Digitalisierung für optimierte Prozesse im Tief- und Straßenbau

Was BIM-Planungssoftware und Steuerungssysteme leisten

Digitalisierung in der Baubranche ist untrennbar mit dem Begriff BIM verbunden: Building Information Modeling. Die übergreifende dreidimensionale Planungstechnologie ermöglicht es, alle Phasen und Aspekte eines Projekts digital auf einer Plattform abzubilden und von mehreren Teams bearbeiten zu lassen: von der Planung über die Ausführung und Dokumentation bis hin zum Betrieb.

Nicht nur just in time

Für den Tief- und Straßenbau bedeutet BIM vor allem eine Optimierung der Prozesskette. Kalkulation, Arbeitsvorbereitung, Bauausführung, Abrechnung und Dokumentation lassen sich optimal verzahnen. Das ist gerade beim Justin-time-Prinzip hilfreich, wenn Materialien und Geräte durch die Vernetzung in Echtzeit genau zur richtigen Bauphase am Einsatzort verfügbar sein sollen. Auf Ausfälle und Verzögerungen kann so zeitnah reagiert werden. Hier ist auch die mit dem BIM-Modell verknüpfte GPS-Ortung von Fuhrpark und Maschinen hilfreich. Mit Apps und Cloud-Diensten ist die mobile Projektbetreuung durch die Bauleiter vor Ort möglich.

Modellierungsprozess

Bei BIM ist häufig von 5-D-Modellen die Rede. Das ergibt sich durch die verschiedenen Phasen der Modellerstellung und den jeweils dabei eingegebenen Daten:

• Zuerst wird ein 3-D-Gesamtmodell erstellt, in das alle relevanten Datensätze einlaufen.
• Dieses 3-D-Gesamtmodell wird dann mit den Bauzeiten verknüpft. Daraus ergibt sich der Bauablauf, also die vierte Ebene (4-D).
• Mengen- und Kostenermittlung aus dem Gesamtmodell stellen die fünfte Ebene dar (5-D). Auf dieses Modell samt Daten können dann alle Projektbeteiligten zugreifen sowie Änderungen und Anmerkungen machen, die dann wiederum in Echtzeit den anderen Beteiligten zur Verfügung stehen.

Die Vorteile

Gegenüber den gängigen Methoden bietet BIM eine Reihe von Vorteilen:

• Organisation, Kommunikation und Schnittstellenkoordination werden durch eine einheitliche Bearbeitung in einem Modell verbessert.
• Dadurch ergeben sich höhere Termin- und Kostensicherheit, da exakter kalkuliert, gezielter bestellt und genauer abgerechnet werden kann.
• Die in einem Modell hinterlegten Daten erhöhen die Transparenz und verbessern das Risikomanagement.
• Die flexiblen Visualisierungen in dem Modell bieten eine bessere Qualität der Projektinformation.

Die Nachteile

Doch es gibt nicht nur Vorteile. So führt ein Gutachten zur BIM-Umsetzung des Forschungsprogramms „Zukunft Bau“ des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung neben vielen positiven Erkenntnissen auch eine Reihe von Nachteilen auf. So erfordert BIM:

• einen höheren Planungsaufwand, vor allem in frühen Projektphasen;
• Schulungsaufwand bei allen Beteiligten;
• die Anschaffung neuer EDV-Lösungen;
• zusätzliche Managementkapazität, um die Überwachung des ordnungsgemäßen Funktionierens des Datenmodells und der ordnungsgemäßen Mitwirkung aller Beteiligten bei der Umsetzung der BIM-Methode sicherzustellen; volle Transparenz, wenn Planungsentscheidungen nicht oder zu spät getroffen werden;
• Anpassungsprozesse für Planungsbeteiligte und mögliche Änderung von Wettbewerbsstrukturen.

Problematisch seien auch technisch noch nicht abschließend ausgereifte Anwendungsprogramme und Fehlen von Marktstandards. Besonders der hohe Planungsaufwand in frühen Projektphasen wird von Planern kritisch gesehen. Der Aufbau und die Pflege eines BIM-Datenmodells sind erheblich aufwendiger als bei der zeichnungsorientierten Planung. Der Planer investiert viel Zeit in das 3-DModell, ohne daraus unmittelbar einen Nutzen zu ziehen oder eine Vergütung zu bekommen. Dieser Mehraufwand wird im Idealfall jedoch später ausgeglichen, da nachfolgende Prozesse davon profitieren.

Baugewerbe kaum aktiv in der Digitalisierung

Deutsche Mittelständler im Baugewerbe nutzen die Digitalisierung kaum. Von den KMU in Deutschland, die in den zurückliegenden drei Jahren (2014–2016) erfolgreich Digitalisierungsprojekte abgeschlossen hatten, kamen nur 13 % aus dem Baugewerbe. Besserung schafft möglicherweise das neue „Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Planen und Bauen“, das Betriebe bei Projektentwicklung, Planen und Bauen sowie Betrieb unterstützen will. Unterstützung und Know-how bei der Nutzung von BIM bietet auch die Initiative buildingSMART.

Beispiele aus der Praxis

Einige Anbieter haben spezielle Programme für BIM-Anwendungen im Tief- und Straßenbau entwickelt, wie zum Beispiel BPO Asphalt von Volz Consulting. Es wurde speziell für den Asphaltstraßenbau konzipiert. Mit dem Programm lassen sich die nötigen Einbauparameter sowie minutengenaue Zielvorgaben berechnen und der gesamte Bauablauf wird getaktet. Das Ergebnis ist ein minutengenauer Soll-Bauablauf nach dem Just-in-time-Prinzip. Die Ergebnisse werden in einem Taktdiagramm oder einer Simulation für alle Verantwortlichen übersichtlich dargestellt. Alle Planungsunterlagen werden automatisch erzeugt, das Programm reagiert flexibel auf Änderungen und vernetzt in Echtzeit die Mischanlage mit den Lkws und der Baustelle. Die Bedienung ist ortsunabhängig per Notebook, Tablet oder Smartphone möglich. MOBA hat auch die BIM-fähige 3-DBaggersteuerung Xsite PRO im Programm: Die von Architekten entworfenen Umsetzungsmodelle des Projekts werden zunächst in die Projektdatenbank transferiert, in der die Modelle geprüft werden können. Anschließend werden die Informationen an einen BIM-Cloud-Service übertragen, der die Modelle automatisch in Echtzeit mit der Xsite PRO 3-D-Steuerung synchronisiert. Die Steuerung erfasst die Position des Löffels und bildet diese auf dem Display ab. Damit kann der Maschinenführer exakt arbeiten und die Planvorgaben direkt umsetzen. Die Software BRZ-BIM-Tiefbau ermöglicht modellbasierend eine Prozessoptimierung über alle Phasen im Tiefbauprojekt. Dabei steht vor allem die Mengenermittlung im Fokus, aber auch Kalkulation, Angebotserstellung, Arbeitsvorbereitung, Projektcontrolling und Abrechnung werden in einem einzigen 5-D-Datenmodell abgebildet und gesteuert. Das System ist für den Einsatz im Tiefbau gedacht und ermöglicht die einfache und schnelle regelbasierte Erstellung von 3-D-Volumenkörpern. Grundlage sind vom Auftraggeber zur Verfügung gestellte Daten.