Building Information Modeling (BIM) ist derzeit in der Baubranche sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus politischer Sicht das Trendthema – auch in Hamburg. Die planenden und bauenden Behörden müssen sich intensiv mit der Thematik auseinandersetzen, gerade und vor allem wegen der stark angewachsenen Investitionsbedarfe in die gebaute Infrastruktur und den Wohnungsbau. Die Planungsmethode BIM erfordert von allen am Projekt Beteiligten eine deutlich intensivere Zusammenarbeit und Kommunikation als konventionelle Planungsmethoden. Erst wenn alle am Projekt Beteiligten auf das Modell zugreifen und Daten nahezu verlustfrei austauschen können, werden die Vorteile für alle wirksam. Darum gilt es, zuverlässige Regeln und Standards u. a. für die Zusammenarbeit, den reibungslosen Ablauf der Implementierung, die Betreuung und nicht zuletzt auch für die Etablierung von BIM zu definieren. An diesen Richtlinien zur Einführung und zum Arbeiten mit BIM wird derzeit beim Landesbetrieb Geoinformation und Vermessung Hamburg (LGV) intensiv gearbeitet.

Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.

BIM in der Freien und Hansestadt Hamburg (FHH)

Bereits seit geraumer Zeit ist das Thema BIM bei den betroffenen Behörden der Hansestadt aktuell. Aus dem Tiefbau-Betrieb kam bereits 2014 der entscheidende Impuls für das frühzeitige Engagement im Bereich des Building Information Modeling, denn BIM begleitet ein Bauwerk über seinen gesamten Nutzungszyklus und ist nicht nur eine Methode für den Planungs- und Bauprozess. BIM endet nicht, wenn das Bauwerk erstellt ist, sondern fängt hinsichtlich der Nutzungsdauer eigentlich dann erst an. Betriebs- und Nutzungskosten sind deutlich höher als die Planungs- und Erstellungskosten. Dabei steigt der Etat für Erhaltungsmaßnahmen stetig und liegt im Bereich der Verkehrsinfrastruktur schon deutlich über 50 % des Gesamtvolumens der Kosten für Verkehrsinfrastrukturmaßnahmen.

Im Hochbau hat sich die Übernahme der digitalen Bauwerksinformationen für das Facility Management bereits als sinnvoll erwiesen, denn sie bringt erhebliche Kosten- und auch Zeit- und Qualitätsvorteile. Inwieweit die Übernahme der Modelldaten nach Fertigstellung auch für das Erhaltungsmanagement von Verkehrswegeanalagen eine Optimierung der Aufgaben bringt, wird in Hamburg u. a. beim Landesbetrieb Straßen, Brücken und Gewässer (LSBG) derzeit in mehreren Projekten erprobt.

Innovative BIM-Pilotprojekte für unterschiedliche Leistungsphasen

In enger Zusammenarbeit mit den beauftragten Planungsbüros und Bauunternehmen initiiert der LSBG ausgewählte Projekte für unterschiedliche Leistungsphasen und Ausrichtungen bzw. Anforderungen nach der BIM-Methode. Ziel der Projekte ist u. a. die Erprobung einzelner Aspekte im Vergleich zur herkömmlichen Planung. Im Fokus stehen hier

• die 3D-Bestandsmodellierung mit der Aufbereitung der Daten entsprechend den Anforderungen des Erhaltungsmanagements,
• die Erprobung neuer Kommunikationsmethoden,
• die Best Practice Evaluation der BIM-Prozesse und Softwarelösungen,
• die aktive Begleitung der relevanten Prozesse durch den LSBG,
• der Datenaustausch/die Schnittstellen (Open BIM),
• die Schnittstelle Brücke – Straße (Koordinierung der unterschiedlichen Anforderungen),
• der Einsatz der BIM-Methode über alle Phasen und
• die Entwicklung von Standards und Mustervorlagen.
• Aktuelle BIM-Infrastrukturprojekte des LSBG

BW533 – Brücke B 5/A 1

• BMVI-Pilotprojekt der erweiterten Pilotphase zur stufenweise Einführung von BIM
• Kombination konstruktiver Ingenieurbau und Verkehrswegeplanung

Hayns-Park-Brücke

• Grundinstandsetzung einer Geh- und Radwegbrücke
• Erstes BIM-Pilotprojekt des LSBG zum Sammeln allererster BIM-Erfahrungen

BW652 – Brücke Behringstraße über BAB A 7

• Pilotprojekt für den Betrieb
• Zustands-/Schadenserfassung mit BIM (SIB-Bauwerke)

BW512 – Brücke Ausschläger Allee/HEW-Gleise

• BIM in der Planung
• Teilerneuerung der Straßenbrücke
• 3D-Bestandsmodellierung aus Punktwolken

FG33 – Fußgängerbrücke Grevenau

• BIM in der Bauausführung
• Pilotprojekt in Zusammenarbeit/Kooperation mit Hamburger Unternehmen zum Sammeln von Erfahrungen beim Einsatz von BIM in der Bauausführung

Der LSBG verfolgt das Ziel, die Anwendung der BIM-Methode über den gesamten Nutzungszyklus der Bauwerke in einem Open BIM-Verfahren zu etablieren.

Diese Pilotprojekte und insbesondere das Engagement des LSBG sind ein wesentlicher Bestandteil der Implementierung der BIM-Methode in der Freien und Hansestadt Hamburg.

Hamburger BMVI-Pilotprojekt B 5/A 1

Im Rahmen der erweiterten Pilotphase zur stufenweise Einführung von BIM (Stufenplan Digitales Planen und Bauen, Dezember 2015) wurde u.a. das Hamburger Projekt Grundinstandsetzung der Straßenbrücke der B 5, Bergedorfer Straße über die BAB A 1 im Bereich der Anschluss-stelle Hamburg Billstedt als geeignetes Pilotprojekt ausgewählt. Die Brücke Bergedorfer Straße/A 1 überführt die Bundesstraße B 5 im Bezirk Hamburg-Mitte über die Autobahn im Bereich der Anschlussstelle Hamburg-Billstedt. Weiterhin umfasst das Pilotprojekt die Grund-instandsetzung der Straße B 5 auf ca. 3 km Länge inklusive der Anschlüsse zur A 1.

Die BAB A 1 stellt überregional eine der wichtigsten Verkehrsverbindungen zwischen Skandinavien bzw. Norddeutschland und dem westdeutschen Raum dar. Die B 5 ist die Hauptverkehrsverbindung zwischen dem Hamburger Zentrum und dem östlichen Bezirk Bergedorf. Bauherr ist die Bundesrepublik Deutschland, vertreten durch den LSBG Hamburg.

Bild 1: Übersichtskarte                             

Bild 2: 3D-Bestandsmodell

Bauwerksdaten

Terminplan/Meilensteine

Bild 3: Entwurfsmodell (WTM Engineers GmbH)

Eine besondere Herausforderung für alle Projektbeteiligten ist die Kombination von konstruktiver Ingenieurplanung und Verkehrswegeplanung in einem OpenBIM-Projekt. Die eher „punktuelle“ Ausrichtung der Brücke und die linienförmige Ausdehnung des Straßenprojekts erfordert die Anwendung unterschiedlicher Softwarelösungen mit entsprechenden Programmeigenschaften und -funktionalitäten.

In diesem Pilotprojekt werden daher u. a. auch konkret die unterschiedlichen, gewerkespezifischen Werkzeuge auf BIM-Tauglichkeit getestet. Zudem sollen Erkenntnisse hinsichtlich des aktuellen Entwicklungstandes der herstellerneutralen Schnittstellen – insbesondere dem Datenaustausch zwischen Brücke und Straße – und der Operabilität der BIM-Methode im Infrastrukturbereich gewonnen werden.

Entwicklung eines BIM-Standards für die FHH

Keine Digitalisierung ohne Standardisierung!

Bis dato gibt es noch keine bundesweit allgemeingültigen Normen, Standards oder gar fest definierte Abläufe für die BIM-Methode. Zugleich besteht unter Baufachleuten noch immer ein stark divergierendes Verständnis von BIM. Die Anwendung der Methode scheint vielen zudem unklar.

Standards vereinfachen die Zusammenarbeit mit externen Dienstleistern und optimieren bei konsequenter Anwendung die internen Arbeitsabläufe. Im Zuge des Hamburger BMVI-Pilotprojektes wurden die ersten Grundlagen für die Standardisierung der Einführung und Betreuung der BIM-Methode bei Hamburger Projekten erarbeitet.

Ziel ist die Entwicklung eines Standards für die FHH, der auch langfristig Bestand hat und national sowie irgendwann auch international verwendbar ist. Durch eine aktive Mitarbeit des LGV u. a. in den vom Bund organisierten IT-Koordinierungskreisen BIM und OKSTRA® wird von Beginn an die Kompatibilität des Hamburger BIM-Standards zu den geplanten nationalen und internationalen Richtlinien und Normen gesichert. Eine enge Zusammenarbeit mit der Arbeitsgemeinschaft BIM4INFRA2020 unterstützt dieses Vorhaben der Hamburger Behörden. BIM4INFRA2020 wurde vom BMVI im Oktober 2016 beauftragt, die notwendigen Voraussetzungen für die Umsetzung des BIM Stufenplanes zu schaffen.

In enger Kooperation mit dem LSBG und der DEGES sind derzeit beim LGV diverse Standards, Normen und Mustervorlagen in Arbeit:

BIM-Standards der FHH – Modellierungsrichtlinie

Die Modellierungsrichtlinie liefert die Grundlage für die durchgängige Interoperabilität von der Planung über den Bau bis zum Betrieb und soll einen wichtigen Beitrag zur Verständigung leisten. Den zahlreichen Planungsbeteiligten mit den damit verbundenen unterschiedlichen BIM-Anwendungsmethoden wird es nur so ermöglicht, mit den gleichen Planungsgrundlagen zu arbeiten.

Inhalte der Modellierungsrichtlinie sind z. B. Mindestanforderungen für die 3D-Modellierung in BIM-Projekten, disziplinspezifische Bauteilkataloge diverser Fachbereiche wie Brücken-, Straßen- und auch Hochbau, Regelungen für den gewerkeübergreifenden Datenaustausch, Prozessschritte, Detailierungsgrade, Vorgaben für die Qualitätssicherung etc.

Durch eine abgestimmte, standardisierte Modellierung der Bauteile und der zugehörigen Informationen entstehen Fachmodelle, die einen automatisierten Vergleich und die Verwendung von Prüfregeln zulassen.

Mit der Richtlinie sollen folgende Ziele erreicht bzw. Planungsergebnisse sichergestellt werden:

• Normierte grafische Modelle – verlässliche IFC-Modelle,
• Digitale Durchgängigkeit für alle am Projekt Beteiligten von der Planung über den Bau bis zum Betrieb – keine Medienbrücke,                                                                         

Bild 4: Bauteil Projektnullpunkt

• Vereinfachung der Zusammenarbeit mit externen Büros,
• Optimierung der internen Arbeitsprozesse (behördenübergreifend),
• Qualitätssicherung.

Eigens für die Erstellung der Hamburger BIM-Standards wurde vom Landesbetrieb Geoinformation und Vermessung (LGV) eine Arbeitsgruppe eingerichtet.

Für die Akzeptanz und auch Vollständigkeit dieser Richtlinie ist von entscheidender Bedeutung, dass die späteren Anwender und Nutzer an der Entwicklung beteiligt sind. In der Baubranche gibt es eine Vielzahl von Interessenvertretern – diverse Behörden der FHH, Architekten, Ingenieure, Bauunternehmen etc., die es gilt zu koordinieren.

In Hamburg hat sich bereits nach kurzer Zeit gezeigt, dass die Bereitschaft zur Mitarbeit an einem BIM-Standard sehr groß ist, die Notwendigkeit einer einheitlichen Regelung gesehen wird und ein Einigungsprozess trotz der hohen Anzahl an Beteiligten möglich ist.

Hamburger Bauteilkataloge

Im BIM-Planungsprozess werden die geometrischen, nicht-geometrischen und semantischen Informationen mittels der Bauteile im Bauwerksmodell verwaltet.

In den Bauteilkatalogen für die FHH werden die Eigenschaften der Bauteile/Objekte für die unterschiedlichen Projektphasen und Anwendungsfälle definiert. Als Grundlage für die spezifischen Eigenschaften der Bauteile dienen vorrangig die gesetzlichen Regelwerke (z. B. ASB-ING, ASB, RAS-Verm etc.).

Mit diesen Bauteilkatalogen werden die Modelle hinsichtlich Modellstruktur, der Bauteileigenschaften und Bezeichnungen vereinheitlicht. Dies ermöglicht die Erstellung von Prüfregeln für eine optimierte Qualitätssicherung (softwaregestützte Überprüfung der Planungsdaten).

Folgende Bauteilkataloge für Hamburger BIM-Projekte wurden bereits erstellt bzw. befinden sich derzeit im Aufbau:

• Brücken nach ASB-Ing 2013,
• Geotechnik,
• Straßen (Bestand) inklusive der Fachmodelle Trassenkörper, Ausstattung, SIB, Leitungskataster, Liegenschaftskataster, Kampfmittel, Lärmschutz, Geodäsie etc.

Bild 5: Auszug aus dem Bauteilkatalog Brücken nach ASB-Ing 2013

Schon nach kurzer Anwendungszeit und den ersten Projekterfahrungen hat sich gezeigt, dass die Weiterentwicklung der Bauteilkataloge unerlässlich ist.

Weitere BIM-Aktivitäten in der FHH

a)    BSW/ABH begleitet die BIM-Entwicklung im Hochbau

Die Behörde für Stadtentwicklung und Wohnen – Amt für Bauordnung und Hochbau – (BSW/ABH) arbeitet an der Koordinierung der Hochbaudienststellen und prozessbeteiligten Tochtergesellschaften der FHH, um auch hier einen einheitlichen Standard zu etablieren. Unterstützt wird sie hierbei vom LGV und künftig auch von der Hafen City Universität HCU.

Gegenwärtige Aktivitäten:

• Workshops zur strategischen Implementierung von BIM in das Mieter-Vermieter-Modell,
• Vorbereitung und Strukturierung der Auftrageber-Informations-Anforderungen (AIA) für Projekte im Mieter-Vermieter-Modell,
• BIM-Interner Dialog im ABH – Austausch und Wissenstransfer zum Themenkomplex BIM zwischen verschiedenen Dienststellen des ABH unter Mitwirkung des LGV,
• Forschungsvorhaben – schnellere Baugenehmigungen mit BIM.

b)    Hamburger Hochbahn AG

Die Hamburger HOCHBAHN AG ist in Deutschland eines der größten Nahverkehrsunternehmen. Sie ist in der FHH für den Bau, den Betrieb und auch für die Instandhaltung des U-Bahn-Netzes und eines Großteils des Busnetzes zuständig.

Die Hamburger Hochbahn AG befindet sich vollständig im Eigentum der Freien und Hansestadt Hamburg.

Bild 6: Ausbau und Netzerweiterung der Hamburger Hochbahn

• BIM bei der Verlängerung der U-Bahn Linie 4 zum Horner Geest (ca. 2,6 km)
  Die U4 soll an ihrem östlichen Ende um ca. 2,6 km innerstädtischen Tunnels verlängert werden. Das Projekt beinhaltet weiterhin den Anschluss an eine Bestandshaltestelle, den Bau von 2 neuen Haltestellen und einer Kehr- und Abstellanlage. Die Entwurfs- und Genehmigungsplanung läuft seit Mai 2017.

• BIM bei der Netzerweiterung – Neubau der Linie U5
  Die U-Bahn-Linie U5 wird die weiter draußen liegenden Stadtteile im Osten und Westen der FHH an die Innenstadt anbinden. Für den ersten Abschnitt U5 Ost (ca. 5,8 km Neubaustrecke) sind die genaue Lage der Haltestellen und die Streckenführung im Dezember 2017 beschlossen worden. Für diesen ersten Bauabschnitt wird ein Baubeginn ab 2021 angestrebt.

Als Bauherrin und Auftraggeberin begleitet die Hamburger Hochbahn AG diese Projekte von der Planung, über die Ausschreibung, die Vergabe und den Bau. Bei beiden Projekten fordert und fördert sie den Einsatz von BIM. Im Fokus stehen hier u.a. die Implementierung von BIM und die Umsetzung BIM-gerechter Prozesse im Unternehmen.

Bei dem Projekt Verlängerung der U4 wurde beispielsweise ein Gesamtmodell aus dem 3D-Bestandsmodell, vorhandenen GIS-Daten und der Vorplanung erstellt, um die Baufreiheit zu visualisieren und zu prüfen.

c)    Hamburger Port Authority AöR (HPA)

Implementierung von BIM im Unternehmen

Die Hamburg Port Authority AöR (HPA) betreibt seit 2005 das Hafenmanagement und ist u. a. verantwortlich für die Planung und Durchführung von Infrastrukturmaßnahmen.

Die Implementierung von BIM wird bei der HPA zentral koordiniert. Maßnahmen des Implementierungsprogramms waren und sind z. B. die Erstellung einer BIM-Roadmap, die Formulierung von Auftraggeber-Informations-Anforderungen, die Zusammenstellung des notwendigen Softwareportfolios oder auch die Qualifikation der Mitarbeiter.

Seit Mitte 2017 werden in einem Pilotprojekt (Ersatz der Ernst-August-Schleusenbrücke) BIM-Prozesse und ausgewählte Anwendungsfälle hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit und Mehrwerte für den Infrastrukturbereich getestet. Schon in den ersten Projektphasen hat sich gezeigt, dass der Einsatz der BIM-Methode Vorteile bringt. 3D-Visualisierungen vermitteln allen Beteiligten ein deutlich besseres Projektverständnis oder auch der Einsatz einer zentralen Projektplattform, der die Aktualität der Projektinformationen sichert und einen strukturierten Datenaustausch zwischen allen Beteiligten ermöglicht, hat sich nach kurzer Zeit bewährt.

d)    HafenCity Universität – Universitätsprofessur BIM (2018)

BIM wird gesetzlich zur Pflicht und damit entsteht ein zunehmender Bedarf an gut ausgebildeten Mitarbeitern. Diesen Bedarf erkennen die Universitäten und bieten mittlerweile BIM-Seminare, Kurse und Lehrveranstaltungen an. Auch in Hamburg wurde dies erkannt. Anfang 2018 wurde eine Professur BIM an der HCU eingerichtet.

Die Vertretungsprofessur soll das Themengebiet BIM überwiegend in der Planung in Forschung und Lehre vertreten, Teambildungsprozesse fördern und die Methode fachübergreifender Zusammenarbeit der Baubeteiligten in allen Planungs- und Realisierungsphasen für angehende Architekten und Bauingenieure als Systemkompetenz im Infrastruktur-, Industrie- und Hochbau intensiv vermitteln.

Fazit

Mit der Bereitstellung der ersten Normen, Standards und Mustervorlagen ist in der Freien und Hansestadt Hamburg die Grundlage für eine einheitliche, BIM-konforme Datenstruktur für alle Dienststellen geschaffen worden. Die ersten Erfahrungen aus den Pilotprojekten zeigen deutlich, dass für eine durchgängige Interoperabilität von der Planung, über den Bau bis hin zum Betrieb allerdings noch einheitliche Datenbanklösungen, weitere Bauteilkataloge, offene Datenformate etc. notwendig sind, um beispielsweise redundante Daten oder Informationsverluste durch Medienbrüche vollständig zu vermeiden.

Der LGV begleitet und fördert auch weiter intensiv die BIM-Entwicklung in der Freien und Hansestadt Hamburg. Durch die konstruktive Zusammenarbeit mit allen am Bau Beteiligten sind die Rahmenbedingungen für die Implementierung und Etablierung von BIM in der FHH geschaffen. Entscheidende Faktoren waren und sind auch in Zukunft eine konsequente fachübergreifende Kooperation und ein intensiver Wissenstransfer zum Aufbau von Kompetenz.