BIM in der Tragwerksplanung: Das Potenzial von BIM in der Tragwerksanalyse und -planung

Sehr oft neigen wir dazu, die BIM-Methodologie mit einfachen architektonischen Planungsprozessen von Gebäuden zu assoziieren. In der Tat basiert BIM auf einem kollaborativen Ansatz, der verschiedene Fachbereiche einbezieht und unvermeidlich auch die Tragwerksplanung beeinflusst.

In diesem Artikel möchte konzentrieren wir uns auf die BIM-Analyse in der Tragwerksplanung, um zu zeigen, wie das Building Information Modeling die Fachleute der Branche bei der Erstellung von möglichst koordinierten und optimierten Projekten unterstützt.

Was ist die BIM-Analyse in der Tragwerksplanung?

Unter BIM-Analyse in der Tragwerksplanung versteht man einen Prozess, der darauf abzielt, das strukturelle Verhalten eines Gebäudes zu definieren, indem das entsprechende analytische Modell in einer BIM-Umgebung implementiert wird.

Betrachten wir die folgenden zwei Modelle eines Bauwerks:

• das physikalische Modell, das die geometrischen Eigenschaften und die Eigenschaften der einzelnen Komponenten (architektonisch und strukturell) beschreibt;
• das analytische Modell, das eine vereinfachte Darstellung des Bauwerks liefert, indem es alle Komponenten in eine Reihe von ein-, zwei- oder dreidimensionalen Elementen schematisiert und ihre Belastungs- und Begrenzungsbedingungen definiert.

Die Anwendung der BIM-Methodologie auf die Analyse von Strukturen gewährleistet die bidirektionale Verbindung zwischen diesen beiden Modellen und ermöglicht es dem Planer, verschiedene strukturelle Lösungen bereits in der frühen Phase des Projekts zu bewerten, wodurch der gesamte Prozess schneller und effizienter wird.

BIM und Strukturanalyse: Verknüpfung physikalisches Modell analytisches Modell

Die Simulation des analytischen Modells innerhalb einer BIM-Software für die Tragwerksplanung ermöglicht die Analyse der Reaktion des gesamten Systems (oder eines Teils davon) auf die angewandten Lasten, in Bezug auf die Verteilung der inneren Kräfte, Momente, Spannungen, Verformungen und Verschiebungen.

Wie nutzt das BIM die strukturelle Analyse?

Die strukturelle Analyse im BIM zielt darauf ab, ein System zu entwerfen, das in der Lage ist, den angewandten Kräften während seiner Nutzungsdauer standzuhalten. Dies erfordert, dass die verwendeten strukturellen Komponenten und Materialien so definiert sind, dass sie die vorgesehenen Sicherheitsanforderungen erfüllen. Die Erstellung von BIM-Modellen, die aus extrem miteinander verbundenen parametrischen Objekten bestehen, vereinfacht die Arbeit des Planers erheblich und hilft ihm, eine vollständigere und bewusstere Sicht auf das Projekt zu haben.

Der üblicherweise in der strukturellen Analyse des BIM verwendete Workflow umfasst:

• die Erstellung des architektonischen Modells des Bauwerks innerhalb der BIM-Authoring-Software und den anschließenden Export in ein interoperables Format;
• die Importierung dieses Modells in die Software für die Tragwerksplanung, in der, basierend auf dem architektonischen System, der entsprechende strukturelle Teil entworfen wird.

Der Informationsaustausch basiert auf der Verwendung standardisierter offener Formate, wie dem IFC (Industry Foundation Classes), welche die Integrität der übertragenen Daten gewährleisten. Die Interoperabilität zwischen den verschiedenen Softwarelösungen ermöglicht es dem Tragwerksplaner zudem, die Ergebnisse der durchgeführten Analyse im föderierten Modell zu dokumentieren.

Dank der Einführung immer fortschrittlicherer und standardisierterer Werkzeuge wie IfcStructuralAnalysisDomain erreicht die Interoperabilität zwischen den verschiedenen Akteuren und Softwarelösungen noch höhere Ebenen.

Die 5 wichtigsten Vorteile des BIM in der Tragwerksplanung

Durch die Anwendung der BIM-Methodologie sind Tragwerksplaner in der Lage, informiertere Entscheidungen zu treffen und kontinuierliche Änderungen am Modell vorzunehmen, ohne dessen Integrität zu gefährden. Aber die strukturelle Analyse im BIM bietet auch weitere Vorteile:

1. Steigerung der Produktivität: Die Erstellung von BIM-Informationsmodellen ermöglicht die Automatisierung des Prozesses der strukturellen Analyse und führt zu erheblichen Einsparungen bei Zeit und Kosten;
2. Bessere Koordination und Zusammenarbeit: Der kollaborative Ansatz, der typisch für die BIM-Methodologie ist und auf der Nutzung interoperabler Plattformen basiert, unterstützt den für die strukturelle Analyse zuständigen Planer im ständigen Austausch und in der gemeinsamen Nutzung der Ergebnisse mit anderen Beteiligten (Architekten, Ingenieuren, Fachplanern usw.). Die Koordination zwischen den verschiedenen Disziplinen ermöglicht zudem die frühzeitige Überprüfung und Lösung möglicher Konflikte, was die allgemeine Qualität des Projekts verbessert.
3. Höhere Effizienz: Im Gegensatz zu traditionellen Planungsmethoden (bei denen die Informationen in einer Reihe von nicht koordinierten Dokumenten verstreut sind) zentralisiert das BIM alle Informationen innerhalb eines föderierten Modells. Der Tragwerksplaner kann daher die für ihn relevanten Daten leichter abrufen und ist dank der Verwendung einer BIM-Software, die auf die Tragwerksplanung spezialisiert ist, in der Lage, die Dokumentation zu den Ergebnissen effizienter zu erstellen und zu teilen.
4. Optimierte Visualisierung und Darstellung: Die BIM-Modellierung ermöglicht die schnelle Erstellung von Renderings und Animationen, die die Bewertung komplexer Szenarien vereinfachen und die Kommunikation direkter und effektiver gestalten. Diese Simulationen helfen dem Planer, das Verhalten und die Leistung einer Struktur vorherzusagen und alternative Lösungen zu bewerten.
5. Fehlerreduktion und bessere Projektqualität: Das BIM bietet den Planern die Möglichkeit, das Modell ständig und automatisch zu aktualisieren, im Sinne eines integrierten Entwurf. Das BIM-Modell gewährleistet somit, dass alle Informationen konsistent und koordiniert sind und ermöglicht die Identifizierung von Fehlern und strukturellen Unvereinbarkeiten bereits in der Planungsphase, bevor mit dem tatsächlichen Bau des Werkes begonnen wird.

BIM-Strukturanalyse: die Vorteile

IfcStructuralAnalysisDomain: die neue Grenze der strukturellen Analyse im BIM

Als Ergänzung zu den genannten Vorteilen stellt das Schema IfcStructuralAnalysisDomain einen weiteren Fortschritt dar, um die strukturelle Analyse effektiv in den BIM-Prozess zu integrieren.

Das Schema IfcStructuralAnalysisDomain bringt eine bedeutende Innovation in die Integration zwischen BIM-Modellierung und struktureller Analyse. Es wurde entwickelt, um Ingenieurdaten innerhalb des Baukontexts zu konsolidieren, und ermöglicht eine enge Verbindung zwischen den strukturellen Elementen und ihren Entwurfsannahmen. Das Hauptziel ist es, die strukturellen Informationen transparent und auch für andere verwandte Bereiche zugänglich zu machen.

IfcStructuralAnalysisDomain konzentriert sich auf:

• Definition von Modellen der strukturellen Analyse: Ebenheit und Dreidimensionalität können dargestellt werden, um Anwendungen der strukturellen Analyse zu unterstützen;
• Komplexe Strukturelemente: gerade oder gebogene Strukturkurven, flache oder gebogene Strukturflächen, mit Anschlussstellen, Stützen und Verbindungen;
• Lasten und Kombinationen: Verwaltung von punktuellen, linearen, flächenhaften und thermischen Lasten, mit Zuordnungen zu Gruppen, Fällen und Lastkombinationen;
• Mehrere analytische Modelle: Möglichkeit, mehrere analytische Modelle darzustellen, um verschiedene Teile oder Aspekte der Struktur zu beschreiben, einschließlich Abhängigkeiten zwischen Modellen;
• Analyseergebnisse: Darstellung von Kräften und Verschiebungen, die aus der Analyse abgeleitet werden.

Das Schema umfasst noch nicht die Unterstützung für:

• Dynamische Analysen;
• Vorspannkräfte;
• Finite-Elemente-Topologien;
• Finite-Elemente-Netzdetails oder Spannung und Dehnung.

Dank der Standardisierung, die durch die IFC angeboten wird, erleichtert IfcStructuralAnalysisDomain den Austausch von Informationen zwischen BIM-Authoring-Softwares und strukturellen Berechnungstools, verbessert die Interoperabilität und die Gesamtqualität des Projekts.

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