Wendepunkt im Betreiben und Bewirtschaften durch BIM

As built Dokumentation

Die Digitalisierung des Bauens vollzieht sich in zwei entgegengesetzten Richtungen: CAD-­basierte Prozesse am Anfang der baulichen Wertschöpfungskette in den HOAI Phasen. An ­deren Ende der Einsatz von CAFM-Systemen im Betreiben und Instandhalten. Beide Techno­logien haben einen gemeinsamen Ursprung. Deren Markteinführung in den 1980er Jahren war verbunden mit der Vision ihrer Integration. Tatsächlich haben sie sich aber getrennt – und die Vision blieb unerfüllt. Das soll sich jetzt ändern – durch BIM! Das ist auch machbar – aber nur dann, wenn die magische Schwelle am Ende der Bauprojekte überschritten und die Prozesskette „Planen – Bauen – Betreiben“ ohne Medienbrüche gestaltet wird.

Strukturbruch zwischen Projekt und Betrieb

In der mehrtausendjährigen Geschichte des Bauens geht es in den erhaltenen theoretischen Schriften fast nur um die Kenntnis, wie Bauwerke erfolgreich geplant und errichtet werden. Seit den 1980ger Jahren hat sich das geändert. Denn die zunehmende Technisierung, vor allem aber Automatisierung, führte zu einem bislang unbekannten Konflikt: Immer komplexere bauliche und technische Anlagen (verbunden mit Nutzungsänderungen), erschwerten deren betriebliche Organisation und Instandhaltung. Das war die Geburtsstunde für umfangreiche Dienstleistungen rund um den Bau – in Deutschland eingeführt als Gebäudemanagement, international als Facility Management bzw. Facility Ser­vices.

Damit einher ging der Einsatz erster Anwendungen der CAD-Technologie. Bis heute erstaunlich ist die zeitgleich einsetzende Erfolgsgeschichte des CAFM. Obgleich deren ursprünglicher Ansatz darin bestand, CAD-Planungen in Neubauten auch für die anschließenden Betriebsphasen zu verwenden, folgten fast ausschließlich Anwendungen im Bestand – bis heute. Hinzu kam eine Unverträglichkeit der entstandenen Datenwelten zwischen Projektphasen und Betriebsphasen – mit einer zumindest verwunderlichen, wenn nicht skandalösen Konsequenz: wann immer CAFM für Bestandsobjekte eingesetzt wird, musste – und muss – eine zeitraubende und teure Bestandserfassung durchgeführt werden. Damit verbundene ­Nachteile der Datenqualität, wie Unvollständigkeit, Nicht-Aktualität und Abrechnungsprobleme durch unzuverlässige Servicenachweise, haben nach wie vor weitere, gravierende Folgen:

 Unzureichend erfasste Objektdaten erschweren energetische Optimierungen und eine Instandhaltung, die auf dem Zustandswissen vorhandener Bauteile basiert.

 Unvollständige und ungenaue Bestandslisten bei Wartungsobjekten bzw. landesrechtlich definierten Prüf­objekten bedingen Lücken in der wahrnehmbaren Betreiberverantwortung. D. h. nicht nur wachsende Betriebsrisiken durch Organisationsverschulden, sondern darüber hinaus Risiken durch verweigerte Versicherungsleistungen bei Unfällen und Sachschäden werden auch verursacht durch mangelndes Bestandswissen.

Besonders durch wachsenden Einsatz externer Dienstleister (Outsourcing) resultierte eine eigentümliche Doppelung von Nutzerbetrieb und Gebäudebetrieb. Damit überlagerte sich der ältere Konflikt zwischen Bauherren und Nutzeransprüchen mit der von Anfang an auf Kosteneinsparung ausgerichteten Einführung von FM. Die für die Tradition des Bauens typischen Nutzungsqualitäten hatten hier ihre Gültigkeit weitgehend verloren.

Qualitätsrevolution des Bauens

Dass Herstellung und Nutzung von Bauwerken klimaschädliche Auswirkungen haben, ist seit langem bekannt. Dass dies aber nicht länger Lippenbekenntnisse der Politiker sind, ist keineswegs selbstverständlich. In einer überraschenden, erdrutschartigen Verschiebung politischer Prioritäten geraten viele Wirtschaftszweige unter enormen Veränderungsdruck. Unsere Industrie macht ernst mit ökologischem Umbau. Die Neuausrichtung energetischer Prozesse bis hin zur Klimaneutralität passiert wirklich! Damit verbunden ist ein veränderter Wertemaßstab. Geforderte Qualitäten von Erzeugnissen gehen jetzt über den reinen Nutzerhorizont hinaus. In ökologischer Langzeitverantwortung werden nun die Eigenschaften der eingesetzten Produkte im gesamten Produktlebenszyklus bewertet.

Für Bauprodukte und Bauwerke hat dieser Perspektivenwechsel Besonderheiten aufgrund ihrer außerordentlichen Langlebigkeit. Mit dem sich verändernden Bauparadigma verändert sich zugleich auch das Leitbild für den Betrieb der Bauwerke und Immobilien. So enthalten Ziel- und Zertifizierungssysteme, wie das DGNB-System und das auf Bundesebene eingeführte Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen BNB, neben üblichen Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit, umfangreiche Kriterien der Nachhaltigkeit. Damit verbunden sind zahlreiche Kriterien für das Betreiben. Das verlangt aber nichts weniger als den Aufbau differenzierter Datenmodelle – zusätzlich zu den Planungen der Architekten und Ingenieure.

Die inzwischen zehnjährige Erfolgsgeschichte dieser Bewertungssysteme und Anwendungen war bisher auf große Bauvorhaben begrenzt. Um die anstehende Verbreitung auf den gesamten Hochbau zu erleichtern, müssen IT-Werkzeuge „einfacher“ werden. Anspruchsvolle Planungsqualitäten der Nachhaltigkeit sind daher nicht zu trennen vom Fortschritt der Digitalisierung.

Matching heterogener Anforderungen zwischen Nachhaltigkeit und Digitalisierung

Die Übertragbarkeit der BIM-Technologie in die Datenwelt des Betriebs kommt wie gerufen. Allerdings sind die Anwendungen von Zertifizierungssystemen und die durch BIM erweiterte Datenwelt eine doppelte Herausforderung. Den Planern und letztlich auch den Betreibern steht ein Matching bevor, in dem heterogene datengetriebene Prozesse ­koordiniert werden müssen.

Die gängige Begründung, dass sich BIM-Methoden durch Einsparung von Kosten rechnen, ist daher bestenfalls die halbe Wahrheit. Denn die Bewältigung inzwischen unabweisbarer Ansprüche an nachhaltiges Bauen geht darüber hinaus – mit weitreichenden Folgen:

Auch der Erfolg von FM und Facility Services in der Betriebsphase kann nicht länger nur an Kosten gemessen werden. Qualitäten der Nachhaltigkeit rücken in den Vordergrund.

Organisatoren in Unternehmen und öffentlichen Institutionen, die mit Aufgaben des Betreibens und Bewirtschaftens von Bauwerken und Immobilien befasst sind, werden zu Mitverantwortlichen im Wertesystem der Nachhaltigkeit.

Ein weiterer Treiber der Datenmenge und -vielfalt sind die in den letzten Jahren sprunghaft angestiegenen Forderungen nach betrieblicher Sicherheit. Bauherrn müssen für betriebskritische Anlagen und Bauteile sowohl Planer wie ausführende Firmen so beauftragen, dass Betreiberpflichten „datengestützt“ erfüllbar sind.

Nachhaltigkeit und Sicherheit verlangen eine kommunikative Koppelung zwischen Bauherrnorganisation und Betreiberorganisation (vgl. FACILITY MANAGEMENT 5|2020).

 

BIM als Medium der Integration von Bau und Betrieb

Damit es gelingt, Nachhaltigkeitsziele und Betreiberpflichten in einem organisatorischen Verbund ohne Strukturbrüche zu erfüllen, bedarf es softwaretech­nischer Lösungen ohne Medienbrüche. BIM ist mit genau diesem Anspruch angetreten. Schauen wir also, was tat­sächlich machbar ist. Graphische CAD-­Planungselemente werden zu dreidimensionalen BIM-Objekten (z.B. Fenster, Türen, Ventilatoren). Deren Verknüpfung mit alphanumerischen Daten ermöglicht die lokale Platzierung von Produkt-Elementen. Deren Aggregierung führt zu Fachmodellen (Tragwerksmodell, TGA-Fachmodelle, u. a.). ­
In 3D-Anordnungen entstehen komplexe Bauwerkmodelle. Diese Modellierung eröffnet eine Reihe von Anwendungen, die tatsächlich die bislang unüberwindbar erscheinende Schwelle vom Projekt zum Betrieb überschreiten (vgl. Grafik 1) z. B. :

 Für Optimierungen im Gesamtmodell – durch Einbeziehung aller BIM-Objekte – können Simulationen durchgeführt werden, insbesondere zur Optimierung des thermodynamischen Bauteilverhaltens.

 Simulation von Brandschutzeigenschaften und Brandverhalten unter verschiedenen Nutzungsbedingungen.

 Frühe Erfassung wartungs- und ­reinigungsrelevanter Bauteile (z. B. Brandschutztüren, Glasanteile in Bauteilen).

 Objektdaten von Produkten und Bauteilen, die für Erneuerungsprozesse, bzw. End-of-Life Prozesse benötigt werden.

Solche Modellierungsmöglichkeiten waren in der bisherigen CAD-Planung nur mit erheblichem Zusatzaufwand möglich. Jetzt werden sie zu handhabbaren IT-Standards. Tatsächlich ist aber der Einstieg in dieses technologische Neuland noch wenig erschlossen und erprobt. Besonders das immer wieder vorgetragene Versprechen, dass mit BIM-Modellierungen auch die Betriebsphase datentechnisch wesentlich verbessert werden kann, ist über den Status der Ankündigung bisher kaum hinausgekommen. Als Entschuldigung werden erhöhte Investitionskosten, Mehraufwand in den frühen Projektphasen und die bisher enge Begrenzung auf große Bauvorhaben genannt. Es gibt aber weitere Gründe, die schwerer wiegen.

 

Sichtwechsel: Vom Projekt zum Betrieb

Es bestehen Kernprobleme im „Phasenübergang“ zwischen Projektdaten und ­einer eigenständigen Datenwelt der Betriebsphasen – verbunden mit einem fundamentalen Unterschied in der Objektorientierung:

In jedem Bauprojekt werden „Projektgegenstände“ zum Inhalt des Entwerfens und Ausführens, anfangs nur in zeichnerischen Abbildungen, dann in schrittweisen Realisierungen. Beides geschieht im Projektverlauf in unfer­tigen Zuständen. Solche Objekt-­Zwischenzustände enden erst mit der ­abschließenden Fertigstellung eines Bauwerks – dann aber mit BIM in Form von „Zwillingen“: als As built Modelle und als modellgleiche Realisierungen.

Jedes fertiggestellte und betriebsfertige Bauwerk / Bestandteil – hat nun ebenfalls einen eigenen Objektstatus. Der ist allerdings nur bestimmbar in umgekehrter Sichtweise. Objekte im Zustand der Nutzung, bzw. des Betreibens und Bewirtschaftens, zeigen sich mit realen Eigenschaften. In konkreten Anwendungen erweisen sie ihre Nützlichkeit. Phasenbezogenen durchlaufen sie historisch einmalige Zustände entlang ihrer Lebensdauern. 

Es handelt sich also um zwei grundverschiedene Objektsichten. Sie sind sachlich und zeitlich gleichermaßen unterschieden, wie auch miteinander verbunden. Für die datentechnische Verknüpfung in der Modellierung muss daher eine Art Kunstgriff gelingen: Datenmodelle der Planungsobjekte müssen ohne Medienbrüche in Datenmodelle für Objekte im Betrieb überführt werden können. Dazu wird ein Transfermodus benötigt, der einen Sichtwechselt zwischen den zwei entgegengesetzten Objektbetrachtungen ermöglicht. In Grafik 2 wird dieser Sichtwechsel schematisch dargestellt. Mit Hinzunahme der bekannten komplementären räumlichen und physischen Gliederung baulicher Objekte entsteht eine Matrix für Objektstrukturen. Danach können Datenmodelle und zugehörige Prozessmodelle generiert ­werden, die unter Beachtung des Sichtwechsels zwischen Projektphase und ­Betriebsphase durchgängige Daten- und Prozessketten ermöglichen. Das geht aber nur dann, wenn damit eine strukturelle Schlüsselforderung erfüllt wird:

„As built“ als Basis der Objekt­codierungen für Anlagen und Bauteile

Die Erfüllung dieser Forderung ist eine der fundamentalen Errungenschaften der BIM-Methodik. Die permanente Aktualisierung der Fachmodelle – bis zum Bauende – ist hier eine notwendige Randbedingung. Im verlängerten zeitlichen Horizont wird diese BIM-interne Modellierungsweise nun aber zur unverzichtbaren Voraussetzung für die angestrebte integrierte Wertschöpfungskette „Bau und Betrieb“. Entscheidend ist die entstehende Gliederungsstruktur. Deren Ausgangspunkt ist allerdings nicht die Ebene geometrisch konstituierter BIM-Modelle, sondern die darüberliegende Klassifizierung plus Identifizierung von „Anlagen“ – und darin eingeordnet die Erfassung von Bestandteilen / Bauteilen. Geradezu ein FM-Standard sind Objekterfassungen in Form von „Anlagenlisten“ mit zugehörigen „Bauteillisten“. Sie werden für die Strukturierung von  Wartungsleistungen und in gleicher Weise für die anlagenscharfe Festlegung von Prüfungsleistungen benötigt. Die Umsetzung dieser ­Listen in Wartungs- und Prüfverträge ­ermöglicht schlüssig die Einhaltung ge-setzlicher Vorgaben, bzw. Regularien der Versicherungsverbände. Auch hier ist die Listenform  das verbindliche Ordnungsmuster für zu wartende / prüfende Anlagen und damit für die formale Wahrnehmung der Betreiberverantwortung. Dazu werden Standards für Objektcodierungen benötigt. Empfehlenswert ist der noch wenig verbreitete IFC Standard CAFM Connect (www.http://katalog.cafm-connect.org/). Auf Basis der 3-stelligen  DIN 276 lassen sich gleichermaßen anlagenscharfe und bauteilscharfe Objektstrukturen bis zur 4. und 5. Ebene abbilden. Da-raus folgt eine methodische Anforderung an die Bestandsdokumentation, die derzeit in der BIM-Fachdiskussion auch kontrovers gesehen wird: Am Ende von Bauprojekten müssen Bestandsdaten vorliegen auf der Basis von AVA-Positionen nach freigegebenen Schlussrechnungen – also im As built Status. Auf dieser Grundlage werden spezifische Anlagenlisten und Bauteillisten für Serviceverträge generiert. Datentechnisch lassen sich daraus IT-gestützte Prozesse modellieren, nach denen aus Bau-LVs (im Bauprojekt) Service-LVs (im Betreiben) aufgestellt werden können (Grafik 3).
Das wäre eine Qualität der Digitalisierung entlang der baulichen Wertschöpfungsketten, die mit der BIM-Technologie machbar erscheint. Nach Kenntnis des Autors ist das aber noch ein Stück wünschbare Praxis.

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