Prozeßstrukturierung 01.11.2018, 00:00 Uhr

Informationsmanagement mit BIM

Neben dem gemeinsamen Datenraum, der Common Data Environment (CDE), beschreibt die DIN EN ISO 19650 Anforderungen an Informationslieferungsprozesse und – für die TGA besonders wichtig – an die Organisation von Daten zu Bauwerken. Der Beitrag setzt die Modellorganisation und Informationslieferung in den Kontext der Gebäudetechnik und verdeutlicht den Paradigmenwechsel der hierfür notwendigen prozessbasierten Herangehensweise. Instrumente für bauherrenseitige Vorgaben und zur Umsetzung der prozessbasierten Arbeit mit BIM sind Auftraggeber-Informationsanforderungen (AIA) und ein BIM-Abwicklungsplan (BAP).

Bild: panthermedia.net/franckito

Bild: panthermedia.net/franckito

Im Zusammenhang mit dem Einsatz von digitalen Bauwerkinformationsmodellen (BIM) stellt die Umsetzung einer teamorientierten und effektiven Projektabwicklung in der Bau- und TGA-Branche ein aktuelles Thema und zugleich eine wichtige Herausforderung dar. In der Praxis zeigt sich, dass in diesem Zusammenhang Bauherrenvorgaben entscheidende Erfolgskriterien sind. Diese Vorgaben erfolgen im Rahmen der Bedarfsplanung zweckmäßig in Form eines Lastenhefts durch die Formulierung von Nutzungsprozessen und die Vorgabe von technischen und baulichen Anforderungen. In Bezug auf BIM erfolgt dies durch Auftraggeber-Informations-Anforderungen (AIA) mit BIM-spezifischen Zielen und Rahmenbedingungen, die auch Teil eines Lastenheftes sein können [1]. Der Beitrag erläutert in diesem Zusammenhang die Relevanz eines auf internationalen und nationalen Standards basierenden Regelwerks zur Umsetzung der BIM-spezifischen Vorgaben, dem BIM-Abwicklungsplan (BAP), und geht auf Grundlage des BIM-Informationsmanagements insbesondere auf die Potenziale einer prozessorientierten Arbeitsweise ein.

Kulturwandel durch BIM-basierte Planungsprozesse

Eine effektive Einführung BIM-basierter Arbeitsprozesse in Ingenieurbüros und Bauunternehmen erfordert ein gesamtheitliches Change-Management, das sich nicht nur auf die Umstellung auf eine BIM-fähige Software und die BIM-Qualifizierung der Mitarbeitenden beschränkt, sondern einen Kulturwandel interner vor allem aber organisationsübergreifender Projektablaufstrukturen nach sich zieht.

Während die Aufbauorganisation eines Bauprojekts je nach Größe und Komplexität variiert und die Zusammenstellung einer Organisationsstruktur sich nach der benötigten Fachexpertise richtet, bleiben einzelne Teilaufgaben, trotz Fertigung des Unikats „Bauwerk“, bei der Durchführung einer (Fach-)Planung je Projektphase meist gleich. Die Zerlegung von Aufgaben in planbare und steuerbare Teilprozesse ist der Kern der Ablauforganisation, die Effizienz bei der Umsetzung von wiederkehrenden Arbeitsabläufen spiegelt maßgeblich die Produktivität und die Wirtschaftlichkeit eines Unternehmens wider [2]. Dies stellt für Planer und ausführende Unternehmen eine hohe Motivation zum Einsatz BIM-basierter Planungsmethoden dar.

Der technische Fortschritt lässt mitunter, nicht nur in der Bauindustrie, den Eindruck erwecken, dass die Digitalisierung oftmals als Selbstzweck für neue Produkte vorgehalten wird. Die Digitalisierung muss jedoch zunächst den Nachweis eines konkreten Mehrwerts erhöhter Produktivität und gesteigerter Wertschöpfung erbringen [3]. Nur so kann das Bewusstsein für globale Konsequenzen einzelner lokaler Handlungen in einer integralen, kooperativen Leistungserbringung gestärkt werden. Auch hängt hiervon die Nachhaltigkeit des Erfolgs ab, der sich bei der Einführung von BIM im eigenen Unternehmen und bei der Zusammenarbeit an einem BIM-Projekt einstellen kann, womit die Voraussetzung für eine flächendeckende Akzeptanz der Technologie in der Branche geschaffen wird.

Regelwerke als Grundlage einer nachhaltigen Produktivitätssteigerung

Die für eine BIM-basierte Bearbeitung notwendigen Informationsprozesse basieren auf konkreten Vereinbarungen zum Gegenstand und Zeitpunkt von Informationslieferungen. Der Liefergegenstand betrifft anwendungsfall- beziehungsweise aufgabenbezogen den Planungsinhalt und dessen Vollständigkeit beziehungsweise Fertigstellungsgrad. Informationen werden auf Basis von vereinbarten Schnittstellen zwischen den beteiligten Akteuren und (BIM-)Prozessen über standardisierte Kommunikationsformen ausgetauscht [4]. Die Ziele, Anforderungen, Methoden und Umsetzungsvereinbarungen der modellbasierten Zusammenarbeit werden durch entsprechende Vereinbarungen und Regelwerke in Form von Daten- und Modellstandards, Auftraggeber-Informationsanforderungen (AIA) und eines BIM-Abwicklungsplans (BAP) beschrieben. Das BIM-Informationsmanagement ist Teil dieses Regelwerks und spielt beim organisationsinternen und organisationsübergreifenden Informationsaustausch eine zentrale Rolle.

Durch die integrale Abstimmung von standardisierten BIM-Prozessen bietet sich im Planungsprozess vor allem für die Gebäudetechnik die Möglichkeit, viel stärker in frühen Projektphasen einzuwirken, einen gewerkeübergreifenden Dialog zu unterstützen, strukturelle Entscheidungen zu beeinflussen und bei den Kooperationspartnern ein erweitertes Verständnis für die Anforderungen der modellbasierten Rechen-, Auslegungs- und Analyseverfahren zu erzielen. Für die Gebäudetechnik ist dies von besonderem Interesse, da sie für die Organisation eines Modells den wichtigsten Strukturgeber in der Planung darstellt. Die vertikale und horizontale Erschließung eines Gebäudes, die Anordnung von Technikzentralen und Versorgungsbereichen und die Verortung von Trassen erfordert einen gewerkeübergreifenden Dialog. BIM-Prozesse sind hierbei eine wichtige Methode, um Abstimmungsprozesse (damit ist keine Reduzierung auf das Kollisionsmanagement gemeint) zu formulieren. Die untenstehende Übersicht zeigt die Abhängigkeiten und Zusammenhänge zwischen auftraggeberseitigen Anforderungen und Vorgaben, dem BIM-Management und dem BIM-Daten- und Informationsmanagement.

Schematisierte Darstellung des Zusammenhangs zwischen BIM-Daten- und Informations-management. Bild: Siwiecki

Schematisierte Darstellung des Zusammenhangs zwischen BIM-Daten- und Informations-management. Bild: Siwiecki

Neue Standards und Normen zum BIM-basierten Datenmanagement und prozessorientierten Informationsaustausch

Die in jüngster Vergangenheit veröffentlichten beziehungsweise aktualisierten Richtlinien und Normen zum Thema BIM-Informationsmanagement verdeutlichen die steigende Relevanz von prozessgestützten Arbeitsabläufen im Zusammenhang mit der Implementierung datenbankgestützter Planungs- und Organisationstools.

DIN EN ISO 19650, im April 2018 als Entwurf erschienen, formuliert in Teil 1 notwendige Rahmenbedingungen und Anforderungen an Informationslieferungsprozesse und die Organisation von Daten zu Bauwerken. Die Norm wird oftmals im Zusammenhang mit den Anforderungen an einen gemeinsamen Datenraum gesehen. Zentraler Bestandteil sind jedoch vielmehr auch die Vorgaben zu strukturgebenden Einheiten, das heißt zur Partitionierung und zur Organisation („Federation strategy and container breakdown structure“) eines BIM-Modells [5]. In Teil 2 wird detailliert auf die notwendigen Informationslieferungen seitens Auftraggeber und Auftragnehmer eingegangen und diese prozessbasiert dargestellt [6].

Das von buildingsmart international entwickelte IDM-Format (Information Delivery Manual) wird in der im Januar 2018 erweiterten DIN EN ISO 29481 beschrieben als Handbuch der Informationslieferungen auf Grundlage des für betriebswirtschaftliche Wertschöpfungs- und Organisationsprozesse etablierten BPMN-Standards (Business Process Manual Notation), das von der Object Management Group (OMG) [7] entwickelt wird. Es erläutert den Umgang mit Prozessdiagrammen zum Informationsaustausch [8].

Die als Entwurf veröffentlichte VDI-Richtlinie 2552 Blatt 5 lehnt sich an der internationalen Normung an und spiegelt das Thema des BIM-basierten Datenmanagements und der Strukturierung von BIM-Daten in Informations-containern auf objektbezogener und funktionaler Ebene wider [9]. Im bisher noch nicht veröffentlichten Blatt 7 der Normenreihe wird das Thema Prozessmodellierung intensiviert und detailliert beschrieben werden.

Modellpartitionierung nach funktionalen und geometrischen Gesichtspunkten [1]. Bild: Siwiecki

Modellpartitionierung nach funktionalen und geometrischen Gesichtspunkten [1]. Bild: Siwiecki

Die Abbildung verdeutlicht die Bedeutung der Modellorganisation aus Sicht der TGA. Bauherrnseitige Vorgaben aus der Bedarfsplanung zu Anforderungen und Nutzungsprozessen werden in einem Raumprogramm verortet und planerisch mit dem übergeordneten Raumbedarf koordiniert. Segment(typen) stellen nach den in VDI 3813/14 formulierten funktionalen Anforderungen der Gebäudeautomation kleinste, nicht mehr teilbare Einheiten eines Raumes dar. Auf Basis dieser strukturellen Festlegungen kann das Modell ausdetailliert und Wiederholfaktoren ausgenutzt werden, womit zudem für die TGA die Voraussetzungen für die Vorfertigung geschaffen werden. Für eine ausführliche Darstellung wird auf das neu erschienene Fachbuch [1] verwiesen.

BIM-Informationslogistik als Qualitätsmanagementsystem

Der Reifegrad von BIM-Softwareprodukten stellt heute aus technischer Sicht bis auf einzelne Detailprobleme kein Hindernis mehr zur Nutzung digitaler Planungsmethoden dar. Bezüglich der Umsetzung einer koordinierten, prozessualen Arbeitsmethodik für den modellbasierten Informationsaustausch auf Grundlage der erwähnten Normen und Regelwerke besteht hingegen noch großer Nachhol- und Entwicklungsbedarf in der Planungspraxis. Dies liegt auch an den aus der Informatik stammenden Ansätzen (Beispiel: Model View Definition), die aus Sicht der Planungspraxis oftmals als deutlich zu kompliziert angesehen werden.

Die Beteiligung an einer prozessorientierten Herangehensweise, wie nachfolgend dargestellt, wird von vielen Planern, die mit BIM beginnen oder erste Erfahrungen in einem BIM-Projekt sammeln, zudem oft als lästiger und unnötiger Mehraufwand aufgefasst.

Datenbankbasierte BIM-Informationslogistik. Bild: Siwiecki

Datenbankbasierte BIM-Informationslogistik. Bild: Siwiecki

Das Potenzial, das durch die Standardisierung von Informationslieferungsketten und Schnittstellen erschlossen werden kann, wird vielerseits verkannt und es Bedarf in einem Projekt großer Überzeugungskraft seitens des BIM-Managements, einen prozessorientierten Informationsaustausch von den beteiligten Akteuren einzufordern.

Prozesse und Schnittstellen zu definieren und eigene Abläufe systematisch zu beschreiben bedeutet Aufwand. Dieser Aufwand ist weder in den Grundleistungen der HOAI abgebildet, noch wird er von den meisten Auftraggebern als besondere Leistung vergütet. Setzt man das Thema jedoch in den Kontext anderer Branchen und Geschäftsfelder mit (mehr) Kundenorientierung, verändert sich dieser Blickwinkel. Der Aufwand sollte für Planungsbüros viel mehr als Chance zur Förderung der eigenen Dienstleistungsqualität, Sicherung der Wirtschaftlichkeit und Steigerung des Qualitätsbewusstseins betrachtet werden [10]. Letztendlich kann die Herangehensweise als strategisches Investment in das eigene Unternehmen, vergleichbar mit der Einführung eines Qualitätsmanagementsystems nach DIN EN ISO 9001 [11], verstanden werden. Die Wertschöpfung liegt nicht per se im BIM-Modell selbst, sondern vielmehr in geschlossenen und optimierten Prozessketten [3].

Die Kernelemente der datenbankbasierten BIM-Informationslogistik bestehen wie in Bild 3 im Zusammenwirken verdeutlicht aus:

  • einer Prozessmatrix, in der zunächst alle BIM-Prozesse gewerkeweise aufgelistet und beschrieben werden,
  • einem BIM-Prozessdiagramm im IDM-Format [8],
  • den für den Prozess notwendigen Informationsaustauschanforderungen [12] (IAA; engl. Exchange Requirements, kurz: ER) zur Beschreibung der Menge von Informationen, die zur Erstellung einer spezifischen Aufgabe benötigt werden (beispielsweise in Form von Eigenschaftensätzen des IFC-Standards [13]),
  • einer Festlegung von Inhalten und BIM-Fertigstellungraden beziehungsweise Modellentwicklungsgraden (engl. Level of Information Needs, kurz: LoIN) zur Definition der Modellinhalte und -qualitäten im zeitlichen Kontext („Wer mus was in welcher Qualität wann liefern?“) [14]
  • und der aus der Verknüpfung der (Teil-)Prozesse resultierenden Prozesslandkarte als Steuerungs- und Koordinierungsinstrument des BIM-Managements.

Datenbankbasiertes BIM-Prozessmanagementsystem

BIM-Prozesse lassen sich allgemein in integrale (organisationsübergreifende) und interne (organisationsinterne) Prozesse einteilen. Interne BIM-Prozesse dienen vor allem den jeweiligen Akteuren, um ihre Arbeitsabläufe zu strukturieren und durch wiederholbare Teilprozesse zu systematisieren. Diese Prozesse können als Standard stets für neue Projekte eingesetzt werden und müssen erforderlichenfalls nur geringfügig angepasst werden. Integrale BIM-Prozesse unterliegen hingegen einer starken Abhängigkeit zur allgemeinen Projektorganisationsstruktur und müssen je nach Konstellation, Anforderung und den Projektzielen neu bewertet beziehungsweise evaluiert werden. Beispiel für einen solch integralen BIM-Prozess ist die Schlitz-/Durchbruchs-Planung.

Zur Organisation der BIM-Informationslogistik wurde im Rahmen eines BIM-Referenzprojektes eine neue Plattform entwickelt, die alle spezifischen Vorgaben des Bauherrn und der BIM-Informationslogistik erfüllt und das kollaborative Informationsmanagement der beteiligten Akteure über eine Weboberfläche ermöglicht [1].

E3D-Prozessmanagementsystem als webbasierte BIM-Kollaborationsplattform. Bild: Siwiecki

E3D-Prozessmanagementsystem als webbasierte BIM-Kollaborationsplattform. Bild: Siwiecki

Das BIM-Prozessmanagementsystem (E3D Ingenieurgesellschaft Aachen) wird einem Projektteam für die kollaborative Prozessmodellierung zur Verfügung gestellt und ermöglicht unter anderem den Projektbeteiligten eine Online-Bearbeitung, Verwaltung und Versionierung von BIM-Prozessdiagrammen auf Grundlage des IDM-Formats. Prozessbeschreibungen werden als strukturierte XML-Datencontainer verwaltet. Über eine Gesamtprozesslandkarte werden die Einzelprozesse übersichtlich im Gesamtkontext strukturiert.

Fazit

Aus der Erfahrung der Autoren erfordert die Umstellung eines Planungs- beziehungsweise Bauunternehmens auf eine prozessorientierte Arbeitsweise zu allererst die Erkenntnis, dass „BIM“ mehr bedeutet, als einen reinen Austausch von 3D-Geometrien, die mit Attributen angereichert und automatisiert auf Kollisionen geprüft werden können oder dem Eingang in die Kostenkalkulation dienen. Die Produktivität im Bauwesen wird mit digitalen Planungswerkzeugen nur dann entscheidend gesteigert, wenn der gesamtheitliche Gedanke eines digitalen Gebäudemodells als strukturierte Datenbasis für Planungs-, Bau-, und Betriebsprozesse in der Planungskultur etabliert werden kann. Eine prozessorientierte Arbeitsweise wird mit Blick auf die Heterogenität im Bauwesen sicherlich nicht von heute auf morgen flächendeckend stattfinden können. Ein Blick auf andere Branchen, in denen die Prozessorientierung und Ansätze der schlanken Produktion gängige Praxis sind, etwa in der Produktionstechnik des Automobilsektors oder im E-Commerce, zeigt jedoch, dass die stagnierende Produktivität der Baubranche langfristig nur verändert werden kann, wenn prozessorientiertes Denken über die Unternehmensgrenzen hinaus möglich wird. Prozessorientierung und Lean Management beschränkt sich nicht auf die unternehmensinterne Wertschöpfung in großen Baukonzernen, sondern stellt ein Schnittstellenthema für die Bauwirtschaft dar.

 

 

Literatur:

[1] van Treeck, C.; Heidemann, A.; Siwiecki, J.; Schmidt, P.; Zeppenfeldt, U.: Integrale Planung BIM – Umsetzungserfahrungen im Neubauprojekt Viega World. In: Gebäudetechnik als Strukturgeber für Bau- und Betriebsprozesse: Trinkwassergüte – Energieeffizienz – Digitalisierung, van Treeck, Kistemann, Schauer, Herkel und Elixmann, Hrsg., Springer VDI Fachbuch, Berlin Heidelberg 2018.

[2] Kochendörfer, B.; Liebchen, J. H.; Viering, M. G.: Bau-Projekt-Management. Grundlagen und Vorgehensweisen, Springer Vieweg, Wiesbaden 2010.

[3] BIMiD-Leitfaden – So kann der Einstieg in BIM gelingen, Fraunhofer IBP, Holzkirchen 2018.

[4] Scherer, R.; Schapke, S.: Informationssysteme im Bauwesen 1 – Modelle, Methoden und Prozesse, Springer, Berlin Heidelberg 2014.

[5] Deutsches Institut für Normung e. V.: DIN 19650–1. Organisation von Daten zu Bauwerken – Informationsmanagement mit BIM – Teil 1: Konzepte und Grundsätze, Beuth Verlag GmbH, Berlin 2018.

[6] Deutsches Institut für Normung e. V.: DIN 19650–1 Organisation von Daten zu Bauwerken – Informationsmanagement mit BIM – Teil 2: Lieferphase der Assets, Beuth Verlag GmbH, Berlin 2018.

[7] Object Management Group: About the Business Process Model and Notation Specification Version 2.0, [Online]. Available: https://www.omg.org/spec/BPMN/2.0/. (Zugriff 09/2018).

[8] Deutsches Institut für Normung e. V.: DIN EN ISO 29481–1 Bauwerks-Informations-Modelle – Informations-Lieferungs-Handbuch – Teil 1: Methodik und Format, Beuth Verlag GmbH, Berlin 2018.

[9] Verein Deutscher Ingenieure: VDI 2552 Blatt 5: BIM – Datenmanagement, Beuth Verlag GmbH, Berlin 2017.

[10] Pfitzinger, E.: Projekt DIN EN ISO 9001, Beuth Verlag GmbH, Berlin 2015.

[11] Deutsches Institut für Normung e. V.: DIN EN ISO 900 Qualitätsmanagementsysteme – Anforderungen, Beuth Verlag GmbH, Berlin 2015.

[12] Verein Deutscher Ingenieure, VDI 2552 Blatt 11: Informationsaustauschanforderungen, Beuth Verlag GmbH, Berlin.

[13] International Organization for Standardization: ISO 16739: 2013 Industry Foundation Classes (IFC) for data sharing in the construction and facility management industries, 2013. [Online].

[14] van Treeck, C.: Building Information Modeling. In: Gebäude. Technik. Digital., van Treeck, Elixmann, Rudat, Hiller, Herkel und Berger, Hrsg., VDI Springer Vieweg, 2016.

Von Jaroslaw Siwiecki und Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Christoph van Treeck

Jaroslaw Siwiecki, M. Sc., RWTH Architekt, Wissenschaftlicher Assistent, PhD-Student, Lehrstuhl für Energieeffizientes Bauen E3D, RWTH Aachen University, Aachen.

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Christoph van Treeck, Inhaber des Lehrstuhls für Energieeffizientes Bauen E3D, RWTH Aachen University, Aachen.

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