BIM im Bestand: Vom Altbau zum digitalen Zwilling
Auf der zurückliegenden digitalBAU war es ein Ankerthema: BIM im Bestand. Denn nach und nach werden die Vorteile modellierter Bestandsgebäude nicht nur für akute Umbauten und Sanierungen greifbar, sondern auch und gerade mit Blick auf die langfristige Bewirtschaftung. Wie sich solch ein BIM-Modell im Nachgang erstellen lässt, zeigt ein Beispiel aus Dresden.
Das Kernproblem von BIM im Bestand ist der Bestand, denn die sonst übliche Modellierung während des Planungsprozesses für Gebäude, die bereits gebaut sind, ist hier hinfällig. Notwendig ist also eine Nachmodellierung des Bestandsgebäudes. Hierfür stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung, die in der Regel kombiniert werden, um auf der einen Seite eine möglichst kostensensitive, auf der anderen Seite eine möglichst umfassende Darstellung des Bauwerks zu erhalten.
Im vorliegenden Fall galt es, eine Druckerei mit rund 70.000 m² Bruttogrundfläche zu erfassen, die ursprünglich für die Zwecke eines Verlages errichtet wurde. Das Gebäude entstand jedoch nicht in einem Zug, sondern wurde über viele Jahre hinweg mehrfach umgebaut, erweitert und umgenutzt. So entwickelte sich aus unterschiedlichsten Bauteilen ein komplexes Gebäudeensemble, das verschiedene Bauphasen und Bauweisen vereint. Für die weitere Planung und Umnutzung wurde daher beschlossen, den Bestand digital zu erfassen und in ein BIM-Modell zu überführen.
Bestandsunterlagen sichten
Die Bestandsaufnahme erfolgte in mehreren Schritten. Zunächst wurden die vorhandenen Unterlagen gesichtet – insgesamt rund 15.000 PDF-Dokumente. Dabei handelte es sich nicht nur um klassische Bauzeichnungen, sondern auch um zahlreiche Berechnungen, Nachweise, Konzepte (wie z.B. für Brandschutz-/Schallschutz) und Gutachten.
Prinzipiell ließe sich hieraus bereits mit geeigneter Software ein 3D-Modell errechnen, es hätte aber eine Reihe von Nachteilen. Zum einen wären Aspekte wie Bemaßungen nicht per se korrekt, zum anderen würde es lediglich den Zustand „As planned“ darstellen, nicht aber den Zustand „As built“ – ganz zu schweigen von der aktuellen Realität.
Abgesehen davon haben ältere Papierpläne weitere Nachteile, die es schwer machen, sie digital zu erfassen. Dazu gehören Alterungsspuren wie vergilbtes Papier, Knicke und Beschädigungen bis hin zu fehlendes Teilen durch Risse. Außerdem ist es mitunter schwierig, die Schrift der Architekten automatisiert zu lesen, da selbst Schablonenschrift von OCR-Software oft nur unzureichend erkannt wird. Damit ist entsprechend viel Nacharbeit einzuplanen, was die Frage von Kosten zu Nutzen im Einzelfall nur unbefriedigend beantwortet.
Digitalisierung planen
Nach Sichtung und Auswertung der Papierpläne wurde das weitere Vorgehen bestimmt. Da die vorhandenen Unterlagen überwiegend nicht mehr den baulichen Gegebenheiten entsprachen, wurde die vollständige digitale Neuaufnahme und Dokumentation des Gebäudes in 3D-Laser-Scans beschlossen, um in einem späteren Schritt aus der Kombination von deren Punktwolken und den Papierplänen ein 3D-Bestandmodell zu modellieren. Als Granulierung wurde LOD 300 bestimmt, da hier Bauteile mit präziser Geometrie, exakten Abmessungen, genauer Positionen und korrekter Ausrichtung dargestellt sind. Das macht LOD 300 zum Standard für Ausführungsplanungen, denn es ermöglicht Mengenauszüge, genaue Kostenschätzungen sowie Kollisionsprüfungen. Es zeigt allerdings nicht die Verbindung zwischen Elementen, die erst in LOD 350 gegeben ist.
Für die Aufnahme des Gebäudes als Punktwolke wurden insgesamt 1.440 Scans gemacht. Diese schafften umfassenden Überblick, jedoch keinen Einblick. Denn: „Ähnlich wie das menschliche Auge gibt ein Scan auch nur das wieder, was als Oberfläche zu sehen ist“, sagt Michael Plat. Er ist Geschäftsführer des BIM-Dienstleisters bim-Plat, der die Digitalisierung umsetzte. „Mit einer Punktwolke allein kann man weder in Bauteile schauen noch einen Wandaufbau dokumentieren oder hinter Verkleidungen blicken“, umreißt er die Grenzen des Verfahrens. Entsprechend ist es auch nicht möglich, Aussagen über beispielsweise Brand- und Schallschutzeigenschaften zu treffen. Solche Informationen finden sich wiederum in den Zeichnungen und anderen Dokumenten.
Erstellung eines Digital Twins
Aus den Punktwolken und den übrigen verfügbaren Dokumenten wurde schließlich der digitale Zwilling des Gebäudes erstellt. Hierzu musste zuerst die überbordende Flut von Punkten, die durch die rotierenden Scanner erstellt werden, auf die wesentliche Architektur reduziert werden. Da keine Darstellung der Raumausstattung gewünscht war, entfielen auch diese Punkte, so dass schließlich die reine Raumgeometrie als BIM-Modell entstand.
Im nächsten Schritt waren die baulichen Details zu ergänzen. Hierbei gilt die Devise: Je mehr Informationen zum Bestandsobjekt vorliegen, desto genauer kann sein BIM-Modell aufgebaut werden. In Fall des Dresdner Bauwerks waren die Unterlagen ausreichend. Ein Tragwerksnachweis gab Aufschluss über die verbauten Betonqualitäten und Stahlgüten. So war möglich, zu sagen, welche Wände tragend waren, was für die Planung von Umbaumaßnahmen grundsätzlich eine wertvolle Information ist. Auch ein Brandschutzkonzept lag vor, so dass die Anforderungen an den Brandschutz korrekt zugeordnet und verzeichnet werden konnten. „Informationen dieser Art lassen sich sehr gut in ein BIM-Modell einpflegen und ergänzen dieses um wertvolle Details“, sagt Michael Plat. Außerdem lassen sie sich untereinander vergleichen. Zum Beispiel könnte ein Brandschutzkonzept die Feuerwiderstandsklasse einer Wand im Scan bestätigen oder Unstimmigkeiten aufzeigen, so dass noch einmal vor Ort kontrolliert und validiert werden kann.
Insgesamt dauerte es rund 1.000 Manntage, um die Punktwolke und die Bestandsdokumentation in einen aktuellen digitalen Zwilling des Bauwerks zu überführen. Die Übergabe des hochbaulichen Fachmodelles erfolgte als native Revit-Datei und über die IFC-Schnittstelle, unter anderem wegen der Möglichkeit, hierdurch den digitalen Zwilling auch für das Facility Management nutzbar machen zu können.
Ausblick: Bestandsmodell für das FM
Mit der Planung der Umbau- und Sanierungsmaßnahmen hat das 3D-Gebäudemodell seinen Nutzen aber noch nicht vollständig entfaltet. „Es ist möglich, das Modell auch im Gebäudebetrieb und für das Facility Management zu nutzen“, versichert Plat. Da es alle Maße vorhalte und das Gebäude detailliert darstelle, sei es als Referenz eine wertvolle Ergänzung für das tägliche Gebäudemanagement und ebenso, um Prozesse neu zu planen oder bestehende Prozesse anzupassen. Bei der Reinigung kann es ebenso unterstützen, wie bei Wartung und Instandhaltung. „Schließlich lassen sich selbst Installationen im Modell leichter lokalisieren“, sagt Plat.
Vorteilhaft ist auch, dass das BIM-Modell im IFC-Format vorliegt. Da inzwischen zahlreiche CAFM-Anwendungen mit diesem Klassifizierungssystem arbeiten können und das Modell alle geometrischen und viele weitere Informationen zum Gebäude in einer einzigen Quelle bündelt, ist es möglich, es für Bau wie Betrieb als die so genannte Single source of truth zu nutzen, also als einzige Referenzdatei für beide Anwendungsfälle. Das vermeidet Doubletten und – was noch wichtiger ist – unterschiedliche Datenbestände, quasi ein Paralleluniversum an Datenständen, was Fehler geradezu provoziert. Denn ein Gebäude lebt und seine Nutzung und seine Raumaufteilung kann sich ändern. Bei neuen technischen Anforderungen, wie aktuell durch die Energiegesetzgebung forciert, wird beispielsweise die Gebäudetechnik angepasst, und all diese Anpassungen werden natürlich immer in das BIM-Bestandmodell eingepflegt, so dass es stets aktuell ist. „Hierzu braucht man allerdings eine klare Strategie, die die Umsetzung und Pflege von BIM-Modellen eindeutig beschreibt“, erinnert Michael Plat an die notwendigen Rahmenbedingungen für den Erfolg.
Digital Twin mit BIM – Seriöse Angebote erkennen
Wie lässt sich ein seriöses Angebot für die Datenaufnahme mittels Laser-Scan erkennen? Zum einen sollte ein Anbieter Referenzen vorweisen können. Im besten Fall nennt er auch Auftraggeber, die ein Interessent ansprechen kann. Seriös ist auch, offen über den Aufwand, Möglichkeiten, Grenzen und Risiken zu informieren, den Interessenten also fachlich aufzuklären. Da Laserscans aufwändig sind, muss der Anbieter ausreichend qualifiziertes Personal haben und die notwendigen Zertifizierungen besitzen.
(K)Ein teurer Spaß?
Für Laserscans spielen Erfahrungswerte eine zentrale Rolle. Entscheidend ist die Art des zu erfassenden Objekts: Während sich eine leere Fabrikhalle schnell dokumentieren lässt, ist die Aufnahme eines Krankenhauses im laufenden Betrieb mit vielen kleinen Räumen deutlich aufwändiger. Aber für den Aufbau eines BIM-Modells in Anlehnung an die Kostengruppe 300 der DIN 276 lässt sich jedoch eine Orientierungsgröße formulieren: Ein 3D-BIM-Modell mit daraus abgeleiteten 2D-Zeichnungen wie Grundrisse, Schnitte, Ansichten bis zum M1:50 wird in der Regel etwa eine Arbeitsstunde pro 10 bis 20 m² Bruttogrundfläche angesetzt – abhängig von der Komplexität des Objekts.
