BIM-Interoperabilität: Verbreitung und Zusammenarbeit im RecycleBIM

Die Anwendung der BIM-Methodik in Ihrer beruflichen Tätigkeit bedeutet, sich auf fortschrittliche, kollaborative und multidisziplinäre digitale Prozesse auszurichten, die auf Informationsmodellen basieren, die in der Lage sind, alle physischen und funktionalen Merkmale eines Bauwerks integriert darzustellen. BIM ist nicht einfach eine Evolution des CAD, sondern ein echter Paradigmenwechsel im Management von Informationen im Lebenszyklus eines Gebäudes oder einer Infrastruktur.

Im Laufe der Zeit haben sich die Konzepte, die dem BIM zugrunde liegen, konsolidiert und sich von einer anfänglichen Idee, die auf einem einzigen Modell basierte, das von einer einzigen Software verwaltet wurde, zu einer Föderation interoperabler Modelle entwickelt, die in der Lage sind, miteinander zu kommunizieren, auch wenn sie mit unterschiedlichen Werkzeugen und Disziplinen entwickelt wurden. Hier kommt das Schlüsselkonzept der Interoperabilität ins Spiel.

Um vollständig zu verstehen, wie diese Themen in praktische Anwendungen umgesetzt werden, werden wir im weiteren Verlauf des Artikels das Fallbeispiel RecycleBIM analysieren, ein europäisches Projekt, das die BIM-Interoperabilität im Zusammenhang mit dem zirkulären Management von Baustellenmaterialien behandelt und einen konkreten Ansatz durch die Erstellung interoperabler IFC-Modelle veranschaulicht, die in Revit- und Archicad-Umgebungen entwickelt wurden.

Um mehr zu erfahren, lesen Sie auch:

• RecycleBIM: ein Schritt in Richtung Kreislaufwirtschaft von Baustoffen.
• Produktdatenvorlage und LOIN-Spezifikationen im RecycleBIM-Projekt;
• Exchange Information Requirements: Was ist das EIR im BIM?;
• BIM Execution Plan (BEP): Was ist das und wozu dient er?

Die BIM-Reifegrade: auf dem Weg zum iBIM

Im Bereich der Digitalisierung im Bauwesen werden verschiedene BIM-Reifegrade identifiziert, von denen jeder eine Wachstumsphase in der Fähigkeit darstellt, Daten zu verwalten und auszutauschen:

• Stufe 0: ausschließliche Verwendung von 2D-CAD.
• Stufe 1: Einführung von 3D-Elementen, jedoch ohne echte Zusammenarbeit.
• Stufe 2: Föderation separater Modelle mit kontrolliertem Austausch von Informationen, oft über offene Formate wie IFC.
• Stufe 3 (iBIM): integriertes Datenmanagement mit voller Interoperabilität, gemeinsamem Zugang zu Daten und fortgeschrittener Automatisierung der Prozesse.

Stufe 3, die beispielsweise durch den britischen Plan Digital Built Britain gefördert wird, verändert das Konzept des föderierten Modells nicht grundlegend, sondern zielt darauf ab, die Qualität des Datenaustauschs und die operative Effizienz über den gesamten Lebenszyklus des Bauwerks zu verbessern.

Im Folgenden präsentieren wir das Diagramm zu den BIM-Reifegraden, das den Grad der Verbreitung, Nutzung und vor allem der Ausschöpfung der Potenziale des BIM darstellt.
Es beginnt mit dem CAD, das die niedrigste Stufe (Stufe 0) darstellt, bis hin zur Stufe 3, die dem iBIM entspricht.

Reifegrade der Zusammenarbeit und Verbreitung des BIM

Niveau 2 ist bereits durch einen gewissen Grad an Datenaustausch zwischen verschiedenen Modellen gekennzeichnet, die jeweils den wichtigsten Berufsbereichen zugeordnet sind.

Der nächste Schritt, Niveau 3, der sich auf einen reifen Nutzungsgrad bezieht und der durch 4 verschiedene Phasen erreicht werden soll (gemäß dem Dokument der Regierung des Vereinigten Königreichs „Digital Built Britain – Level 3 Building Information Modelling – Strategic Plan“), ändert nicht die aktuelle Vorstellung des virtuellen Modells als Föderation von Modellen, sondern zielt auf ein höheres Niveau der Datenqualität beim Austausch zwischen ihnen ab.

HM Regierung

Detaillierte Ansicht der Ebene 3 der Zusammenarbeit und Verbreitung von BIM

Die Qualität des Datenaustauschs ist somit die Richtung, in die sich das größte Engagement für die Verbreitung von BIM konzentriert, sowohl aus prozeduraler Sicht als auch hinsichtlich der Software-Tools.

Die Herausgabe internationaler Standards, Leitlinien und Vorgaben zur Kodifizierung der Schlüsseldokumente für die geordnete Durchführung der Abläufe sowie deren Erstellung und Mindestinhalte sind die Bemühungen, die Methodik von BIM an verschiedene reale Anwendungsfälle anzupassen.

Es ist offensichtlich, dass das Thema der Überlagerbarkeit der Modelle und deren Fähigkeit zum Dialog ohne Informationsverlust, also die BIM-Interoperabilität, den zentralen Aspekt für die tatsächliche Möglichkeit der Nutzung der Koordinationsmodelle darstellt.

Zyklus nach PAS 1192

BIM und Interoperabilität: der Schlüssel zum Erfolg im Bauwesen

Unter Interoperabilität versteht man die Fähigkeit, Daten zwischen Anwendungen, BIM-Software und Plattformen auszutauschen, was es ermöglicht, Arbeitsabläufe zu vereinheitlichen und deren Automatisierung zu erleichtern.

Dies ist besonders wichtig im BIM-Umfeld, wo jedes Objekt nicht nur Geometrie, sondern auch technische, umweltbezogene, zeitliche, wirtschaftliche, verwaltungstechnische usw. Daten enthält.

Es handelt sich hierbei nicht um ein neues Konzept: Schon immer hat der Bedarf an Dialog zwischen Anwendungen, die für spezifische Zwecke bestimmt sind, aber zur gleichen Produktionskette gehören, eine Notwendigkeit dargestellt; man denke beispielsweise an die Etablierung des DXF-Formats für den Austausch von grafischen Daten im Vektorformat zwischen Anwendungen verschiedener Softwarehäuser.

Die Dringlichkeit dieses Bedarfs hat jedoch eine primäre Bedeutung im Fall der BIM-Methodik, wo die Integration der verschiedenen Informationen das Wesen der Innovation selbst ist.

Darüber hinaus geht auch die Qualität der auszutauschenden Informationen weit über die einfachen grafischen Daten hinaus, da die Verwendung von Objekten die Verwaltung und den Austausch von Informationen über Materialien, Mengen, Kosten, Zeiten, energetische und strukturelle Analysen usw. ermöglicht.

Das Thema des Datenaustauschs war daher im Laufe der Zeit Gegenstand großer Aufmerksamkeit und Anstrengungen seitens von Forschungsinstitutionen, Softwareherstellerverbänden, Industrien usw. und hat sich zu einer eigenständigen Technologie entwickelt, die sich mit der Entwicklung der Anwendungssoftware und deren Anforderungen weiterentwickelt hat.

Formate wie IFC (Industry Foundation Classes), die von buildingSMART entwickelt wurden, sind entscheidend, um die Kommunikation zwischen verschiedenen Anwendungen zu gewährleisten. Die Interoperabilität ist kein nebensächlicher Wert, sondern stellt die notwendige Bedingung dar, um das volle Potenzial von BIM in Bezug auf Nachhaltigkeit, Effizienz und Digitalisierung zu realisieren.

Der Fall RecycleBIM: Interoperabilität im Dienste der Kreislaufwirtschaft

Ein konkretes und fortschrittliches Beispiel für die Anwendung der BIM-Interoperabilität ist das europäische Projekt RecycleBIM. Das Projekt behandelt ein hochaktuelles Thema: das Management von Baustellenmaterialien aus einer zirkulären Perspektive, d.h. die Förderung von Wiederverwendung und Recycling durch digitale Werkzeuge, die auf BIM basieren.

Um die Fachleute zu unterstützen, hat das Projekt ein wesentliches technisches Dokument erstellt, das Training kit for interoperability, einen umfassenden und praktischen Leitfaden für die korrekte Modellierung und den Export von BIM-Modellen im IFC-Format, mit besonderem Augenmerk auf die Informationen über Materialien und deren Rückverfolgbarkeit.

Ein praktisches Kit für die IFC-Modellierung

Das Arbeitsteam schlägt einen praktischen methodologischen Ansatz vor, um die Interoperabilität und die Informationsqualität in BIM-Modellen sicherzustellen, im Einklang mit den Umwelt- und Kreislaufanforderungen. Zu den Hauptinhalten der Dokumentation zur Interoperabilität gehören:

• Klassifizierung der Anwendungsfälle für die Darstellung von Materialien
  Das Dokument identifiziert 5 Modellierungsstrategien je nach Art des Bauteils und des Materials:
  • Monomaterialobjekte (z.B. Mauerwerk, Trennwände);
  • Schichtkomponenten (z.B. Decken, Dächer);
  • Verbundkomponenten (teilweise modelliert oder alphanumerisch beschrieben);
  • Komplexe Objekte, die nach m² oder m³ messbar sind (z.B. Fenster);
  • Objekte, die nach Einheit verwaltet werden (z.B. Türen, Fertigteile).

Anwendungsfall Recycle BIM | BIM-Modellierungsstrategien für die Interoperabilität

Eine mehrschichtige Wand, wenn sie als ein einziges Element dargestellt wird, kann in ihre Materialschichten unter Verwendung der Entität IfcBuildingElementPart zerlegt werden.

Das Hauptobjekt (die Wand) enthält die spezifischen Eigenschaften des Elements (gemäß der WBS), während jedes Teil (Materialschicht) die spezifischen Eigenschaften des Materials enthält.

Wenn einige Schichten als wiederverwendbar identifiziert werden (zum Beispiel eine Fassadenverkleidung auf einem Rahmen, der für die Dekonstruktion entworfen wurde), beherbergt die entsprechende Entität (sei es IfcBuildingElementPart oder ein spezifisches Objekt wie IfcWall oder IfcCovering) die spezifischen Eigenschaften des Elements.

Diese Klassifizierung ermöglicht es, die digitale Darstellung der Materialien zu vereinheitlichen, was das Lesen in verschiedenen Softwareanwendungen erleichtert und die Rückverfolgbarkeit während der Demontage oder Wiederverwendung unterstützt.

• Modellierung und Export mit Revit und Archicad
  Das Kapitel, das der Modellierung und dem Export mit den BIM-Softwarelösungen Revit und Archicad gewidmet ist, beschreibt einen vollständigen und detaillierten Workflow, um sicherzustellen, dass das BIM-Modell die Anforderungen der Interoperabilität des Projekts RecycleBIM erfüllt. Das Ziel ist doppelt: die korrekte Exportierung im IFC4-Format zu gewährleisten und alle notwendigen Informationen für das zirkuläre Management von Baustellenmaterialien im Modell zu integrieren. Das Dokument bietet detaillierte Anweisungen für zwei weit verbreitete BIM-Umgebungen:
  • Autodesk Revit:
    • Modellierung aus Punktwolken;
    • Definition von mehrschichtigen Elementen (z. B. Wände mit strukturellen, isolierenden und abschließenden Schichten);
    • Zuweisung der für das Abfallmanagement erforderlichen Eigenschaften (EWC-Code, Dichte, Recycelbarkeit usw.);
    • Export im IFC4-Format mit benutzerdefiniertem Mapping (CDWMgmt_Pset);
  • Graphisoft Archicad:
    • Import von Punktwolken im .e57 oder .xyz Format;
    • Erstellung benutzerdefinierter Exportsätze über den IFC Translator;
    • Mapping der Eigenschaften auf Materialien und Komponenten, mit Zerlegung der Schichten;
    • Export gemäß den RecycleBIM-Spezifikationen, mit Überprüfung der enthaltenen Daten;
• Überprüfung des IFC-Modells
  Es wird schließlich empfohlen, die IFC-Dateien über Software-Viewer (wie BIMVision) zu überprüfen, um die Anwesenheit der geforderten Eigenschaften, die korrekte Klassifizierung der Elemente und die geometrische Qualität des Modells sicherzustellen. Insbesondere:
  • Überprüfung der korrekten Zuweisung der Ebenen zu den Objekten;
  • Überprüfung der Anwesenheit der geforderten Eigenschaftssätze (insbesondere CDWMgmt_Pset);
  • Identifizierung möglicher geometrischer Fehler, Verzerrungen oder fehlender Exporte;
  • Visuelle Erkundung der Struktur der IFC-Datei vor weiteren Validierungen.

Erstellung und Validierung des BIM-Modells mit Edificius und usBIM.IDS

Die BIM-Interoperabilität ist nicht nur eine technische Herausforderung, sondern eine grundlegende Voraussetzung, um Effizienz, Rückverfolgbarkeit und Mehrwert über den gesamten Lebenszyklus eines Projekts zu gewährleisten. Ein praktisches Beispiel für eine effektive Implementierung kommt von der Schlüsselrolle durch di Firma ACCA software im europäischen Projekt RecycleBIM, bei der Entwicklung eines BIM-Informationsmodells zur Verwaltung von Bau- und Abbruchabfällen (CDW), zur Planung einer selektiven Dekonstruktion und zur LCA/LCC-Bewertung.

Realisiert in Edificius, zeichnet sich das Modell durch ein hohes Maß an Konsistenz mit den Prinzipien von openBIM aus, dank der Verwendung des Formats IFC 4.3 und der Strukturierung eines maßgeschneiderten Informationssatzes, der mit den Standards des Projekts übereinstimmt.
Um eine echte Interoperabilität zu gewährleisten, ist eine sorgfältige Verwaltung des Dokuments der Informationsanforderung (EIR), eine Modellierung, die mit den Informationsbedarfsstufen (LOIN) übereinstimmt, und eine präzise Zuordnung der Eigenschaften und Entitäten erforderlich. In Übereinstimmung mit diesen Prinzipien sah das von ACCA entwickelte Modell die Integration von geschichteten parametrischen Objekten vor, mit umweltbezogenen, quantitativen und funktionalen Eigenschaften, die zur Unterstützung von LCA-Analysen und energetischen Prognosen nützlich sind.

Durch die Verwendung von benutzerdefinierten Property Sets (z. B. CDWMgmt_Pset) und die Einhaltung der IFC-Standards wurde jeder Bauteil mit Informationen über die verwendeten Materialien, die Dicken der verschiedenen Schichten, die physikalischen Eigenschaften wie Leitfähigkeit und Dichte sowie das Potenzial zur Wiederverwendung oder zum Recycling angereichert. Alles wurde durch IDS-Standards validiert, die es ermöglichten, die Konformität der Daten mit den Informationsanforderungen des Projekts zu überprüfen.
Diese Erfahrung zeigt, wie ein datengestützter Informations-Modellierungsprozess in ein interoperables Modell umgesetzt werden kann, das bereit ist, in die digitalen Ströme der Kreislaufwirtschaft integriert zu werden.

Die von ACCA software durchgeführte Arbeit stellt einen erfolgreichen Anwendungsfall dar, der die methodologischen Leitlinien des Teams der Universität Minho wertschätzt und konkret umsetzt. Dank einer Informationsmodellierung, die auf Kriterien der Interoperabilität, Nachhaltigkeit und Rückverfolgbarkeit basiert, konnte gezeigt werden, wie theoretische Prinzipien in reale operative Werkzeuge umgesetzt werden können. Die BIM-Interoperabilität ist in der Tat nicht mehr als abstraktes Konzept zu verstehen, sondern als eine unerlässliche Voraussetzung, um zuverlässige, intelligente und in die Entscheidungs- und Managementprozesse der Bauwirtschaft integrierbare digitale Modelle zu erzeugen.

Von der Interoperabilität zur Nachhaltigkeit: der Mehrwert von RecycleBIM

Die im Rahmen des Projekts RecycleBIM geleistete Arbeit zeigt, wie die korrekte Anwendung des IFC-Standards, kombiniert mit einer bewussten Modellierung, BIM in ein konkretes Werkzeug der Kreislaufwirtschaft verwandeln kann. Nicht nur Planung und Bau, sondern auch selektive Demontage, Rückgewinnung und Aufwertung von Materialien können digital verwaltet werden.

Dank eines konsistenten Ansatzes hilft das Training Kit for Interoperability BIM-Professionals, vollständige, interoperable Informationsmodelle zu erstellen, die für vielfältige Anwendungen geeignet sind: von LCA/LCC bis hin zu Marktplattformen für wiederverwendbare Materialien.

Fazit

Die Fallstudie RecycleBIM zeigt konkret, wie es möglich ist, die Herausforderungen im Zusammenhang mit dem Austausch und der Nutzung von BIM-Daten erfolgreich zu bewältigen, indem die Interoperabilität durch die korrekte Transformation der Modelle in das IFC-Format verbessert wird. Die Modellierung eines Mustergebäudes mit unterschiedlichen Softwarelösungen, unter Berücksichtigung präziser Informationsanforderungen und strukturierter Leitlinien, hat es ermöglicht, einen robusten Ansatz zur BIM-Modellierung zu validieren, der perfekt mit den Zielen des Projekts übereinstimmt.

Die Anwendung dieser Methode ermöglicht die Erstellung konsistenter, vollständiger und wiederverwendbarer IFC-Dateien. Dadurch werden Übertragungsfehler bei Daten reduziert und die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Akteuren und Werkzeugen erleichtert.
Die von RecycleBIM ergriffenen Maßnahmen bieten BIM-Fachleuten praktische Werkzeuge und technisches Know-how, um hochwertige, interoperable Modelle zu erstellen – ein entscheidender Schritt für den Übergang zu einer digitaleren, effizienteren und stärker auf Kreislaufwirtschaft ausgerichteten Bauwirtschaft.

Zur Unterstützung der Implementierung der Methodik steht auch ein Video-Tutorial zur Verfügung, das das technische Dokument begleitet und ein weiteres operatives Werkzeug für diejenigen bietet, die das Gezeigte direkt anwenden möchten.