tere zugehörige Dateien übermittelt werden können. Im Vergleich zu Level 0 und Level 1 findet eine engere Zusammenarbeit der Fachdisziplinen statt. [OPEo.J.] [BOR15, s.44f.] [BAUo.J.]
BIM-Level 3
In BIM-Level 3 wird big open BIM umgesetzt. Ein zentrales BIM-Modell, welches in einem CDE über eine Cloud abrufbar ist, wird von allen Projektbeteiligten zugegriffen und bearbeitet. Dabei besitzen die Projektbeteiligten verschiedene Lese- und Schreibberechtigungen, wodurch sicher- gestellt wird, dass nur die Modellteile des eigenen Zuständigkeitsbereiches bearbeitet werden.
Die Urheber- und Haftungsrechte können durch Protokollierung der Element-Autoren festgehal- ten werden. [BOR15, s.44f.] [BAUo.J.]
Bei der Bestimmung der Reifegradstufe ist eine exakte Abgrenzung durch projektspezifische Charakteristika gegebenenfalls nicht machbar, auch Zwischenstufen der genannten BIM-Level sind möglich.
Mehrdimensionale BIM-Anwendung
BIM basiert auf der Nutzung eines digitalen, dreidimensionalen Gebäudemodells. Die 3D-Dar- stellung des Bauvorhabens bietet weitere Vorteile, über die bloße Visualisierung des Gebäudes hinaus. So lassen sich anhand der 3D-Planung beispielsweise auch Kollisionsprüfungen durch- führen. Damit können Bauteilüberlagerungen rechtzeitig entdeckt und angepasst werden.
Das Datenmodell kann um weitere Modellierungsebenen erweitert werden, wodurch sich Vor- teile über die 3D-Modellierung hinaus ergeben.
4D-BIM - Zeit
Bei der Vierdimensionalen BIM-Planung wird das Modell des Bauvorhabens um die Zeitdimen- sion erweitert, es kann folglich ein Bauterminplan hinterlegt werden. Somit lässt sich der Bau- ablauf visualisieren und simulieren, sodass ein Optimierungsprozess stattfinden kann. Um das zu erreichen, werden den einzelnen Bauteilen Termine für Anlieferung, Installation etc. zuge- ordnet. Auch der Einsatz von Hilfsmitteln und Maschinen, wie Gerüste n oder Kränen, kann mit- hilfe des 4D-Modells eingeplant und prozessiert werden. [BAUo.J.]
5D-BIM - Kosten
Ein fünfdimensionales Modell enthält zusätzlich zur vierten Dimension auch Kosteninformatio- nen. Durch die Zuweisung von Preisen, einschließlich Montagekosten, an die einzelnen Bauteile können mit den hinterlegten Mengen automatisierte Kostenberechnungen sowie Lebenszyklus- kostenberechnungen (LCC) durchgeführt werden. Damit sind frühzeitig effiziente Kostensteue- rungen möglich. [BAUo.J.] [BOR15, s.55ff]
6D-BIM - Ökologie
6D-BIM beschreibt die Erweiterung des digitalen Gebäudemodells hinsichtlich Effizienz und Nachhaltigkeit. Indem den IFC-Objekten verschiedene Ökobilanz-Umweltindikatoren zugeord- net werden, können neben dem Zeit- und Kostenplan auch die Ziele im Bezug auf Nachhaltigkeit und Effizienz im Auge behalten werden. Durch die Verknüpfung mit ÖKOBAUDAT Datensätzen ist somit zukünftig eine automatisierte Gebäudeökobilanz (LCA) in späteren Projektphase n denk- bar. [BAUo.J.] [BMI19, s.39ff.]
7D-BIM – Facility Management
Beim 7D-BIM-Modell werden zusätzlich alle für den Betrieb des Gebäudes notwendigen Infor- mationen im digitalen Gebäudezwilling hinterlegt. Dazu gehören Wartungs - und Bedienungsan- leitungen, Garantiedaten, sowie Herstellerinformationen und -kontakte. Das siebendimensio- nale Gebäudemodell kann auch als „as-built-Model“ bezeichnet werden. [BAUo.J.] [NBS17]
Level of Development (LOD)
Die einzelnen Objekte können zahlreiche Parameter aufweisen, welche jedoch nicht allesamt relevant sind oder sich erst zu späteren Zeitpunkten der Projektlaufzeit final festlegen. Ent- sprechend müssen die notwendigen Informationen hinsichtlich des geometrischen und infor- matorischen Detaillierungsgrades vorab definiert werden, was durch den 2008 vom American Institute of Architects geprägten Begriff Level of Development (LOD) zeitlich koordiniert mög- lich ist. [WIM20, s. 49f.]
LODs werden meist mit den Nummern 100 bis 500 versehen, wobei LOD 100 ein konzeptionel- les Modell beschreibt, während LOD 500 alle notwendigen Informationen mit höchster Detail- lierung abbildet. Da die geometrische Darstellung nicht zwangsläufig mit der Informationstiefe korreliert, ist in einigen Werken der Fachliteratur eine Aufspaltung des LOD vorge nommen worden. Dieses setzt sich demnach aus dem Level of Geometry (LOG) sowie dem Level of Infor- mation (LOI) zusammen. Das LOG enthält dabei Informationen über die geometrischen Ausprä- gungen, während das LOI alphanumerische Attribute erläutert. Die Geometrie ist intuitiv nach- vollziehbar, jedoch hängt der Grad der Informationen vom jeweiligen Verwendungszweck ab, weshalb sich in der Literatur auch weitere Untergliederungen finden. Eine verbindliche Defini- tion für Detaillierungstiefe gibt es aktuell nicht. Sie sollte projektspezifisch festgelegt und do- kumentiert werden. Das folgende Modell, am Beispiel einer Heizungsanlage, gilt gemäß Beetz et. Al als anerkannt. [DEU17, s.7f.] [BAUo.J.a] [WIM20, s.50ff.]
LOD 100 Vorentwurfs- modell
Das Element wird durch ein Symbol oder eine an- dere generische Reprä- sentation grafisch darge- stellt. Elementbezogene Informationen (bspw.
Kosten/m²) können von anderen Modellelemen- ten abgeleitet werden.
LOD 200 Entwurfs- modell
Das Modellelement wird im Modell durch ein ge- nerisches Objekt grafisch repräsentiert, das mit un- gefähren Abmessungen, der Position und Orien- tierung versehen ist.
LOD 300 Genehmi- gungsmodell
Das Modellelement wird im Modell durch ein spe- zifisches Objekt im Bezug auf Größe, Abmessung, Form, Position und Ori- entierung grafisch reprä- sentiert.
LOD 350 Modell zur Angebots- kalkulation
Das Modellelement wird im Modell durch ein spe- zifisches Objekt im Bezug auf Größe, Abmessung, Form, Position und Ori- entierung sowie Schnitt- stellen zu anderen Ge- bäudesystemen grafisch repräsentiert.
LOD 400 Ausführungs- modell
Das Modellelement wird im Modell durch ein spe- zifisches Objekt im Bezug auf Größe, Abmessung, Form, Position und Ori- entierung sowie auf In- formationen zur Herstel- lung, zum Zusammenbau und zur Installation gra- fisch repräsentiert.
LOD 500 As-built Modell
Das Modellelement wurde auf der Baustelle hinsichtlich seiner Größe, Abmessungen, Form, Po- sition und Orientierung überprüft.
Tabelle 1: Level of Development (LOD) 100 bis LOD 500. [WIM20, s.50ff.] [BAUo.J.a]
Entsprechende Anforderungen hinsichtlich des LOI/LOG müssen projektspezifisch definiert über projektspezifische Meilensteine festgelegt werden, wie es in der nachfolgenden Abbil- dung 4 beispielhaft gezeigt ist.
Abbildung 4: Beispiel einer zeit- und inhaltsorientierten Modellentwicklungsmatrix für Modellinhalte [WIM20, s.56]
Chancen und Risiken der BIM-Methode
Aus der fortschreitenden Digitalisierung ergibt sich eine wesentliche Änderung der Arbeitsweise in zahlreichen Wirtschaftszweigen. Daraus resultiert branchenabhängig ein teilweise erheblicher Produktivitätszuwachs. Wie in Abbildung 5 ersichtlich wird, fällt das Bauwesen im Vergleich deutlich zurück, es ist kein nennenswerter Produktivitätszuwachs, gemessen am BIP je Erwerbs- tätigenstunde, erkennbar.
Abbildung 5: Produktivitätsentwicklung in Deutschland nach Sektoren [ BMF17]
Die Stagnation der Produktivität im Baugewerbe lässt sich mit einer hohen Fehleranfälligkeit im konventionellen Planungsprozess erklären. Der Bauplanungsprozess ist hochkomplex hinsicht- lich der Vielzahl an Schnittstellen der Fachdisziplinen, welche am Projekt beteiligt sind. Um die Projektziele einzuhalten ist in der konventionellen Planung ein kontinuierlicher Datenaustausch in Form von Plänen erforderlich. Das stellt eine enorme Fehlerquelle dar, da die Fachdisziplinen anhand von sich ändernden Planständen der jeweils anderen Gewerke arbeiten und folglich Än- derungen, welche beispielsweise zu Kollisionen führen, oft erst in der Bauausführung entdeckt werden. Die MacLeamy Kurve (vgl. Abbildung 6) zeigt deutlich, wie der Planungsaufwand, wenn er in der Anfangsphase des Entwurfs konzentriert ist, zu einer erheblichen Kostenreduktion füh- ren kann, was darin begründet ist, dass Änderunge n in späten Projektphasen mit deutlich höhe- ren Änderungskosten einhergehen. [HAU16, s.20 ff] [BOR15, s.2] [BIBo.J.]
Abbildung 6: MacLeamy Kurve, Änderungsmöglichkeiten (grün) / -kosten (rot) im Konstruktionsprozess und Pla- nungsaufwand in der konventionellen Planung sowie der BIM-basierten Planung [MANo.J.]
Durch die mit der BIM-Methode einhergehenden Vorteile verspricht sich die Baubranche eine Trendwende hinsichtlich der stagnierenden Produktivität.
Vorteile des Einsatzes von BIM
Verbesserte Kommunikation und Transparenz
Da Struktur, Kosten und Termine durch BIM allgemeinverständlich darstellbar werden, können Planungsänderungen klar kommuniziert und in ihrer Auswirkung auf Qualität, Kosten und Ter- mine überprüft werden. Der offene Zugang vieler hochwertiger Bauwerksinformationen bietet frühzeitig die Möglichkeit, belastbare Entscheidungen zu fällen. Dabei können die Änderungs- wünsche des Bauherrn visualisiert werden und die daraus resultierenden Folgen verständlich aufgezeigt werden. Planungsänderungen werden direkt am Modell kommuniziert, so dass alle Parteien immer auf dem aktuellen Stand sind. [HAU16 s.52f.]
Verbesserte Produktivität
Sowohl hinsichtlich der Kosten als auch der Zeit bietet die Anwendung von BIM Ei nsparpotential.
Beispielsweise lassen sich Bauprozesse simulieren und optimieren. Kollisionen können durch au- tomatisierte Erkennungsmechanismen der Softwarehersteller frühzeitig und damit kosten - und zeitschonend behoben werden. Auch der Planungsaufwand für Massenermittlungen und Kos- tenberechnungen kann automatisiert werden. [HAU16, s.52f.]
Verbesserte Planungssicherheit und -qualität
Durch die modellbasierte Kollisionsprüfung und Massenermittlung sowie den hinterlegten Bau- ablauf kann eine genauere Einhaltung von Kosten und Terminen erreicht werden, auch Verkür- zungen der Bauzeiten und -kosten sind möglich. Die softwaregestützte Konstruktion anhand von
Dimensionierungen und Konstruktionen nach Vorgaben der aktuell gültigen Normen und Richt- linien erfolgen. [HAU16, s.52] [VAN16, s.17f]
Verbessertes Facility Management
Durch die detaillierte und vollständige Dokumentation des Bauvorhabens, etwa durch Hinterle- gung von Betriebsanleitungen und Wartungsintervallen, wird der Gebäudebetrieb vereinfacht, es kommt zu weniger Informationsverlusten zwischen Planungs - und Nutzungsphase. Außerdem können die Lebenszykluskosten bereits während der Planung optimiert werden. Simulationen der Betriebsphase am Gebäudemodell ermöglichen es, die Anlagentechnik hocheffizient zu ge- stalten, was mit einem hohen Potential der Betriebskostensenkung verbunden ist. [VAN16, s.17f.] [HAU16, s.52f]
Zusammenfassung
Durch den Einsatz von BIM kann genauer geplant werden, Leistungen können präziser beschrie- ben werden und durch die Implementierung der Zeit- und Kostendimension können Projektrisi- ken gesenkt werden, was auch mit Verbesserungen von unternehmensinternen Prozessen ein- hergeht. [BMV20] [VAN16, s.17f]
Nachteile des Einsatzes von BIM
Neben den genannten Vorteilen, welche durch den Einsatz von BIM entstehen, existieren auch Risiken, die bei der Umsetzung berücksichtigt werden müssen.
Nicht hinreichende Implementierung in der Lehre
Die Studiengänge der am Bau beteiligten Fachdisziplinen beschränken sich häufig zu sehr auf das theoretisch-technische Fachwissen, wodurch die Vermittlung von effizienten Planungspro- zessen nicht hinreichend geschieht. Die BIM-spezifischen (Wahl-)Pflichtfächer konzentrieren sich weitestgehend auf Grundlagen der CAD-Anwendung und weniger auf integrale Planungs- prozesse, wodurch sich bei Berufseinsteigern häufig die konventionellen Planungsmethoden der Ingenieurbüros etablieren. [BMB13, s.85f.] [DEU17, s. 35f.]
Hohe Implementierungskosten
Obschon BIM, wie im vorausgegangenen Kapitel beschrieben, allen Projektbeteiligten Kosten- vorteile bieten kann, ist die Implementierung von BIM im Unternehmen kostspielig. Die notwen- digen Softwares stellen hohe Anforderungen an die Hardware, sodass beim Umstieg gegebenen- falls die Investition in neue, leistungsstärkere Rechner erforderlich sind. Wie in der nachfolgen- den Abbildung 7 dargestellt entstehen bei der Umstellung auf neue Planungsprozesse neben Schulungskosten auch Kosten für die daraus resultierenden Arbeitsausfälle, sowie temporäre Produktivitätseinbußen durch die Einarbeitung in die neuen Planungsmethoden und -prozesse.
[BMB13, s. 85 ff] [DEU17, s.35f.]
Abbildung 7: Produktivitätsentwicklung infolge der Einführung eines neuen Systems [AUT07]
Vertragsrechtliche Hindernisse
Obwohl BIM, wie im vorausgegangenen Kapitel beschrieben, einen Produktivitätsvorteil bietet, kommt es zu einer Leistungsverschiebung im Planungsprozess – die detaillierte, informations- reiche integrale Gebäudeplanung geht mit einem erhöhten Arbeits- und Kostenaufwand in den frühen Leistungsphasen einher. Die HOAI, welche am 01.01.2021 neu aufgelegt wurde, berück- sichtigt die Leistungsänderungen in Folge der Anwendung von BIM nicht. In Abbildung 8 ist die Verschiebung der Leistungen beim Arbeiten nach der BIM-Methode dem traditionellen Arbeits- prozess gegenübergestellt.
Abbildung 8: Gegenüberstellung des Aufwands bei der traditionellen Arbeitsweise, basierend auf den Honoraren für die Objektplanung nach HOAI 2021 und der BIM-basierten Arbeitsweise [WIM20]
Durch die fehlende Anpassung der HOAI gibt es hinsichtlich BIM keinen Rahmen zur leistungs- adäquaten Vergütung. Die Honorarverhandlungen über damit einhergehende besondere Leis- tungen sind intransparent, nicht standardisiert und stellen ein Risiko hinsichtlich eines Streits über Nachträge dar. Über die Honorierung hinaus sind weitere komplexe vertragsrechtliche Festlegungen erforderlich, hinsichtlich der Haftung sowie formeller und inhaltlicher Qual ität der Planung. [BIN21][BUI21][BMV16, s.16ff.] [HAU191 ff.]
Anwendung und Umsetzung in der technischen Gebäudeausrüstung
Wie im vorherigen Abschnitt beschrieben wurde, gibt es neben zahlreichen Vorteilen auch einige Risiken, welche durch die Einführung von BIM begünstigt werden. Um diese zu überwinden, müssen diverse Rahmenbedingungen eingehalten und beachtet werden. In diesem Kapitel wird beschrieben, was bei der integralen BIM-Planung beachtet und festgelegt werden muss, insbe- sondere im Hinblick auf die Anwendung in der TGA-Planung.
Relevante Normen und Richtlinien
Je umfassender, offener und interdisziplinärer die BIM-basierte Planung geschieht, desto wichtiger ist auch die Anwendung geeigneter Richtlinien und Standards. [HAU16, s.62]
Wie im Kapitel 2.1 erläutert ist Deutschland kein Vorreiter im Bezug auf BIM. Während interna- tional die Organisation buildingSMART bereits 1995 gegründet wurde und sich seither für die Verbesserung von Planungs-, Ausführungs- und Bewirtschaftungsprozessen im Bauwesen durch digitalisierte Gebäudemodelle einsetzt, wurde in Deutschland erst im Jahre 2014 mit der Richt- linienreihe VDI 2552 begonnen. International existieren bereits zahlreiche ISO-Normen, welche die BIM-Methode anwendbar machen sollen. Im Jahr 2014 hat das Europäische Komitee für Nor- mung (CEN) eine Vorbereitungsgruppe ins Leben gerufen, welche die relevanten ISO Normen in Europäische Normen überführen soll. Auch das Deutsche Institut für Normung (DIN) hat durch die Aufsetzung mehrerer Gremien die Arbeit bezüglich des digitalen Wandels im Bauwesen auf- genommen, es wurden bereits zahlreiche Normen in das deutsche Normungsumfeld aufgenom- men. [HAU16, s.62ff.] [VDI19] [WIM20, s.56f.]
Aus der folgenden Abbildung 9 ist abzuleiten, dass eine Verzahnung nicht nur zwischen den in- ternationalen ISO- und CEN-Normen besteht, sondern ebenfalls zwischen den nationalen DIN- Normen und VDI-Richtlinien. [WIM20, s.59ff.]
Abbildung 9: Übersicht der nationalen und internationalen Standardisierungsgremien zum Thema BIM [VDI19]
Besonders hervorzuheben im Kontext der Anwendung von BIM über verschiedene Wirkungsebe- nen sind folgende Richtlinien: [HAU16, s.61ff]
DIN EN ISO 16739: Hierbei handelt es sich um eine Internationale Norm für die informations- technische Darstellung von Bau- und Facility-Management-Informationen, die für den Austausch von Gebäudedaten zuständig ist. Sie spezifiziert das IFC-Datenmodell und zielt darauf ab, (Bau- teil-)Daten, die neben einer Beschreibung der Geometrie auch eine Darlegung der Eigenschaften der Materialien und technischen Daten zulässt, abzubilden (detaillierte Erläuterungen zum IFC - Formatfolgen in Abschnitt 2.5). [WIM20, s. 58f.]
DIN EN ISO 29481: Im Fokus dieser Norm steht die Ermöglichung der Interoperabilität zwischen Softwareapplikationen in allen Lebenszyklusphasen eines Bauwerks und die Förderung der digi- talen Zusammenarbeit aller am Bau Beteiligten. Durch die Bereitstellung einer gemeinsamen Basis für einen zuverlässigen Informationsaustausch und eine zuverlässige Weitergabe von In- formationen soll Nutzern gewährleistet werden, dass die Informationen, die sie kommunizieren, präzise und für ihre auszuführenden Aktivitäten hinreichend sind. Die Normenreihe be steht aus drei Teilen und beschreibt die Methode zur Entwicklung von Informationsanforderungen im Kon- text von Lebenszyklusprozessen (IDM) und der darin enthaltenen Modellansichtsdefinitionen (MVD). [WIM20, s.58f.]
ISO 12006: Die Normenreihe der ISO 12006 besteht aus den Teilen zwei und drei. Der zweite Teil gibt eine Struktur über die Entwicklung von Klassifikationssystemen der bebauten Umgebung und zeigt auf, wie die Objektklassen aus den Klassifikationstabellen in einer Folge von Systemen und Subsystemen miteinander zusammenhängen. Die Norm empfiehlt grundlegende Strukturen zur Klassifizierung von Datenobjekten. Der dritte Teil spezifiziert ein sprachunabhängiges Infor- mationsmodell, das für die Entwicklung von Wörterbüchern benutzt werden kann und die Info r- mationen über Bauwerke speichert oder bereitstellt. Die Norm ermöglicht eine Referenzierung von Klassifikationssystemen, Informationsmodellen, Objektmodellen und Prozessmodellen und findet neben dem verbreiteten Gebäudedatenmodell IFC auch in der Struktur des in Kapitel 2.6 erläuterten Brick-Schemas Anwendung. [WIM20, s. 58f.]
ISO 19650: Die ersten beiden Teile der ISO 19650 wurden in die deutsche Normungsreihe über- führt. Es sollen insgesamt drei Teile entstehen. Der erste Teil des Standards befasst sich mit den Konzepten und Prinzipien des BIM-basierten Informationsmanagements. Der zweite Teil setzt sich mit der Übergabephase von Assets auseinander. Ein weiterer geplanter Teil soll die Abstim- mung zwischen einem Besteller und einem Lieferanten normieren. Dabei werden Bestimmungen zu den Rollen, Verantwortlichkeiten und dem Plan für den Datenaustausch festgelegt und dar- gestellt. [WIM20, s.58f.]
VDI 3805: Die Richtlinie VDI 3805 beschreibt den Produktdatenaustausch im rechnergestützten Planungsprozess innerhalb der technischen Gebäudeausrüstung und regelt das generelle Pro- duktdatenmodell, die zugehörige Datensatzstruktur und die Beschreibung der Geometriedaten sowie der technischen Daten- und Leistungsmerkmale der TGA-Komponenten. [VDIo.J.]
VDI 2552: Insgesamt erschienen elf Blätter der VDI 2552 – Building Information Modeling. In diesen werden BIM-Grundlagen erläutert, sowie die Anwendung hinsichtlich Daten, Methoden, Anforderungen und Prozessen beschrieben. Das Regelwerk umfasst folgende Richtlinien :
- VDI 2552 Blatt 1 „BIM – Rahmenrichtlinie“
- VDI 2552 Blatt 2 „BIM – Begriffe und Definitionen“
- VDI 2552 Blatt 3 „BIM – Mengen und Controlling“
- VDI 2552 Blatt 4 „BIM – Modellinhalte und Datenaustausch“
- VDI 2552 Blatt 5 „BIM – Datenmanagement“
- VDI 2552 Blatt 6 „BIM – Facility Management“
- VDI 2552 Blatt 7 „BIM – Prozesse“
- VDI 2552 Blatt 8.1 „BIM – Qualifikation; Basiskenntnisse“
- VDI 2552 Blatt 8.2 „BIM – Qualifikation; Erweiterte Kenntnisse“
- VDI 2552 Blatt 9 „BIM – Klassifikationen“
- VDI 2552 Blatt 10 „BIM – Auftraggeber-Informations-Anforderungen (AIA) und BIM- Abwicklungspläne (BAP)“
- VDI 2552 Blatt 11 „BIM – Informationsaustauschanforderungen“ [VDI19]
Akteure im Planungsprozess
Um bei Bauvorhaben, welche auf der integralen Planungsmethodik basieren, ein en erfolgreichen Projektablauf sicherstellen zu können, muss das erhöhte Daten- und Informationsvolumen ko- ordiniert werden. Dazu ist die Zuweisung von Rollen und Zuständigkeiten essenziell, welche da- bei unterstützen sollen die BIM-Ziele einzuhalten. [BMB13, s.30f.]
Jede Rolle in der Arbeitsgruppe verfolgt dabei eine technische oder organisatorische Verant- wortlichkeit innerhalb eines Projektes und muss je nach Leistungsbild von einer unterschiedlich qualifizierten Person belegt sein. Die Aufgaben können dabei unter mehreren Involvierten ge- teilt werden, oder aber es werden mehrere Positionen von einem Beteiligten übernommen. Die Hierarchie ist stets projektspezifisch und kann von der in Abbildung 10 nachfolgend dargestell- ten abweichen. Gründe für die Abweichung können etwa andere Erfahrungen im BIM-Prozess sein, sowie organisatorische Rahmenbedingungen, die Projektgröße oder der Projektstand.
[BMB13, s.30f.][PIL17, S. 169 ff.][VDI20a, s.4ff]
Abbildung 10: Organigramm in Anlehnung an [DRE16]
Von der VDI 2552 – Blatt 7 wird in die vier Rollen des BIM-Managements, BIM-Koordinators, BIM-Autors und BIM-Nutzers unterschieden. Diese Personen oder Personengruppen erfüllen die nachfolgend beschriebenen Funktionen. [VDI20a, s. 8f]
BIM-Manager (Informationsmanager)
In das Aufgabenfeld der BIM-Manager, auch Informationsmanager genannt, fallen Absprachen mit dem Bauherrn und folglich die Definition von BIM-Zielen und -Anwendungen. BIM-Manager sind Bestandteil des Projektsteuerungsteams und verantworten organisatorische Management- aufgaben zur Definition, Umsetzung, Einhaltung und Archivierung der BIM -Prozesse und dienen dem Bauherrn als Ansprechpartner. BIM-Manager sind außerdem für die Verknüpfung der Fach- modelle in der Datenaustauschplattform (CDE) verantwortlich. [VDI20a, s.12ff.] [BMB13, s.30f.]
BIM-Koordinator (Informationskoordinator)
BIM-Koordinatoren sind für die operative Umsetzung der BIM-Ziele verantwortlich, damit diese zum vertraglich festgehaltenen Zeitpunkt im geforderten Detaillierungsgrad vorliegen. In jedem Fachplanungsbereich ist ein BIM-Koordinator vorhanden, bei Großprojekten ist in der Regel zu- sätzlich ein fachübergreifender BIM-Gesamtkoordinator erforderlich. Der BIM-Koordinator fun- giert dabei als Schnittstelle zwischen den technischen Gegebenheiten und den Vorgaben der Projektplanung. Dabei übernimmt er keine Planungsleistungen, sondern stellt die Erfüllung nor- mativer und rechtlicher Anforderungen sicher, welche der Datensicherheit und -qualität dienen, beispielsweise überprüft er Modellobjekte auf unerlaubte Elementtypen oder fehlende Informa- tionen. [VDI20a, s.12ff.] [PIL17, s.169ff.]
BIM-Autor (Informationsautor)
Der Informationsautor, welcher in der Literatur auch als BIM-Konstrukteur bezeichnet wird, trägt Verantwortung zur Anfertigung der Teilmodelle seines entsprechenden Fachbereichs in der BIM-Software. Dabei konstruiert er sein Fachmodell nach den vertraglich vereinbarten Qualitä- ten und unter Berücksichtigung von BIM-Standards. [VDI20a, s.12ff.] [PIL17, S.169ff.]
BIM-Nutzer (Informationsnutzer)
Der BIM-Nutzer beschreibt alle weiteren prozessbeteiligten Personen, wie etwa Bauherrnver- treter oder Brandschutzgutachter, welche das Informationsmodell nicht bearbeiten, sondern es ausschließlich zur Informationsgewinnung nutzen. Dabei wird den Nutzern in der Regel ein ent- sprechendes Teilmodell zur Verfügung gestellt, mit welchem sie einen übersichtlichen Einblick in den relevanten Aufgabenbereich erhalten. [VDI20a, s.12ff.] [PIL17, S.169ff.]
Die beschriebenen Interaktionen zwischen den tragenden Rollen ist schematisch in der folgen- den Abbildung 11, welche aus VDI 2552, Blatt 7 entnommen ist, dargestellt:
Abbildung 11: Schematische Darstellung der Interaktion zwischen den beschriebenen Rollen [VDI20a, s.14]
Vertragliche Rahmenbedingungen und erforderliche Festlegungen
Bei der Anwendung von little-BIM als Insellösung werden keine Vertragsanpassungen diskutiert, da die Leistungsbilder der HOAI methodenneutral formuliert sind. Es ist egal, ob die Planung mit Zeichenstift, 2D-Werkzeugen oder mit BIM-Tools durchgeführt wurde – die HOAI erfasst die Ar- beit mit unterschiedlichen Planungswerkzeugen. Dabei sind nur Ergänzungen im technischen Anhang, welche die Abgabeformate und Dokumentationsformen regeln, üblich. [NEVo .J.]
[BMV16, s.16ff.]
Um das Potential von big-BIM entlang der Wertschöpfungskette im gesamten Lebenszyklus zu erschließen, sind neue Vertragskonstellationen zwischen Auftraggeber, Architekten, Ingenieu- ren und Fachplanern sowie ausführenden Firmen anzustreben. Erklärtes Ziel ist die Überwindung isoliert arbeitender Fachdisziplinen hin zu einem Planungsteam, bei Wahrung der jeweiligen Kompetenz- und Verantwortungsbereiche. [BMV16, s.16 ff.]
Abbildung 12: traditionelle (links) und kollaborative (rechts) Vertragsgestaltung [CLAo.J.]
Im Ergebnis muss mittels getrennter Verträge, mit denen gemeinschaftlich ein virtuelles Gebäu- demodell entstehen soll, die Planungsleistung der Planungsbeteil igten voneinander separiert werden. Dabei ist wichtig zu erkennen, dass das Wesen von BIM idealerweise in einheitlichen Verträgen umgesetzt wird. Darin kann das geschuldete Leistungssoll mit einer BIM-Leistungsbe- schreibung vereinbart werden. [BMV16, s.20f.]
Im folgenden Kapitel werden die wichtigsten Elemente der Vertragsgestaltung erläutert.
Leistungsbeschreibende Aspekte
Trotz fehlender Anpassung der aktuellen HOAI an die BIM-Planung durch Leistungsverschiebun- gen und geänderte Leistungsbilder (siehe Kapitel 2.3.2) wird vom Bundesministerium für Ver- kehr und digitale Infrastruktur empfohlen, die vertraglich geregelten Leistungen nach HOAI fest- zulegen. Neben den dort definierten Leistungsbildern, welche sich in Grundleistungen und be- sondere Leistungen kategorisieren, müssen weitere BIM-spezifische Teilaufgaben vertraglich fi- xiert werden. Mögliche solcher Leistungen sind nachfolgend beschrieben [BMV20a, s. 10ff]
BIM-Gesamtkoordination
Der durch die neuen, digitalen Möglichkeiten der Planungskontrolle spezifische Mehraufwand tritt im konventionellen Planungsprozess so nicht auf und wird in der HOAI nicht berücksichtigt.
Der gestiegene Aufwand für die Planungskontrolle ist auf einen nicht immer reibungslos funkti- onierenden Datenaustausch sowie den erhöhten Mängelmanagementbedarf in frühen Lei s- tungsphasen zurückzuführen. Dabei ist die nach HOAI geschuldete Koordination und Integration von den nicht nach HOAI geschuldeten Projektmanagementtätigkeiten nur schwer abzugrenzen.
Spätestens wenn Anforderungen an hinterlegte Attribute in den Planmodell en bestehen, ist diese Grenze in jedem Fall überschritten. [BMV20a, s.10ff]
Vereinbarung besonderer BIM-Anwendungsfälle
Die Möglichkeit modellbasierter Berechnungen, Analysen und Betrachtungen ergibt sich durch den Einsatz von BIM. Derartige BIM-Anwendungsfälle können erhebliche Mehrwerte für Pro- jekte bieten, sind allerdings nicht Teil der Grundleistungen nach HOAI [BMV20a, s.14f.]
Nachfolgend sind einige beispielhafte BIM-Anwendungsfälle genannt, welche zum Teil mit ent- sprechendem Mehraufwand gegenüber der HOAI einhergehen, bedingt durch erforderliche Zu- ordnung von Attributen im Gebäudemodell und wegen erforderlicher Arbeitsprozesse.
Abbildung 13: Beispielhafte Aufführung von BIM-Zielen in der Planung, Ausschreibung und Bauausführung [WIM20, s.30]
Aus den geforderten BIM-Anwendungsfällen definieren sich neben erforderlichen Anwendungs- prozessen auch Anforderungen an die modellbasierten Lieferleistungen der Auftragnehmer. Das BMVI empfiehlt die genaue Beschaffenheit dieser Daten in Form von Auftraggeber -Informations- Anforderungen (AIA) als gesonderte Anlage den Verträgen beizufügen. [BMVI20 a, s. 14ff.]
BIM Management
Es besteht ein weiter Beratungsbedarf der Auftraggeber bei der Erstellung von BIM-Vergabeun- terlagen. Darüber hinaus ist die Einhaltung der vorgegebenen BIM -Prozesse fachkundig zu steu- ern und zu überwachen. [BMV20a, s. 13f.]
Erstellung, Abstimmung und kontinuierliche Fortschreibung des BIM-Abwicklungsplans Es etabliert sich als eine übliche Vorgehensweise in BIM-Projekten, dass Detailfestlegungen zur modellbasierten Arbeitsweise in einem BIM-Abwicklungsplan dokumentiert werden. Vertraglich ist zu regeln, wer den BIM-Abwicklungsplan aufsetzt, wer ihn fortschreibt und inwiefern die üb- rigen Projektbeteiligten an der Fortschreibung mitzuwirken haben. (genauere Infos zum BIM - Abwicklungsplan folgen in Kapitel 2.4.3.4) [BMV20a, s.13f.]
Rechtliche Aspekte
Wie zu Beginn des Kapitels 2.4.3 bereits angeschnitten, stellen sich durch die konsequente Um- stellung der Planungsprozesse auf BIM auch haftungsrechtliche Fragen. Da es sich dabei um ein äußerst umfangreiches und komplexes Thema handelt, werden in diesem Abschnitt nur die gröbsten Punkte angeschnitten. Für detaillierte Informationen und Antworte n auf konkrete Fra- gestellungen ist durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) im Jahre 2020 das Dokument „Umsetzung des Stufenplans Digitales Bauen, AP 3.1 – Klärung von Rechtsfragen“ erschienen, welches eine Hilfestellung bei Rechtsfragen sowie der Vertragsgestal- tung in juristischer Hinsicht liefern soll.
Diese rechtlichen Aspekte lassen sich untergliedern in Fragen hinsichtlich des geistigen Eigen- tums bei integraler Planung an einem Gebäudemodell. Hierbei sind insbesondere die urheber- rechtlichen Aspekte sowie der Datenschutz hervorzuheben. [BMV20b, s.3ff.]
Andrerseits stellen sich bei der Anwendung von BIM juristische Fragen zu den BIM-Leistungen, da abhängig vom Anwendungsfall neben der Baubarkeit und Funktionalität des Gebäudes auch die vertraglich vereinbarte Beschaffenheit des Gebäudedatenmodells einen funktionellen Man- gel darstellen kann. Umso wichtiger ist es, die Rahmenbedingungen durch die Definition von Auftraggeber-Informations-Anforderungen (AIA) und BIM-Abwicklungsplänen (BAP) abzuste- cken. Diese werden ab Kapitel 2.4.3.3 näher beleuchtet. [BMV20b, s.34]
Trotz oder gerade wegen des veränderten und höheren Anspruchs an die Planun g werden Pla- nungsergebnisse verbessert bzw. Nachbesserungen bereits in einem Stadium vorgenommen, in dem der dazu erforderliche Aufwand noch wesentlich geringer ist. Haftungsrisiken und Haf- tungsfälle werden dadurch reduziert. [BMV20b, s. 24f.]
Vom BMVI wird empfohlen, genannte juristische und BIM-spezifische leistungsbeschreibende Vertragsbestimmungen vertraglich in einem eigenständigen Abschnitt „Besondere Vertragsbe- stimmungen BIM“ (BIM-BVB) festzuhalten. Vom BMVI ist ein Muster solcher BIM-BVB herausge- geben worden, welches als allgemeine Geschäftsbedingung herangezogen werden kann. Dieses Dokument bezieht sich jedoch ausschließlich auf Leistungen im Straßen - und Brückenbau.
[BMV19b s. 3ff.]
Auftraggeber-Informations-Anforderungen (AIA)
Die AIA beschreiben die Anforderungen des Auftraggebers an die Informationslieferungen des Auftragnehmers zur Erreichung der definierten BIM-Ziele und -Anwendungsfälle. Dazu gehört, dass die Informationen zum festgelegten Zeitpunkt in der geforderten Detailtiefe, Struktur und Aktualität sowie dem geforderten Format zur gemeinschaftlichen Nutzung vorliegen. Es ist nicht zielführend mehr Informationen anzufordern, als für die jeweiligen projektbezogenen Handlun- gen tatsächlich erfordert werden. AIA dienen weiterhin de n Auftragnehmern dazu, den Aufwand der Daten- und Informationserstellung und -verwaltung im Rahmen der Angebotslegung ange- messen kalkulieren und einplanen zu können. [VDI21, s. 4ff.]
Dazu sind auftraggeberseitig neben den Forderungen an das Gebäudemodell auch die Verwen- dungsabsichten, Projektziele und terminliche Rahmenbedingungen zu nennen sowie alle Pro- jektgegebenheiten und -anforderungen gemäß Kapitel 2.2 und ggf. weitere Informationen, wel- che einen Einfluss auf die Bearbeitung haben. [VDI21, s.4f.]
Kommunikations- und Koordinationsprozesse sowie die Rollenverteilung müssen darin beschrie-
Um die gemeinschaftliche Projektarbeit zu erreichen, ist vorausgesetzt, dass in den AIA die tech- nische Implementierung beschrieben wird, also eine Vorgabe der Nutzung einer Datenaus- tauschplattform sowie der dafür erforderlichen Datenformate. [VDI21, s.6f.]
Die Erstellung der AIA erfolgt anhand von Checklisten, die nach Leistungsphasen unterteilt sind und ggf. unternehmensspezifisch angepasst werden müssen. Zu Beginn der Erstellung von AIA werden die wichtigsten Meilensteine in den Leistungsphasen des Projektes erfasst und daraus analysiert, welche der o.g. Informationsanforderungen in welcher Qualität zu welchem Zeit- punkt bereitstehen müssen. [VDI21, s. 10f.] [BMV19]
Ein entsprechender Leitfaden zur Erstellung von AIA, einschließlich eines Musters, wurde vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) 2019 veröffentlicht. [BMV19]
Weitere Vorgaben und Empfehlungen finden sich in der VDI 25552 – Blatt 10.
BIM-Abwicklungsplan (BAP)
Der BAP beschreibt aus Sicht der Planungsbeteiligten, welche konkreten Umsetzungsschritte einzuplanen sind, um den Vorgaben des Auftraggebers, wie in den AIA festgehalten, zu entspre- chen. Der von den Planern nach Vertragsabschluss zu spezifizierende BAP enthält die konkreten Schritte, wie die vom Auftraggeber vorgegebenen Anwendungsfälle umgesetzt werden sollen und wie die Zusammenarbeit zwischen den Planungsbeteiligten geschieht. Denkbar ist auch, dass der Auftraggeber die Prozesse der digitalen Zusammenarbeit in der aus seiner Sicht erfor- derlichen Tiefe vor Vergabe abschließend beschreibt und in einem BAP dokumentiert, welcher den Vergabeunterlagen als Vertragsbestandteil beigefügt wird. Zunehmend setzt sich allerdings die folgende Mischform durch: Bieter werden dazu aufgefordert, einen „vorläufigen BIM-Ab- wicklungsplan (Vor-BAP)“ als Grobkonzept bereits im Vergabeverfahren einzureichen. Um ver- gleichbare Vergabeergebnisse zu erzielen, fügen hierbei die Auftraggeber den Vergabeunterla- gen ein Muster für den zu erstellenden vorläufigen BAP bei. Der Vor-BAP wird nach Vergabe durch die Planungsbeteiligten weiter detailliert zu einem BAP. Die vier möglichen Vergabestra- tegien hinsichtlich der AIA und des BAP sind in Abbildung 14 dargestellt. [BMV19a, s.5f.]
[BMV20a, s.14f.]
Abbildung 14: Vier mögliche Vergabestrategien AIA/BAP [BMV20a, s. 15]
Im Hinblick auf die Besonderheiten der jeweiligen Auftraggeber-Struktur und Projektanforde- rungen müssen AIA und BAP jeweils projektspezifisch erstellt werden, wobei der Erstellungsauf- wand durch Nutzung einer entsprechenden Vorlage deutlich minimiert werden kann. Bei der Erstellung ist es zu empfehlen, die Struktur des BAP an die entsprechenden AIA anzugleichen, um einen Abgleich zwischen Anforderungen und konkreter Umsetzungsplanung herstellen zu können. Der BAP hat unter anderem auch zu beschreiben, wie und in welchem Umfang der Aus- tausch zwischen den unterschiedlichen Fachplanern geschieht. Diese Vereinbarungen zwischen den Auftragnehmern und dem Auftraggeber sollen während des gesamten Projektablaufes fort- geschrieben werden, auch um auf neue Erfahrungen, Erkenntnisse und technologische Neuer- scheinungen eingehen zu können. [BMV19a, s.5ff] [VDI21, s.12f.]
Ein entsprechender Leitfaden zur Erstellung eines BAP, einschließlich eines Musters , wurde vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) 2019 veröffentlicht. [BMV19a]
Weitere Vorgaben und Empfehlungen finden sich in der VDI 25552 – Blatt 10.
Zusammenfassung
Unter Beachtung aller projektspezifischen und auftraggeberseitigen Anforderungen beinhaltet ein BIM-basierter Planungsvertrag die in Abbildung 15 dargestellten Elemente:
Abbildung 15: Beispiel eines Planungsvertrages für ein Projekt mit Einzelvergabe. [BMV19b, s.8]
Das IFC-Format
Zum Austausch der BIM-Modelle ist ein einheitlicher Datenstandard essenziell. Nur mittels kom- patibler Daten lassen sich die Teilmodelle der Fachplaner zu einem Gesamtmodell verschmelzen und aus dem Gesamtmodell heraus auch einzeln betrachten. Es stellt somit eine der Grundvo- raussetzungen für die Umsetzung von big open BIM dar.
Als grundlegendes Datenmodell in diesem Kontext hat sich das IFC -Format etabliert, es ermög- licht, wie in Abbildung 16 dargestellt, die Vereinigung der Modelle aller Fachdisziplinen und ist in der ISO16739 normativ verankert. [WIM20, s.18f.]
Abbildung 16: Veranschaulichung des Sachverhalts der Modellbildung [WIM20, s.18]
Historie
Industry Foundation Classes (IFC) stellen einen herstellerunabhängi gen, umfassenden Daten- standard zum Austausch von objektorientierten Projekt- und Gebäudeinformationen dar.
Die Entwicklung von IFC begann 1995 mit der Gründung der Industrieallianz für Inoperabilität (IAI), welche seit 2005 unter dem Namen buildingSMART International (bSI) bekannt ist. Die IFC- Version 1.0 wurde 1997 veröffentlicht, mit dem Ziel, unterschiedliche CAD-Tools über deren proprietäre Grenzen hinaus miteinander zu verknüpfen. Wirkliche Anwendung in der Praxis fand jedoch erst mit der Version IFC2x3 statt, welche 2006 veröffentlicht wurde. Das IFC-Datenmodell wurde fortan kontinuierlich weiterentwickelt, aktuell befindet sich das dritte Addendum der Version IFC4 sowie IFC5 in Entwicklung. [WIM20, s.30f.] [HAU16, s.98f.]
Abbildung 17: IFC Versionsverlauf [WIM20, s.19]
Durch den Übertrag der ISO 16739 in eine DIN-Norm ist eine vertragsrechtliche Grundlage für die Forderung nach IFC-Datenmodellen in Bauprojekten geschaffen worden. Die Standardisie- rung ist in der Baubranche von großer Relevanz, da aufgrund der Langlebigkeit von Bauprojekten eine Rückwärtskompatibilität gegeben sein muss, sodass ältere Versionen auch in Zukunft noch lesbar sind und so ein Zugang der Modelle über den gesamten Lebenszyklus garantiert ist.
[WIM20, s.32]
Das IFC-Schema
Das IFC-Schema wird mithilfe von STEP (Standard for the Exchange of Product Model) in einer Textdatei abgebildet. STEP ist ein unter ISO 10303-21 genormter, internationaler Standard. Die STEP-Datei stellt dabei lediglich eine lose Verknüpfung von Daten dar. Um den Daten einen Kon- text zu geben, muss eine übergeordnete Meta-Sprache verwendet werden. Im Fall von IFC ba- siert der Informationsgehalt der Datei auf der Modellierungssprache EXPRESS, welche die Struk- tur und die Elementtypen in IFC vorgibt. [BOR15, s.84ff.] [WIM20, s.18ff.] [LUU18, s. 12ff.]
In IFC Dateien werden aktuell mehr als 700 Entitäten (Entity) definiert, welche mit alphanume- rischen Parametern und einer Geometrie versehen werden können. Diese Entitäten werden durch Funktionen (Function), Regeln (Rule), Attribute (Attribute) sowie Relationen (Relation) konkretisiert und erweitert. Attribute sind Eigenschaften, welche obligatorische objektspezifi- sche Bestandteile darstellen. PropertySets, welche zu den Funktionen zählen, erlauben individu- alisierte semantische Erweiterungen über die Attribute hinaus. [WIM20, s.19f.] [BOR15, s.84ff.]
[GBXo.J.]
Das IFC-Modell wird in verschiedene hierarchische Ebenen (Layer) unterteilt. Dabei wird gemäß Abbildung 18 zwischen folgenden Ebenen unterschieden:
Abbildung 18: Hierarchie der Layer einer IFC-Datei [BSIo.J.a]
Referenzbeziehungen zwischen den Ebenen sind streng hierarchisch. Das heißt ein Objekt kann nur Objekte referenzieren, die sich in gleicher oder niedrigerer Ebene befinden. Aus dieser Strukturierung resultiert eine detaillierte, inhärente Klassifikation.
Die oberste Ebene bildet der Domain Layer. Darin wird in die einzelnen Fachdisziplinen des Bauwesens strukturiert. Diese Definitionsbereiche bilden jeweils eigene Teilmodelle in IFC ab, Beispiele sind die technische Gebäudeausrüstung (IfcHvacDomain) oder die Architektur (IfcAr- chitectureDomain). Alle gewerkspezifischen Entitäten und Objekte sind in diesem Layer enthal- ten. Beispielsweise ist eine Kältemaschine (IfcChiller), welche zur IfcHvacDomain zählt, im Do- main Layer enthalten.
Darunter befindet sich der Interoperability Layer, welcher grundlegende, gewerkübergreifende Entitäten definiert. Beispiele für Entitäten des Interoperability Layers sind Säulen (IfcBeam) oder Wände (IfcWall).
Im Core Layer wird die allgemeine Struktur des Datenmodells definiert. Er beinhaltet allgemein- gültige Relationen und Attribute, wie Gruppierungen (IfcZone), Beziehungen (IfcRelationship) etc.
In der untersten Ebene, dem sogenannten Resource Layer, sind allgemeine Entitäten wie Geo- metrien (IfcGeometryResource), Stoffe (IfcMaterialResource), Kosten (IfcCostResource) oder Mengen (IfcQuantityResource) beschrieben. Die Entitäten dieser Ebene besitzen keine eigenen Identifikationsnummern (GUID) und dürfen nicht alleinstehend verwendet werden.
[BSIo.J.a] [WIM20, s.23f.] [BOR15, s.85ff.] [YLU18, s.19ff.]
Nachfolgende Abbildung 19 zeigt beispielsweise die Definition der Entität IfcObject. Die einzel- nen Elemente des Datenschemas, mit denen die Entität definiert wird, sind hervorgehoben. En- titäten besitzen Beziehungen untereinander, welche durch deren Attribute definiert werden. Im gezeigten Beispiel ist das IfcObject beispielsweise mit dem inversen Attribut IsTypedBy verse- hen, wodurch der Entität ein bestimmter Objekttyp zugeordnet werden kann . [WIM20, s.31ff.]
Abbildung 19: Definition von IfcObject gemäß InheritanceGraph [WIM20, s.21]
Aufbau von IFC Dateien
Die IFC-Datei ist in zwei Abschnitte unterteilt, einen HEADER- und einen DATA-Abschnitt. Im ersten Abschnitt (HEADER) stehen allgemeine Informationen zum IFC-Modell, etwa die Version der Datei, der Dateiname, Datum und Zeit, Ersteller, sowie die verwendete Software. Außerdem gibt er Aufschluss über die Untermenge des IFC-Datenmodells (Model View Definition), mit wel- cher die IFC-Datei instanziiert wurde. (siehe nachfolgender Abschnitt). [BIMo.J.] [WIM20, s.21f.]
Im darauffolgenden DATA-Abschnitt sind die eigentlichen Informationen der Datei enthalten, welche sich aus den Entitäten zusammensetzen, welche untereinander verknüpft sind. Im fol- genden Beispiel ist eine semantische Typisierung eines Heizkessels dargestellt.
Abbildung 20: Ausschnitt einer IFC-Datei [WIM20, s.21]
Verknüpfungen der Entitäten werden, wie auch im oberen Beispiel zu sehen, nicht über direkte Assoziationen gebildet, sondern über dazwischengeschaltete Entitäten (hier IfcRelDefines- ByType). [BSIo.J.] [WIM20, s.20ff.]
Der Aufbau aller Entitäten hinsichtlich Struktur und Syntax kann auf der Webseite von buildingS- MART International nachgeschlagen werden. Eine beispielhafte Struktur ist in Abbildung 21 dar- gestellt, dabei sind die dunkel markierten Felder Attribute und ausgegraute Felder stellen zu- sätzliche, invers referenzierte Attribute dar. Die violette Farbe im ObjectType bedeutet, dass dieses Feld freigelassen werden muss, wenn im IfcTypeObject ein Typ zugewiesen wird. [BSIo.J.]
Abbildung 21: Verknüpfung von Entitäten und beispielhafter Aufbau dieser. [BSIo.J.]
Die zweite Spalte innerhalb der Entitäten in Abbildung 21 stellt die Kardinalität der Attribute dar. Die Kardinalitäten sind entweder durch exakte Werte (bspw. [1:1]) oder durch einen Wer- tebereich angegeben ([min:max], bspw. [0:?]). Für die Attribute werden ebenfalls Aggregations- Datentypen festgelegt, erlaubte Aggregationen sind: Array (A)– eine Sammlung von Dingen fes- ter Größe mit Ordnung; Bag (B) – eine Sammlung von Dingen ohne Ordnung und mit erlaubter Duplikation; List (L) – eine Sammlung von Dingen mit Ordnung ohne Duplikation und Set (S) – eine Sammlung von Dingen ohne Ordnung und ohne Duplikation. [LIE97, s.63 ff] [Wim20, s.21]
