BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

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FACHHOCHSCHULE MÜNSTER -Fachbereich Architektur- Department Baubetrieb / Baumanagement BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie Systemtechnische und funktionale Anforderungen an ein PDM-System zur Unterstützung digitaler Bauprozesse Bachelorarbeit Zur Erlangung des akademischen Grades Bachelor of Arts (B.A.) vorgelegt von: Elisabeth Zachries Matrikel-Nr. 696676 1. Gutachter: Prof. Dipl.-Ing. Martin Weischer Abgabedatum: Münster, Februar 2015

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FACHHOCHSCHULE MÜNSTER

-Fachbereich Architektur-

Department Baubetrieb / Baumanagement

BIM | PDM

Die Digitalisierung der Bauindustrie Systemtechnische und funktionale Anforderungen an ein PDM-System

zur Unterstützung digitaler Bauprozesse

Bachelorarbeit

Zur Erlangung des akademischen Grades Bachelor of Arts (B.A.)

vorgelegt von:

Elisabeth Zachries

Matrikel-Nr. 696676

1. Gutachter: Prof. Dipl.-Ing. Martin Weischer

Abgabedatum: Münster, Februar 2015

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Danksagung

Zum Gelingen meiner Arbeit haben viele Menschen auf unterschiedliche Weise bei-

getragen. An dieser Stelle möchte ich mich dafür bedanken.

Ein besonderer Dank geht an Holger Farnik (Projektsteuerer, Firma Dr. Baumgärtner

GmbH), Ulrich Frech (Senior PLM-Berater, CONTACT Software GmbH), Peter Will

(Geschäftsführer, Sadowski & Will GmbH) und Maximilian Zachries

(Geschäftsführer, FCMS GmbH), die mir während der gesamten Bearbeitungszeit,

mit ihren Know-Hows, Anregungen und Denkanstößen, zur Seite standen.

Ebenfalls möchte ich mich bei meinem Gutachter, Herrn Prof. Dipl.-Ing. Martin

Weischer bedanken, der mich stets mit Ratschlägen und Tipps unterstützt und mir

die Möglichkeit geboten hat, an diesem Thema zu arbeiten.

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Inhaltsverzeichnis

Eidesstattliche Erklärung ________________________________________________ 1 Abbildungsverzeichnis __________________________________________________ 2 Abbkürzungsverzeichnis _________________________________________________ 4 1. Einleitung ___________________________________________________________ 6

1.1 Derzeitige Problemstellung in der Baubranche ___________________________ 6 1.2 Lösungsansätze __________________________________________________ 8 1.3 Aufbau und Zielsetzung der Arbeit ___________________________________ 10

2. Grundlagen zum Building Information Modeling __________________________ 12 2.1 Begriffsdefinitionen _______________________________________________ 12 2.2 Austauschformat IFC _____________________________________________ 15 2.3 Arten des Building Information Modeling ______________________________ 16 2.4 Anwendung und Vorteile von BIM ___________________________________ 18 2.5 Status Quo der BIM-Anwendung ____________________________________ 21 2.6 Rahmenbedingungen für eine erfolgreiche BIM-Einführung ________________ 25

3. PDM-Systeme – eine zentrale Datenplattform für die Baubranche ____________ 31 3.1 Begriffserklärungen _______________________________________________ 32 3.2 Komponenten und Kernfunktionen eines PDM-Systems __________________ 36

4. Potenzial von PDM-Systemen für ein Bauprojekt __________________________ 41 4.1 Analogien von PLM und BIM _______________________________________ 41 4.2 Vorteile eines PDM-Systems für die Baubranche ________________________ 43 4.3 Anpassungsbedarf _______________________________________________ 44

5. Anforderungen an ein PDM-System für die Baubranche ____________________ 45 5.1 Zusätzliche Rahmenbedingungen zu Abschnitt 2.6 ______________________ 45 5.2 Systemtechnische Anforderungen ___________________________________ 46 5.3 Funktionale Anforderungen ________________________________________ 47

6. Zusammenfassung und Ausblick _______________________________________ 57 6.1 Zusammenfassung _______________________________________________ 57 6.2 Ausblick _______________________________________________________ 58

Quellenverzeichnis ____________________________________________________ 60 Anlagenverzeichnis ____________________________________________________ 64 Anlagen ______________________________________________________________ 65

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1

Eidesstattliche Erklärung Ich versichere, dass ich diese schriftliche Arbeit selbständig angefertigt, alle Hilfen

und Hilfsmittel angegeben und alle wörtlich oder im Sinne nach aus Veröffentlichun-

gen oder anderen Quellen, insbesondere dem Internet entnommenen Inhalte, kennt-

lich gemacht habe.

_____________________________

Unterschrift

Münster, Februar 2015

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2

Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 Rule of Ten nach Wittig 1994 _________________________________ 8  

Abbildung 2 Phasen des Lebenszyklus eines Bauwerks _____________________ 12  

Abbildung 3 Bauwerksmodell und einzelne Fachmodelle ____________________ 13  

Abbildung 4 Auswahl Modellelemente über Werkzeug-Tools _________________ 14  

Abbildung 5 Detaillierungsgrade einer Tür ________________________________ 15  

Abbildung 6 little closed BIM __________________________________________ 17  

Abbildung 7 little open BIM ___________________________________________ 17  

Abbildung 8 big close BIM ____________________________________________ 17  

Abbildung 9 big open BIM ____________________________________________ 18  

Abbildung 10 Verschiebung des Leistungsaufwandes mit der BIM-Methode _____ 18  

Abbildung 11 Auszug einer automatisch erstellten Fensterliste _______________ 19  

Abbildung 12 Abhängigkeiten der vier Randbedingungen der BIM-Methode _____ 25  

Abbildung 13 Beispiel einer neuen Struktur von Aufgabenbereichen ___________ 27  

Abbildung 14 PLM-Lösung mit PDM-System und möglichen Teillösungen _______ 33  

Abbildung 15 Ein virtuelles 3D-CAD-Modell als Abbild eines realen Produktes ___ 34  

Abbildung 16 Beispiel einer Projektstruktur im PDM System __________________ 37  

Abbildung 17 Beispiel einer neuen Dokumentenablage in ein PDM-System ______ 38  

Abbildung 18 Workflow der Freigabe und Änderung ________________________ 39  

Abbildung 19 Vergleich PLM-Lösung und BIM mit einem PDM-System _________ 41  

Abbildung 20 Informationsaustausch über eine zentrale Datenplattform _________ 47  

Abbildung 21 Suchoption nach einem Dokument im PDM-System ____________ 48  

Abbildung 22 Reifegrade von Dokumente ________________________________ 49  

Abbildung 23 Reifegrade von Bauteilen __________________________________ 49  

Abbildung 24 Beispiel einer Rollenstruktur mit einer Rechtevergabe ___________ 50  

Abbildung 25 CAD-PDM Direktintegration ________________________________ 52  

Abbildung 26 Beispielhafter Auszug aus einem Bauzeitenplan ________________ 53  

Abbildung 27 Einfügen von Markups in einer Zeichnung durch einen Viewer ____ 54  

Abbildung 28 Beispiel einer Bedienoberfläche für Mobile Geräte ______________ 55  

Abbildung 29 Bewertungsergebnis von CIM DATABASE in der ForBAU-Studie ___ 67  

Abbildung 30 Anmeldedialog von PDM-System CIM DATABASE ______________ 68  

Abbildung 31 Bedienoberfläche nach Programmstart von CIM DATABASE ______ 69  

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3

Abbildung 32 Anlegen eines neuen Anwenders (Client) in CDB _______________ 70  

Abbildung 33 Organisationskartei in CDB ________________________________ 71  

Abbildung 34 Organisationskategorien in CIM DATABASE für ein Bauprojekt ____ 71  

Abbildung 35 Gruppenvorlagen in CDB mit unterschiedlichen Rechten _________ 72  

Abbildung 36 Beispiel einer Zuordnung von Gruppenrechten _________________ 73  

Abbildung 37 Neues Projekt aus einer Projektvorlage in CDB anlegen _________ 74  

Abbildung 38 Projektkatalog in CIM DATABASE ___________________________ 75  

Abbildung 39 Beispiel einer Projektstruktur aus einer Projektvorlage ___________ 76  

Abbildung 40 Terminplanung mit Project Office in CIM DATABASE ____________ 76  

Abbildung 41 Neues Dokument anlegen in CDB ___________________________ 77  

Abbildung 42 Dokumentenkategorien für ein Bauprojekt im PDM-System CDB ___ 78  

Abbildung 43 Projektrollenkatalog für ein Bauprojekt in CDB _________________ 79  

Abbildung 44 Zwischenablage für Dateien während der Nutzung ______________ 80  

Abbildung 45 Versionisierung von Dateien über den Index ___________________ 80  

Abbildung 46 Aufgaben koordinieren mit dem Workflow-Designer in CDB _______ 81  

Abbildung 47 Task Manager in CDB (hier: von Anwender eza) _______________ 81  

Abbildung 48 Freigabestatus von Dateien - Sperrung von alten Versionen ______ 81  

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4

Abbkürzungsverzeichnis

3D - Dreidimensional

4D - Vierdimensional

5D

bzgl.

bzw.

-

-

-

Fünfdimensional

bezüglich

beziehungsweise

CAD - Computer-Aided Design

IT - Informationstechnik

Abb. - Abbildung

vgl. - vergleiche

BDM - Bauwerksdatenmanagement

BIM - Building Information Modeling

CAFM - Computer Aided Facility Management

DIN - Deutsches Institut für Normungen

DMS - Dokumentenmanagementsysteme

E-CAD - Electronic CAD

EDV - Elektronische Datenverarbeitung

ENEV - Energieeinsparverordnung

etc. - et cetera

e.V. - eingetragener Verein

f. - Folgende

ff.

ggf.

-

-

Fortfolgende

gegebenenfalls

HOAI - Honorarordnung für Architekten und Ingenieure

IAI - Industrieallianz für Interoperabilität

IFC - Industry Foundation Classes

ID - Identifikationsnummer

ISO/IEC - Internationale Norm

LPH - Leistungsphase

MCAD - Mechanical CAD

PDM - Produktdatenmanagement

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5

PLM - Product Lifecycle Management

PM

PMBOK®

-

-

Projektmanagement

Project Management Body of Knowledge

STEP - Standard for the Exchange of Product Data

TGA - Technische Gebäudeausrüstung

usw. - und so weiter

u.a. - unter anderem

VDI - Verbund Deutscher Ingenieure

VOB/A - Allgemeine Bestimmungen für die Vergabe von Bauleistungen

VOB/B - Allgemeine Vertragsbedingungen für die Ausführung von

Bauleistungen

z.B. - zum Beispiel

z.T. - zum Teil

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6

1. Einleitung

1.1 Derzeitige Problemstellung in der Baubranche In regelmäßigen Abständen wird in der Öffentlichkeit kontrovers über die Abwicklung

von Bauprojekten diskutiert. Besonders betroffen sind öffentliche Großbauprojekte,

wie die U-Bahn-Baustelle am Kölner Heumarkt, Stuttgart 21, der neue Flughafen Ber-

lin-Brandenburg oder die Elbphilharmonie in Hamburg. Die Kritik gilt vor allem der

Intransparenz der Entscheidungsprozesse und den Überschreitungen der Bauzeit

und Baukosten, die zumeist auf Planungsfehler, Mängel in der Projektdurchführung

oder auf Qualitätsmängel zurückzuführen sind.1 Die meist negative Berichterstattung

zeichnet ein düsteres Bild der Leistungsfähigkeit der deutschen Bauindustrie.

Hierbei wird außer Acht gelassen, dass die Bauwerke heutzutage immer komplexer

werden und enormen Anforderungen unterliegen.2 Die Herausforderungen und die

Arbeitslast von Architekten, Ingenieuren und weiteren Planungsbeteiligten eines

Bauprojektes steigen immer weiter an. Durch den punktuellen Einsatz von IT-

Werkzeugen wurde versucht, der gestiegenen Arbeitsbelastung entgegen zu wirken

und die Produktivität zu steigern. Mit dem Einsatz von CAD-Programmen können

Konstruktionszeichnungen zwar schnell und präzise erstellt und geändert werden,

jedoch verringert diese Unterstützung nicht den Druck auf die Projektbeteiligten.

Die vereinfachte Kommunikation über E-Mail oder Handy ermöglicht es zwar, Zeich-

nungen oder andere projektbezogene Dokumente schnell zu übermitteln, dennoch

bleiben, trotz dieser technischen Hilfsmittel und dem entstehenden Nutzen, einige

Probleme der Bauindustrie die gleichen oder verstärken sich sogar: Unkontrollierte

Änderungen und Freigaben von Planungsunterlagen sowie eine mangelnde Abstim-

mung zwischen den Partnern führen zu Fehlern im Planungsprozess und folglich zu

Termin- und Kostenüberschreitungen und unzureichender Qualität.

Eine weitere Schwierigkeit bei Bauprojekten ist, dass es sich bei den Bauwerken

meist um Unikate handelt, die auf die individuellen Bedürfnisse des Auftraggebers

und dessen Baugrund zugeschnitten werden müssen. Zudem wird das Team der 1 vgl. [Sti-12], S.1 2 vgl. [Gün-11b], S.V 3 vgl. [Sti-12], S.2 2 vgl. [Gün-11b], S.V

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7

Baubeteiligten zumeist projektspezifisch neu zusammengesetzt. Daher können die

Prozesse meistens erst im Laufe der Planungs- und Ausführungsphase optimiert

werden, was zu einem erhöhten Risiko für Verzögerungen und

Kostenüberschreitungen führt. Solche Risikofaktoren können minimiert werden, um

Abweichungen von zuvor definierten Zeit- und Kostenplänen zu vermeiden. Das

Positionspapier des Hauptverbandes der Deutschen Bauindustrie e.V. „Großprojekte

in der Kritik- zu Recht?“ unterscheidet die Ursachen für Überschreitungen der

Termin- und Kostenfestlegungen in zwei Hauptgruppen:3 Unvermeidbare Gründe:

• Baugrundrisiken (z.B. Munitions- oder archäologische Funde)

• Preissteigerung für Rohstoffe

• Planungsänderungen auf Seiten der Auftraggeber

• Ungünstige Witterungsverhältnisse

Vermeidbare Gründe:

• Fehlerhafte und unvollständige Planungen

• Unvollständige Fortschreibung der Baupreise im Planungsprozess

• Vergabenachprüfverfahren

• Unzureichende Abstimmung von Planung und Bauausführung

• Mangelnde Entscheidungskompetenzen der Bauherrenvertreter

• Schwächen in der Projektorganisation

• Insolvenz von Planungsunternehmen

• Nachträgliche Planungsänderungen

• Rechtstreitigkeiten und resultierender Stillstand auf Baustellen

Einige der oben aufgeführten vermeidbaren Gründe lassen sich auf eine

unsystematische Informationsablage und eine unzureichende

Informationsbereitstellung, z.B. für einzelne Planungsunterlagen wie

Konstruktionszeichnungen, Terminplanungen, Kostenkalkulationen, Protokollen etc.

zurückführen. Nach Fertigstellung bringt eine unzureichende Dokumentation und

Verwaltung während der Bauwerksentstehung Probleme für die Nutzungsphase

3 vgl. [Sti-12], S.2

Page 12: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

8

eines Gebäudes mit sich, da keine Unterlagen für Wartungs- und Betriebskontrollen

zur Verfügung stehen. Es kommt zu Mehrkosten in der Nutzungsphase, da

zusätzliche Untersuchungen und Nacharbeiten durchgeführt werden müssen, um das

Gebäude auf den aktuellen Stand zu bringen.

1.2 Lösungsansätze Die im vorherigen Abschnitt aufgeführten vermeidbaren Ursachen lassen sich durch

höhere Investitionen in frühen Projektphasen vermeiden. Eine Steigerung der

Vergabe- und Kostentransparenz sowie bessere Kommunikation zwischen den

Stakeholdern, können zu einer Verminderung für Überschreitungen des Baubudgets

und der Bauzeit führen.4 Laut der von Wittig 1994 veröffentlichten „Rule of Ten“

steigen die Kosten für Änderungen in der stationären Fertigungsindustrie von der

Planungsphase bis zur Inbetriebnahme exponentiell an (siehe Abb.1). Für die Kosten

in der Produktentwicklung bedeutet das: Je später eine Veränderung in der

Entstehungsphase durchgeführt wird, desto teurer wird sie.

Abbildung 1 Rule of Ten nach Wittig 19945

4 vgl. [Sti-12], S.3 5 eigene Darstellung nach [Wit-94]

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9

In der 2011 veröffentlichten ForBAU-Studie schreiben die Autoren Schorr und Günth-

ner, dass die Änderungskosten im Verlauf der Bauwerksentstehung weniger stark

ansteigen als in der stationären Fertigungsindustrie, da Bauwerke überwiegend Uni-

kate sind. Trotzdem müssen die auf die Planung zurückzuführenden Mängel in der

Bauausführung deutlich reduziert werden.6

Mit der heutigen Technologie der 3D-CAD-Modellierung wurde ein Lösungsansatz

gefunden, Planungs- und Ausführungsprozesse mit digitalen Werkzeugen stärker zu

unterstützen und somit einen fehlerfreien und strukturierten Informationsaustausch

zwischen Baubeteiligten zu einem früheren Zeitpunkt zu ermöglichen. Ein 3D-CAD-

Modell, welches ein Abbild des zukünftigen realen Objektes ist, erleichtert z.B. die

Kommunikation mit dem Auftraggeber, da er eine genaue Vorstellung von dem Ob-

jekt bekommt. Dadurch wird auch die Entscheidungsfindung im Entwurf beschleunigt

und die Qualität von Entscheidungen erhöht. Änderungswünsche auf Seite des Bau-

herren, erst während der Ausführungsphase, werden damit vermieden (nach dem

Motto: „So habe ich mir das nicht vorgestellt“).

In diesem Zusammenhang taucht immer wieder der Begriff des Building Information

Modeling, kurz BIM, auf. Während sich die 3D-CAD-Modellierung auf die

Formgebung bzw. Geometrieerstellung beschränkt, werden im BIM weitergehende

wichtige Aspekte berücksichtigt. Neben der Erstellung und dem Austausch von

Baudaten durch ein digitales 3D-Modell, ist ein weiterer Lösungsansatz eine zentrale

Datenquelle mit der alle projektrelevanten Informationen zentral verwaltet werden

können, „denn nur so kann die Existenz von redundanten Daten bzw. inkonsistenten

Bearbeitungsständen an verschiedenen Standorten vermieden werden.“7 Basierend

auf Technologien aus verwandten Branchen, wie dem Maschinenbauwesen oder der

Flugzeugbauindustrie, kann in diesem Kontext z.B. ein Produktdatenmanagement-

System(PDM) verwendet werden. Bei den oben genannten Branchen werden

redundante Daten zwar nicht vollständig vermieden, jedoch werden z.B. CAD-

Systeme voll in ein PDM-System integriert, sodass redundante Daten durch

automatische Abgleichverfahren kontrolliert werden. Diese Kontrollverfahren sichern

durch die Integration der Systeme eine Datenkonsistenz über den kompletten 6 vgl. [Gün-11b], S.118 f. 7 [Gün-11b] . S. 117

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10

Produktlebenszyklus, da alle produktrelevanten Daten in das zentrale

Datenverwaltungssystem automatisch gespeichert bzw. abgeglichen werden. Alle

Projektbeteiligten haben Zugriff auf diese Informationen, wobei den Anwendern

unterschiedliche Rechte für Zugriff und Veränderungen der Daten eingeräumt

werden. PDM-Systeme unterstützen Projekte nicht nur in der Datensicherheit,

sondern können mit weiteren zusätzlichen Anwendungen die Projektplaner mit

bestimmten Tools z.B. im Bereich Projekt-, Konfigurations- oder Abweichungs-

management unterstützen.

Die wesentlichen Elemente dieses Lösungsansatzes können auf die Baubranche

adaptiert werden. Somit führt eine Kopplung von BIM-fähiger CAD-Software und

einem PDM-System zu einer strukturierten und konsistenten Verwaltung aller

Informationen der Bauprojekte bzw. Bauprodukte und stellt diese für alle

Projektbeteiligten während des gesamten Lebenszyklus zur Verfügung, ganz im

Sinne des Facility Managements.8

1.3 Aufbau und Zielsetzung der Arbeit

In dieser Bachelorarbeit wird, basierend auf der Vision der digitalen Bauprozesse, die

Anwendbarkeit der BIM-Methoden im Zusammenhang mit einem PDM-System als

zentrale Datenbank untersucht. Es werden systemtechnische und funktionale Anfor-

derungen an ein PDM-System für die Baubranche gestellt und anhand einer PDM-

Software prototypisch aufgezeigt.

Die Arbeit gliedert sich in sechs Abschnitte die im Folgenden beschrieben werden:

Kapitel 1 behandelt die derzeitige Problemstellung und Zukunftsvisionen der Bau-

branche. Im Weiteren werden in Kapitel 2 und 3 die Methodik des Building Informati-

on Modelings und der Produktdatenmanagementsysteme getrennt voneinander er-

klärt. Kapitel 4 zeigt die Potentiale eines PDM-Systems für ein BIM-Bauprojekt auf.

Die ersten vier Kapitel bilden die Grundlage für Kapitel 5, das sich mit den Anforde-

rungen an die integrierte Softwarelösung auseinandersetzt. Anschließend folgt eine

Zusammenfassung und Ausblick.

8 siehe im Anhang [Facility Management]

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11

Im Anhang dieser Arbeit wird mit der zentralen Datenplattform CIM DATABASE von

der CONTAT Software GmbH9 prototypisch aufgezeigt, wie das PDM-System im Zu-

sammenhang mit einem Bauprojekt aussehen könnte.

Zielsetzung der Bachelorarbeit ist es, das Verbesserungspotential durch die Anwen-

dung von BIM mit einer integrierten Datenplattform (PDM-System) für ein Bauprojekt

aufzuzeigen. Anhand einer prototypischen PDM-Lösung werden für ausgewählte

Anwendungsbereiche exemplarisch aufgezeigt, wie eine zentrale Datenplattform für

ein Bauprojekt aussehen könnte.

9 siehe im Anhang [CONTACT Software GmbH]

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12

2. Grundlagen zum Building Information Modeling

Bei der Begriffserklärung von BIM trifft man häufig auf verschiedene Definitionen.

Hier muss bei der Übersetzung zwischen den Begriffen Building Information Model

und Building Information Modeling 10 unterschieden werden. Bei einem Building

Information Model spricht man von einem vollständigen digitalen Abbild eines 3D-

CAD-Modells, mit dem alle bau- und projektrelevanten Daten abspeichert werden

können. Der Begriff Modeling beschreibt zusätzlich die integrierten Prozessabläufe

des digitalen Bauwerkmodells über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks.11

2.1 Begriffsdefinitionen

Building Information Modeling

Das Building Information Modeling ist eine Bezeichnung einer Arbeits- und

Planungsmethode im Bauwesen und hat zum Ziel, die Koordination und

Kommunikation zwischen den Baubeteiligten zu unterstützen.12 Bei dieser Methode

werden alle baurelevanten Daten digital erfasst und in einem Bauwerksmodell

verknüpft. Dieses Modell dient als Informationsquelle und Datendrehscheibe für die

Zusammenarbeit der Projektbeteiligten über den gesamten Lebenszyklus eines

Bauwerks hinweg (siehe Abb.2). 13

Abbildung 2 Phasen des Lebenszyklus eines Bauwerks14

10 Amerikanische Schreibweise. Die britische Schreibweise wäre: Building Information Modelling 11 vgl. [Ste-13] 12 vgl. [Egg-13], S.18 13 vgl. [Nau-11], S 16 14 vgl. [Loo-13], S.44

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13

Bauwerksmodell (Building Information Model) Das Bauwerksmodell, in der Form eines virtuellen dreidimensionalen Gebäudes, ist

das zentrale Objekt im Building Information Modeling. Dieses 3D-Modell besteht aus

mehreren einzelnen Fachmodellen (siehe Fachmodelle) und kann zusätzlich mit

weiteren bauspezifischen Daten (z.B. Oberflächenqualitäten, Querschnitte,

bauphysikalische Eigenschaften usw.) erweitert werden. 15 Neben den

bauspezifischen Eigenschaften kann das Modell auch mit Informationen aus der

Termin- oder Kostenplanung verknüpft werden (4D-Modell). Wenn die Daten von der

Termin- und Kostenplanung gleichzeitig mit dem 3D-Modell verknüpft werden, spricht

man von einem 5D-Modell. 16 „Die wesentliche Neuerung im Vergleich zu

herkömmlichen 3D-Modellen ist die Unterstützung von Kommunikation,

Zusammenarbeit, Simulation und Optimierung im Projekt.“17

Abbildung 3 Bauwerksmodell und einzelne Fachmodelle - Architektur, Heizung, Lüftung, Elektro18

15 vgl. [Nau-11], S.173 16 vgl. [Hoc-13] 17 [Loo-13], S.44 18 entnommen aus [Egg-13], S.65

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14

Fachmodell Fachmodell ist die Bezeichnung für ein einzelnes fachspezifisches 3-D-Modell (siehe

Abb. 3), das aus einzelnen Modellelementen (siehe Modellelemente) zusammenge-

setzt ist und geometrische oder technische Merkmale besitzt. Die folgenden Fach-

modelle können für ein Bauprojekt vereinbart werden:19 - Umgebungsmodell - Bestandsmodell

- Massenmodell - Architekturmodell

- Tragwerksmodell - TGA-Modell

- Baustelleneinrichtungsmodell - Bauablaufmodell

- Montagemodell - Dokumentationsmodell

- CAFM-Modell (Facility Management)

Modellelemente

Als Modellelemente werden die einzelnen Bauteile von Fachmodellen bezeichnet, die

durch bestimmte Modellierungswerkzeuge von einer CAD-Software festgelegt wer-

den. Bei der Erstellung der Modellelemente mit bestimmten Werkzeug-Tools, erkennt

die Software, um was für ein Bauteil es sich handelt und kann diese ordnungsgemäß

anzeigen.20 Demnach wird z.B. das Modellelement Wand mit dem Modellierungs-

werkzeug Wand und eine Stütze mit dem Stützenwerkzeug erstellt (siehe Abb. 4).

Abbildung 4 Auswahl Modellelemente über Werkzeug-Tools - Beispiele CAD-Software Revit 2015 (links) und Vectorworks 2014 (rechts) 19 vgl. [Egg-13], S.53 20 vgl. [Gün-11b] S.34

Page 19: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

15

Detaillierungsgrad Der Detaillierungsgrad beschreibt, wie ausführlich die einzelnen Modellelemente in

den Projektphasen beschrieben werden. Der Detaillierungsgrad kann von Phase zu

Phase überarbeitet und vertieft werden. Zum Beispiel kann in der Entwurfsplanung

eine Tür nur als Öffnung dargestellt werden und später in der Genehmigungs- und

Ausführungsplanung spezifiziert werden. (siehe Abb. 5).

Entwurfsplanung Genehmigungsplanung Ausführungsplanung

Abbildung 5 Detaillierungsgrade einer Tür21

BIM Software

Immer mehr Software-Unternehmen führen 5D-Lösungen in ihre CAD-Software ein

und bieten diese unter dem Schlagwort BIM an. Einige der Anbieter stellen ihre Pro-

dukte mit der “gesamten“ BIM-Anwendung (5D) bereit, andere Unternehmen ver-

knüpfen ihre 3D-Programme für die Mengen, Kosten- und Terminkalkulation mit einer

anderen Software.22 Die Tabelle 2 im Anhang gibt einen Überblick der Hersteller und

den aktuellen BIM-Produkten.

2.2 Austauschformat IFC Jedes der oben genannten Software-Produkte beschreibt und sichert Daten in

eigenen Datei-Formaten, die sehr häufig nur mit dem eigenen Produkt “gelesen“

werden können. Zum Beispiel werden 3D-Daten, die mit der CAD-Software Revit

erstellt wurden, in das Revit-Datei-Format .rvt gespeichert und können von keinem

anderen Programm gelesen werden. Das stellt ein grundsätzliches Problem beim

Datenaustausch dar, denn nach der BIM-Vision sollen die Daten firmenübergreifend

21 entnommen aus [Egg-13], S.63f. 22 vgl. [Alb-13], S.13

Page 20: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

16

ausgetauscht werden können. Da die Unternehmen meistens mit unterschiedlichen

Software-Anwendungen arbeiten, ist das herkömmliche Verschicken von Dateien und

den damit verbundenen Informationen zwischen den Beteiligten mit einem enormen

Arbeitsaufwand verbunden, da entweder die Änderungen in das eigene Software-

Programm neu eingepflegt oder konvertierte Daten nachbearbeitet werden müssen.

In beiden Fällen ist Aufwand für die Ermittlung der inhaltlichen Änderungen („Was hat

sich überhaupt geändert?“) zu betreiben. Um dem beschriebenen Problem

entgegenzuwirken, wurde im Jahr 1995 die Organisation buildingSMART e.V. (als IAI

e.V.) gegründet. Diese setzte sich zum Ziel, eine standardisierte und systemneutrale

Datenschnittstelle zur Beschreibung digitaler Bauwerksmodelle zu entwickeln, was

dann im Ergebnis zum heutigen IFC-Format führte. IFC steht für Industry Foundation

Classes und ist ein programmunabhängiges Austauschformat. Mit dem IFC-Format

soll eine Konsistenz von semantischen 23 Informationen im Austausch zwischen

unterschiedlichen BIM-Software-Lösungen sichergestellt und somit Datenverluste

vermieden werden.

2.3 Arten des Building Information Modeling Um eine BIM-Anwendung zu differenzieren, wird zwischen den zwei Hauptarten little

BIM und big BIM unterschieden. Little BIM bezeichnet die BIM-basierte Planung in

einem Unternehmen. Big BIM bezeichnet hingegen den unternehmensübergreifen-

den Datenaustausch von Modellen.24 Bezogen auf die Software werden diese zwei

Hauptarten in die 2 Methoden open BIM und closed BIM unterteilt. In Anlehnung an

den Abschlussbericht zum „Forschungsvorhaben | Zukunft Bau | BIM-HOAI“ von Lie-

bich, Schweer und Wernik ergeben sich 4 unterschiedliche Methoden einer BIM-

Anwendung:25

23 siehe im Anhang [Semantische Modellierung] 24 vgl. [Kre-14] 25 vgl. [Lie-11],S. 46f

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17

little closed BIM

Abbildung 6 little closed BIM26

Der Benutzer wendet mit einem fachspezifischen Gebäudemodell (z.B. Raumpla-

nung, Tragwerksplanung, TGA-Planung) intern für sich die Methode BIM an, ohne

diese Informationen mit anderen Projektteilnehmern auszutauschen. Die Software-

anwendung ist innerhalb des Unternehmens einheitlich und herstellerspezifisch.

little open BIM

Abbildung 7 little open BIM

Der Anwender arbeitet wie in der Methode 1, stellt aber die Daten in dem neutralen

Austauschformat IFC (siehe Abschn. 2.2) anderen Projektteilnehmern zur Verfügung.

Die Softwareanwendung kann in diesem Fall heterogen sein.

big closed BIM

Abbildung 8 big close BIM

Die Anwender arbeiten an ihren internen Bauwerksmodellen. Regelmäßig werden die

einzelnen Fachmodelle im gleichen Applikationsumfeld zu einem Gesamtmodell zu-

sammengefügt. Die Softwareanwendung ist in diesem Fall einheitlich und hersteller-

spezifisch.

26 Abb. 6-9 eigene Darstellungen

Anwender A Software A BIM-Daten A

BIM-Daten B

Fachmodell A

Fachmodell BSoftware BAnwender B

IFC

IFC

Anwender A Software ABIM-Daten AB

Fachmodell A

Fachmodell BSoftware BAnwender BGesamtmodell

GesamtmodellAnwender A Software A

BIM-Daten ABFachmodell A

Fachmodell BSoftware AAnwender B

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18

big open BIM

Abbildung 9 big open BIM

Die Anwender arbeiten mit verschiedenen Softwareapplikationen intern an ihren dis-

ziplinspezifischen Bauwerksmodellen, somit ist die Softwareanwendung in diesem

Fall heterogen. Die Daten werden in einem einheitlichen, gemeinsamen Gebäude-

modell zusammengeführt. Zukünftig soll den verschiedenen Anwendern gleichzeitig

ein zentrales, einheitliches Bauwerksmodell zur Verfügung stehen.

2.4 Anwendung und Vorteile von BIM Da das Bauwerksmodell die Grundlage für alle baurelevanten Daten der Planung ist,

muss besonders zu Beginn eines Bauprojektes viel Zeit für die Erstellung dieses

Modells investiert werden. Der nachfolgenden Abbildung ist zu entnehmen, dass bei

einer Planung mit der BIM-Methode der Aufwand in den frühen Leistungsphasen

höher anzusetzen ist als bei der traditionellen Planungsmethode. In den späteren

Planungsphasen verringert sich jedoch der Arbeitsaufwand, da für die Erstellung der

späteren Aufgaben, wie für die Erstellung eines Leistungsverzeichnisses oder

Mengenlisten, die Informationen automatisch direkt aus dem Modell entnommen

werden können.27 Dieses Prinzip wird als frontloading bezeichnet.

Abbildung 10 Verschiebung des Leistungsaufwandes mit der BIM-Methode28

27 vgl. [Alb-14], S. 74 28 nach Patrick MacLeamy entnommen aus [Egg-13], S.33

GesamtmodellAnwender A Software A

IFC

IFC BIM-Daten ABSoftware BAnwender B

BIM

TraditionellAufw

and

Gru

ndla

gen

Entw

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treit

Kosten der Änderung

Bewirtschaftung

Einfluss auf Kosten

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19

Ein einheitliches Bauwerksmodell ermöglicht in der Theorie eine verbesserte Durch-

gängigkeit von Informationen zwischen den Projektbeteiligten und erreicht durch die

verbesserte Verfügbarkeit der Daten eine höhere Qualitäts-, Planungs-, Termin- und

Kostensicherheit für das Bauwerk.29

Zu Beginn der Planungsphase werden zwischen den Projektbeteiligten gemeinsame

BIM-Ziele bzgl. der Anwendung der Methode definiert. Es wird vereinbart, wer wann

welche Informationen in welcher Qualität bzw. in welchem Detaillierungsgrad bereit-

stellen soll. Ebenso werden die Rollenverteilung, Verantwortlichkeiten sowie die Zu-

sammenarbeitsstrategie und die zu benutzenden Technologien festgelegt. Der Bau-

herr stellt die vereinbarten Ergebnisse in einem BIM-Handbuch zusammen und stellt

allen Projektbeteiligten dieses zur Verfügung. Zukünftig soll es einen deutschen Vor-

lagenkatalog für Projektabwicklungspläne geben, um BIM-Ziele verständlich und ver-

tragsgerecht formulieren zu können. 30

Mengen- und Kostenberechnungen

Nachdem die Ziele und weitere Festlegungen formuliert wurden, kann vom

Architekten ein grobes Bauwerksmodell entworfen werden, mit dem schnell und

automatisch erste Mengen- und Kostenschätzungen durchgeführt werden können.

Bei ursprünglichen Planungsverfahren ist die Zusammenstellung der Mengen sehr

zeitaufwendig und fehleranfällig. Aufgrund der Eingabe von bauteilspezifischen

Daten in das Bauwerksmodell erkennt das Software-Programm, um was für eine Art

es sich bei dem jeweiligen Bauteil handelt und kann diese sortiert aufführen (siehe

Abb. 11).

Abbildung 11 Auszug einer automatisch erstellten Fensterliste - Beispiel mit dem BIM-Software Revit 29 vgl. [Egg-13], S.25 30 Ebd., S.47

Page 24: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

20

Mit dieser modellbasierten Auswertung kann eine präzise Aussage über die zu

erwartenden Baukosten gemacht werden. Gemäß der HOAI ist eine ständige

Kostenkontrolle über alle Leistungsphasen (LPH 1-9) eine der Haupt-

Grundleistungen eines Architekten.31 Ungenauen Kostenermittlungen in den ersten

Leistungsphasen führen automatisch zu einer starken Kostenabweichung in den

späteren Leistungsphasen. Solche Fehleinschätzungen bringen häufig

Verärgerungen seitens der Bauherren oder bei öffentlichen Projekten auch der

Bevölkerung mit sich. Mit der Bestimmung der Baukosten durch BIM haben die

Architekten einen genauen Soll-Ist-Vergleich über alle Leistungsphasen hinweg und

eine erhöhte Kostentransparenz gegenüber dem Bauherrn. Dies führt automatisch zu

weniger Mengenüberschreitungen, fehlerhaften Ausschreibungen 32 und weniger

Missmut der Bauherrn/ Bevölkerung. Aus Sicht des Planers führt BIM auch zu einer

Verbesserung der Wirtschaftlichkeit im eigenen Unternehmen, da die Kooperation

und Zusammenarbeit mit einem zentralen Bauwerksmodell zu weniger

Nachbearbeitung und somit zu geringeren Personalkosten führt.33

Weitere Anwendungen

Im weiteren Verlauf des Entwurfes wird das Bauwerksmodell weiter durch zusätzliche

Fachplaner detailliert und mit weiteren bauspezifischen Informationen verknüpft. Die

Planungsbeteiligten stehen während des gesamten Projektes über ein Modell als

Informationsquelle in Verbindung und können sich leicht austauschen. Durch diese

Datenkonsistenz und Transparenz sind alle Planungsbeteiligten immer auf dem

neuesten Stand. Die hinterlegten Informationen zu den einzelnen Bauteilen führen

automatisch dazu, dass die aus dem 3D-Modell abgeleiteten Plandarstellungen

gemäß DIN 1356-1 34 angezeigt werden können. 35 Die Verknüpfung des

Geometriemodells mit dem Terminplan führt zu der Möglichkeit, dass Bauabläufe vor

Bauausführung digital simuliert werden können (4D).36 Das virtuelle Bauwerksmodell

kann die verschiedenen fachlichen Anforderungen mithilfe bestimmter Software-

31 vgl. [Hoa-13], Anlage 10 (zu §34 Absatz 4 und §35 Absatz 7) 32 vgl. [Alb-13], S.27 33 vgl. [Wer-14] 34 DIN-Norm für die vorgesehene zeichnerische Darstellung von Bauzeichnungen, vgl. [Deu-14] 35 vgl. [Gün-11b]. S. 34 36 vgl. [Alb-13], S. 24

Page 25: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

21

Tools interdisziplinär abbilden. Zum Beispiel können Kollisionsprüfungen anzeigen,

ob sich zwei Bauteile berühren oder versehentlich doppelt vorkommen.

Konfliktpunkte und Fehler können somit vor Ausführungsbeginn rechtzeitig erkannt

und behoben werden. Aufgrund gesetzlicher Richtlinien und Regelungen werden

immer mehr Nachweise über den Gesamtenergiebedarf eines Gebäudes (ENEV),

Brandschutz, Schallschutz usw. gefordert. Anhand des Bauwerksmodells können

mithilfe von bestimmten Software-Anwendungen bauphysikalische Berechnungen vor

Baubeginn durchgeführt werden und zeigen, ob das geplante Gebäude den

gesetzlichen Anforderungen entspricht.

Während der Bauausführung werden regelmäßig Soll-Ist-Kontrollen durchgeführt und

Änderungen fortgeschrieben um das Bauwerksmodell stetig mit aktuellen Daten zu

verwalten. Durch das Hinzufügen von z.B. Produktinformationen von verschiedenen

Herstellern kann das mit Informationen angereicherte 3D-Modell für die Nutzungs-

phase Informationen über Wartungs- und Betriebskontrollen bereitstellen. Somit wird

das Bauwerksmodell über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerkes hinweg

weiter entwickelt. Zum Ende eines Bauprojektes kann durch die vollständige Doku-

mentation der Phasen eine Auswertung des Projektverlaufs erstellt und eine gute

"Lernbasis" für zukünftige Bauvorhaben gesichert werden.37

2.5 Status Quo der BIM-Anwendung

Akzeptanz Vermehrt trifft man bei Recherchen im Bereich des Bauwesens auf den Begriff BIM:

„BIM-Now!“38, „Was ist BIM?“39, „Planungsprozess im Wandel “40.

Die Befürworter bzw. Verfechter der BIM-Vision sehen in der verstärkten Anwendung

von BIM die Lösung für Planungsprobleme, die es in der Baubranche gibt. Bezüglich

der Potentiale von BIM wird immer wieder festgehalten, dass die Projektbeteiligten

37 vgl. [Esc-14], S.4 38 [Bui-14a] 39 u. a. [Aut-15] 40 [Det-14]

Page 26: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

22

mit der ganzheitlichen Anwendung der BIM-Methode deutlich unterstützt werden

können.

Jedoch fällt auch auf, dass der notwendige „Kulturwandel“41 vorerst noch zu Skepsis

und Verunsicherungen, besonders bei den Architekten, führt. Die Architekten

befürchten, dass sie aufgrund der Veränderung der Prozesse und Richtlinien die

Freiheitsgrade verlieren, nicht mehr kreativ arbeiten können und mit der neuen

Technologie die Baukunst verloren geht. 42 Mit BIM treten Verwaltungs- und

Managementaspekte, insbesondere durch den systematischen geregelten Umgang

mit Daten, in den Vordergrund. Das ist für viele genau das Gegenteil von kreativen

Arbeiten.

Durch die öffentlichen Diskussionen und Erklärungen wird deutlich, dass für eine er-

folgreiche Einführung der Methode, die Akzeptanz für BIM bei den Betroffenen der-

zeit das zentrale Ziel sein muss. Um diese Akzeptanz zu erreichen, muss zunächst

die Wirtschaftlichkeit, d.h. den Nutzen für die Anwender nachgewiesen werden.

Probleme im Datenaustausch

Ein derzeit noch häufig auftretendes Problem in der BIM-Methode, ist der

Informationsverlust beim Datenaustausch zwischen zwei unterschiedlichen Software-

Anwendungen. Derzeit besteht ein Bauwerksmodell noch getrennt aus mehreren

Fachmodellen (Geometrie-, TGA-, Tragwerksmodell, etc.). Um die Datenkonsistenz

sicher zu stellen werden die einzelnen Fachmodelle auf Grundlage einer zuvor

vereinbarten einheitlichen 3D-Software-Lösung erstellt und später zu einem

Gesamtmodell zusammengefügt (big closed BIM). An diesem Gesamtmodell werden

dann die Auswertungen, Berechnungen oder Simulationen mit Hilfe zusätzlicher

Software-Tools durchgeführt. Laut des „BIM-Leitfaden für Deutschland“ ist „[d]as

große gemeinsame Gesamtmodell [...] derzeit noch Utopie!“43. Die Organisation

buildingSMART e.V. begründet dies wie folgt: „Ein zentraler Punkt ist dabei die

Verbesserung des immer wieder nicht zufrieden stellenden Datenaustauschs auf

Grund fehlender und ungenügender Schnittstellen der IT-Lösungen im Bauwesen.“44.

41 [Wer-14] 42 aus [Bui-14b] 43 [Egg-13], S. 50 44 [Bui-14a]

Page 27: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

23

Der IFC-Standard hat sich zwar in den letzten Jahren stark weiterentwickelt, jedoch

kann das neutrale Austauschformat heute noch nicht alle Funktionalitäten der BIM-

Software abdecken. „So können z.B. die Abmessungen verschiedener Strukturen

angezeigt werden, die Information, welche Objekte diese Abmessungen steuern, wird

jedoch nicht übertragen.“ 45 Das bedeutet, dass keine Informationen über

dynamische Objekte übertragen werden können, was aber für die Bestandsmodelle

(As-Built) erforderlich ist. Der IFC-Standard bietet trotzdem für statische

Kollisionsprüfungen, thermische Simulation sowie für den Austausch von CAFM-

Modellen schon allgemein anerkannte Möglichkeiten projektrelevante Daten

softwareübergreifend auszutauschen. Jedoch muss dieser Standard weiter

verbessert werden.46

Die Organisation setzte sich in ihrer veröffentlichten „Strategie 2017“ zum Ziel, dass

„die von buildingSMART entwickelten Lösungen[...] zu einer großen Marktakzeptanz

bei der Bauindustrie, Auftraggebern, Anwendern und in der Folge bei den Software-

unternehmen [führen]!“ 47.

Öffentliche Hand

Viele Vorreiter der BIM-Methode sehen, neben der überzeugenden

Nutzenargumentation, die Unterstützung durch die öffentliche Hand als wichtige

Anforderung für eine erfolgreiche Durchsetzung von BIM in der Bauindustrie. Erste

BIM-Pilotprojekte, wie die Neubaustrecke der Filstalbrücke oder dem Rastätter

Tunnel im Projekt Karlsruhe-Basel (beide DB AG), werden vom Bundesministerium

für Verkehr und digitale Infrastruktur mit notwendigen Rahmenbedingungen

unterstützt.48 „ Am 15.1.2014 empfahl das Europäische Parlament, das Vergaberecht

der Europäischen Union zu modernisieren, indem der Einsatz von

computergestützten Methoden wie Building Information Modeling (BIM) zur Vergabe

von öffentlichen Bauaufträgen und Ausschreibungen empfohlen wird.“49 Die neue

EU-Richtlinie könnte somit BIM auch in Deutschland zum Durchbruch verhelfen.

45 [Tau-14], S. 28 46 vgl. [Tau-14], S.28f. 47 [Bui-17] 48 vgl. [Bmv-15] 49 [Bau-14]

Page 28: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

24

Internationaler Vergleich Einige Länder, wie beispielsweise Großbritannien, die Niederlande, Dänemark, Finn-

land oder Norwegen, heben sich als Vorreiter im Vorantreiben der neuen Planungs-

methode positiv ab. Während in Deutschland der BIM-Standard erst eingeführt wird,

gehört er in diesen Ländern schon zur täglichen Praxis.50

Das staatliche Bauamt in Norwegen fordert sogar schon seit 2010 die Verwendung

von BIM-Standards (Statsbygg-BIM-Manual, 2011)bei neuen öffentlichen

Bauvorhaben.51 Auch Finnland begann früh mit der strategischen Förderung. Dort wurden

bereits seit 2007 bei staatlichen Aufträgen die Bauwerksdaten im IFC-Format

gefordert. Allgemein wird international ein jährlicher Zuwachs der BIM- Anwendungen

von knapp 15% angenommen.52

Diese Entwicklungen und positiven Erkenntnisse aus den Pilotprojekten zeigen

deutlich, dass die Projektbeteiligten, durch eine ganzheitliche Anwendung der BIM-

Methode, deutlich unterstützt werden können. Doch, warum hat sich die

vielversprechende Methode bis jetzt noch nicht in der deutschen Bauindustrie

durchgesetzt? Neben der Akzeptanz der Betroffenen, müssen weitere

Rahmenbedingung für eine erfolgreiche Anwendung der BIM-Methode geschaffen

werden. Unter anderem müssen neue Prozesse definiert werden, welche die

Zusammenarbeit der Beteiligten beschreibt. Es sollten neue Richtlinien festgelegt

und Aufgaben neu verteilt werden. Neben den funktionierenden IT-Schnittstellen,

fehlt es in der BIM-Vision auch an einer flexiblen Ablagemöglichkeit für alle

projektrelevanten Informationen. Im nachfolgenden Abschnitt werden die jeweiligen

Anforderungen für eine erfolgreiche Einführung und Umsetzung der BIM-Methode in

Deutschland zusammengefasst.

50 vgl. [Ste-11] 51 vgl.[Egg-13], S. 9f. 52 vgl. [Lie-11], S.11

Page 29: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

25

2.6 Rahmenbedingungen für eine erfolgreiche BIM-Einführung Um die BIM-Methode erfolgreich anwenden zu können, müssen die vier

Randbedingungen Menschen, Prozesse, Richtlinien und Technologie aufeinander

abgestimmt und gefördert werden (siehe Abb.12).

Abbildung 12 Abhängigkeiten der vier Randbedingungen der BIM-Methode53

Im Folgenden werden die Anforderungen unter den oben genannten

Randbedingungen getrennt aufgeführt und erläutert.

Menschen

Da das Bauwerksmodell Grundlage für den gesamten Planungsprozess ist, muss

schon bereits in frühen Planungsphasen detaillierter, bezüglich der Zielsetzungen

und Festlegungen, modelliert werden. Dies steht im ersten Augenblick scheinbar im

Widerspruch zu den bisherigen – letztlich über Jahrhunderte etablierten – Prinzipien

und Methoden. Vom Groben ins Feine bleibt als Grundprinzip wie in Abschnitt 2.1

(Detaillierungsgrad) ausgeführt erhalten, jedoch werden die Begriffe Grob und Fein

neu definiert. Die Möglichkeiten von modernen IT-Werkzeugen, die Modelle schnell

mit ausführlichem Informationsinhalt zu erzeugen, steigen stetig. Die Informationen

bzw. Details werden zu früheren Zeitpunkten änderungsfreundlich angelegt und

können von anderen Beteiligten direkt wiederverwendet bzw. für sie aufbereitet

werden. Dies erfordert ein durchgängig diszipliniertes und strukturiertes Arbeiten der

jeweiligen Planer.54 Unter der Voraussetzung, dass die Mitarbeiter aufgeschlossen

53 eigene Darstellung nach [Egg-13], S. 22 54 vgl. [Egg-13], S.22

Menschen

Methode

Prozesse

Richtlinien Technologie

Page 30: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

26

gegenüber der neuen Technologie sind, müssen sie eine neue Methodik des

Zusammenarbeitens erlernen und benötigen daher eine gewisse Zeit der

Einarbeitung. Eine Grundhaltung, wie „das haben wir schon immer so gemacht“,

sollte im Rahmen von persönlichen Gesprächen mit den Beteiligten bzw. Betroffenen

geändert werden.

Neben der „fachlichen Projektleitung“ 55 ergeben sich neue Strukturen von

Aufgabenbereichen, die somit zu neuen Rollen im Planungsprozess führen. Für

diese neuen Tätigkeiten müssen neue Ausbildungs- bzw. Qualifikationsprogramme

aufgestellt werden, die eine solche Ausbildung unterstützen.56

Es gibt verschiedene Möglichkeiten die Organisation von BIM-Aufgaben zu

strukturieren. Wie die Struktur aufgebaut ist, hängt stark von der Projektgröße, dem

BIM-Ziel, den BIM-Erfahrungen, den Randbedingungen und den Leistungsphasen

ab. Als übergreifende Rolle im BIM-Management trägt der BIM-Manager die

Verantwortung über die Einhaltung der BIM-Strategie, während der vereinbarten

Leistungsphasen. Diese Strategie wird im Vorfeld mit dem Bauherrn vertraglich

festgelegt. Der BIM-Manager kümmert sich um die Einhaltung der BIM-Standards

(Hard- und Software, Formate, Prozesse), sichert die Datenqualität sowie die

Termineinhaltung und dient als zentraler Ansprechpartner für Planungsbeteiligte in

BIM-spezifischen Fragen.57 Handelt es sich bei dem Bauvorhaben um ein kleineres

Bauprojekt, kann z.B. ein Architekt die Rolle des BIM-Managers übernehmen. Bei

größeren Bauobjekten können Projektsteuerer als BIM-Managers agieren. Einige

Unternehmen, wie z.B. die b.i.m.m GmbH bieten neben den Generalleistungen im

Bauwesen schon vereinzelt Managementleistungen für BIM an. 58 Bei größeren

Bauvorhaben ist dem BIM-Manager meist noch ein Gesamtkoordinator unterstellt,

der für die Zusammenstellung der einzelnen Fachmodelle verantwortlich ist.

Fachspezifische Daten werden von einem jeweiligen BIM-Koordinator aus den

verschiedenen Fachrichtungen (Architekturplanung, TGA-Planung,

Tragwerksplanung, usw.) zur Verfügung gestellt. (siehe Abb. 13).

55 [Egg-13], S.30 56 vgl. [Wer-14] 57 vgl. [Prz-14] 58 [Bim-10]

Page 31: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

27

Abbildung 13 Beispiel einer neuen Struktur von Aufgabenbereichen59

An dieser Stelle soll hervorgehoben werden, dass die neuen unterschiedlichen Rol-

len nicht zwangsweise von unterschiedlichen Personen wahrgenommen werden

müssen. Aufgrund von Wirtschaftlichkeitsüberlegungen wird man unterschiedliche

Rollen von identischen Personen wahrnehmen lassen.

Prozesse

Das kooperative Arbeiten an einem gemeinsamen Datenmodell erfordert, dass die

Prozesse der Zusammenarbeit in den Projekten, insbesondere der Zugriff und die

Manipulation der gemeinsamen Daten, neu definiert und beschrieben werden

müssen. „Es müssen zunächst die unternehmensinternen Prozesse angepasst

werden[,] ehe mit der technischen Umsetzung von BIM begonnen werden kann.“60

Im Besonderen verändern sich die Prozesse der Kommunikation und

Zusammenarbeit zwischen den Projektbeteiligten, da der Informationsaustausch über

ein gemeinsames Datenmodell organisiert wird. Im Abschnitt 2.4 wurde die

gemeinsame Nutzung eines Datenbestandes als Vorteil hervorgehoben. Wenn Daten

jedoch nur einmal vorhanden sind, dann hat ein Speichern von Daten für alle

Beteiligten, die diese Daten ebenfalls benutzen, möglicherweise Auswirkungen. Dies 59 eigene Darstellung nach [Egg-13], S.31 60 [Alb-14], S.59

Auftraggeber

Auftragnehmer 2 Auftragnehmer 3 Auftragnehmer n

Auftragnehmer 1 & Gesamtprojektleitung

BIM Koordinator BIM Koordinator BIM Koordinator

BIM Management

BIM Gesamtko-ordination

Page 32: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

28

kann gut, schlecht oder unerheblich sein. Durch ein geeignetes Versions- und

Freigabemanagement, Ausschlussverfahren bzw. entsprechende

Speicherfunktionalität können solche unklaren Zustände verhindert werden. In

diesem Zusammenhang ist z.B. die Festlegung, welcher Bearbeiter eines

Fachmodells zu welchem Zeitpunkt Daten verändern darf, wichtig.

Zusätzlich müssen vom Bauherren und den Projektbeteiligten neben den

allgemeinen Projektzielen einheitliche BIM-Ziele und Detaillierungsgrade des

Bauwerksmodells und Methoden definiert werden. Die Ergebnisse der einzelnen

Arbeitsprozesse (deliverables) müssen vereinbart und schriftlich festgehalten

werden. Bei der Festsetzung der Teilprozesse ist die Arbeitsteilung angemessen zu

berücksichtigen, da häufig unterschiedliche Unternehmen an der Bearbeitung

beteiligt sind. Daher sollten die Teilprozesse auch parallelisiert werden können. Die

Parallelisierung von Teilprozessen erhöht die Komplexität des Gesamtprozesses,

ermöglicht aber eine schnellere Abwicklung und erhöhte Planungsqualität. Viele

Ausführungsfehler sind u.a. auf Informationsmängel oder fehlende Fachkenntnisse in

den frühen Planungsphasen zurückzuführen. Fachingenieure und ausführende

Unternehmen sollten frühzeitig mit in die Planung involviert werden, um Wissen der

Technik und Ausführung mit in die Planung einzubringen. Somit können kosten- und

zeitaufwändige Fehlerbehebungen in der Ausführungsphase vermieden werden.61

Richtlinien Für die Zusammenarbeit im Bauwesen wurden über Jahrzehnte rechtliche Rahmen-

bedingungen und Regeln entwickelt. Neue Planungsprozesse und Aufgabenfelder

führen dazu, dass vor Projektbeginn bestimmte Regeln bezüglich der geänderten

Zusammenarbeit zwischen den Projektbeteiligten individuell festgelegt werden müs-

sen. Idealerweise sollten vorhandene Honorarbestimmungen angepasst werden, so-

dass die Absprachen der Anwendung von BIM-Methoden einfacher wird.

Die Honorarordnung für Architekten und Ingenieure (HOAI) gilt als Grundlage für die

Verhandlung zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer und führt bestimmte

Aufgaben auf, die den einzelnen Leistungsphasen zugeordnet sind. In der aktuellen

HOAI (Auflage 30, 2013) werden jedoch die neuen Aufgaben, die sich aus der BIM-

61 vgl. [Sti-12]

Page 33: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

29

Methode ergeben, nicht aufgeführt. BIM wird lediglich in der Leistungsphase 2

Vorplanung als besondere Leistung aufgeführt und muss als Methode zwischen

Auftraggeber und Auftragnehmer frei verhandelt werden. 62 Die nur optionale

Berücksichtigung und die zusätzliche Aufwendung einer Abrechnungsmöglichkeit

wirkt sich deshalb kontraproduktiv auf die Durchsetzung von BIM insgesamt aus.

Damit sich die Planungsmethode mit BIM vollständig in der Baubranche durchsetzen

kann, müssen die zentralen Elemente von BIM in die Leistungsphasen der HOAI

präzise eingearbeitet werden. Im Gegensatz zur herkömmlichen Planung nach den

Leistungsphasen der HOAI 2013 ist bei einer Planung mit BIM eine strickte Trennung

zwischen den bisherigen Phasen nicht wirklich möglich. Da die neuen Aufgaben und

Prozesse einen großen Einfluss auf die zukünftigen HOAI- Leistungsphasen haben,

stellt sich hier die Frage, ob eine neue eigene Honorarordnung für die BIM-

Planungsbeteiligten nicht sinnvoll wäre.63

In dem Gutachten zur BIM-Umsetzung „Maßnahmenkatalog zur Nutzung von BIM in

der öffentlichen Bauverwaltung unter Berücksichtigung der rechtlichen und ord-

nungspolitischen Rahmenbedingungen“ werden folgende juristische Handlungsfelder

aufgeführt:

- VOB/A (Allgemeine Bestimmungen für die Vergabe von Bauleistungen)

- VOB/B (Allgemeine Vertragsbedingungen für die Ausführung von Bauleistungen)

- Haftungsrecht

- Urheberrecht

- Vertragsrechtliche Fragen

Für eine erfolgreiche Einführung von BIM müssen diese Problemfelder ebenfalls ge-

löst und angepasst werden.64

62 vgl. [Hoa-13], S.226 ff. 63 [Far-14] 64 vgl. [Esc-14], S.25

Page 34: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

30

Technologie

Die Anforderungen an die heute bereits und zukünftig eingesetzten IT Verfahren -

und Werkzeuge werden durch die BIM-Methode erhöht. Neben dem Erstellen eines

3D-Datenmodells mithilfe von Modellierungswerkzeugen (vgl. Modellelemente)

müssen die IT-Werkzeuge zusätzliche Funktionen z.B. für Kollisionsprüfungen und

Simulationen unterstützen65. Kurz gesagt, die IT-Werkzeuge und -Systeme müssen

„BIM-tauglich“ sein. Dies kann nicht durch eine einzige Software geleistet werden.

Daher kommt es in einem Projekt meist zu Anwendungen unterschiedlicher IT-

Werkzeuge. Somit ist es für eine erfolgreiche BIM-Anwendung wichtig, dass die

unterschiedlichen IT-Werkzeuge voll funktionsfähige offene Schnittstellen für den

Datei-Austausch unterstützen. Damit kann ein Informationsverlust, beim

Datenaustausch zwischen Projektbeteiligten mit unterschiedlichen Software-

Anwendungen, verhindert werden.66 Durch die Verwendung unterschiedlicher IT-

Werkzeuge und Methoden im Planungsprozess, fallen deutlich mehr digitale Daten

und Informationen rund ums Bauprojekt an, als in der herkömmlichen Planung. In

diesem Zusammenhang wird eine erhöhte Koordinationsleistung der

Projektbeteiligten und eine verlässliche IT-Datenbasis gefordert, in der die

baurelevanten Informationen zentral abgelegt und für alle Projektbeteiligten – ggf.

auch unternehmensübergreifend mit Hilfe von Internet Technologie (VPN-

Verbindung67) – zugreifbar sind (siehe später Abschn. 5.2, Abb.20).

Die Daten stehen den Projektbeteiligten dort entsprechend ihren Informationsbedürf-

nissen strukturiert zur Verfügung.

65 vgl. [Deg-13], S.37 66 vgl. [Egg-13], S. 22 67 siehe im Anhang [VPN-Verbindung]

Page 35: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

31

3. PDM-Systeme – eine zentrale Datenplattform für die

Baubranche

Wie in Kapitel 2, Abschnitt 2.6, dargelegt wurde, erfordert das erhöhte Datenvolumen

den Aufbau einer zentralen Informationsplattform, die als Datendrehscheibe für alle

Projektbeteiligten fungiert und die gespeicherten Daten allen Projektbeteiligten

ortsunabhängig zur Verfügung stellen kann. Neben ihrer zentralen strukturierten

Ablagemöglichkeit sollten die abgelegten Daten (z.B. CAD-Modelle) auch

automatisch analysiert bzw. qualitätsgesichert werden können. Es existieren

verschiedene Ansätze, das Konzept einer zentralen Informationsplattform für eine

Umsetzung der BIM-Vision zu verwenden.

Neben den Dokumentenmanagementsystemen (DMS), in der das Dokument im

Zentrum der Verwaltung steht, eignen sich auch sogenannte Produktmodell-Server

und Produktdatenmanagement (PDM)-Systeme als Lösung für die Umsetzung einer

zentralen Projektverwaltung im Bauwesen.68 Im Rahmen der dreijährigen ForBAU-

Studie wurde deutlich, dass PDM-Systeme gut geeignet sind, eine passende

unternehmensübergreifende Lösung für das Datenmanagement im Bauwesen zu

sein (siehe Tabelle 1).69

Tabelle 1 Vergleich von Lösungen für eine zentrale Informationsplattform70

68 vgl. [Gün-11b], S.126 69 siehe [Gün-11a], S.20 70 eigene Darstellung nach [Gün-11a], S.21

Zugriffskontrolle

Versionierung

Produktstrukturmanagement

CAD-Schnittstelle

Concurrent Engineering

Dokumenten Zeichungsverwaltung

Workflowmanagement

Projektmanagement-Funktionalität

Anpassbare Benutzeroberfläche

Dokumenten-management

* *

*nur von bestimmten Softwareanbietern erfüllt

Produktdaten-management

Produktmodell-Server

Instrumente zur Bauprojektdatenverwaltung

Page 36: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

32

Im Folgenden sollen die wesentlichen Konzepte des Produktdatenmanagements

erläutert werden, um im weiteren Verlauf der Arbeit die potenziellen Möglichkeiten

der Verwendung dieser Methoden für eine Umsetzung der BIM-Vision beispielhaft zu

konkretisieren.

Für Erläuterungen zu den Einsatzmöglichkeiten von Dokumentenmanagementsys-

temen und Produktmodellservern für die Bauindustrie wird auf das Kapitel 3.4 der

Literatur „Digitale Baustelle- innovativer Planen, effizienter Ausführen“71 verwiesen.

3.1 Begriffserklärungen Produktdatenmanagement und PDM-Systeme

„In der VDI-Richtlinie 2219 werden [PDM]-Systeme als technische

Datenbank- und Kommunikationssysteme definiert, die dazu dienen,

Informationen über Produkte und deren Entstehungsprozesse bzw.

Lebenszyklen konsistent zu speichern, zu verwalten und allen relevanten

Bereichen eines Unternehmens bereitzustellen.“72

Diese Definition kann wie folgt erläutert werden:

Das Produktdatenmanagement (PDM) steht für die Verwaltung von anfallenden

Daten eines Produktes und die damit zusammenhängende Organisation der

Arbeitsabläufe. Ein Produktdatenmanagement-System (PDM-System) versteht sich

als ein zentrales Verwaltungssystem, in dem alle produktbeschreibenden Daten,

Dokumente und Prozesse strukturiert verwaltet werden können. Die zentrale Ablage

ermöglicht den schnellen Zugriff auf Informationen durch unterschiedliche Beteiligte

und verbessert zudem die Zusammenarbeit. Durch die volle Integration einer CAD-

Software können alle digitalen 3D-Bauteile als Dateien erkannt und bauteilorientiert

verwaltet werden. 73 Die Dateien werden von PDM-Systemen innerhalb eines

Elektronic Vault 74 geschützt abgelegt und mit Hilfe von Metadaten (siehe

Produktstruktur, Daten und Dokumente) beschrieben und verwaltet. PDM-Systeme

71 vgl. [Gün-11b], S.126ff., S.135f. 72 [Plm-15] 73 vgl. [Gün-11b], S.130 74„elektronischer Aktenschrank“ vgl. hierzu [Eig-06], S.31

Page 37: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

33

bilden die Inhalte der Dateien nicht innerhalb des PDM-Datenmodells ab, sondern

belassen die Informationen innerhalb der Dateien und verwalten diese mithilfe von

Metadaten bzw. extrahieren bestimmte Informationen aus den CAD-Dateien, um

diese in anderen Arbeitsschritten zu verwerten. Der Einsatz solcher IT-Systeme ist

besonders in der Maschinenbau- und Automobilindustrie weit verbreitet und wird dort

als unverzichtbares Element für die Beherrschung der zunehmenden Produkt- und

Prozesskomplexität gesehen.75 Es gibt eine Reihe von Herstellern, die PDM-Systeme

anbieten und u.a. in der ForBAU-Studie genannt werden.76

Product Lifecycle Management (PLM) Das Product Lifecycle Management beschreibt die ganzheitliche Verwaltung und

Betrachtung eines Produktes; von der ersten Produktidee über die Produktion und

den Betrieb bis zur Wiederverwertung oder Verschrottung.77 Während PDM-Systeme

tatsächlich als Standardsoftware-Produkte erworben werden können, ist dies für

PLM-Systeme nicht der Fall.

Unter einer PLM-Lösung wird eine Anzahl unterschiedlicher Teillösungen verstanden,

beispielsweise die Anwendungen für Konstruktion (CAD), Berechnungen, Kalkulation

(Excel), Projektmanagement (MS Project), Service (SAP), die aufbauend auf einem

PDM-System zu einem Gesamtsystem zusammengefügt werden (siehe Abb.16).

Abbildung 14 PLM-Lösung mit PDM-System und möglichen Teillösungen78

75 vgl. [Arn-05] 76 vgl. [The-10] 77 vgl. [Plm-15] 78 eigene Darstellung

PDM

Konstruktion (CAD)

PLM-Lösung

Simulationen

Berechnungen

Projektmanagement

Produktionsplanung

Service-Dienste

...

Daten DokumenteProzesse

Page 38: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

34

Bezüglich der Methode, werden die Daten nicht nur im Zusammenhang mit einer

Aufgabe oder einer Teillösung gesehen, sondern werden ganzheitlich und prozess-

orientiert betrachtet und bearbeitet. Den PDM-Systemen kommt in diesem Zusam-

menhang eine besondere Bedeutung zu, weil der Informationsaustausch und die

Steuerung des Austausches zwischen den unterschiedlichen Teillösungen über ein

gemeinsames unterliegendes System erfolgt. Zum Beispiel werden bestimmte Daten

aus einer Teilanwendung übernommen und den anderen Anwendungssystemen be-

reitstellt.

Im Rahmen der Weiterentwicklung der beteiligten Systeme und dem Wettbewerb der

Anbieter kommt es nunmehr zu Veränderungen und Weiterentwicklungen der

Leistungsangebote, welche die Grenzen zwischen den Begriffen PDM und PLM

unscharf werden lassen.

Produktmodell/ Virtuelles Produkt Das Produktmodell enthält in einer PLM-Lösung alle Informationen zu einem Produkt.

Das bedeutet, dass der gesamte Produktlebenszyklus von der Entstehung, über den

Betrieb sowie die Entsorgung dokumentiert wird. Das Produktmodell bzw. ein virtuel-

les Produkt ist somit ein digitales Abbild eines real existierenden physikalischen Pro-

duktes (Siehe Abb.15).

Abbildung 15 Ein virtuelles 3D-CAD-Modell als Abbild eines realen Produktes79

79 entnommen aus [Con-15a]

Page 39: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

35

Neben den statischen Darstellungen, wie z.B. die Form, beschreibt das virtuelle

Produktmodell auch funktionale Eigenschaften wie Haltbarkeit, Montagefähigkeit o-

der Bewegungseigenschaften (z.B. Crash-Verhalten) eines Produktes. Somit kann

das spätere reale Verhalten eines Objektes virtuell aufgezeigt werden. Aus dem vir-

tuellen Modell können neben den Produkteigenschaften auch Zusatzinformationen

wie Stücklisten oder Kosteninformationen ermittelt und in weiteren Arbeitsschritten

weiter verwendet werden.

Produktstruktur, Daten und Dokumente

Die eigentliche Information über ein Produkt wird in Form von Daten innerhalb von

PDM-Systemen in einer Produktstruktur abgelegt, was eines der wesentlichen Kon-

zepte von PDM-Systemen ist. Das ganze Produkt und die Zusammengehörigkeit der

unterschiedlichen Daten werden innerhalb der übergeordneten Produktstruktur be-

schrieben. Daten können u.a. in Form von Dokumenten (CAD-Modell, Zeichnungen,

Stücklisten etc) beschrieben werden. Unter einem Dokument wird zunächst ein

„elektronisches Dokument“ verstanden, welches auf einem Rechner als Datei exis-

tiert. Dateien werden innerhalb von PDM-Systemen über beschreibende Eigenschaf-

ten (Meta-Daten) identifiziert, klassifiziert und beschrieben.80 Bei einer technischen

Zeichnung wären das zum Beispiel der Ersteller eines Dokuments, die Zeichnungs-

nummer, Versionsstand (Index) oder das Änderungsdatum.

80 vgl. [Eig-06], S.133f.

Page 40: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

36

3.2 Komponenten und Kernfunktionen eines PDM-Systems

Im Wesentlichen lassen sich PDM-Systeme in die zwei Komponenten

Datenmanagement und Prozessmanagement unterteilen. Diese stehen im engen

Zusammenhang zueinander. Bei jeder Tätigkeit werden die relevanten Informationen

aus der Datenbank zur Verfügung gestellt und ausgewertet, um anschließend für den

darauf folgenden Prozess bereitgestellt zu werden. Diese zwei Bestandteile sichern

eine lückenlose Rückverfolgung beliebiger Konstruktions- und Fertigungsstände über

den gesamten Produktlebenszyklus eines Produktes.81

Datenmanagement Datenmanagement bezeichnet die vollständige digitale Verwaltung und Archivierung

aller produktrelevanten Informationen. 82 Ein PDM-System kann die vollständige

Verwaltung und Archivierung von Produktdaten und darüber hinaus die Sicherheit der

Daten über ein Zugriffsschutzsystem gewährleisten. Der Aufbau von PDM-Systemen

ist sehr umfangreich und beinhaltet u.a. die drei wesentlichen Grundpfeiler: Projekte,

Produkte, Dokumente. Die Beziehungen dieser Objekte werden innerhalb von PDM-

Systemen abgebildet, wobei die Beziehungen sehr vielfältig sein können. Die

Strukturierung der Daten ermöglicht dem Anwender einen übersichtlichen und

einfachen Zugriff auf die zentral verwalteten Daten. Eine Projektstruktur beinhaltet

typischerweise alle Projektinformationen, die für das Management des Projektes

relevant sind. Diese Projektstrukturen können in weitere PDM-Elemente, wie

Produkte, Aufgaben, Dokumente etc. innerhalb eines PDM-Systems gegliedert

werden. Diese mehrdimensionale Gliederungsmöglichkeit, wie diese unter anderem

in der DIN 69901-5 83 oder PMBOK®Guide 84 gefordert ist, ermöglicht alle

projektrelevanten Informationen in weiteren Strukturen, beispielsweise die Produkt-

oder Dokumentenablagestruktur gegliedert zu verknüpfen. Diese Untergruppen

können innerhalb wiederum untergliedert werden. Zum Beispiel kann die

Produktstruktur in weitere Teile wie Baugruppe, Bauteile und schließlich in

81 vgl. [Lob-09], S.30 82 Ebd., S.34 83 DIN 69901-5 „Projektmanagement; Projektmanagementsysteme; Begriffe“ nach [Neu-09] 84 vgl. [Pro-13], S.105ff.

Page 41: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

37

Dokumente aufgeteilt sein. Die Dokumente können dann gruppenübergreifend

miteinander verknüpft werden. Demnach existieren zwischen den Dokumenten-,

Produkt,- und Projektdaten grundsätzliche Beziehungen, die je nach Projektart oder

Produktart unterschiedlich ausgeprägt sind und im PDM-System abgebildet werden

(siehe Abb. 16).85

Abbildung 16 Beispiel einer Projektstruktur im PDM System86

Hierzu ein Beispiel anhand der PDM-Plattform CIM DATABASE: Das virtuelle Abbild

einer Autositz-Unterkonstruktion wurde auf Festigung geprüft. Der Prüfbericht kann

als ein neues Dokument per Drag&Drop in die zentrale Datenplattform eingespei-

chert werden. Es erscheint eine Neuanlage-Maske, in denen die Eigenschaften der

Datei festgelegt werden können. Der Import-Dateiname bleibt erhalten, jedoch kann

dem Dokument für die Ablage im PDM-System ein neuer Titel gegeben werden.

Durch die weiteren Angaben von Eigenschaften (z.B: Kategorien) wird gesteuert, wie

das Dokument in die Dokumentablage eingeordnet wird. Wird das Feld Artikelnum-

mer ausfüllt, wird das Dokument dem Artikel mit der vorgegebenen Artikelnummer 85 vgl. [Eig-06], S.31 86 eigene Darstellung in Anlehnung an [Gün-11b], S.131

Projekt

Produkt

Baugruppe

Bauteil

Dokument a

Dokument b

Dokument

Dokument a

Dokument b...

Dokumentengruppe

Dokumententyp

Kategorie

Dokument a Dokument b

Page 42: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

38

zugeordnet. Durch das Ausfüllen des Feldes Projekt wird es einem Projekt bzw. der

Projektstruktur zugeordnet (siehe Abb.17)

Abbildung 17 Beispiel einer neuen Dokumentenablage in ein PDM-System – Bedienoberfläche von PDM-System CIM DATABASE87

Die flexible ggf. mehrfache Verknüpfung unterschiedlicher Objekte erlaubt es,

hochkomplexe Sachverhalte zu beschreiben. Da sich die Daten über die Zeit

verändern, ist es wichtig, bestimmte Zusammenstellungen der Daten (Konfiguration)

unterscheiden zu können. Hierfür wird innerhalb der PDM-Welt der Begriff

Konfigurationsmanagement verwendet.88

Prozessmanagement Das Prozessmanagement innerhalb des PDM beschreibt die Ablauforganisation

einer Organisation, das bedeutet, „dass zeitliche Veränderungen des Produktmodells

abgebildet, verwaltet und dokumentiert werden.“ 89 Es beschreibt die Interaktion

zwischen Abläufen und Informationen und lässt sich in die folgenden drei Funktionen

gliedern:90

87 eigene Darstellung 88 vgl. [Con-15b] 89 [Eig-06], S.32 90 nach [Pac-93], entnommen aus [Eig-06], S.32

Dokument

Datei: Prüfbericht. docx

Drag&Drop

Zentrale Datenplattform

Dokumente

Qualitäten

Prüf-Versuchsberichte

Prüfbericht

P000119

Produkt

Sitz_Unterkonstruktion

000061

Prüfbericht

Page 43: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

39

• Arbeitsmanagement

• Workflow- Management

• Arbeitsprotokollverwaltung

Das Arbeitsmanagement erfasst alle fortlaufenden Daten unter Berücksichtigung der

jeweils entstanden Versionen, somit ist es im Laufe des Entwicklungsprozesses

möglich, zu einer vorherigen Version zurückzukehren. PDM-Systeme sind häufig am

stärksten im Bereich Workflow- Management ausgeprägt.91 Eine typische Workflow-

Anwendung ist der Freigabe- und Änderungsablauf von Zeichnungen oder Dokumen-

ten. Zum Beispiel könnte eine erforderliche Freigabe eines Dokuments mit mehreren

Prüfaktivitäten verknüpft werden etwa, wer wann was zu tun hat um die endgültige

Freigabe eines geänderten Dokuments herbeizuführen (siehe Abb. 18).

Abbildung 18 Workflow der Freigabe und Änderung92

Um die Kontrolle über die jeweiligen Prozesse zu behalten, beinhaltet die Arbeitspro-

tokollverwaltung alle Ereignisse im Laufe der Projektabwicklung. Das Arbeitsprotokoll

kann im einfachen Fall nachweisen, wer welches Dokument zuletzt geändert hat. Bei

91 vgl. [Eig-06], S.32 92 eigene Darstellung nach [Eig-06], S.30

ErzeugenVersion 1

In Arbeit

Freigegeben

In Änderung

Inaktiv/Archiv

Prüfung(elektronisch)

Prüfung(mechanisch)

ErzeugenVersion 2

In Arbeit

Freigegeben

Transition

Prüfung(elektronisch)

neue Version erzeugen

Prüfung(mechanisch)

Status

Page 44: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

40

einem erweiterten Protokollsystem können bestimmte Momentaufnahmen bei jedem

einzelnen Speichervorgang einer Datei festgehalten werden. Somit wird eine umfas-

sende Veränderung eines Prozessablaufes festgehalten. Solch eine Protokollierung

erfordert jedoch eine große Menge an Speicherkapazität in der Datenbank, dennoch

kann keine inhaltliche Aussage über die Art der vorgenommenen Änderung automa-

tisch ermittelt werden. Dies muss der Anwender ggf. durch zusätzliche Kommentare beschreiben.

Page 45: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

41

4. Potenzial von PDM-Systemen für ein Bauprojekt

4.1 Analogien von PLM und BIM Die wesentlichen Methoden des Product Lifeycycle Managements sind auf das

Building Information Modeling übertragbar. In beiden Bereichen liegt ein

umfassendes digitales Modell dem Planungs-, Ausführungs- und

Kommunikationsprozess zugrunde.93 Ebenso wie im PLM- Konzept steht das Bauteil

auch bei der BIM-Methode im Mittelpunkt der Betrachtungen und ist der

Datencontainer94 für alle bauteilrelevanten Informationen. Beim PLM spricht man von

einem virtuellen Produktmodell, in der Bauindustrie von einem Bauwerksmodell. Bei

BIM und PLM handelt es sich also um zwei sehr ähnliche Konzepte, jedoch mit

unterschiedlichem Durchdringungs- und Entwicklungsstand. Während in der

Baubranche die Methoden der virtuellen Produktentwicklung noch untersucht und

entwickelt werden, gehören sie in der Fertigungsindustrie schon seit den 90er Jahren

zum alltäglichen Standard.95

Vom Grundsatz her lassen sich die Prinzipien der zentralen Datenverwaltung mit ei-

nem PDM-System in der produzierenden Industrie auf die Baubranche übertragen.

Allerdings sind die Analogien mitunter schwer zu erkennen, weil zum Teil mit ande-

ren branchenspezifischen Begrifflichkeiten gearbeitet wird (siehe Abb. 19).

Abbildung 19 Vergleich PLM-Lösung und BIM mit einem PDM-System96

93 vgl. [Bar-14], S.1f. 94 vgl. [Gün-11b], S.132 95 vgl. [Com-06], S.1 96 eigene Darstellungen

PDM

Konstruktion (CAD)

PLM-Lösung

Simulationen

Berechnungen

Projektmanagement

Produktionsplanung

Service-Dienste

...

Daten DokumenteProzesse

Page 46: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

42

An dieser Stelle könnte in Betracht gezogen werden, dass der Begriff Produktdaten-

management im Zusammenhang mit der Baubranche nicht ganz passend ist. Zutref-

fender wäre eher die Bezeichnung Bauwerksdatenmanagement (BDM) für eine zent-

rale Verwaltung der Bauindustrie. Ein Bauwerk kann zwar auch als Produkt bezeich-

net werden, allerdings ist das eher eine untypische Bezeichnung für ein Gebäude.

Unabhängig von dieser Überlegung wird in dieser Bachelorarbeit für die zentrale

Verwaltung von Bauprojektdaten weiter der Begriff PDM verwendet.

Datenaustausch

Ähnlich wie im Bauwesen gibt es auch in den verwandten Branchen

Schnittstellenprobleme in der unternehmensübergreifenden Anwendung von CAD-

Technologien. Während für das Bauwesen der IFC-Standard als einheitliches

Austausch-Format entwickelt wird, werden nach dem ISO/IEC 10303 der STEP-

Standards für die Automobil- und Maschinenbauindustrie weiter entwickelt, um den

Austausch produktdefinierter Daten zwischen verschiedensten Programmsystemen

zu ermöglichen.97 Allerdings liegt bei grober Betrachtung, „[der] Zielmarkt von PDM-

Systemherstellern derzeit in erster Linie im unternehmensinternen Einsatz in der

stationären Fertigungsindustrie“98 und in den meisten Fällen wird dann mit einem

gleichen CAD-Programm für ein Projekt gearbeitet. Jedoch ist hierbei anzumerken,

dass PDM-Systeme seit vielen Jahren auch standortübergreifend eingesetzt werden

können. Die Einbindung von externen Partnern wird jedoch auf Grund von

Sicherheitsüberlegungen selten umgesetzt, obwohl dies technisch möglich ist.

Bezüglich der Zusammenarbeit mit Partnern unterscheiden sich die Branchen nicht

grundsätzlich. In der Baubranche ist die Zusammenarbeit mit externen Partnern

jedoch eher der Standardfall, der deshalb besonders gut unterstützt werden muss.

Der Ansatz, den Datenaustausch bzw. die Zusammenarbeit auch

unternehmensübergreifend immer über eine zentrale Speicher- und

Austauschplattformen zu unterstützen, ist wesentlich für die Umsetzung der neuen

Planungsmethode im Bauwesen.

97 vgl. [Lob-09], S.37 98 [Gün-11b], S.134

Page 47: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

43

4.2 Vorteile eines PDM-Systems für die Baubranche

Durch den Einsatz eines Produktdatenmanagement-Systems im Bauwesen können

nicht nur Planungsstrukturen, Geometriemodellen, Zeichnungen oder sonstige

projektrelevanten Informationen an einem Ort verwaltet und ausgetauscht werden,

sondern auch die interne Kommunikation zwischen Baubeteiligten verbessert

werden.99 Mithilfe eines solchen Systems, können redundante Daten kontrolliert

werden. Die Daten werden im Server der zentralen Datenbank gespeichert und nicht

auf die privaten internen Festplatten des Anwenders. Somit ist auch eine sofortige

Verfügbarkeit der aktuellen Daten für andere Mitarbeiter möglich. Aufgrund von

Versionisierungen und einer Statusverwaltung wird der Fertigstellungsgrad bzw. der

Bearbeitungszustand eines Dokuments sofort ersichtlich und das PDM-System

verhindert die Weiterverarbeitung von ungültigen Plänen, da diese automatisch

gesperrt werden. Dadurch wird verhindert, dass während der Ausführungsphase

veraltete Baupläne auf die Baustelle kommen. Aufgrund der bauteilorientierten

Ablagestruktur des 3D-Modells, können die Bauteile den Anwendern vereinzelnd

zugeordnet werden. Das hat zum Vorteil, dass gleichzeitig an einem Datenbestand

gearbeitet werden kann (Concurrent Engineering). 100 PDM fördert damit die

strukturierte Arbeitsweise der Mitarbeiter durch das Konzept der Produktstruktur.

Über eine Rechteverwaltung kann sichergestellt werden, dass nicht jeder

Projektbeteiligte Daten und Dokumente beliebig ändern oder löschen kann. Zudem

eignen sich PDM-Systeme sehr gut, um die Änderungsprozesse in einem Bauprojekt

zu koordinieren. Diese Möglichkeit spielt vor allem in der Ausführungsphase eine

wichtige Rolle. Mit BIM und einem PDM-System kann flexibler auf

Änderungsanträge, z.B. vom Bauherren, reagiert werden, da die neuen Daten aus

dem CAD-Programm und den weiteren Software-Applikationen mit dem PDM-System

verknüpft sind und die Daten somit automatisch an die Änderungen angepasst

werden. Lückenloses Datenmanagement in der Bauwerksentstehung kann für die

Nutzungsphase Unterlagen für z.B. Wartung und Betrieb zur Verfügung stellen. Mit

einer durchgehenden zentralen Informationsverwaltung kann jederzeit – auch im

99 vgl. [Krä-11] 100 vgl. [Gün-11b], S.119f.

Page 48: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

44

Nachhinein - mit wenig Aufwand eine Auswertung über den gesamten Projektverlauf

und damit eine Statusbewertung erfolgen.

4.3 Anpassungsbedarf

Um PDM-Systeme für Bauprojekte optimal nutzen zu können, bedarf es noch einiger

Anpassungen bezüglich der zu verwaltenden Inhalte, wie den CAD-Schnittstellen,

Bedienoberflächen, Begrifflichkeiten, der Administration und Prozessabläufe

(Standards, Aufgaben, Workflows etc.), die unterstützt werden. Anders als für den

Maschinen- und Anlagenbau bieten die Hersteller keine vorkonfigurierten

Templates101 für die Bauindustrie an.102 Im Anhang sind einige Aspekte aufgeführt,

die an die Baubranche angepasst wurden.

101 siehe im Anhang [Template] 102 vgl.[Gün-11a], S.19

Page 49: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

45

5. Anforderungen an ein PDM-System für die Baubranche

Unnötige Fehler und die daraus resultierenden Kosten lassen sich meist auf

unzureichendes Informationsmanagement zurückführen. Erste Untersuchungen aus

der ForBAU-Studie haben gezeigt, dass PDM-Systeme eine gute Lösung für ein

durchgängiges Datenmanagement im Bereich des Bauwesens sein können, wenn

entsprechende Adaptierungen erfolgen. Im weiteren Verlauf der Studie wurde

analysiert, welches der am Markt verfügbaren PDM-Systeme sich gut für die

Abwicklung von Bauprojekten eignet. Im ForBau-Projekt wurden PDM-Systeme nach

verschiedenen Kriterien untersucht, wobei der Aspekt der integrierten Unterstützung

des Projektmanagement bei der Bewertung bzw. Untersuchung der betrachteten

Systeme, im Vergleich zu anderer Attributen, sehr gering berücksichtigt wurde. Für

eine Übersicht der Beurteilungskriterien wird auf die Seiten 29ff. der Studie

verwiesen.103

In den folgenden Abschnitten sollen nun Anpassungskriterien an ein Produktdaten-

management-System für die Baubranche gestellt werden, mit der Voraussetzung,

dass ein virtuelles Bauwerksmodell die Grundlage der zu integrierenden Daten ist.

Die Anforderungen wurden aus Interviews mit erfahrenden Spezialisten aus der

PDM-Branche, dem Bereich der Projektsteuerung und aus den Ergebnissen der

ForBAU-Studie 2008-11 zusammengetragen.

Im Anschluss sollen beispielhafte Anpassungsmöglichkeiten an ein Bauprojekt

anhand der PDM-Software CIM DATABASE gezeigt werden. Diese

Anwendungsbeispiele, befinden sich im Anhang dieser Bachelorarbeit.

5.1 Zusätzliche Rahmenbedingungen zu Abschnitt 2.6 Wie in Kapitel 2 Abschnitt 2.6 schon erwähnt wurde, müssen vor Projektstart

bestimmte Vereinbarungen u.a. bezüglich der zu benutzenden Technologien

getroffen werden. Demzufolge, müssen auch bei der Anwendung eines

103 vgl. [Gün-11a], S.29ff.

Page 50: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

46

Produktdatenmanagementsystems, Standards und Richtlinien vereinbart und diese

schriftlich im BIM-Handbuch festgehalten werden.

Zu Beginn eines Bauprojektes spielt der Bauherr immer eine wichtige Rolle. Er muss

bereits in der Ausschreibung festlegen, dass ein PDM-System als eine zentrale

Datenverwaltungsplattform gefordert ist. Ein wichtiger Aspekt bei einer gemeinsamen

Nutzung von zentral verfügbaren Daten, ist die Frage nach der Finanzierung einer

solchen Plattform. Ein Lösungsansatz könnte einerseits sein, die Finanzierung auf

Grundlage der Nutzungsintensität auf die Projektbeteiligten aufzuteilen oder

andererseits einen gemeinsamen Fonds der Projektbeteiligten anzulegen. Weiterhin

ist darauf zu achten, dass die Nutzer einer zentralen Datenplattform verlässlich und

vertrauensvoll mit den Daten anderer Projektbeteiligten umgehen. Hierbei stellt sich

die Notwendigkeit für eine Einigung, wer der Betreiber und Koordinator eines solchen

Systems ist. Um Missbrauch und fehlendes Vertrauen vorzubeugen, bietet sich am

besten ein projektunabhängiger Dienstleister an, wie beispielsweise der BIM-

Manager, da er von den Beteiligten leichter akzeptiert wird und die Kompetenz zur

Steuerung einer zentralen Datenplattform besitzt.104

5.2. Systemtechnische Anforderungen Zunehmend werden Bauprojekte international und somit an unterschiedlichen

Standorten abgewickelt. Ein PDM-System sollte demnach eine ortsunabhängige

Zugangsmöglichkeit erlauben und ohne Einschränkungen einen sicheren und

strukturierten Informationsaustausch sicherstellen. 105 Grundlage hierfür ist ein

Zugang zum Internet und eine ausreichende Geschwindigkeit der Datenverbindung

für alle Projektbeteiligten. Somit kann ein schnelles und flüssiges Arbeiten ermöglicht

werden. Besonders bei Bauprojekten die international abgefertigt werden, ist darüber

hinaus eine Mehrsprachigkeit der Systeme gefordert.106

Bei einem unternehmensübergreifenden Einsatz von einer zentralen Datenplattform,

muss sichergestellt werden, dass der Zugriff auf die Daten mit unterschiedlichen Be-

104 vgl. [Gün-11b], S.121 105 Ebd., S.117 106 vgl. [Alb-14], S.96

Page 51: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

47

triebssystemen möglich ist. Besonders bei Architekten ist das Betriebssystem Mac

OS x von Apple sehr verbreitet.107

Eine webbasierte Anwendung (z.B. wie der Cloud-Anbieter Dropbox) ist eine

Möglichkeit, Daten aus der zentralen Informationsplattform unabhängig vom

Betriebsystem ansehen und sogar austauschen zu können. Hierbei sollte der Zugriff

auf die Daten über individuelle Benutzerkonten (Web-Clients) und Passwörtern

gesichert und gesteuert werden können (siehe Abb. 20).

Abbildung 20 Informationsaustausch über eine zentrale Datenplattform108

Die Web-Anwendung ist eine kostengünstigere Lösung, als eine umfangreiche PDM-

Anwendung und ist besonders für kleinere Unternehmen attraktiv, da die Firmen

nicht in ein bis jetzt relativ kostenintensive Datenmanagementsystem investieren

wollen oder können.

5.3 Funktionale Anforderungen Datenmanagement

Insbesondere bei großen und komplexen Bauprojekten muss sichergestellt werden,

dass die Vielzahl an Daten in übersichtlicher Form gespeichert werden. Eine vordefi-

107 vgl. [Gün-11a], S.122 108 eigene Darstellung

Page 52: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

48

nierte Ablagestruktur ist hierbei eine unterstützende Lösung. Alle projektrelevanten

Daten sollten zunächst passend gruppiert und in einer hierarchischen Projektstruktur

organisiert werden. Mögliche Gruppen für eine Organisationsstruktur für ein Baupro-

jekt können sein: • Dokumente

• Bauwerk

• Projekte

• Aufgaben

• Rollen / Projektbeteiligte

Innerhalb dieser Projektstruktur wäre es wünschenswert, wenn die jeweiligen Grup-

pen ebenfalls mit einer eigenen Struktur angelegt und mit Sachmerkmalen katalogi-

siert werden können, damit die Daten schneller im System gefunden werden können.

Ein PDM-System sollte die Möglichkeit bieten, projektspezifische Vorlagen bereitzu-

stellen, in denen bestimmte Dokumente, vorgefertigten Checklisten, Aufgaben, etc.

für ein Bauprojekt schon festgeschrieben und gefordert werden (vgl. Projektbeispiel

im Anhang). Trotz Vorlage können die Projektstrukturen aber individuell an ein be-

stimmtes Bauprojekt angepasst werden. Hierbei wird ein geringer Anpassungsauf-

wand, ohne aufwendige Programmierarbeiten, gefordert.

Ein wesentliches Defizit im Bauwesen ist die fehlende Kontrolle über die Dokumenta-

tion der einzelnen Planungsunterlagen, wie Konstruktionszeichnungen, Terminpla-

nungen usw. Mithilfe der Dokumentenablage können die baurelevanten Dokumente

übersichtlich verwaltet und archiviert werden und sollten mit Verschlagwortungen

schnell im System wiedergefunden werden (siehe Abb. 21).

Abbildung 21 Suchoption nach einem Dokument im PDM-System (hier: CIM DATABASE)

Page 53: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

49

Prozessmanagement Die Erstellung, Freigabe und Änderung von projektrelevanten Daten kann durch ein

PDM-System mit systematischen Abläufen und Festlegungen koordiniert werden.

Bauprojekte sind besonders durch häufige Planungsänderungen geprägt. . Eine

besondere Bedeutung kommt in diesem Zusammenhang dem

Änderungsmanagement in Bauprojekten zu. Zum einen sollte das PDM-System bei

einer Datei-Änderung den beteiligten Personen den Hinweis über die jeweilige

Veränderung übermitteln und am besten diese direkt anzeigen oder auflisten können.

Diese Benachrichtigungen können z.B. direkt über die schon genannte webbasierte

Kommunikation übermittelt werden. Zum anderen muss das PDM-System dafür

sorgen, dass bei einer Änderung, die Datei für eine erforderliche Freigabe bzw.

Bauausführung bestimmte Aktivitäten (Workflows), durchlaufen muss (siehe Abb.

18). Für ein bauspezifisches Dokument (z.B. Werkpläne) sollten folgende Zustände

den Datensatz beschreiben:

Abbildung 22 Reifegrade von Dokumenten

Während der Planungs- und Ausführungsphase können folgende Bauzustände den

Reifegrad von einem Bauteil beschreiben:

Abbildung 23 Reifegrade von Bauteilen109

109 Abb. 23 und Abb. 24 eigene Darstellungen

in Arbeit

Reifegrade mit PrüfungGrundriss ErdgeschossStatus

Reifegrade ohne Prüfung

in Prüfunggesperrtungültigin Änderungfreigegeben

in Arbeitgesperrtungültigin Änderungfreigegeben

wird geplant

Reifegrade BauteilenBauteil Wand: Status

Planung abgeschlossenBaufreigabe erteilt

in Baugeliefert

fertig gebautgeprüft

Page 54: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

50

Bei einem Bauprojekt arbeiten häufig mehrere Projektteilnehmer gleichzeitig an

einem Datenbestand (meistens nur unternehmensintern). Während einer Datei-

Bearbeitung sollte vom Anwender festgelegt werden können, ob diese Datei während

der Nutzung gesperrt ist oder von anderen Teilnehmern gleichzeitig bearbeitet

werden kann. Ein PDM-System sollte darüber hinaus in der Lage sein, die jeweils

entstanden Versionen einer Datei während des gesamten Entwicklungsprozesses

über längere Zeit zu erhalten und die Möglichkeit bieten, auf die vorherigen

Versionen zurückgreifen zu können.

Rechte- und Rollenmanagement Bei der zentralen Verfügbarkeit für alle Projektbeteiligten muss das Wissen der

Unternehmen und Personen mit entsprechenden Mitteln geschützt sein. Um

sicherzustellen, dass z.B. Subunternehmer oder Partnerfirmen im Projekt nicht das

kompetente Wissen eines anderen Projektbeteiligten entnehmen können, muss ein

Rechtesystem dafür sorgen, dass die Kernkompetenzen der einzelnen Unternehmen

und Personen gesichert sind.110 Über ein solches System sollte zudem festgelegt

werden können, welcher Anwender überhaupt welche Daten lesen oder ändern darf.

Bestimmte Dokumente dürfen demnach nicht für alle frei zugänglich sein. Für eine

Festlegung der Rechte, werden die Projektbeteiligten zuerst gruppiert und dann mit

bestimmten Rollen versehen. Die Zugriffsrechte können über eine Struktur gruppen-

oder rollenabhängig festgelegt werden (siehe Abb. 24).

Abbildung 24 Beispiel einer Rollenstruktur mit einer Rechtevergabe 111

110 vgl. [Gün-11a], S.31 111 eigene Darstellung in Anlehnung an [Gün-11b], S.120

Projektbeteiligte

Gruppe

Person

Person

Rolle

Gruppe

Rolle Einzelrechte

Einzelrechte

Gruppenrechte

Gruppenrechte

Page 55: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

51

Zum Beispiel könnte die Gruppe „Architekturbüro Hansen“ aus den Personen Frau

Hansen und Frau Romünder bestehen, denen jeweils unterschiedliche Rollen

zugeordnet sind. Beispielsweise übernimmt Frau Hansen die Rolle der Projektleiterin

und Frau Romünder die der Bauzeichnerin. Während die Projektleiterin Zugriff auf

alle projektrelevanten Daten hat, kann die Bauzeichnerin nur die von ihr zu

erbringenden Aufgaben und Dokumente einsehen und bearbeiten. Es sollte ebenfalls

möglich sein, die Rechte in Abhängigkeit mit dem Dokumentenstatus zu schalten.

Bedeutet, wenn ein Dokument auf den Status „freigegeben“ gesetzt wird, können die

Dokumente von den berechtigten Personen erst ab dem Zeitpunkt der Freigabe

eingesehen werden.112 An Bauprojekten arbeiten in der Regel viele Projektbeteiligte

mit unterschiedlichen Fachkompetenzen mit. Um bei konkreten Fragestellungen oder

Beratungen den passenden Ansprechpartner schnell finden zu können, wäre es

hilfreich beim Anlegen von neuen Personen im PDM-System die Möglichkeit zu

haben dem Client ein Expertenprofil zuordnen zu können.

Software-Integration

Durch die neue Arbeitsmethode mit einer zentralen Datenplattform, darf kein großer

Mehraufwand für die Mitarbeiter entstehen. Hier muss dem Anwender die Möglichkeit

geboten werden, über eine Direktintegration der Erzeuger-Systeme (z.B. CAD-,

Office,- Adobe-, Mail-Applikationen, Kalkulationsprogramme) projektrelevanten Daten

automatisch ins PDM-System importieren und ordnungsgemäß verwalten zu können.

Nach der BIM-Vision beinhaltet ein virtuelles 3D-Modell alle baurelevanten Daten für

ein Bauprojekt. Daher muss gerade eine CAD-Integration mit dem PDM-System

reibungslos funktionieren.

Durch eine CAD-Direktkopplung mit dem PDM-System wird die Konsistenz der Daten

sichergestellt, da die aktuellen Daten direkt in die Informationsplattform gespeichert

werden. In der Abbildung 25 ist am Beispiel von der CAD-Software AutoCAD und

dem PDM-System CIM DATABASE zu sehen, wie eine Direktintegration in der

Bedienoberfläche für einen Anwender aussehen kann. Zunächst müssen die nötigen

Schnittstellen zwischen den „BIM-fähigen“ CAD-Systemen und dem PDM-System,

z.B. wie in der folgenden Abbildung, erzeugt werden.

112 vgl. [Gün-11b], S.120

Page 56: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

52

Abbildung 25 CAD-PDM Direktintegration - Beispiel mit CAD-Software AutoCAD und PDM-System CIM DATABASE

Es sollte möglich sein, die Datei direkt aus dem PDM-System zu öffnen um die Datei

mit dem passenden Programm bearbeiten zu können. Beispielsweise sollte bei der

Auswahl Bearbeiten die CAD-Datei automatisch im passenden Programm geöffnet

und geladen werden. Ebenfalls muss bei einer CAD-Direktintegration möglich sein,

die Bauteilstruktur aus dem CAD-Programm vollständig zu übernehmen und in der

vorgesehenen Objektablage im PDM-System zu sichern. Man spricht hierbei von

einer tiefen Integration von CAD-Software.

Projektmanagement

Bei einem Einsatz von Produktdatenmanagementsystemen in der Baubranche sollte

es, wie in den anderen Branchen auch, möglich sein, mehrere Projekte mit einer ein-

deutigen ID zu versehen und gleichzeitig verwalten zu können. Bauprojekte werden

stark von vielen unterschiedlichen Projektbeteiligten, Aufgaben, Termin- und Kosten-

plänen geprägt. Das stellt die Notwendigkeit dar, dass PDM-Systeme entweder ein

bereits integriertes Projektmanagement-Tool oder mindestes eine Schnittstelle zu

einer PM-Software (z.B. MS Project) besitzen sollten.

Prozesse oder Meilensteine aus dem Terminplan sollten mit bestimmten Workflows,

Checklisten oder einer offenen Punkteliste gekoppelt werden können. Zudem wäre

es wünschenswert, wenn durch die Direkt-Integration der Terminpläne (z.B. Bau-

zeitenplan), dem Anwender bei Verzögerungen oder Änderungen in der Planung mit

Verzugsmeldungen diese Information übermittelt wird und die Veränderungen und

Auswirkungen im Terminplan angezeigt werden.

Über das Anlegen von Aufgaben kann der Terminplan einfach und schnell erstellt

werden und über zeitliche Festlegungen (Top-Down, Soll-Termine oder Bottom-up),

können Aufgaben somit „flexibel“ oder „starr“ angelegt werden.

Page 57: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

53

Darüber hinaus sollten die Aufgaben direkt im Terminplan verschieb- bzw. änderbar

sein. Diese Veränderungen sollten nun wiederum die Aufgabenstruktur automatisch

aktualisieren. Da Bauprojekte meist mehrere Terminpläne (z.B. Planung der Planung,

Bauzeitenplan, Detailterminplan) beinhalten, sollten diese mit dem integrierten

Projektmanagement-Tool getrennt angezeigt werden können aber auch die

Möglichkeit besitzen bei bestimmten Bereichen die Informationen miteinander zu

verknüpfen. Somit muss z.B. eine Aufgabe nur einmal im System geändert werden.

Beispielsweise könnten bestimmte deliverables, wie die Fertigstellung einer

Konstruktionszeichnung oder die Ermittlung der Kostenschätzung nach DIN 276 dem

Generalterminplan über Aufgaben zugeordnet sein und mit dem Terminplan Planung

der Planung verknüpft sein. Verschiebt sich also z.B. die Fertigstellung der

Konstruktionszeichnung im Generalterminplan hat diese Veränderung Einfluss auf

den Übersichtsplan der Planung. Für eine bessere Übersicht im Terminplan sollten

die Balken im Zeitplan verschieden farbig markiert werden können (z.B. Ein Gewerk

= Eine Farbe). Die Gewerken können somit im Terminplan schneller gefunden

werden (siehe Abb. 26).

Abbildung 26 Beispielhafter Auszug aus einem Bauzeitenplan113

Die Vision der digitalen Baustelle besagt, dass mit einem virtuellen Modell die Bau-

stelle digital dargestellt werden und kann und durch die Verknüpfung von Terminplä-

nen der Baustellenablauf vor Baubeginn simuliert werden kann. Ein großer Vorteil

wäre, wenn das PDM-System die Visualisierung selber anzeigen könnte. Wenn das 113 eigene Darstellung

StrassenbauHerrichten/ Erschließen und Aushubarbeiten

14 01.09.2014 18.09.201414,00

Landschaftsgestaltung 30 03.08.2015 11.09.2015

Stahlbetonbau 55 22.09.2014 05.12.2014 55,00

Gerüstbau 99 13.10.2014 26.02.2015

Aufbau 31 13.10.2014 24.11.2014 31,00

Abbau 2 25.02.2015 26.02.2015

Fensterbau 40 10.11.2014 02.01.2015 40,00

Maurerarbeiten 43 22.12.2014 18.02.2015 43,00

Dachdeckung 50 22.12.2014 27.02.2015 50,00

Lüftungstechnik 180 22.09.2014 29.05.2015

Rohinstallation 55 22.09.2014 05.12.2014 55,00

Feininstallation 5 25.05.2015 29.05.2015

Elektrik 175 22.09.2014 22.05.2015

Rohinstallation 40 22.09.2014 14.11.2014 40,00

Feininstallation 10 11.05.2015 22.05.2015

Sanitärtechnik 190 22.09.2014 12.06.2015

Rohinstallation 55 22.09.2014 05.12.2014 55,00

Page 58: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

54

nicht der Fall ist, wäre es notwendig, dass der Terminplan aus dem PDM-System mit

den passenden Programm-Tools kompatibel ist.

Derzeitige PDM-Systeme verfügen über die Möglichkeit die unternehmensinternen

Ressourcen zu dokumentieren. Dies könnte für die Baubranche ebenfalls einen

Vorteil bieten. Zum einen für die unternehmensinterne Ressourcenplanung und zum

anderen könnte es dem Bauherrn einen schnellen Überblick über die bereits

erfolgten Arbeitsaufwände verschaffen. Ihm wird übersichtlich dargelegt, wie viel

Aufwand bis zu einem bestimmten Zeitpunkt schon in das Bauprojekt investiert

wurde und kann diesen mit dem geplanten Aufwand vergleichen (Soll-Ist-Vergleich).

Viewer Das Datenmanagementsystem sollte die Möglichkeit bieten mit einem integrierten

Viewer verschiedene Datensätze anzuzeigen und durch die Interaktion, wie

beispielsweise das Drehen von Bauteilen, mit Markups direkt am Modell

Änderungswünsche anzeigen zu können (siehe Abb. 27).

Abbildung 27 Einfügen von Markups in einer Zeichnung durch einen Viewer (hier: CIM DATABASE)114

114 eigene Darstellung

Page 59: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

55

Anpassbare Benutzeroberfläche Nicht jeder Anwender möchte alle Projektdaten im PDM-System angezeigt bekom-

men, sondern nur die Informationen, die für seine Aufgaben relevant sind. Die Zu-

gänglichkeit und Anwenderoberfläche sollte demnach auf die Nutzer anpassbar sein.

Dabei werden bestimmte Buttons für ausgewählte Gruppen in der Bedienoberfläche

nicht angezeigt und die Informationen werden User-spezifisch aufbereitet. Dem Nut-

zer eines PDM-Systems für ein Bauprojekt sollte jederzeit die Möglichkeit geboten

werden, über eine Hilfe-Option (mit z.B. Demos oder Beispielen) Erklärungs- und

Anwenderhinweise zu bekommen.

Integration von Daten während der Bauausführung Während der Bauausführung ist es wichtig, dass der Bauzustand u.a. mit einem Bau-

tagebuch regelmäßig fortgeschrieben wird. Es muss möglich sein, die Dokumentation

über z.B. Laptop, Handy oder einem Tablet von der Baustelle aus direkt in das PDM-

System zu sichern. Die Bedienoberfläche auf einem mobilen EDV-Gerät muss ein-

fach und selbsterklärend sein und für die Größe des Browserfensters angepasst

werden. Die Abbildung 28 zeigt, wie eine Bedienoberfläche für ein Tablet oder Handy

aussehen könnte.

Abbildung 28 Beispiel einer Bedienoberfläche für Mobile Geräte115 Die Objekte in einem Bauwerksmodell können durch die bauteilorientierten Struktur

durch die CAD-Software mit einer eindeutigen ID-Nummer im PDM-Systems

115 eigene Darstellung

Page 60: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

56

ausgestattet werden. Die realen Bauteile werden mit einem jeweils passenden

Strichcode versehen. Durch diese explizite Erkennung der Bauteile, können in der

Ausführungsphase Baumängel oder andere Dokumentationshinweise (Fotos,

Kommentare, Notizen etc) dem Objekt eindeutig zugeordnet werden. Beispielsweise

kann ein Handwerker mit seinem Handy den Strichcode von einem montierten

Bauteil einscannen und somit im PDM-System automatisch als „ fertig gebaut“

markieren. Über eine Webcam-Verbindung kann der Baufortschritt innerhalb einer

PDM-Plattform dokumentiert und ausgewertet werden. Mit einer integrierten

Wetterstation auf der Baustelle, können die Daten direkt in das System und in das

Bautagebuch eingetragen werden 116 . Der Bedarf dieser Anforderung ist jedoch

gering.

Kommunikation

Neben der Möglichkeit im PDM-System Daten auszutauschen wäre es ein weiterer

Vorteil, wenn die Projektbeteiligten sich innerhalb der zentralen Informationsplattform

über z.B. einen Chat austauschen könnten. Ein webbasierter Kommunikationsbe-

reich und der Zugang über mobile EDV-Mittel könnte hier eine ortsunabhängige Lö-

sung sein. Jedem Beteiligten würde ein Web-Client zugeordnet werden. Bestimmte

Inhalte im PDM-System könnten abonniert werden und der Anwender würde so über

zugehörige Vorkommnisse benachrichtigt werden und könnte diese außerdem kom-

mentieren. Die Kommentare könnten für alle Projektbeteiligte sichtbar veröffentlicht

oder nur an bestimmte Personen mitgeteilt werden.

Schnittstelle Facility Management Ein PDM-System für die Nutzungsphase eines Gebäudes weiter zu verwalten, wäre

aufgrund der Menge an Daten nicht vorteilhaft. Sinnvoll ist es jedoch, alle

Informationen, die zum Betriebsstart bzw. zum Aufsetzen des Facility Management

benötigt werden zu übergeben. Hierfür müsste jedoch ein Schnittstellen-Konzept für

den Export aus PDM-Systemen und den Import von Daten in das CAFM-System entwickeln werden.117

116 vgl. [Gün-11a], S.31 117 [Fre-13], S.4

Page 61: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

57

6. Zusammenfassung und Ausblick

6.1 Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wurde BIM als umfassende Vision in der Baubranche

beschrieben. Demnach soll zukünftig ein mit baurelevanten Informationen

angereichertes virtuelles 3D-Modell (Bauwerksmodell) als zentrale Datenquelle für

alle Projektbeteiligten über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerkes dienen.

Um das Potential (wie z.B. die Datendurchgängigkeit über den gesamten

Lebenszyklus eines Bauwerks, automatische Mengen- und Kostenermittlungen oder

vorzeitige Kollisionsprüfungen am virtuellen Modell) voll ausschöpfen zu können,

benötigt es noch einige Anpassungen bezüglich der organisatorischen und

technischen Rahmenbedingungen von Bauprojekten.

Derzeit stehen viele Baubeteiligte der neuen Planungsmethode skeptisch gegenüber.

Hier muss daher erst einmal die Akzeptanz für die neue Arbeitsmethode geschaffen

werden, um die Vision erfolgreich in der Bauindustrie durchsetzen zu können. Um die

Akzeptanz zu erreichen müssen neue vertragliche Richtlinien und

Honorarvereinbarungen an die neue Planungsmethode BIM angepasst werden.

Neben den organisatorischen Anpassungen erfordert die Durchsetzung der BIM-

Methode, bei einem unternehmensübergreifenden Einsatz, funktionsfähige Daten-

Schnittstellen zwischen den heterogenen CAD-Programmen. Es darf bei dem

Austausch von Daten zu keinen Informationsverlusten kommen. Um die erhöhte

Mengen an digitalen Daten, die durch die Anwendung von BIM entstehen,

übersichtlich und vollständig verwalten zu können, wird ein durchgängiges und

unterstützendes Datenmanagementsystem benötigt.

Produktdatenmanagementsysteme (PDM-Systeme), die besonders in der stationär-

produzierenden Industrie verbreitet sind, könnten hier einen passenden

Lösungsansatz bieten. Für die Anwendung in der Bauindustrie werden jedoch

Anpassungen benötigt. PDM-Systeme bieten die Möglichkeit, über eine CAD-

Page 62: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

58

Integration, die Daten direkt in einer vordefinierten und angepassten Ablagestruktur

konsistent und sicher zu verwalten.

Zusätzlich zum Datenmanagement können PDM-Systeme mit systematischen

Prozessabläufen die Erstellung, Freigabe und Änderung von projektrelevanten Daten

koordinieren. Über ein Rollen- und Rechtesystem ermöglichen sie einen

kontrollierten Datenzugriff der Projektbeteiligten. Dies ist eine wichtige

Voraussetzung für das Zusammenarbeiten von unternehmensübergreifenden

Projektbeteiligten.

Erkenntnisse aus der Arbeit Während der prototypischen Anwendung wurde deutlich, dass schon einige

Anforderungen durch das PDM-System CIM DATABASE erfüllt werden. Dies wird

auch durch die Bewertung der ForBAU-Studie bestätigt.118 Derzeit verhindern noch

fehlende CAD-Schnittstellen eine mögliche Direktintegration der projektrelevanten

Daten in eine PDM-Plattform. Jedoch waren einfache Konfigurationen, wie die

Anpassung von Bezeichnungen u.a. von Katalogen, Vorlagen oder das Anlegen

einer neuen Projektstruktur für ein Bauprojekt, bereits möglich. Die genauen

Einstellungen und Veränderungen innerhalb der Systemadministration sollten im

Weiteren genauer untersucht und angepasst werden. Es kann festgehalten werden,

dass die PDM-Systeme mit anderen Funktionen, wie beispielsweise unterstützendes

Prozessmanagement oder Änderungs- und Versionsmanagement, schon jetzt eine

gute und unterstützende Lösung für das Datenmanagement in einem Bauprojekt

darstellen.

6.2 Ausblick Es ist anzunehmen, dass die Digitalisierung der Baubranche in den kommenden

Jahren ein immer größer werdendes Thema, besonders bei öffentlichen

Bauvorhaben, wird. Bislang hat insbesondere der öffentliche Auftraggeber in

Deutschland kaum Erfahrungen mit BIM gemacht. Die sehr rasche Entwicklung von

BIM im Ausland zeigt, dass bestimmte Richtlinien und Vorgaben für BIM in

118 vgl. [Gün-11a], S.40

Page 63: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

59

Deutschland zeitnah entwickelt werden sollten, um den deutschen Unternehmen die

Möglichkeit zu bieten, international wettbewerbsfähig zu bleiben. Der öffentliche

Auftraggeber nimmt hierbei eine wichtige Rolle als Vorreiter ein. 119 Für eine

erfolgreiche Einführung von BIM in Deutschland, soll voraussichtlich bei öffentlichen

Ausschreibungen die BIM-Methode schon bald durchgehend gefordert werden.120

Mit einer Förderung und Forderung der öffentlichen Auftraggeber, BIM in öffentlichen

Bauvorhaben einsetzten zu müssen, wird sich zeigen, ob sich die neue

Planungsmethode BIM im Bauwesen durchsetzen wird oder nicht. Festzuhalten ist,

dass durch BIM die Arbeit von Planern, Auftraggebern und Gewerken entscheidend

verändert wird.

Das Building Information Modeling sollte zukünftig zusammen mit einer effektiven

Datenverwaltung, wie sie in der Arbeit beschrieben wurde, bei allen Bauprojekten

angewendet werden. Mithilfe dieser Digitalisierung wird die Zusammenarbeit der

Projektbeteiligten effektiv verbessert. Des Weiteren können Planungs- und

Ausführungsprozesse durchgehend unterstützt und Daten zentral über den gesamten

Lebenszyklus eines Gebäudes bereitgestellt werden.

Die Entwicklung einer solchen Methode und Technologie wird mit Sicherheit eine

gewisse Zeit in Anspruch nehmen (eine vollständige Durchsetzung der PLM-Vision in

der stationär produzierenden Industrie hat über 20 Jahre Entwicklung benötigt).

Zu Beginn der Entwicklung wird die BIM-Methode mit einem PDM-System vorerst nur

für größere Bauunternehmer und Planungsbüros attraktiv sein. Die derzeitige Anpas-

sung der zentralen Datenbank auf Bauprojekte, ist noch zu zeitintensiv und folglich

noch sehr kostspielig für kleinere Unternehmen. Durch die Weiterentwicklungen von

Standards, Templates und webbasierten Zugangsmöglichkeiten auf die zentralen

Daten, wird diese Methode auch für kleinere Planungsbüros eine effektive Lösung für

die Abwicklung von Bauprojekten sein.

119 vgl.[Egg-13], S.82 120 vgl.[Bau-14]

Page 64: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

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Page 68: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

64

Anlagenverzeichnis

I. Prototypische Anwendung einer PDM-Plattform für ein Bauprojekt______65 i. Software_________________________________________________66

ii. Umsetzung_______________________________________________68

II. Begriffserklärungen_____________________________________________82 III. Tabelle BIM-Software____________________________________________83

Page 69: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

65

Anlagen

I. Prototypische Anwendung einer PDM-Plattform für ein

Bauprojekt

Nachdem in Kapitel 2 und 3 die Grundlagen und Visionen der heutigen Technologien

BIM und PDM beschrieben und anschließend die Anforderungen an ein PDM-System

für die Bauindustrie erarbeitet wurde, sollen nun vereinzelt Beispiele aufzeigen, wie

ein Use-Case einer PDM-Anwendung in der Bauindustrie aussehen könnte.

Es handelt sich dabei um eine prototypische Anwendungsoberfläche der PDM-

Plattform CIM DATABASE von der CONTACT Software GmbH, die allein für dieses

Beispiel angepasst wurde. Die CAD-Zeichnung, die für den Import benutzt wird,

wurde vom Lehrstuhl Baumanagement121 zur Verfügung gestellt und mit der Software

Revit (Autodesk) gezeichnet. Die zuvor gestellten Anforderungen der Begrifflichkeiten

einer Ablagestruktur und Klassifikationen für Dokumente, Vorlagen, Objekte usw.

wurden zunächst umfangreich in das PDM-System CIM DATABASE eingepflegt.

Hierbei liegt auch der Schwerpunkt der Implementierung. Ohne jeglichen Aufwand

wurde ein neuer Datei-Typ konfiguriert, um die Revit-Datei in die Datenplattform

importieren zu können. Aufgrund von zu geringer Bearbeitungszeit und noch

fehlenden administratorischen Festlegungen, ist eine direkte CAD-Integration, wie es

in Abbildung 25 gezeigt wurde, mit CAD-Programm Revit und dem PDM-System CIM

DATABASE für diese Bachelorarbeit nicht möglich gewesen. Die Integrierung der

Revit-Datei erfolgt in der Anwendung direkt über das Drag&Drop-Prinzip.

Die Inhalte der Daten sind alle frei erfunden. Im Mittelpunkt soll die

Veranschaulichung der technologischen Möglichkeiten stehen und nicht die Inhalte

der Informationen .

121 Fachhochschule Münster, Fachbereich 5 Architektur, Department Baumanagement

Page 70: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

66

i. Software

PDM-System CIM DATABASE CIM DATABASE (CDB) wurde von dem Unternehmen CONTACT Software GmbH

entwickelt und ist ein modernes, flexibles und leistungsfähiges Softwaresystem zur

Verwaltung von Daten und zur Unterstützung von Prozessen der Produktentstehung

und Produktumsetzung (PDM-System). Das System ist die Informationsdrehscheibe

für alle Daten und Dokumente entlang eines Produktlebenszyklus und kann in eine

Vielzahl von verschiedenen Anwendungsumgebungen (CAD-Software, Office- Appli-

kationen, Simulations-Tools, usw.) integriert werden. CIM DATABASE lässt sich aus

einzelnen Produkten zu einer auf den Anwender angepasste PLM-Lösung zusam-

mensetzen:

CIM DATABASE PDM/PLM für das Produktdaten- und Product Lifecycle Ma-

nagement  

Project Office für das Projekt-und Prozessmanagement  

Workspaces für kollaboratives CAD-Datenmanagement  

Fast Concept Modelling für schnelle parametrische Konstruktionen  

CIM DATABASE PDM/PLM bildet dabei das Grundprodukt zur Verwaltung der

Projektdaten. Die anderen drei Produkte können zusätzlich in das System integriert

werden und bilden zusammen eine ganzheitliche Lösung für das

Produktdatenmanagement. Mit fast allen M-und E-CAD-System 122 ist eine

vollständige CAD-Integration mit CIM DATABASE möglich. „Sehr gut gelöst ist die

umfangreiche Projektmanagement-Integration. Egal ob innerhalb von CIM

DATABASE oder in Microsoft Project gearbeitet wird, alle Informationen können

reibungsfrei in die zentrale Datenbasis integriert und mit Objekten und Dokumenten

verknüpft werden.“123

122 CAD-System für die Bereiche Mechanik und Elektronik 123 [Gün-11a], S.40

Page 71: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

67

Abbildung 29 Bewertungsergebnis von CIM DATABASE in der ForBAU-Studie 2011 (Gesamtergebnis Rang 2)124

Derzeit läuft das PDM-System nur unter dem Betriebssystem Windows. Das Unter-

nehmen CONTACT macht jedoch mit webbasierten Schnittstellen den Zugriff auf die

Daten-Plattform unabhängig vom Betriebsystem möglich.

CAD-System Revit

Die Bauplanungssoftware Revit (...) von der Firma Autodesk wurde speziell für

Building Information Modeling (BIM) entwickelt. Es ermöglicht Planungs- und

Tiefbauingenieuren, mit einem koordinierten und konsistenten modellbasierten

System Ideen vom Konzept bis zur Ausführung zu verwirklichen. Autodesks Revit ist

eine komplette Anwendung, die Funktionen für die architektonische Planung,

Gebäudetechnik, den Ingenieurbau und den Hochbau umfasst. 125 Ursprünglich

wurde das CAD-System unter dem Betriebssystem Windows entwickelt. Seit Herbst

2010 ist Revit Architecture auch für Mac OS erhältlich.126

124 [Gün-11a], S.40 125 vgl. [Aut-11] 126 vgl. [Sof-15]

Page 72: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

68

ii. Umsetzung

Beim Start des Programms CIM DATABASE wird zunächst ein Anmeldedialog

angezeigt. Der Anwender muss sich mit seinem Client-Profil anmelden und angeben

mit welchem Server sich das PDM-System verbinden soll. Der Zugang wird über ein

Passwort für jeden Anwender geschützt. Im Rahmen dieser Implementierung loggt

sich der Anwender eza mit Benutzername und Kennwort ein und verbindet sich mit

dem Demo-Versions-Server (siehe Abb. 30). Der Benutzer eza besitzt alle

administrativen Rechte in CIM DATABASE.

Abbildung 30 Anmeldedialog von PDM-System CIM DATABASE

Bedienoberfläche CIM DATABASE Nach Start und Anmeldung öffnet sich das Programmfenster von CIM DATABASE.

Dieses ist in mehrere Bereiche gegliedert ist. Oben befindet sich die Menüleiste (1),

in der die klassischen System-Befehle, wie „Datei-Öffnen“, „Rückgängig“ oder

„Kopieren“ möglich sind. Der Befehl „ Hilfe“ in der Menüleiste unterstützt den Client

bei der Anwendung von CIM DATABASE. Ebenso kann über die Menüleiste die

individuelle Benutzeroberfläche eingestellt werden. Die Bedienoberfläche in

Abbildung 31 ist demnach nur ein Beispiel, wie ein Programmfenster von CIM

DATABASE aussehen könnte.

Page 73: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

69

Abbildung 31 Bedienoberfläche nach Programmstart von CIM DATABASE

Unterhalb der Menüleiste liegen die Symbolleisten (2), bestehend aus Schaltflächen

zur direkten Auswahl von CIM DATABASE- Operationen. Das Enterprise-Search127-

Suchfeld (3) ist ein Zusatzfeature von CDB und ist mit einem Enterprise-Server

verbunden. Es ermöglicht eine Volltextsuche und berücksichtigt sowohl Meta-Daten,

als auch Langtextfelder und Dateiinhalte in CIM DATABASE. Der Navigationsbereich

(4) stellt anhand einer hierarchischen Struktur die zur Verfügung stehenden

Informationsrubriken in CDB übersichtlich dar und ermöglicht den Zugriff auf konkrete

Daten. Diese Navigationsstruktur kann für jeden Anwender im Projekt angepasst

werden. Somit sehen die jeweiligen Anwender die nur für sich relevanten Bereiche im

Navigationsfeld. Über das Vorschaufenster (5) werden Informationen zum jeweiligen

selektierten Objekt angezeigt.

In der Mitte des Programmfensters liegt der Ansichtsbereich (6) mit dem Launchpad

von CDB. Neben dem Launchpad können auch andere Voreinstellungen wie z.B.

Aktivitäten, Task Manager oder Meine Projekte zu Beginn einer Anwendung

angezeigt werden. Der Ansichtsbereich kann je nach Kontext Listen,

Strukturansichten, Bauteilstrukturen, Informationsfenster anzeigen. Die

Dateibearbeitung (7) ist eine Zwischenablage für Dateien, die sich in Bearbeitung mit

127 Suchfunktion, basierend auf Schlagwörter und Freitexten.

Page 74: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

70

einer Anwender-Software (z.B. CAD-Software) befinden. Die Zwischenspeicherung

ermöglicht einen kontrollierten Import von Dateien in die zentrale Datenplattform. Die

verschiedenen Bereiche der Anwendungen können auch an gleicher Position im

Programmfenster angelegt werden. In diesem Beispiel liegt das Favoritenfenster (8)

an der gleichen Stelle wie das Verlaufsfenster (8). Im Favoritenfenster können häufig

benutzte Objekte oder durchgeführte Anwendungen zum schnellen Zugriff

bereitgestellt werden. Die zuletzt geöffneten CDB - Objekte werden in dem

Verlaufsfenster angezeigt. Da der Verlauf dauerhaft gespeichert wird, stehen die

Informationen beim Neustart von CIM DATABASE weiterhin über das Verlaufsfenster

zur Verfügung und können per Drag&Drop benutzt werden.

Rollen und Rechte

Zum Projektstart werden alle Projektbeteiligten mit einem CDB - Account im System

angelegt. Den Anwenderprofilen können noch Bemerkungen und Notizen, sowie

Fotos von den Personen zugewiesen werden. Die Profilbilder werden dann bei einer

Selektion des Personenprofils im Vorschaufenster angezeigt (siehe Abb. 32).

Abbildung 32 Anlegen eines neuen Anwenders (Client) in CDB Zusätzlich werden die Personen bestimmten Organisationen zugeordnet, die zuvor in

CDB angelegt wurden (siehe Abb. 33).

Page 75: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

71

9

Abbildung 33 Organisationskartei in CDB Die Organisationen sind wiederum in Kategorien katalogisiert. Dieser Katalog (10)

wurde ebenfalls im Voraus an ein Bauprojekt angepasst und in das System einge-

speichert.

10

Abbildung 34 Organisationskategorien in CIM DATABASE für ein Bauprojekt

10

Page 76: BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

72

Nachdem die Projektanwender im CDB angelegt sind, werden die Beteiligten den

Baugruppen zugeordnet und über die Gruppenzuordnung bestimmten

Gruppenrechten zugeteilt (siehe Abb. 35).

Abbildung 35 Gruppenvorlagen in CDB mit unterschiedlichen Rechten

Wie in Abbildung 24 aus dem Abschnitt 5.3 beschrieben wurde, können neben den

Gruppenrechten noch weitere Rechte vergeben werden, die den Rollen zugeteilt

sind. Die jeweiligen Rollen (BIM-Manager, Bauherr, Architekt, TGA-Planer etc.)

werden ebenfalls über einen Projektrollenkatalog (14) den Anwendern zugeordnet.

Somit können die Zugriffsrechte für jeden Projektbeteiligten speziell auf das Projekt

angepasst werden.

Diese Funktion ist für ein zentrales Datenmanagementsystem ein wichtiger Faktor,

da nicht jeder auf die Daten zugreifen darf und auch nicht alle Daten sehen möchte,

wenn sie für die Person unrelevant sind.

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Zum Beispiel zeigt Abbildung 32 das Profil von der Architektin Julia Wellmann. Sie

gehört zu den Gruppen Fachplaner und public. Die Gruppe public hat die allgemeine

Leserechte für die Projektinhalte: Dokumente, Bauwerk und Beteiligte. Die Gruppe

der Fachplaner hat hingegen auf die Daten der Dokumente und Bauwerk (3-D-CAD

und Bauteile) zusätzliche Zugriffsrechte auf die Daten. Für die jeweiligen Fachplaner

können dann die Rechte für bestimmte Daten in der Dokumentenablage individuell

zugeteilt werden. Hingegen gehört der Anwender eza zur Gruppe Administration und

hat dadurch alle Zugriffsrechte in CDB. Aus den unterschiedlichen Rechten ergeben

sich folglich auch die unterschiedlichen Darstellungen der Ablagestruktur in CIM

DATABASE (siehe Abb. 36).

Abbildung 36 Beispiel einer Zuordnung von Gruppenrechten

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Neues Projekt anlegen aus Vorlage Um die weiteren Funktionen von dem PDM-System CIM DATABASE aufzuzeigen,

wird zunächst ein Projekt angelegt. Diesem Projekt werden dann die Personen

zugeordnet. Anschließend können die Daten aus den externen Software-

Applikationen in die zentrale Informationsplattform importiert und mit dem Projekt

verknüpft werden. Ein Projekt kann aus der Navigationsstruktur über Projekte oder

noch einfacher über den Button Neues Projekt im Launchpad angelegt werden.

Ähnlich wie beim Anlegen von Personen erscheint eine Maske mit geforderten

Angaben zum Projekt (siehe Abb. 37). Der Projektname kann beliebig angelegt

werden, wo hingegen die Kategorie wieder aus einem Katalog (11) ausgewählt

werden muss (siehe Abb. 38). Das hat den Vorteil, dass die Beschreibungen der

Bauvorhaben einheitlich sind und über Verschlagwortungen die Projekte auch über

ihre Kategorie im System gefunden werden können. Die Benennung ist auch in

Englisch möglich (siehe Abb. 38).

Abbildung 37 Neues Projekt aus einer Projektvorlage in CDB anlegen

11

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11

Abbildung 38 Projektkatalog in CIM DATABASE

Projekte können einerseits neu oder über schon erstellte Projektvorlagen angelegt

werden. Ein Projekt aus Projektvorlagen zu erstellen ist besonders sinnvoll, wenn

sich bestimmte Bauprojekte in Struktur und Durchführung stark ähneln (z.B.

Fabrikbauten, Straßenbau, Modulbauten, etc). Durch angepasste Projektvorlagen

kann die Qualität eines Bauvorhabens verbessert und gesichert werden.

Projektvorlagen beinhalten Erfahrungen und Wissen über Projektabläufe. Dadurch

können wiederholt auftretende Fehler vermieden werden. Somit muss der Anwender

nicht erneut eine Projektstruktur anlegen. Auch wenn ein Bauprojekt aus einer

Projektvorlage erstellt wurde, lässt die Vorlage sich speziell an das Projekt

anpassen.

Im folgenden Beispiel wird das Projekt aus der Vorlage Altbausanierung angelegt,

welches vor der Implementierung in CIM DATABASE eingearbeitet wurde. In der

Projektvorlage wurden bestimmte Rollen, Aufgaben und Dokumentenablage für eine

Altbausanierung vordefiniert. Die Ablagen können dann im Laufe des Projektes mit

Daten belegt werden. Unter Termine kann zu Beginn ein grober Terminplan erstellt

werden. Diese Eingaben werden direkt in den Terminplan im Project Office von CIM

DATABASE übernommen. Anschließend muss noch der Projektleiter festgelegt

werden. Nachdem das Projekt angelegt wurde, erscheint die Projektübersicht aus

dem Template die von der Grundstruktur mit Aufgaben, Rollen, Team und

Dokumente belegt sind (siehe Abb. 39).

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Abbildung 39 Beispiel einer Projektstruktur aus einer Projektvorlage

Den jeweiligen Gruppen wurde schon vorweg bestimmte Aufgaben, Rollen und

Dokumentenordner zugeordnet, die typisch für ein Bauprojekt sein können. Mit dem

Projektmanagement-Tool Project Office von der CONTACT Software können die

angelegten Aufgaben mit dem Terminplan einfach und übersichtlich angezeigt

werden. Neue Aufgaben können auch über den Terminkalender direkt neu angelegt

und mit einem Status belegt werden (siehe Abb. 40).

Abbildung 40 Terminplanung mit Project Office in CIM DATABASE

Die gewünschte Farbeinstellung im Terminplan ist bis zu diesem Zeitpunkt noch nicht

- bzw. nur mit größerem Aufwand verbunden- möglich gewesen.

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Neues Dokument anlegen und bearbeiten Da eine Direktintegration mit der CAD-Software noch nicht möglich ist, wurde auf

eine andere Lösung zurückgegriffen, um die Projektdaten aus der CAD-Datei

durchgehend sicher zu stellen.

Das 3D-Dokument wird zunächst per Drag&Drop in die zentrale Datenbank gezogen

und der Anwender legt ein neues Dokument an. Das Dokument wird in dem PDM-

System über zwei Kategoriengruppen beschrieben und eingeordnet. Diese

Bezeichnungen werden ebenfalls aus einem Katalog (12&13) übernommen. Der

Katalog in Abbildung 42 zeigt eine umfangreiche Auflistung von Dokumententypen

für ein Bauprojekt. Zusätzlich werden Angaben über den Ersteller (Autor) und die

Projektrolle (14) hinzugefügt, damit dem Dokument auch eine verantwortliche Person

zugeteilt werden kann. Um Duplikate von Dokumenten zu vermeiden, wird der

Anwender beim Anlegen des Dokuments gefragt, ob die Datei nach dem Import vom

lokalen Speicherort gelöscht werden soll. Durch Bestätigung wird die Datei in den

Server des PDM-Systems gespeichert und von der internen privaten Festplatte

gelöscht.

Abbildung 41 Neues Dokument anlegen in CDB

12 13

14

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12 & 13

Abbildung 42 Dokumentenkategorien für ein Bauprojekt im PDM-System CDB

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14

Abbildung 43 Projektrollenkatalog für ein Bauprojekt in CDB

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Das Dokument wird dem Projekt, über die Eingabe der Projektnummer zugeordnet

und erhält über die Dokumentenart einen Workflow der sicherstellt, dass das

Dokument mit bestimmten Prüfungen belegt ist. In diesem Fall handelt es sich um

eine cad_drawing: CAD Zeichnung und muss vor Freigabe geprüft werden (vgl. Abb.

22, S.50). Die Datei D000038-.rvt kann aus der Datenbank mit Doppelklick direkt mit

der Software Revit geöffnet werden. Über die Ablage in der Dateibearbeitung (Abb.

44) können die Daten ohne eine CAD-Integration direkt aus dem CAD-Programm

über eine Kopplung in das PDM-System gespeichert werden. Beim Speichern der

Revit - Datei werden die Daten direkt in die Bearbeitungsablage von CDB

gespeichert. Dadurch hat der Anwender den Vorteil, dass nicht jede Variante des

Entwurfs in der Datenbank gespeichert wird und dadurch andere Anwender durch die

Aktualisierungen „gestört“ werden. Bei einer Änderung der CAD-Datei wird in CDB

ein Index erstellt (siehe Abb. 44). Das Stift-Symbol zeigt an, welche Datei sich in

Bearbeitung befindet.

Abbildung 44 Zwischenablage für Dateien während der Nutzung

Bei dem Beispiel in Abbildung 45 handelt es sich um ein neues Fenster, dass in der

2. Etage neu eingebaut werden soll. Die Datei wurde vorweg dementsprechend ge-

ändert und über einen Index neu angelegt

Abbildung 45 Versionisierung von Dateien über den Index

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Eine neue Version (hier: D000038-b) wird in der zentralen Datenplattform

gespeichert und muss von einem Anwender geprüft und anschließend freigegeben

werden. Über den Workflow-Designer in CIM DATABASE können die verschiedenen

Aufgaben, wie z.B. die Prüfung einer Änderung, einfach und übersichtlich koordiniert

werden (siehe Abb. 46). Der Anwender, der für die Prüfung zuständig ist, erhält diese

Information über den Task-Manager (siehe Abb. 47). Nachdem der Anwender die

Datei freigegeben hat wird der vorherige Stand (D000038-) als „ungültig“ markiert

(siehe Abb. 48).

Abbildung 46 Aufgaben koordinieren mit dem Workflow-Designer in CDB

Abbildung 47 Task Manager in CDB (hier: von Anwender eza)

Abbildung 48 Freigabestatus von Dateien - Sperrung von alten Versionen

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II. Begriffserklärungen [CONTACT Software GmbH]

Die CONTACT Software GmbH wurde im Jahre 1990 in Bremen gegründet und ist

eine der führenden Anbieter von IT-Lösungen für die Produktentwicklung. Die

Standardsoftware CIM DATABASE von CONTACT ermöglicht es den Kunden,

Arbeitsabläufe der Produktentwicklung sicher und effizient auszuführen und die

verschiedenen Werkzeuge der Produktentwicklung zu integrieren. Im Ergebnis

können Entwicklungsteams – ggf. auch unternehmensübergreifend - besser

zusammenarbeiten. Erste Erfahrungen im Bereich Planung, Bau, Betrieb und

Instandhaltung technischer Infrastrukturen, wie Verkehrs- und Versorgungsnetze,

konnte die CONTACT Software GmbH mit den Projekten der Stuttgarter

Straßenbahnen AG und dem Transtec Gotthard (TTG) - Tunnelbau sammeln. [Facility Management]

Modernes Facility Management befasst sich mit der betriebswirtschaftlichen und

ganzheitlichen Betrachtungsweise eines Bauwerks. Es umfasst heute den

gesamten Lebenszyklus einer Immobilie von der ersten Konzeption bis hin zur

Verwertung und Abriss.

[Semantische Modellierung] Bauteilklassen besitzen Informationen die ihre Eigenschaften und die Beziehung

zu anderen Bauteilklassen in einer CAD-Software beschreiben. Wird eine Klasse

verändert, passt sich die verknüpfte Bauteilklasse automatisch an oder verhindert

eine fehlerhafte Veränderung. [Template]

Ein Template (englisch für „Schablone“) ist eine Vorlage, die mit bestimmten

Dateninhalten gefüllt werden kann. Für das Bauwesen kann das beispielsweise

eine vorprogrammierte Dokumentenvorlage für eine DIN-Norm-gerechte

Bauplanzeichnung sein. [VPN-Verbindung]

Eine VPN-Verbindung dient dazu, dass sich ein Teilnehmer eines privaten Netzes

mit einem anderen Teilnehmer eines privaten Netzes verbinden kann.

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III. Tabelle BIM-Software

Hersteller Produkt Website 4M 4M IDEA http://www.4mbim.com/

AceCad BIMProject http://www.acecadsoftware.com

Autodesk Revit http://www.autodesk.de

Bentley Bentley Architecture http://www.bentley.com

BIB ALLbudget® http://www.bib-gmbh.de/

Cadsoft Envisioneer Professional http://www.cadsoft.com

Graphisoft Archicad http://www.graphisoft.de

Nemetschek Nemetschek Allplan http://www.nemetschek-allplan.de/

Nemetschek NemetschekVectorworks http://www.computerworks.de/

Softech GmbH Softtech SPIRIT http://www.softtech.de/die-software-

architekten

Tekla Tekla Structures http://www.tekla.com

Vico Vico Office http://www.vicosoftware.com

Virtual Build

Technologies

Rhino BIM

http://www.vbtllc.com/

RIB iTWO http://www.rib-software.com/de

Tabelle 2: Übersicht der Anbieter für BIM Software128

128 Eigene Darstellung in Anlehnung an [Alb-14], S.25