BIM auf der Baustelle: Vorteile und Hürden

Building Information Modeling ist auf der Baustelle häufig noch ein Fremdwort. Dabei unterstützt BIM auch die Bauausführung in vielen Bereichen: Massen, Mengen und Kosten lassen sich beispielsweise für Kalkulationen und Angebote oder für die Bestellung aus dem BIM-Modell ­ermitteln. BIM-Bauteile können maschinell produziert, Bau­abläufe simuliert und optimiert sowie Baufortschritte einfacher dokumentiert werden. Auf der Baustelle können mit BIM-Daten Markierungspunkte projiziert oder Maschinen gesteuert werden und vieles anderes mehr.

Wird das dreidimensionale BIM-Modell um die vierte Dimension Zeit erweitert (4D BIM), kann der Bauablauf visualisiert werden. So werden zeitliche oder räumliche Kollisionen schon am Bildschirm erkannt. Um Vorgänge und Abläufe über einen bestimmten Projektzeitraum visuell darstellen zu können, müssen BIM-Modellelemente mit Bauzeitenplänen verknüpft und Reihenfolgebedingungen für die Bauausführung definiert werden. Durch sukzessives Einblenden von Bauteilen oder Bauteilgruppen werden Bau- und Montage­abläufe als kurze Videosequenzen dargestellt, womit auch gewerkübergreifende Konflikte erkannt und Prozesse optimiert werden können. 
Die 5D-Simulation berücksichtigt zusätzlich zum Faktor Zeit auch Ressourcen und Kosten und verknüpft Geometriedaten auch mit den erforderlichen Ressourcen wie Baumaterialien, Maschinen, Fahrzeugen oder Personal. Logistische Prozesse können so besser geplant und gesteuert werden. Insbesondere bei komplexen innerstädtischen Bauvorhaben lassen sich per 5D-­Simulation Transport-, Bau- und Montage­prozesse im Vorfeld optimieren. 

Eine modellbasierte Baufortschrittskontrolle macht die Überwachung von Terminen und Kosten komfortabler, weil diese mit dem BIM-Modell verknüpft und Abweichungen unmittelbar visualisiert und ausgewertet werden können. Werden Abweichungen und Fehler digital erfasst, kann man sie im Modell qualifizieren, quantifizieren, Folgen abschätzen und Gegenmaßnahmen einleiten. Wird der Baufortschritt regelmäßig erfasst (Ist-Zustand), mit dem BIM-Ausführungsmodell (Soll-Zustand) abgeglichen und auf einem Cloud-­Server abgelegt, können Projektmanager Baustellen besser kontrollieren und steuern oder Ausführende die nächsten Schritte besser vorbereiten. 
Werden auch Planungsänderungen konsequent im BIM-Modell dokumentiert, entsteht aus einem BIM-Ausführungsmodell ein As-built-Modell, das den tatsächlich ausgeführten Zustand ("as built", englisch für "wie gebaut") abbildet und für die spätere Nutzung, für die Wartung und Instandhaltung oder für Umbaumaßnahmen verwendet werden kann. Die Ist-Daten-Erfassung und -Dokumentation ist allerdings aufwendig und setzt technische Hilfsmittel wie mobile Erfassungs-Apps, 3D-Laserscanner, Baustellenkameras oder Drohnen – und zur Bauteilverfolgung gegebenenfalls auch Auto-ID-Systeme wie Barcodes, QR-Codes, RFID-, NFC und BLE-Transponder – voraus. 

Bei der modellbasierten Absteckung werden im BIM-Modell enthaltene Markierungspunkte auf das reale Objekt (Gebäudebestand, Rohbau, Gelände etc.) übertragen. Auf die Baustelle übertragen lassen sich BIM-Markierungsdaten über motorisch gesteuerte elektronische Tachymeter (Totalstationen) oder über tachymetrische Aufmaßsysteme wie Flexijet, Leica 3D Disto, TheoCAD etc. Mithilfe der CAD-Daten­projektion kann man die im BIM-Modell markierten Punkte an das Messgerät übertragen. Die abzusteckenden Punkte werden danach mit einem Laserpunkt auf ­Boden, Wand oder Decke projiziert. Gefälle, Unebenheiten oder ein Versatz in der Ebene werden erkannt und bei der Projektion berücksichtigt. So können etwa Befestigungspunkte zeitsparend und präzis markiert oder direkt gebohrt werden. Auch nachträglich auszuführende Aussparungen, Durchbrüche oder Schlitze werden so exakt auf den Rohbau projiziert.

3D-Geometriedaten werden inzwischen in vielen ­Gewerken für die Produktion von Bauteilen auf computergesteuerten Maschinen (CNC) verwendet, etwa im Holz-, Stahl-/Metall-, Fassaden-, Heizung/Lüftung/Klima- oder Betonfertigteilbau. Schnittstellen zu CNC-Fertigungsprogrammen ermöglichen dabei eine direkte, medienbruchfreie Übergabe der CAD/BIM-Daten an die Fertigung von Bauteilen. 
Mithilfe additiver Druckverfahren wie dem Rapid Prototyping respektive 3D-Druck können außerdem Einzelteile oder Objekte in geringen Stückzahlen gefertigt werden, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren überhaupt nicht oder nicht wirtschaftlich realisierbar wären. 3D-Druckobjekte lassen sich inzwischen mithilfe eigener 3D-Drucker, über 3D-Druckdienstleister oder spezieller, vor Ort montierbarer Portaldrucker direkt auf der Baustelle realisieren. Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig und reichen vom Einzelstück-, Prototypen- oder Ersatzteildruck bis zum 3D-Druck kompletter Bauwerke.

BIM-Planungsdaten können auch für die Maschinensteuerung auf der Baustelle eingesetzt werden, zum Beispiel von mit 3D-Maschinensteuerungssystemen ausgestatteten Baggern. Dabei wird das Gelände­modell über einen Monitor im Führerstand der Baumaschine angezeigt. Darauf sieht der Fahrer kontinuierlich die Position der Maschine im Gelände sowie weitere Gelände- und Positionsdaten. So ist er in der Lage, zentimetergenau zu arbeiten. Ungenaue Schätz­ungen oder zeitaufwendige, manuelle Vermessungsarbeiten und Absteckungen zur Positionierung und der Ermittlung von Soll- und Ist-Maßen werden damit vermieden, Arbeitsabläufe lassen sich optimieren. 
Allerdings können für die Steuerung notwendige Globale Navigationssatellitensysteme (GNSS) nicht in Innenräumen genutzt werden. Hier kommen andere, beispielsweise auf einer Totalstation oder einem 3D-Laserscanner basierende Verfahren zur Positionsbestimmung zum Einsatz. Damit können Bohrroboter Arbeiten auf der Grundlage von BIM-Daten ausführen. Beispiele sind der BauBot von Fischer/Baubot oder der Jaibot von Hilti, die sich in Innenräumen orientieren, Löcher bohren und diese anschließend für Montage- und Installationsarbeiten markieren können. Damit werden Handwerker von körperlich schweren, sich wiederholenden Tätigkeiten entlastet und die Arbeitssicherheit wird verbessert. 

BIM to Field ist besonders bei großen Baufirmen wie Implenia, Max Bögl, Obermeyer, Strabag, Wolff & Müller, Züblin etc. und großen Baustellen schon ­Realität. Praxiserfahrungen zufolge werden damit Fehler minimiert, Produktivitäten und Ausführungsqualitäten gesteigert, Arbeitszeiten und Personal­kosten eingespart. Aber es fehlt häufig noch an direkt nutzbaren BIM-Daten. Diese werden von Planern entweder überhaupt nicht oder nicht in der notwendigen Detaillierung und Qualität zur Verfügung gestellt. Deshalb sollten die Anforderungen an BIM-Ausführungsmodelle im BIM-Abwicklungsplan (BAP) genau beschrieben werden. Die digitale Baustelle hängt nämlich entscheidend von der ­Qualität der zur Ver­fügung gestellten BIM-Ausführungsmodelle ab. 

Diese setzen jedoch Know-how voraus, da bereits bei der Konstruktion des BIM-Modells die bauliche Umsetzung und Montage berücksichtigt werden müssen. Deshalb sollten BIM-Ausführungsmodelle von einem mit der Bauausführung und dem Bau­betrieb vertrauten Mitarbeiter erstellt oder begleitet werden. Last, but not least müssen auf der Baustelle eingesetzte Systeme intuitiv bedienbar, robust und baustellentauglich sein, damit sie in der Praxis auch funktionieren und angenommen werden.