Arbeitsprozesse mit Building Information Modeling
Facility Management: Building Information Modeling » IPA » Arbeitsprozesse
Building Information Modeling (BIM) stellt einen Paradigmenwechsel in der Bau- und Immobilienwirtschaft dar
Er verändert die Art und Weise, wie Gebäude entworfen, gebaut, betrieben und instandgehalten werden. Für das Facility Management (FM) hat BIM besonders in der Betriebsphase große Bedeutung, da es ein zentralisiertes digitales Modell bietet, das alle relevanten Informationen eines Bauwerks umfasst und den gesamten Lebenszyklus abbildet. Dies geht über einfache 3D-Modelle hinaus und integriert Daten zu Materialien, Kosten, Zeitplänen, technischen Spezifikationen, Wartungsplänen und mehr.
Die Nutzung von BIM im FM-Umfeld folgt klaren Normen und Richtlinien, die sicherstellen, dass die Modelle die Anforderungen an Betrieb, Instandhaltung und Nachhaltigkeit eines Gebäudes langfristig erfüllen. Wichtige Normen umfassen die DIN EN ISO 19650, die den Rahmen für Informationsmanagement und Zusammenarbeit in BIM-Projekten bildet, sowie die DIN 276 für die Kostenplanung im Bauwesen und die GEFMA-Richtlinien (u.a. GEFMA 444 und 945), die sich auf den Einsatz von Computer-Aided Facility Management (CAFM) und Digitalisierung beziehen.
- Bestandsaufnahme
- Planungsphase
- Bauphase
- Übergabe- und Inbetriebnahmephase
- Betriebs- und Instandhaltungsphase
- Modernisierung und Sanierung
Bestandsaufnahme im Building Information Modeling
Die Bestandsaufnahme ist ein kritischer und komplexer Prozess im Rahmen von Building Information Modeling (BIM), insbesondere bei der Planung und Verwaltung bestehender Gebäude. Sie bildet die Grundlage für alle weiteren BIM-Prozesse und entscheidet maßgeblich über die Genauigkeit und den Erfolg der Modellierung. Die Erfassung des Bestandszustands, auch als As-Built-Erfassung bezeichnet, umfasst sowohl geometrische Daten (z.B. Maße, Volumen) als auch nicht-geometrische Daten (z.B. technische Anlagen, Materialien, Bauzustand). Für das Facility Management (FM) ist eine präzise und umfassende Bestandsaufnahme essenziell, um eine Grundlage für den Betrieb, die Wartung und eventuelle Modernisierungen zu schaffen.
Hochmoderne Technologien wie Laserscanning, Photogrammetrie und Drohnen bieten dabei neue Möglichkeiten, die Effizienz und Genauigkeit dieser Prozesse erheblich zu verbessern.
Ziele und Anforderungen der Bestandsaufnahme im BIM
Erstellung eines genauen 3D-Abbildes des Bestandsgebäudes, das als Grundlage für die Modellierung und weitere Planung dient.
Erfassung technischer Details wie installierter Anlagen, Materialien und Gebäudeeigenschaften.
Dokumentation des baulichen Zustands (z.B. Abnutzung, Schäden), um spätere Instandhaltungsmaßnahmen zu planen.
Integration von nicht-geometrischen Daten, wie z.B. Betriebsinformationen, Gewährleistungsdaten und Wartungsanforderungen.
Je nach Verwendungszweck der Bestandsaufnahme variiert der Detailgrad (Level of Detail):
LOD 100: Grobes Massenmodell (nur Hauptformen und -strukturen),
LOD 200: Vereinfachtes Modell mit elementaren Geometrien,
LOD 300: Detailliertes Modell mit präzisen Maßen und spezifischen Bauteilen,
LOD 400 und 500: Hochdetaillierte Modelle, die präzise Konstruktions- und Fertigungsdetails sowie as-built Informationen enthalten.
Das 3D-Laserscanning ist eine der fortschrittlichsten und am häufigsten eingesetzten Methoden zur Bestandsaufnahme im BIM-Kontext
Laserscanner arbeiten nach dem Prinzip der Time-of-Flight-Messung (Laufzeitmessung). Dabei sendet der Scanner einen Laserstrahl aus, der von den Oberflächen des Gebäudes reflektiert wird. Durch die Messung der Zeit, die der Laserstrahl benötigt, um zum Gerät zurückzukehren, können genaue Distanzen berechnet werden. Ein Laserscanner erfasst dabei Millionen von Punkten pro Sekunde, die in einer Punktwolke dargestellt werden.
Das Ergebnis des Laserscannings ist eine Punktwolke, die das Gebäude in hochpräziser dreidimensionaler Form darstellt. Diese Punktwolke bildet die Grundlage für die spätere Modellierung im BIM-Prozess. Der Vorteil des Laserscannings liegt in der hohen Genauigkeit (typischerweise im Millimeterbereich) und der schnellen Datenerfassung. Dies ist insbesondere bei großen und komplexen Gebäuden von Bedeutung, da alternative manuelle Messmethoden nicht den gleichen Detailgrad und die gleiche Effizienz bieten.
Photogrammetrie
Die Photogrammetrie ist eine weitere Technik zur Bestandsaufnahme, bei der aus einer Vielzahl von Fotos ein 3D-Modell erstellt wird. Diese Methode eignet sich insbesondere für weniger komplexe oder schwer zugängliche Bereiche, da sie ohne teure Spezialausrüstung durchgeführt werden kann. Durch die Aufnahme mehrerer Bilder eines Gebäudes aus unterschiedlichen Winkeln und die anschließende Verwendung spezieller Software, die die Geometrie aus den Bildern rekonstruiert, können dreidimensionale Modelle erstellt werden.
Die Photogrammetrie ist eine kostengünstige und schnelle Methode, um visuell ansprechende Modelle zu erzeugen, jedoch ist sie in Bezug auf die geometrische Genauigkeit weniger präzise als das Laserscanning. Sie kann jedoch als ergänzende Methode verwendet werden, z.B. um Details wie Fassaden oder dekorative Elemente zu erfassen, die im Laserscanning weniger gut dargestellt werden.
Drohnenbasierte Erfassung
In schwer zugänglichen oder sehr großen Gebäuden, insbesondere bei der Erfassung von Außenfassaden oder Dächern, bietet der Einsatz von Drohnen eine effiziente Methode der Bestandsaufnahme. Drohnen, ausgestattet mit hochauflösenden Kameras oder Laserscannern, können große Flächen in kurzer Zeit erfassen. Insbesondere für die Außenhülle und das Dach eines Gebäudes bietet sich diese Methode an. Auch die Drohnenaufnahme kann in eine Punktwolke überführt werden, die anschließend in BIM-Software weiterverarbeitet wird.
Drohnen ermöglichen eine schnelle und kostengünstige Erfassung von schwer zugänglichen Bereichen. Sie sind ein wertvolles Werkzeug zur Ergänzung von bodenbasierten Laserscans, da sie eine vollständige Datenerfassung des Gebäudes, einschließlich schwieriger Dachstrukturen, ermöglichen.
Tachymetrische Vermessung
Die Tachymetrie kommt insbesondere bei Projekten zum Einsatz, bei denen eine sehr hohe Präzision erforderlich ist oder bei denen das Gebäude durch den Laserscan nicht vollständig erfasst werden kann. Eine Tachymeter-Messung erfolgt punktweise und liefert sehr präzise geometrische Daten. Diese Methode wird häufig ergänzend zum Laserscanning verwendet, um z.B. Referenzpunkte zu definieren oder komplexe Innenstrukturen zu erfassen, die durch den Laserscan nicht genau erfasst werden können.
Die Tachymetrie liefert hochgenaue Messpunkte, die als Grundlage für die Kalibrierung und Ergänzung von Laserscan-Daten dienen können. Besonders in der Erstellung eines koordinatengenauen BIM-Modells ist diese Technik von entscheidender Bedeutung.
Datenverarbeitung und Punktwolken
Nach der Erfassung der Bestandsdaten, z.B. durch Laserscanning oder Photogrammetrie, werden die Daten in Form von Punktwolken verarbeitet. Diese Punktwolken enthalten Millionen von Datenpunkten, die die geometrischen Oberflächen des erfassten Gebäudes beschreiben. Nach der Erfassung der Bestandsdaten, z.B. durch Laserscanning oder Photogrammetrie, werden die Daten in Form von Punktwolken verarbeitet. Diese Punktwolken enthalten Millionen von Datenpunkten, die die geometrischen Oberflächen des erfassten Gebäudes beschreiben.
Anschließend wird die Punktwolke in verschiedene Segmente unterteilt, z.B. Wände, Decken, Böden und Gebäudeelemente. Diese Segmentierung ist ein wichtiger Schritt, um die Punktwolke für die Modellierung nutzbar zu machen. Das Ziel ist es, die Punktwolke in geometrische Formen zu überführen, die in der BIM-Software weiter bearbeitet werden können.
Modellierung und Nutzung der Bestandsdaten im BIM-Prozess
Nach der Verarbeitung der Punktwolken werden diese in ein BIM-Modell überführt, das mit einer geeigneten Software erstellt wird. Hierbei wird die Punktwolke als Grundlage verwendet, um ein detailliertes 3D-Modell zu erstellen, das nicht nur die geometrischen Daten des Gebäudes enthält, sondern auch technische, strukturelle und betriebliche Informationen.
Auf Grundlage der Punktwolke werden alle relevanten Gebäudekomponenten modelliert. Dies umfasst z.B. tragende Strukturen (Wände, Stützen, Decken), technische Installationen (Sanitär-, Elektro- und HVAC-Systeme) sowie architektonische Elemente. Das Modell wird so präzise wie möglich erstellt, um den tatsächlichen Bestand widerzuspiegeln.
Ein wesentlicher Aspekt des BIM-Modells ist die Anreicherung mit nicht-geometrischen Daten. Hier werden Informationen zu Materialien, Herstellern, Wartungszyklen und Energieeffizienz eingebunden, die für das Facility Management von zentraler Bedeutung sind.
FM-relevante Anforderungen in den BIM-Prozess integrieren
In der Planungsphase ist es entscheidend, dass das Facility Management bereits frühzeitig in den Planungsprozess eingebunden wird, um sicherzustellen, dass betriebsrelevante Informationen in das BIM-Modell aufgenommen werden. Dabei müssen die Anforderungen aus Sicht des Gebäudebetriebs gemäß DIN EN ISO 19650 systematisch im Informationsmanagement abgebildet werden.
Erfassung der Betriebsanforderungen
Facility Manager sollten in Zusammenarbeit mit den Planern eine umfassende Betriebsanforderungsanalyse durchführen, um sicherzustellen, dass alle benötigten Informationen (z.B. Wartungsintervalle, Garantiezeiträume, Herstellerdaten von technischen Anlagen, etc.) im BIM-Modell hinterlegt werden. Diese Daten werden in sogenannten Attributtabellen und Datenblättern erfasst, die gemäß den Anforderungen der VDI 2552 (BIM-Datenmanagement) strukturiert werden müssen.
Schnittstellen zu CAFM-Systemen definieren
Eine zentrale Aufgabe ist die Definition der Schnittstellen zwischen dem BIM-Modell und dem späteren CAFM-System. Die im Modell erfassten Gebäudedaten sollten so strukturiert werden, dass sie direkt in CAFM-Systeme, die den GEFMA-Richtlinien (z.B. GEFMA 444 für CAFM-Systemzertifizierung) entsprechen, überführt werden können. Dies gewährleistet einen nahtlosen Übergang von der Bau- in die Betriebsphase.
Clash Detection und Modellprüfung
Durch die Integration aller Fachplanungen in ein gemeinsames BIM-Modell können Kollisionen (Clashes) frühzeitig erkannt und behoben werden. Hierbei spielen prüfbare Modellstandards eine Rolle, die durch Softwaretools gemäß ISO 16739 (IFC-Standard) validiert werden. Facility Manager profitieren durch die Möglichkeit, potenzielle Konflikte zu identifizieren, die später zu erhöhtem Wartungsaufwand führen könnten.
Festlegung der BIM-Lieferstandards
BIM-Nutzervereinbarungen (BIM Execution Plan - BEP) müssen festlegen, welche Daten in welchem Detailierungsgrad (Level of Detail/Level of Information) und in welchem Format übergeben werden. Der BEP nach ISO 19650-2 regelt die Verantwortlichkeiten und Datenlieferungen während der gesamten Projektdauer.
Datenanreicherung und Dokumentation im Modell
In der Bauphase wird das BIM-Modell kontinuierlich um alle erstellten Bauteile, technischen Anlagen und die detaillierte Dokumentation angereichert. Diese Phase ist entscheidend, um sicherzustellen, dass das As-built-Modell eine exakte Wiedergabe des tatsächlich errichteten Bauwerks darstellt.
Modellaktualisierung und as-built-Dokumentation:
Während der Bauausführung wird das BIM-Modell laufend aktualisiert, sodass ein exaktes Abbild des Bauwerks (As-built-Modell) entsteht. Die DIN EN ISO 19650 fordert hierbei ein fortlaufendes Informationsmanagement, das alle Änderungen und Ergänzungen dokumentiert. Für das FM bedeutet dies, dass das As-built-Modell zur Betriebsübergabe vollständig und korrekt sein muss, da es als Grundlage für das spätere Gebäudemanagement dient.
Integration von 4D- und 5D-Daten
Im Baufortschritt kann das Modell mit Zeit- und Kosteninformationen verknüpft werden (4D und 5D BIM). Durch die Verknüpfung mit Bauzeitenplänen lassen sich nicht nur Bauprozesse besser steuern, sondern auch zukünftige Wartungsfenster oder betriebliche Eingriffe frühzeitig planen. 5D BIM umfasst die Kostenplanung und ermöglicht eine präzise Nachverfolgung der Baukosten in Verbindung mit dem Fortschritt der Baumaßnahmen, gemäß DIN 276 (Kosten im Bauwesen).
Digitales Baustellenmanagement
Die Nutzung von BIM 360 oder ähnlichen Plattformen für die Baustellenkoordination erleichtert es, alle Projektdaten, wie z.B. Lieferanteninformationen, Qualitätsprüfungen und Mängelmanagement, im BIM-Modell zu dokumentieren. Dies bietet Facility Managern vollständige Transparenz über die Bauprozesse und die späteren Garantieansprüche.
Betriebsdaten und technisches Facility Management
Die Betriebs- und Wartungsanforderungen, insbesondere für technische Anlagen wie HVAC-Systeme, Aufzüge oder Brandmeldeanlagen, werden detailliert im BIM-Modell hinterlegt. Die DIN EN 13306 (Instandhaltungsmanagement) spielt hier eine zentrale Rolle, um sicherzustellen, dass alle Wartungsmaßnahmen in Übereinstimmung mit den gesetzlichen Vorgaben und Herstellerangaben geplant und umgesetzt werden können.
Sicherstellung des As-built-BIM-Modells
Die Übergabephase ist ein kritischer Meilenstein, in dem das As-built-BIM-Modell und alle dazugehörigen Daten an das Facility Management übergeben werden. Hier wird sichergestellt, dass alle relevanten Informationen im Modell vorliegen und direkt in Betriebssysteme integriert werden können.
As-built-Modellübergabe
Das endgültige Modell muss den tatsächlich errichteten Zustand des Bauwerks widerspiegeln. Dies beinhaltet auch alle Nachträge, Änderungen während der Bauphase sowie sämtliche installierte Technik. Nach DIN 276 sind alle Kosten entsprechend dem As-built-Status aufzuschlüsseln.
Integration in CAFM-Systeme
Eine erfolgreiche BIM-Implementierung im FM erfordert die nahtlose Integration in ein CAFM-System. Hier kommt die GEFMA 444 ins Spiel, die Zertifizierungsanforderungen für CAFM-Systeme festlegt, um sicherzustellen, dass das As-built-Modell den langfristigen Betrieb unterstützt. Die für den Betrieb relevanten Informationen, wie z.B. Wartungsintervalle oder Raumbuchungen, müssen in das CAFM-System überführt und nutzbar gemacht werden.
Übergabedokumentation und Schulung
Neben dem Modell selbst müssen umfangreiche Übergabedokumentationen (z.B. Betriebshandbücher, technische Dokumentationen und Wartungspläne) übergeben werden. Hierbei ist es entscheidend, dass die im BIM-Modell integrierten Informationen durch das Facility-Management-Team genutzt werden können. Das Personal muss daher entsprechend geschult werden, um das Modell zur Unterstützung des täglichen Betriebs effektiv zu nutzen.
Langfristige Nutzung von BIM im FM
Die Betriebs- und Instandhaltungsphase ist die längste Phase im Lebenszyklus eines Gebäudes, in der das Facility Management die Verantwortung für den effizienten Betrieb übernimmt. BIM liefert hierfür eine zentrale Plattform, um Wartungsarbeiten zu planen, Ressourcen zu verwalten und den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes nachhaltig zu gestalten.
Vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance)
Mit IoT-Integration können Daten von Anlagen (z.B. über Sensoren) direkt ins BIM-Modell eingespeist werden, um Wartungsbedarf proaktiv zu erkennen. Dies ist ein entscheidender Schritt in Richtung Predictive Maintenance, bei der Ausfälle durch vorzeitige Wartungsmaßnahmen vermieden werden können. Die DIN EN 13306 definiert dabei die Begriffe für ein strukturiertes Instandhaltungsmanagement.
Datenbasierte Betriebsoptimierung
Durch die kontinuierliche Analyse der im BIM-Modell integrierten Betriebsdaten können Facility Manager operative Abläufe und Ressourcenverbräuche (z.B. Energieeffizienz, Wassermanagement) optimieren. Simulationen von Nutzungsszenarien oder Energiemodelle gemäß DIN V 18599 ermöglichen eine nachhaltige Gebäudebewirtschaftung.
Flächenmanagement und Belegungsplanung:
BIM erleichtert das Raum- und Flächenmanagement durch die Integration von Raumbüchern und Belegungsplänen. Dies spielt eine zentrale Rolle bei der optimalen Nutzung der Flächen, insbesondere in der Verwaltung großer Immobilienportfolios oder bei der Umsetzung moderner Arbeitsplatzkonzepte wie Activity-Based Working.
Notfall- und Sicherheitsmanagement
BIM kann Notfallmanagement unterstützen, indem z.B. aktuelle Flucht- und Rettungspläne sowie Brandschutzkonzepte gemäß der DIN 14096 direkt aus dem Modell generiert werden. Ebenso lassen sich Wartungen von Sicherheitsanlagen und die Einhaltung von Prüfintervallen (z.B. für Feuerlöscher, Sprinkleranlagen) planen.
Nutzung des BIM-Modells für Umbauten
Da Gebäude im Laufe ihres Lebenszyklus modernisiert und saniert werden müssen, spielt das BIM-Modell auch in dieser Phase eine entscheidende Rolle.
Bestandsdatenaufnahme und Modellaktualisierung:
Vor einer Sanierung wird das BIM-Modell mit aktuellen Daten zur Gebäudenutzung und dem Zustand der Bauteile und technischen Anlagen ergänzt. Dies ermöglicht präzise Planungen für Umbauten oder energetische Modernisierungen. Die VDI 2552 Blatt 10 gibt hier den Rahmen für die kontinuierliche Modellpflege vor.
Nachhaltigkeitsoptimierung
Modernisierungen können auch im Kontext der Nachhaltigkeit durchgeführt werden, z.B. durch die Verbesserung der energetischen Performance eines Gebäudes. BIM ermöglicht durch Simulationen die Bewertung verschiedener Modernisierungsmaßnahmen gemäß DGNB-Zertifizierungsstandards oder dem LEED-Rating-System.