Erdbewegung mit einer BIM-Software: Graben durchführen und Volumina berechnen

Unter all den Operationen, die der Errichtung eines Gebäudes vorausgehen, möchten wir insbesondere die Aushubarbeiten und die Berechnung der mit den Erdbewegungen verbundenen Mengen (Aushub, Auffüllung usw.) mit der Nutzung einer Software vertiefen.

Konkret werden wir sehen, wie man mit Edificius, einer BIM-Software für die architektonische Planung, ein Erdbewegungsmodell erstellt und welche Aspekte während der Planung zu berücksichtigen sind.

Häufige Anwendungsfälle von Erdbewegungen in architektonischen und Standortprojekten

In architektonischen Projekten und bei der Gestaltung des Standorts stellen die Erdbewegungen eine grundlegende Vorphase dar, um die Morphologie des Geländes an die funktionalen, strukturellen und infrastrukturellen Anforderungen des Eingriffs anzupassen. Die Modellierung und Verwaltung der Erdbewegungen ermöglichen eine präzise Analyse und Kontrolle der Aushub-, Auffüll- und Nivellierungsarbeiten und gewährleisten die korrekte Vorbereitung des Projektgebiets.

Einer der häufigsten Anwendungsfälle betrifft die Vorbereitung der Fundamentplattformen für Gebäude und Infrastrukturen. In dieser Phase wird das vorhandene Gelände modelliert, um flache oder kontrolliert geneigte Flächen zu schaffen, die für die Errichtung der Fundamente, der Untergeschosse oder der tragenden Platten erforderlich sind. Dieser Prozess umfasst oft Aushubarbeiten zur Entfernung von überschüssigem Boden und Auffüllarbeiten, um die vorgesehenen Planungsniveaus zu erreichen.

Ein zweiter Anwendungsbereich betrifft die Modellierung des Geländes für externe Infrastrukturen, wie Zufahrtsstraßen, Parkplätze, Fußwege und Rampen. In diesen Fällen ermöglichen die Erdbewegungen eine korrekte Definition der Neigungen, die Verwaltung der Regenwasserableitung und die Gewährleistung der Sicherheit und Zugänglichkeit der Flächen.

Erdbewegungen sind auch entscheidend für die Landschaftsgestaltung und die Planung von Grünflächen, wo das Gelände modelliert wird, um Erhebungen, Böschungen, Terrassierungen oder Wasserauffangbecken zu schaffen. Diese Eingriffe ermöglichen es, die Architektur mit dem natürlichen Kontext zu integrieren und sowohl das ästhetische Erscheinungsbild als auch die Umweltleistung des Standorts zu verbessern.

Ein weiterer Anwendungsfall betrifft die Realisierung von unterirdischen Bauwerken, wie Tiefgaragen, Technikräumen, Versorgungsnetzen oder Speicherbecken. In diesen Situationen ermöglicht die Modellierung der Erdbewegungen eine präzise Schätzung der Aushubvolumen, die Planung der Baustellenphasen und die Bewertung der wirtschaftlichen Auswirkungen der Arbeiten.

Schließlich werden in den auf BIM basierenden Arbeitsabläufen und der digitalen Modellierung des Geländes die Erdbewegungen verwendet, um das Modell des bestehenden Geländes mit dem Planungsmodell zu vergleichen, was die automatische Berechnung der Aushub- und Auffüllvolumen ermöglicht. Dieser Ansatz unterstützt fundiertere Planungsentscheidungen, optimiert das Gleichgewicht zwischen ausgehobenem und wiederverwendetem Material und trägt dazu bei, Kosten und Bauzeiten zu reduzieren.

Unterschied zwischen Aushub, Schnitt und Auffüllung in BIM-Workflows

In den auf BIM (Building Information Modeling) basierenden Workflows ist die korrekte Unterscheidung zwischen Aushub, Schnitt (cut) und Auffüllung (fill) entscheidend, um die Bodenveränderungen genau zu modellieren und die Erdmassen präzise zu berechnen. Obwohl diese Begriffe im allgemeinen Sprachgebrauch manchmal austauschbar verwendet werden, stellen sie im technischen Bereich unterschiedliche Operationen und Ergebnisse im Rahmen des Entwurfs- und digitalen Modellierungsprozesses dar.

Der Aushub ist der allgemeine Begriff, der die Gesamtheit der Operationen zur Entfernung des vorhandenen Bodens bezeichnet, um die Durchführung von Fundamentarbeiten, unterirdischen Infrastrukturen oder morphologischen Änderungen des Standorts zu ermöglichen. Im BIM-Kontext wird der Aushub häufig durch spezifische Elemente oder durch die Modifikation der topografischen Oberfläche modelliert, wodurch eine neue Bodenkonfiguration entsteht, die erforderlich ist, um das Projekt zu beherbergen. Der Aushub kann sowohl lokalisierte Operationen umfassen, wie die für Fundamente und Versorgungsgräben, als auch großflächige Eingriffe, wie die Vorbereitung von Bauplattformen.

Der Schnitt (cut) hingegen stellt spezifischer die Menge an Boden dar, die entfernt wird, wenn der vorhandene Boden auf einer höheren Höhe als der geplante Boden liegt. In BIM-Modellen wird der Schnitt berechnet, indem das Modell des vorhandenen Bodens mit dem Modell des geplanten Bodens verglichen wird. Das Ergebnis ist ein Volumen an Material, das ausgehoben werden muss und je nach Baustellenstrategien entweder außerhalb des Standorts transportiert oder als Auffüllmaterial wiederverwendet werden kann.

Die Auffüllung (fill) ist die entgegengesetzte Operation zum Schnitt und stellt das Volumen an Material dar, das benötigt wird, um die Bereiche zu füllen, in denen der geplante Boden auf einer höheren Höhe als der vorhandene Boden liegt. Praktisch zeigt die Auffüllung die Menge an Material an, die hinzugefügt werden muss, um die im Projekt vorgesehenen Höhen zu erreichen. In BIM-Workflows kann die Auffüllung aus der Wiederverwendung des Materials aus den Schnittoperationen resultieren oder die Beschaffung zusätzliches Materials erfordern.

Innerhalb eines BIM-Modells ermöglicht die Unterscheidung zwischen Schnitt und Auffüllung die Durchführung präziser Volumenanalysen, oft durch Werkzeuge zum Vergleich von topografischen Oberflächen oder digitalen Geländemodellen (DTM). Diese Analysen ermöglichen es, Erdmassenbilanzen (earthwork balance) zu erstellen, die nützlich sind, um das Materialmanagement zu optimieren und Transport- und Entsorgungskosten zu reduzieren.

Das Verständnis und die korrekte Modellierung dieser drei Komponenten ermöglichen es daher, die Genauigkeit der quantitativen Schätzungen zu verbessern, die Planung der Baustellenphasen zu unterstützen und ein effizienteres Ressourcenmanagement während des gesamten Lebenszyklus des Projekts zu gewährleisten.

Wie man Erdbewegungen mit Edificius realisiert

In einem BIM-Modell muss der Boden, der das Gebäude beherbergen wird, vorbereitet werden, bevor mit der Modellierung des Gebäudes fortgefahren wird.

Mit Edificius ist es möglich, den Boden auf verschiedene Weise einzufügen:

• indem Sie den Boden von Google Maps importieren;
• indem Sie Höhenlinien, Höhenpunkte usw. mit den im Software vorgesehenen Entitäten modellieren;
• indem Sie eine dwg/dxf mit den Höhenlinien importieren, die als Grundlage für die Modellierung verwendet werden.

Um mehr zu erfahren, lesen Sie auch Wie man einen 3D-Boden mit Höhenlinien erstellt.

Nachdem das Modell des Bodens erstellt wurde, kann mit Aushub und Auffüllung fortgefahren werden.

Von der Sidebar der Projektverwaltung im Bodenbereich von Edificius beginnen wir, ein Projektlevel für jede der durchzuführenden Maßnahmen am Boden zu erstellen. Wir erstellen im Tab der Software jedes Level in der Reihenfolge, in der sie ausgeführt werden.

Jede Maßnahme muss unter Verwendung des Objekts Erdbewegung realisiert werden.

Wir beginnen mit dem Aushub, indem wir den Umfang des Eingriffs definieren. Nach Abschluss der Eingabe können wir den Umfang ändern, indem wir an den Griffen arbeiten oder einen Offset definieren.

Wir können den Umfang ändern, indem wir Knoten entfernen oder hinzufügen. Mit der Funktion In Bogen ändern können wir einen Abschnitt in eine kurvenförmige Linie umwandeln.

Mit der Funktion Hang können wir einen Hang in das Projekt einfügen.

Im Editor der Eigenschaften des Objekts Erdbewegung können wir die Höhe der gesamten Erdbewegung, einer ihrer Seiten oder eines Eckpunkts ihres Umfangs ändern. Wir können alles mit der 3D-Ansicht überprüfen.

In der 3D-Ansicht können wir die Höhe auch grafisch ändern.

Die Eigenschaften der Erdbewegung und die Berechnung der Aushub- und Auffüllvolumen

In den Eigenschaften des Objekts Erdbewegung von Edificius können wir die Höhe der Erdbewegungsfläche oder die Höhe jedes einzelnen Punktes der Fläche definieren. Alternativ können wir auch jedem Punkt der Fläche die gleiche Höhe wie den Boden zuweisen.

Im Eigenschaften-Editor ändern wir die Geometrie, um den Ebenen-Typ zu ändern. Anschließend wählen wir die Methode zur Festlegung der Neigung: horizontal oder geneigt.

Immer im Abschnitt Geometrie des Toolbox Eigenschaften können Sie die Fläche, den Umfang lesen und automatisch die Berechnung der Aushubvolumina (oder Aufschüttungen) erhalten.

Alternativ haben wir zwei weitere Möglichkeiten, um die Aushubvolumina (oder Aufschüttungen) des gesamten Projekts anzuzeigen:

1. Wir können die Architektonische Umgebung öffnen, auf die 3D-Ansicht klicken, das Werkzeug Gelände aktivieren und die Informationen zu den Volumina im Fenster Gelände ablesen.
2. Öffnen Sie einen Grundriss oder eine Ebene, wählen Sie in der Objekt-Toolbar Grafik 2D und anschließend Legende Gelände. Klicken Sie dann auf den Plan, um die Legende einzufügen und anzuzeigen.

Die Aushub- und Aufschüttungsvolumina können für die Berechnung des Projekts verwendet werden.

Wie BIM die Genauigkeit der Mengen von Erdbewegungen verbessert

Die Nutzung von BIM (Building Information Modeling) bei der Planung des Standorts ermöglicht eine signifikante Verbesserung der Genauigkeit der Mengen von Erdbewegungen, dank der Möglichkeit, dreidimensionale Modelle des Geländes mit konsistenten geometrischen und informativen Daten zu integrieren. Im Vergleich zu traditionellen Methoden, die auf manuellen Berechnungen oder zweidimensionalen Schnitten basieren, ermöglicht BIM die automatische Erstellung zuverlässigerer und während aller Phasen des Projekts aktualisierbarer Volumenabschätzungen.

Einer der Hauptvorteile ist die digitale Modellierung des bestehenden Geländes durch topografische Oberflächen oder digitale Geländemodelle (DTM). Diese Modelle können aus topografischen Vermessungen, GIS-Daten, Punktwolken oder Laserscans generiert werden und gewährleisten eine sehr genaue Darstellung der tatsächlichen Morphologie des Standorts. Auf dieser Basis wird dann das Projektgeländemodell entwickelt, das die vorgesehenen Änderungen durch Aushub, Aufschüttungen und Nivellierungen darstellt.

BIM ermöglicht den automatischen Vergleich dieser beiden Oberflächen — bestehendes Gelände und Projektgelände — und erlaubt die direkte Berechnung der Cut- und Fill-Volumina. Die Algorithmen zur volumetrischen Berechnung analysieren die Unterschiede zwischen den Oberflächen über das gesamte Eingriffsgebiet hinweg und vermeiden die typischen Annäherungen traditioneller Methoden, die auf Stichproben oder vereinfachten Gittern basieren.

Ein weiteres Element, das zur Genauigkeit der Mengen beiträgt, ist die parametrische Konsistenz des Modells. Wenn das Projekt geändert wird — zum Beispiel durch Änderung der Höhe einer Plattform, der Geometrie einer Straße oder der Neigung eines Hanges — aktualisiert das BIM-Modell automatisch die Oberflächen des Geländes und berechnet die Volumina der Erdbewegungen neu. Dies reduziert das Risiko von Fehlern, die durch nicht aktualisierte manuelle Berechnungen entstehen.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Möglichkeit, automatische quantitative Berichte und Berechnungstabellen direkt aus dem Modell zu generieren. Diese Berichte können zwischen verschiedenen Arten von Aushub, Aufschüttungen oder Materialien unterscheiden und erleichtern die Erstellung von metrischen Berechnungen und zuverlässigeren Kostenschätzungen.

Schließlich wird die Genauigkeit der Mengen von Erdbewegungen im BIM durch die multidisziplinäre Zusammenarbeit weiter verbessert. Architekten, Bauingenieure, Infrastrukturplaner und Geländespezialisten können an einem einzigen gemeinsamen Modell arbeiten, wodurch Inkonsistenzen zwischen den Disziplinen reduziert und eine koordinierte Sicht auf die Transformationen des Standorts gewährleistet wird.

Dank dieser Eigenschaften wird BIM zu einem grundlegenden Werkzeug, um genauere, aktualisierte und überprüfbare volumetrische Schätzungen zu erhalten, was die Kostenkontrolle, die Planung der Baustelle und die Gesamtnachhaltigkeit der Erdbewegungsoperationen verbessert.

FAQ

Was ist die Bedeutung von Erdbewegungen in architektonischen Projekten?

Erdbewegungen stellen eine grundlegende Vorphase dar, um den Boden an die funktionalen, strukturellen und infrastrukturellen Anforderungen des Eingriffs anzupassen. Sie ermöglichen die Vorbereitung von Fundamentplattformen, die Modellierung des Geländes für Straßen und Parkplätze, die Schaffung von Böschungen oder Terrassierungen und die Verwaltung von unterirdischen Arbeiten. Darüber hinaus ermöglichen sie in BIM-Workflows den Vergleich zwischen vorhandenem Gelände und Projektgelände, indem automatisch Aushub- und Auffüllvolumen berechnet werden.

Was ist der Unterschied zwischen Aushub, Schnitt und Auffüllung?

Aushub ist die Gesamtheit der Operationen zur Entfernung des vorhandenen Bodens. Der Schnitt (cut) bezeichnet den Boden, der entfernt werden muss, wenn das vorhandene Gelände über dem Projektniveau liegt, während die Auffüllung (fill) das Material ist, das benötigt wird, um die Bereiche aufzufüllen, in denen das Projektgelände höher ist als das vorhandene. Die Unterscheidung zwischen cut und fill ermöglicht präzise volumetrische Analysen und Bilanzen der Erdbewegungen.

Wie erstellt man eine Erdbewegung mit Edificius?

In Edificius kann das Gelände von Google Maps importiert, mit Höhenlinien modelliert oder DWG/DXF-Dateien importiert werden. Nachdem das Geländemodell vorbereitet wurde, verwenden Sie Erdbewegungsobjekte, um Aushübe und Auffüllungen zu definieren, indem Sie Umrisse, Höhen, Böschungen und Neigungen festlegen. Die 3D-Ansicht ermöglicht es, die Höhen grafisch zu ändern und das Projekt zu überprüfen.

Wie berechnet man die Aushub- und Auffüllvolumen in Edificius?

Im Eigenschaften-Editor des Objekts Erdbewegung können die Höhen des Plans oder der einzelnen Spitzen definiert werden. Sie können die Fläche, den Umfang ablesen und automatisch die Aushub- oder Auffüllvolumen erhalten. Weitere Methoden umfassen die 3D-Darstellung oder die Verwendung der 2D-Grafik und der Geländelegende, um die Volumen direkt im Grundriss oder auf der Ebene anzuzeigen.

Wie erhöht BIM die Genauigkeit der Erdbewegungen?

BIM integriert 3D-Modelle des Geländes mit geometrischen und informativen Daten, wodurch die Genauigkeit im Vergleich zu traditionellen Methoden verbessert wird. Durch den Vergleich von vorhandenem Gelände und Projektgelände werden automatisch die Volumen von cut und fill berechnet. Die parametrische Konsistenz aktualisiert die Volumen bei Änderungen des Projekts, und die multidisziplinäre Zusammenarbeit reduziert Fehler, optimiert Kosten und Zeiten und erhöht die Nachhaltigkeit der Erdbewegungsoperationen.