FACHHOCHSCHULE MÜNSTER
-Fachbereich Architektur-
Department Baubetrieb / Baumanagement
BIM | PDM
Die Digitalisierung der B...
Danksagung
Zum Gelingen meiner Arbeit haben viele Menschen auf unterschiedliche Weise bei-
getragen. An dieser Stelle möch...
Inhaltsverzeichnis
Eidesstattliche Erklärung ________________________________________________ 1
Abbildungsverzeichnis ____...
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Eidesstattliche Erklärung
Ich versichere, dass ich diese schriftliche Arbeit selbständig angefertigt, alle Hilfen
und Hi...
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Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1 Rule of Ten nach Wittig 1994_________________________________ 8	
  
Abbildung 2 Phasen...
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Abbildung 32 Anlegen eines neuen Anwenders (Client) in CDB _______________ 70	
  
Abbildung 33 Organisationskartei in CD...
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Abbkürzungsverzeichnis
3D - Dreidimensional
4D - Vierdimensional
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bzgl.
bzw.
-
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Fünfdimensional
bezüglich
beziehung...
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PLM - Product Lifecycle Management
PM
PMBOK®
-
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Projektmanagement
Project Management Body of Knowledge
STEP - Standard ...
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1. Einleitung
1.1 Derzeitige Problemstellung in der Baubranche
In regelmäßigen Abständen wird in der Öffentlichkeit kont...
7
Baubeteiligten zumeist projektspezifisch neu zusammengesetzt. Daher können die
Prozesse meistens erst im Laufe der Planu...
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eines Gebäudes mit sich, da keine Unterlagen für Wartungs- und Betriebskontrollen
zur Verfügung stehen. Es kommt zu Mehr...
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In der 2011 veröffentlichten ForBAU-Studie schreiben die Autoren Schorr und Günth-
ner, dass die Änderungskosten im Verl...
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Produktlebenszyklus, da alle produktrelevanten Daten in das zentrale
Datenverwaltungssystem automatisch gespeichert bzw...
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Im Anhang dieser Arbeit wird mit der zentralen Datenplattform CIM DATABASE von
der CONTAT Software GmbH9
prototypisch a...
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2. Grundlagen zum Building Information Modeling
Bei der Begriffserklärung von BIM trifft man häufig auf verschiedene De...
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Bauwerksmodell (Building Information Model)
Das Bauwerksmodell, in der Form eines virtuellen dreidimensionalen Gebäudes...
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Fachmodell
Fachmodell ist die Bezeichnung für ein einzelnes fachspezifisches 3-D-Modell (siehe
Abb. 3), das aus einzeln...
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Detaillierungsgrad
Der Detaillierungsgrad beschreibt, wie ausführlich die einzelnen Modellelemente in
den Projektphasen...
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ausgetauscht werden können. Da die Unternehmen meistens mit unterschiedlichen
Software-Anwendungen arbeiten, ist das he...
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little closed BIM
Abbildung 6 little closed BIM
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Der Benutzer wendet mit einem fachspezifischen Gebäudemodell (z.B. R...
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Abbildung 9 big open BIM
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Ein einheitliches Bauwerksmodell ermöglicht in der Theorie eine verbesserte Durch-
gängigkeit von Informationen zwische...
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Mit dieser modellbasierten Auswertung kann eine präzise Aussage über die zu
erwartenden Baukosten gemacht werden. Gemäß...
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Tools interdisziplinär abbilden. Zum Beispiel können Kollisionsprüfungen anzeigen,
ob sich zwei Bauteile berühren oder ...
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mit der ganzheitlichen Anwendung der BIM-Methode deutlich unterstützt werden
können.
Jedoch fällt auch auf, dass der no...
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Der IFC-Standard hat sich zwar in den letzten Jahren stark weiterentwickelt, jedoch
kann das neutrale Austauschformat h...
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Internationaler Vergleich
Einige Länder, wie beispielsweise Großbritannien, die Niederlande, Dänemark, Finn-
land oder ...
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2.6 Rahmenbedingungen für eine erfolgreiche BIM-Einführung
Um die BIM-Methode erfolgreich anwenden zu können, müssen di...
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gegenüber der neuen Technologie sind, müssen sie eine neue Methodik des
Zusammenarbeitens erlernen und benötigen daher ...
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Abbildung 13 Beispiel einer neuen Struktur von Aufgabenbereichen
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An dieser Stelle soll hervorgehoben werden, dass di...
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kann gut, schlecht oder unerheblich sein. Durch ein geeignetes Versions- und
Freigabemanagement, Ausschlussverfahren bz...
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Methode ergeben, nicht aufgeführt. BIM wird lediglich in der Leistungsphase 2
Vorplanung als besondere Leistung aufgefü...
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Technologie
Die Anforderungen an die heute bereits und zukünftig eingesetzten IT Verfahren -
und Werkzeuge werden durch...
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3. PDM-Systeme – eine zentrale Datenplattform für die
Baubranche
Wie in Kapitel 2, Abschnitt 2.6, dargelegt wurde, erfo...
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Im Folgenden sollen die wesentlichen Konzepte des Produktdatenmanagements
erläutert werden, um im weiteren Verlauf der ...
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bilden die Inhalte der Dateien nicht innerhalb des PDM-Datenmodells ab, sondern
belassen die Informationen innerhalb de...
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Bezüglich der Methode, werden die Daten nicht nur im Zusammenhang mit einer
Aufgabe oder einer Teillösung gesehen, sond...
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Neben den statischen Darstellungen, wie z.B. die Form, beschreibt das virtuelle
Produktmodell auch funktionale Eigensch...
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3.2 Komponenten und Kernfunktionen eines PDM-Systems
Im Wesentlichen lassen sich PDM-Systeme in die zwei Komponenten
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Dokumente aufgeteilt sein. Die Dokumente können dann gruppenübergreifend
miteinander verknüpft werden. Demnach existier...
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zugeordnet. Durch das Ausfüllen des Feldes Projekt wird es einem Projekt bzw. der
Projektstruktur zugeordnet (siehe Abb...
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• Arbeitsmanagement
• Workflow- Management
• Arbeitsprotokollverwaltung
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einem erweiterten Protokollsystem können bestimmte Momentaufnahmen bei jedem
einzelnen Speichervorgang einer Datei fest...
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4. Potenzial von PDM-Systemen für ein Bauprojekt
4.1 Analogien von PLM und BIM
Die wesentlichen Methoden des Product Li...
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An dieser Stelle könnte in Betracht gezogen werden, dass der Begriff Produktdaten-
management im Zusammenhang mit der B...
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4.2 Vorteile eines PDM-Systems für die Baubranche
Durch den Einsatz eines Produktdatenmanagement-Systems im Bauwesen kö...
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Nachhinein - mit wenig Aufwand eine Auswertung über den gesamten Projektverlauf
und damit eine Statusbewertung erfolgen...
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5. Anforderungen an ein PDM-System für die Baubranche
Unnötige Fehler und die daraus resultierenden Kosten lassen sich ...
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Produktdatenmanagementsystems, Standards und Richtlinien vereinbart und diese
schriftlich im BIM-Handbuch festgehalten ...
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Prozessmanagement
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Anpassbare Benutzeroberfläche
Nicht jeder Anwender möchte alle Projektdaten im PDM-System angezeigt bekom-
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Strichcode versehen. Durch diese explizite ...
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6. Zusammenfassung und Ausblick
6.1 Zusammenfassung
In der vorliegenden Arbeit wurde BIM als umfassende Vision in der B...
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Integration, die Daten direkt in einer vordefinierten und angepassten Ablagestruktur
konsistent und sicher zu verwalten...
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Deutschland zeitnah entwickelt werden sollten, um den deutschen Unternehmen die
Möglichkeit zu bieten, international we...
BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie
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BIM | PDM Die Digitalisierung der Bauindustrie

  1. 1. 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
  2. 2. 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.
  3. 3. 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
  4. 4. 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
  5. 5. 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  
  6. 6. 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  
  7. 7. 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
  8. 8. 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
  9. 9. 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
  10. 10. 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
  11. 11. 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 1994 5 4 vgl. [Sti-12], S.3 5 eigene Darstellung nach [Wit-94]
  12. 12. 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
  13. 13. 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]
  14. 14. 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]
  15. 15. 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 Bauwerks 14 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
  16. 16. 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, Elektro 18 15 vgl. [Nau-11], S.173 16 vgl. [Hoc-13] 17 [Loo-13], S.44 18 entnommen aus [Egg-13], S.65
  17. 17. 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
  18. 18. 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 Tür 21 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
  19. 19. 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 semantischen23 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
  20. 20. 17 little closed BIM Abbildung 6 little closed BIM 26 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 A BIM-Daten AB Fachmodell A Fachmodell BSoftware BAnwender B Gesamtmodell Gesamtmodell Anwender A Software A BIM-Daten AB Fachmodell A Fachmodell BSoftware AAnwender B
  21. 21. 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-Methode 28 27 vgl. [Alb-14], S. 74 28 nach Patrick MacLeamy entnommen aus [Egg-13], S.33 Gesamtmodell Anwender A Software A IFC IFC BIM-Daten AB Software BAnwender B BIM Traditionell Aufwand Grundlagen Entwurf Werkplanung Ausführung Verzögerung Rechtsstreit Kosten der Änderung Bewirtschaftung Einfluss auf Kosten
  22. 22. 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
  23. 23. 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
  24. 24. 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]
  25. 25. 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]
  26. 26. 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]
  27. 27. 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
  28. 28. 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-Methode 53 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
  29. 29. 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]
  30. 30. 27 Abbildung 13 Beispiel einer neuen Struktur von Aufgabenbereichen 59 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
  31. 31. 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]
  32. 32. 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
  33. 33. 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]
  34. 34. 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 Informationsplattform 70 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
  35. 35. 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
  36. 36. 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 Teillösungen 78 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 Dokumente Prozesse
  37. 37. 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 Produktes 79 79 entnommen aus [Con-15a]
  38. 38. 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.
  39. 39. 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.
  40. 40. 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 System 86 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
  41. 41. 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 DATABASE 87 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
  42. 42. 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 Änderung 92 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 Erzeugen Version 1 In Arbeit Freigegeben In Änderung Inaktiv/Archiv Prüfung (elektronisch) Prüfung (mechanisch) Erzeugen Version 2 In Arbeit Freigegeben Transition Prüfung (elektronisch) neue Version erzeugen Prüfung (mechanisch) Status
  43. 43. 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.
  44. 44. 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-System 96 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 Dokumente Prozesse
  45. 45. 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
  46. 46. 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.
  47. 47. 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
  48. 48. 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.
  49. 49. 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
  50. 50. 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 Datenplattform 108 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
  51. 51. 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)
  52. 52. 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 Bauteilen 109 109 Abb. 23 und Abb. 24 eigene Darstellungen in Arbeit Reifegrade mit Prüfung Grundriss Erdgeschoss Status Reifegrade ohne Prüfung in Prüfung gesperrt ungültig in Änderung freigegeben in Arbeit gesperrt ungültig in Änderung freigegeben wird geplant Reifegrade Bauteilen Bauteil Wand: Status Planung abgeschlossen Baufreigabe erteilt in Bau geliefert fertig gebaut geprüft
  53. 53. 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
  54. 54. 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
  55. 55. 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.
  56. 56. 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 Bauzeitenplan 113 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 Strassenbau Herrichten/ 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
  57. 57. 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
  58. 58. 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 Geräte 115 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
  59. 59. 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 werden116 . 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
  60. 60. 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-
  61. 61. 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
  62. 62. 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]

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