Digitales Ausführungsmodell erstellen

Der Initiator der Anwendungsfälle startet den Prozess.
Der Initiator kann ein Projektleiter oder BIM-Verantwortlicher beim Bauherrn, Planer oder Ausführenden sein.
Idealerweise werden die Anwendungsfälle für BIM2Field bereits in der Ausschreibung inkl. Anforderungen für Soft-, Hardware und Schulung beschrieben, um eine erfolgreiche Umsetzung sicherzustellen.

In einem Kickoff-Meeting werden die Anwendungsfälle und deren Nutzen für die involvierten Parteien vorgestellt und im Team (Modellersteller und/oder Ausführender) ein gemeinsames Verständnis aufgebaut.

Erfahrungsgemäss ist dies der effektivste Weg um die Arbeitsmethode "probieren und dann reagieren" oder zu simpel gehaltene Aktennotizen zu verhindern. Im Kickoff ist insbesondere darauf zu achten, welche Anwendungsfälle in der Ausschreibung festgelegt wurden und welche nicht, bzw. sich das Team einigen kann zusätzlich zu machen. Die primären Anwendungsfälle von Ausführungsmodellen in allen Gewerken sind:

1. Modellbasierte Absteckung​
2. Mengen und Massenermittlung​
3. Etappierung mit Ansichten vom Modell (siehe Use Case Etappierung von Modellen)​
4. Digitale Unterstützung Bauleitung​
5. Modellbasierte Ausführung und Montage (siehe z.B. Use Case Bewehrung verlegen)

Je nach Wissensstand des Teams muss eine vertiefte Diskussion der Anwendungsfälle geführt und allenfalls zusätzliche Abklärungen gemacht werden. Wenn die Anwendungsfälle für alle involvierten Parteien klar sind, können die Anwendungsfälle festgelegt werden (1.1b)

Der aktuelle Reifegrad der Planung ist die Grundlage für die Vorstellung der Anwendungsfälle sowie den Modellersteller, jedoch noch im Zustand von nicht ausführbaren 3D-Modellen oder 2D-Zeichnungen.

Es empfiehlt sich jeden Anwendungsfall vorzubereiten und zusammen abzustimmen, um Klarheit zu haben, was gemacht wird und was nicht. Beispielsweise eignen sich Checklisten oder Präsentationen sehr gut dazu.

Des weiteren werden in diesem Schritt die Verantwortlichkeiten festgelegt und das Team definiert, wenn notwendig weitere Rahmenbedingungen der Zusammenarbeit. Bei zu vielen oder dem Team noch unklaren Anwendungsfällen, empfiehlt es sich diese zu priorisieren und allenfalls anhand von Testbauteilen oder Testabschnitten zu validieren.

Die unterschiedlichen Fähigkeiten von Soft- und Hardware müssen hier berücksichtigt werden. Die ausgewählten Anwendungsfälle müssen auf die eingesetzte Soft- und Hardware detailliert werden.

​Begriffsdefinition Ausführungsmodell
Ein Ausführungsmodell beinhaltet sämtliche Angaben für die Ausführung (BIM2Field). Es kann für unterschiedliche Anwendungsfälle genutzt werden, um Mehrwerte in der Fertigung und auf der Baustelle sowie in der Steuerung der Prozesse zu generieren. Ein Ausführungsmodell verbindet unterschiedliche, logische und zusammenhängende Projekt-Parameter, wie beispielsweise:​

• Identifikation (GUID)
• Bauteilgeometrie (Länge, Höhe, Breite, Volumen, Fläche, räumliche Position, usw.)​
• Eigenschaften (Name, Beschreibung, Material, Typ, Hersteller, Produktnamen, Artikelnummern, Mengen, usw.)​
• Strukturen (Gelände, Bauwerk, Geschoss, Etappierung, Zone, Gruppierungen, usw.)
• Ergänzende Informationen (Status, Montage, Kosten, Zeit, usw.)​
• Verortet in der Realität (Lokal und/oder Landeskoordinaten)

Ein Ausführungsmodell wird in BIM-Modellierungswerkzeugen erstellt und/oder zusammengefügt und weist entsprechend eine Beziehungslogik auf, um bei Änderungen an einem Parameter automatisiert verwandte Parameter anzupassen (Parametrik).​ 

Allgemeine Ziele und Nutzen des Ausführungsmodells
Ein Ausführungsmodell ersetzt die konventionellen Pläne und deren Prozesse in der Planung, in der Fabrikation und auf der Baustelle. Ein Ausführungsmodell ist wesentlich transparenter und verständlicher als 2D-Pläne und wird auch als Informations-, bzw. Datenträger genutzt. So werden Kommunikations- und Schnittstellenprobleme zwischen der Planung und der Ausführung reduziert, weil gleichzeitig bessere Prozesse installiert werden. Eine höherwertige Planung bei ähnlichem Aufwand (je nach Gewerk unterschiedlich) wird so erreicht und die AVOR, Logistik sowie die Baustelle profitieren von einer Produktivitätssteigerung.​

Es resultieren weniger Fehler, Materialausschuss, Nacharbeiten, Wartezeiten in der Ausführung und weniger Unvorhergesehenes geschieht. Wenn trotzdem Änderungen vorkommen, sind diese schneller verarbeitet und jedem verständlich zugänglich. Dies auch, weil viel weniger Papier genutzt wird und Papierprozesse durch schlankere, durchgängige Datenprozesse ersetzt werden. ​

Genaue Messfaktoren (KPI's, Metriken) wie viel Zeit oder Geld eingespart bzw. Qualität, Sicherheit oder Komfort erhöht wird ist unternehmensabhängig und sollte bei der Implementation von Ausführungsmodellen begleitend eingeführt werden. Das Ausführungsmodell eröffnet neue Beauftragungs- und Koordinationsprozesse sowie Partnerschaften und Geschäftsmodelle, um langfristig von der Digitalisierung zu profitieren.​

Allgemeine Modellierungsanforderung
Die im Modell vorhanden Elemente müssen so modelliert werden, wie sie in der Realität gebaut werden. Das Ausführungsmodell soll gemäss Begriffsdefinition erstellt werden und zusätzlich ist folgendes zu beachten:

• IFC-Dateien:
  • alle IFC sind mit der gleichen IFC Version zu exportieren (IFC 4.0 und höher)
  • alle Dateien sind nach Namenskonvention (siehe BAP) zu erstellen
  • Es werden pro Etappe jeweils mehrere IFC's erstellt
• Darstellung:
  • Modellfarben sind gemäss Ausführungsanweisung umzusetzen
  • Überlagende Bauteile versetzt darstellen

Die Ausführungsanforderungen werden pro Anwendungsfall festgelegt.

Für die effiziente Zusammenarbeit mit digitalen Modellen muss eine gemeinsame Projektplattform für alle Beteiligte (Modellersteller & Ausführender) verwendet werden.

Hierzu kommt ein CDE (Common Data Environment) zum Einsatz. Die Norm ISO 19650 beschreibt ein allgemeines CDE und für die BIM2Field-Anwendungsfälle gibt es spezifische Elemente, welche beachtet werden sollten.

Bei der CDE-Auswahl für BIM2Field-Anwendungsfälle muss beachtet werden:

Welche Anwendungsfälle darüber ausgeführt werden und welche detaillierten Anforderungen daraus entstehen. Für die fünf primären Anwendungsfälle sind diese beispielsweise:

• Modellbasierte Ausführung und Montage: IFC-Viewer muss einen Zoom haben, um einzelne Bewehrungseisen anzuwählen sowie eine einfache Datendarstellung für die Bauarbeiter (siehe Use Case Modellbasierte Bewehrung verlegen)​
• Modellbasierte Absteckung: Datenformate für Punkte und 3D Modell sind definiert. Daten können direkt von der CDE an Vermessungsgeräte übergeben werden
• Digitale Unterstützung Bauleitung: Aufgabenmanagement für Abnahmen verbunden mit 3D Modell
• Etappierung mit Ansichten vom Modell: Auswahlfunktionen für Bauteilgruppe (IFCElementAssembly) und Bauteilen. Filtermöglichkeiten in Kombination mit abspeichern von gefilterten Modellansichten
• Mengen und Massenermittlung​: Tabellen, welche nachvollziehbar Stückzahlen und Summen von Bauteilmengen darstellen. Eine eigentliche Beechnung von Bauteilmengen ist nicht zwingend Bestandteil vom CDE, sondern sollte als Attribut im IFC vorhanden sein.

Vorgängig zum Einsatz des CDE's ist zu klären:

• Wer das CDE verwaltet / administriert, Lizenzen und Zugänge bereitstellt
• Wie die Anforderungen an Serverstandort & Datensicherheit (ISO 27001) umgesetzt werden
• Wie der Umgang mit grossen Daten geschieht

Kommen mehrere CDE's zum Einsatz, muss klar definiert werden, welche Daten auf welchen CDE's verwaltet werden und wie allfällige Synchronisationen eingesetzt werden.

Wesentliche Anforderungen an ein CDE für die bauseitige Verwendung:

• Einfachheit der Bedienung ist entscheidend für die Akzeptanz bei den Ausführenden
• Alle Arten von Daten können gespeichert und angezeigt werden, insbesondere offene Datenformate u.a.:
  • 3D Modelle (IFC4, IFC4.3)
  • Punktwolken (E57 / .las/.laz / potree)
  • PDF (Pläne, Dokumente)
  • LandXML
  • BCF (cloudbasierte Aufgaben, Mängel)
  • Vermessungspunkte (CSV, TXT, etc.)
• Optional soll das CDE auch folgende Datenformate unterstützen:
  • Dateibetrachtung im nativen Format z.B. XLSX, DOCX, STEP, OBJ, IGES, DWG (AutoCAD & Civil 3D-Dateien), RVT (Revit)
  • Dateibearbeitung im nativen Format z.B. XLSX, DOCX
• Basisfunktionen des CDE
  • Zugriffsberechtigungen auf Daten & Ordner für einzelne Beteiligte (Lese-, Kommentier-, Schreibrechte)
  • Integriertes Versionierungsystem der gespeicherten Daten
  • Applikation läuft auf der definierten Hardware (Android / iOS / Windows)
  • Verfügbarkeit des CDE muss jederzeit gewährleistet werden (Status mit nachgewiesener Erreichbarkeit z.B. >99.5%)
  • Offline Fähigkeit des CDE, damit die Daten auch auf der Baustelle zur Verfügung stehen können (z.B. wenn kein Empfang)
  • Hat ein Aufgabenmanagement mit BCF integriert oder direkt angebunden
  • Datenübergabe / Datenanbindung an Drittgeräte z.B. Totalstation, Maschinensteuerung u.a. Bagger
  • Integrationsfähigkeiten mit dokumentierten API's / SDK's
• Der 3D Modellviewer, insbesondere für IFC, sollte mindestens folgende Funktionalitäten bereitstellen:
  • kann mehrere 3D Modelle gleichzeitig darstellen
  • kann Informationen in den Modellen einfach auslesen oder sogar auswerten
  • hat Filter-Funktionen (z.B. Ifc Entitäten, Pset, etc.) und kann Daten visualisieren
  • ist für touchfähige Tablets geeignet und kann kleinteilige Elemente (z.B. Bewehrungen) aktivieren
  • hat Messfunktionen (Längen, Koordinaten, Volumen, etc.)
  • Kann Ansichten aus Modellen erstellen und speichern

Gängige CDE haben weiterführende Funktionalitäten, welche für zusätzliche Anwendungsfälle notwendig sind.

Schulung / Anwendung der CDE:
Alle Beteiligten (Modellersteller & Ausführender) müssen geschult sein / werden über die:

• Datenablage
• Datenübergabe / Freigabe
• Kommunikationsprozess
• Anwendungsfälle

In den Anwendungsfällen wird definiert, welche Modelle notwendig sind für die Ausführung und wie diese genutzt werden.

Generell gibt es drei Modellarten:

• etappierte Modelle für die Montage
• Modelle pro Geschoss/Bauzonen/Etappen für z.B. die Koordination
• ein aktuelles Gesamtmodell pro Gewerk für z.B. die Übersicht

Die weiterführenden Dokumente werden gemäss Anwendungsfall definiert. Beispielsweise sind es folgende Dokumente:

QM-Regeln

• Definition der Prüfung (visuell/automatisiert, etc.)
• Modellprüfplan
  • Wer kontrolliert? (Rolle / Funktion / Verantwortlichkeit)
  • Was wird kontrolliert? (Modell, Modellbereiche, Eigenschaftssätze, Attribute)
  • Wie wird kontrolliert? (visuell, regelbasiert, automatisiert)
  • Wann wird kontrolliert (Fester Termin-Intervall, damit Abhängigkeiten eingehalten werden können)
• Freigabeprozesse
• Abnahme auf der Baustelle

Weiterführende Daten für den Anwendungsfall wie beispielsweise

• Absteckpunkte
• CNC-Daten
• Protokolle
• Fotos
• usw.

Daten von Disziplinen ohne Modell
Nicht alle Daten und Informationen werden immer direkt im Ausführungsmodell erstellt (z.B. Gebäudeautomations-Daten im Elektromodell, Brandschutzplanung im Architekturmodell etc.). Die Informationen von Disziplinen ohne Modell können im Ausführungsmodell integriert werden. Der Integrationsprozess muss klar definiert werden und die Verantwortung muss beim Informationsersteller bleiben. Zwei bewährte Methoden für diese Integration sind bekannt:

• Die Daten und Informationen können direkt in der Autorensoftware übernommen werden (z.B. Excel Export-Import)
• in einem CDE zusätzlich als Attribut aufgenommen/erfasst werden

Informationen können auch als zusätzliche Dokumente (z.B. PDF, DWG) geliefert werden. Ein Link/Verweis oder eine direkte Dokumentenverknüpfung auf diese Dokumente kann in einem Attribut geführt werden (z.B. Schema eines Elektro-Verteilers, Datenblatt pro Leuchte Typ, NC-Daten, Listen, etc.).

Die Anforderungen an den Informationsaustausch (die sog. exchange requirements) werden von den Fachexperten den Projektgruppen gemeinsam erarbeitet. Dabei ist eine klare Strukturierung und die präzise Definition der Eigenschaften notwendig.

Die "exchange requirements" werden gemäss den Vorgaben der SN EN ISO 29481-1 «Information Delivery Manual (IDM)» in einem nichttechnischen Format beschrieben, d.h. sie sind für alle Teilnehmenden lesbar und verständlich.
In einem nächsten Schritt wird ein Mapping auf das IFC Schema vorgenommen. Das Mapping erfolgt zunächst immer auf die aktuellste IFC Version. Unter Umständen ist ein Workaround auf andere IFC Versionen notwendig.

Das IFC Schema beinhaltet im BuildingSMART Data Dicitionary (bsDD) eine Vielzahl an "property sets". Dieses wird jedoch voraussichtlich nicht immer alle Eigenschaften beinhalten, die von einem Anwendungsfall gefordert werden. In diesem Fall werden diese spezifischen Eigenschaften definiert und in einem Anwendungsfall-spezifischen Merkmalset (property set) abgebildet. Die «customized property sets» des Use Case Managements von BuildingSMART Schweiz werden immer mit dem Präfix «CHUCM» bezeichnet.

Die exchange requirements werden in ein maschinenlesbares Dateiformat übersetzt. Die «Information Delivery Specification (IDS)» kann von entsprechenden BIM-Werkzeugen als Modellprüfung und/oder Modellvorgabe gelesen werden.

Damit wird die die Grundlage für einen durchgängigen Daten-Workflow sichergestellt.

Die Koordination kann mit verschiedenen Methoden erfolgen:

• ICE-Sessions (Integrated concurrent Engineering) sind zu bevorzugen
• einzelne Workshops (z.B. zum Wissensaufbau für einen Anwendungsfall)
• klassische Koordinationssitzung mit Modellen

Alle Methoden funktionieren in einem BIM2Field-Projekt. Die Häufigkeit und Form der Koordination muss pro Anwendungsfall definiert sein.

Das Vorgehen für die Modellfreigabe (siehe 1.5) ist festzulegen und kann je nach Koordinations-Methode variieren.

Ein wesentlicher Bestandteil der Koordination ist die gemeinsame Projektplattform (CDE), auf welcher die Projektbeteiligten auf die gleichen und aktuellen Daten (Modelle, Listen, NC-Daten, etc.) zugreifen. Eine gemeinsame Plattform entbindet nicht von der Definition der Datenaustauschformate und der Datenablage-Struktur.

Die Abhängigkeiten zu verschiedenen Anwendungsfälle und Modellen müssen koordiniert, fixiert und terminiert werden.

Die Modellierung wird gemäss den Modellanforderungen des jeweiligen Anwendungsfalles gemacht. Es stehen unterschiedliche Methoden sowie Software-Werkzeuge für die Erstellung und Bearbeitung der Ausführungsmodelle zur Verfügung (siehe Modellierungsmethoden).

Die Prüfung innerhalb der Modellierungssoftware und/oder einer externen Prüfsoftware stellt sicher, dass die Informationsanforderungen des Anwendungsfalles erfüllt sind und das Modell vollständig ist. (siehe 1.4 Visuell und/oder automatisierte Prüfung des digitalen Ausführungsmodelles (gem. AwF)).

Die Modelle und die ergänzenden Informationen sind auf einem CDE dem Ausführenden zur Verfügung zu stellen.

3D-Modelle mit Attributen
Geometrische Modelle mit meist manuell angefügten Attributen. Bauteile werden eingesetzt, wenn es Funktionen dafür gibt und wo es keine gibt, mit geometrischen 3D-Elementen ohne Intelligenz modelliert.​

Parametrische Modelle
Nahezu ausschliessliche Verwendung von Bauteilen, welche eine Beziehung/Abhängigkeit zu anderen Bauteilen haben und sich bei Änderungen automatisiert anpassen. Attribute werden grösstenteils automatisiert an die Bauteile angefügt. Die Beziehung/Abhängigkeit der Bauteile sowie Automatismen werden von der Software weitestgehend vorgegeben und können in einem vorgegeben Rahmen auch vom Anwender konfiguriert werden.​

Visuelles Programmieren von Modellen ohne Programmierkenntnisse (Generative Modellierung)
Eine weitere Möglichkeit ein Ausführungsmodell zu erstellen bei welcher der Anwender selber die Beziehungen/Abhängigkeiten und Automatismen definiert. Die Methoden können wie folgt gruppiert werden:

• Visuelles programmieren/scripten (Hyperlink: Visuelle Programmiersprache – Wikipedia)
• Parametric design (Hyperlink English: Parametric design - Wikipedia)
• Generatives Design (Hyperlink: Generative Gestaltung – Wikipedia)

Individual Programmierung / Scripting
Komplett freie Programmierung von Plugins oder Softwareanwendungen, welche in einer Programmier- oder Scriptingsprache erstellt werden.​

Die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Methoden sowie die entsprechenden, geläufigsten Software-Produkte sind wie folgt:

Die Prüfung stellt sicher, dass die Informationsanforderungen des Anwendungsfalles erfüllt sind und das Modell vollständig vorhanden ist.

Die visuellen Fähigkeiten eines dreidimensionalen Ausführungsmodelles ermöglichen den Projektbeteiligten fachliche Herausforderungen schneller zu verstehen und Lösungen zu erarbeiten. Visuelle Prüfungen können mit einfachen Ansichten (z.B. Objektfarben gem. Attributen) unterstützt werden.

Komplexere oder regelmässige Prüfungen können regelbasiert und automatisiert durchgeführt werden. Diese Prüfungen werden in 4 Kategorien eingeteilt:

• Klasse 1: Bauteile und Attribute werden abgefragt und gegen einzelne Zielwerte überprüft (z.B. sind alle Material-Informationen gemäss Vorgabe vorhanden).
• Klasse 2: zusätzliche Werte werden berechnet (z.B. Entfernung) und geprüft
• Klasse 3: Datenstruktur wird erweitert und wenn notwendig zusätzliche Geometrie erstellt, um räumliche Beziehungen zu berechnen (z.B. Brandschutzüberprüfung)
• Klasse 4: Regeln, die einen "Lösungsnachweis" erfordern (z.B. Konstruktionsüberprüfung)

Um eine Prüfung zielführend durchzuführen ist ein Prüfplan/Prüfcheckliste gemäss Anwendungsfall notwendig, egal ob visuell oder automatisiert geprüft wird.

Entscheid, ob das Qualitygate für die Exchange Requirements bestanden wurde und die Modelle für die Überprüfung auf Baubarkeit und Herstellung verwendet werden können:

• Ja, Modelle können verwendet werden
• Nein, Modelle müssen angepasst werden

Entscheid, ob das Qualitygate für die Baubarkeit und Herstellung bestanden wurde und die Modelle verwendet werden können:

• Ja, Baubarkeit und Herstellung kann garantiert werden
• Nein, Modelle müssen angepasst werden

Beide Checks müssen mit Ja beantwortet werden, ansonsten dürfen die Modelle nicht für die Produktion und Ausführung verwendet werden.

Die Verantwortlichen haben das Ausführungsmodell aus fachlicher und inhaltlicher Sicht geprüft und geben es frei.
Der genaue Ablauf der Freigabe muss gemeinsam im Prozessschritt 1.2 definiert werden.

Freigabe der Modelle für die Ausführenden:

• Ja, Modelle sind freigegeben
• Nein, Modelle müssen angepasst werden

Das digitale Ausführungsmodell ist erstellt, geprüft, freigegeben, geliefert und kann für die Ausführung genutzt werden.

Das digitale Ausführungsmodell ist erstellt, geprüft, freigegeben, geliefert und kann für die Ausführung genutzt werden.

Die Freigabe ist an die Ausführenden zu kommunizieren.

Wie und wer die Freigabe an den Ausführenden kommuniziert wird im Anwendungsfall definiert.

Es definiert den Zeitpunkt, wann welche Unterlagen durch wen geliefert werden, damit der Bauablauf eingehalten werden kann:

Inhalt:

Arbeitspakete bilden die Grundlage für die Lieferung:

• Zusammengefasste Elemente und Etappen
• spätester Lieferzeitpunkt
  • IFC Modelle
  • ergänzenden Unterlagen (Bestelllisten, etc.)
• Vorgaben von Lieferanten sowie Materiallieferzeiten mit einfliessen lassen

Die Ausführungsmodelle werden entsprechend der festgelegten Anwendungsfälle genutzt.
Folgende Anforderung sind an Soft- und Hardware für die primären Anwendungsfälle zu stellen:

1. Modellbasierte Absteckung
   -> Robotische Totalstation mit Absteck-Software, welche mit openBIM-Modellen umgehen kann
2. Mengen und Massenermittlung​
   -> Viewer, um im IFC bereits vorhandene Mengenattribute darzustellen. Für erweiterte Ermittlungen braucht es Software, welche Mengen selber rechnen kann.
3. Etappierung mit Ansichten vom Modell​
   -> Viewer, welcher Bauteilgruppen und einzelne Bauteile darstellen oder verschiedene Dateien gleichzeitig laden kann
4. Digitale Unterstützung Bauleitung​
   -> Viewer, welcher einfach zu bedienen ist, einfache Messungen ermöglicht und weiterführend auf AR oder anderen Geräten eingesetzt werden kann
5. Modellbasierte Ausführung und Montage
   -> Einfach zu bedienender Viewer, welcher nur die relevanten Modelle und Informationen für die Montage darstellt

Für die BIM2Field-Anwendungsfälle empfiehlt es sich Software zu nutzen, welche die openBIM-Modelle unverändert nutzen kann und von buildingSMART zertifiziert ist (IFC4).
Allenfalls sind weitere Hard- und Software für die anderen Anwendungsfälle gemäss Kickoff-Meeting zu beschaffen.

Sie definieren, welche Punkte bei der Ausführung neben den Angaben im Modell zusätzlich zu beachten sind. Dies sind unter anderem:

• Abhängigkeiten zu anderen Bauteilen
• Schnittstellen zu anderen Gewerken
• projektübergreifende Besonderheiten von Gewerken
• Klärung spezieller Details
• Ergänzende Angaben zu Spezialprodukten

Inhalt dieses Dokuments:

• Änderungsnachweise
• Allgemeine Bemerkungen
  • nicht modellierte geometrische Informationen (z.B. Bewehrungsüberdeckung)
  • Toleranzen
• Etappenbezeichnungen im Modell
• Etappierungsschema
• Positionsnummerierung
• Modellfarben Definition
• Beispiele für Etappierung
• Beispiele für Lösungen der Konflikte

Der effektive Bau kann gemäss Anwendungsfall errichtet werden.

Im Anschluss an die Ausführung bestehen weitere Anwendungsfälle wie zum Beispiel:

• Baustelle mit Modelldaten steuern
• Qualitätssicherung mit Laserscanner
• Endausmass mit Modellen
• Abschlussdokumentation mit Modellen
• Modellübergabe in den Betrieb