Schweizer BIM Kongress, Freitag, 28. Oktober 2016, Maag Halle Zürich Veranstalter: Bauen digital Schweiz

1. ©2016
Zurück in die Zukunft: Der Baumeister 4.0
Martin Fischer
Professor, Bauingenieurwesen und Informatik (h.c.)
fischer@stanford.edu
§ Direktor, CIFE (Center for Integrated Facility Engineering)
§ Mitglied, Royal Swedish Academy of Engineering Sciences

2. • 100% Industrie-finanziert
– Bauherren
– Planer und Baufirmen
– Soft- und Hardware Hersteller
• 1988-2000
– Building Information Modeling
(BIM)
• 2000-2010
– Virtual Design and Construction
(VDC)
• 2010+
– Optimierte Bauwerk
Performance
Center for Integrated Facility Engineering

3. ©2016
Mein Einstieg in das virtuelle Planen und Bauen (VDC)
Design Conflict 15"
1997 20062005: „Mein Team von
erfahrenen Architekten
schlägt dein Technologie-
Team jederzeit!”
(Geschäftsführer eines großen
U.S. Architekturbüros)
2000: „Die Probleme, die
wir gemeinsam finden,
lösen wir auch
gemeinsam!”
(Walt Disney Imagineer)

4. ©2016
Bekenntnis zur Modellierung
Eric Lamb, Vorstandsmitglied DPR,
beim jährlichen Führungskräftetag vor ca. 10 Jahren

5. ©2016
Wir haben noch immer zu viele Nacharbeiten ...

6. ©2016
… und arbeiten zu ineffizient

7. ©2016
Würden Ihre Projekte davon profitieren, wenn…
jeder immer an den
richtigen Aufgaben
zur richtigen Zeit
arbeitet.
wir planen, was
der Kunde
wirklich haben
will.
wir nächste Woche
so produktiv wie
möglich sein
werden.
wir sicher sind,
dass alles
zusammen-
passt.
wir sicher sind, dass
wir mit den besten
Methoden bauen.
wir alles
schnell und
auf Anhieb
richtig bauen.
wir alles präzise nach der
aktuellsten, korrekten Version
installieren. Papierlos.
wir dem
Kunden das
liefern, was er
wirklich wollte.

8. ©2016
Welche Fähigkeiten haben sich im letzten Jahrzehnt wirklich verändert?
Digitale Modellierung
Grösse der Datenvolumina, die
wir verarbeiten können
Kommunikation
Abbildungen: SPS, Beck, and DPR

9. ©2016
Beispiele guter BIM Anwendungen im Rahmen von VDC
Abbildungen:
DPR

10. ©2016
jeder immer an den
richtigen Aufgaben
zur richtigen Zeit
arbeitet.
wir planen, was
der Kunde
wirklich haben
will.
wir nächste Woche
so produktiv wie
möglich sein
werden.
wir sicher sind,
dass alles
zusammen-
passt.
wir sicher sind, dass
wir mit den besten
Methoden bauen.
wir alles
schnell und
auf Anhieb
richtig
bauen.
wir alles präzise nach der
aktuellsten, korrekten Version
installieren. Papierlos.
wir dem
Kunden das
liefern, was er
wirklich wollte.
Würden Ihre Projekte davon profitieren, wenn…

11. ©2016
VDC Methode für kundenfokussierte Wertschöpfung
Eröffnung des gesamten Spitals innerhalb
des Budgets und 30% früher als normal
Höchst zuverlässige
Bauausführung
Integration
aller
Fachplanungen
Alle arbeiten
mit dem
gleichen
Plan
Bestätigung der
Ausführbarkeit in
der Detailplanung

12. ©2016
VDC Überblick
Geschäftsziele
des Kunden
Projektziele
Integrated
Concurrent
Engineering
(ICE)
Produkt
Modellierung
BIM+
Projekt
Produktions-
management

13. Gregory P. Luth & Associates
Structural Engineers and Builders CIFE - January 20, 2016
Supercharging Structural Design & Construction
Productivity
Daytona International Speedway Erweiterung 2013 - 2014
- GPLA führte die Detailplanung aus, mit dem Ziel der grösstmöglichen
Vorfertigung
- Die Koordination wurde mit GPLAs Hochdefinitions-BIM durchgeführt
- Die Ausführungspläne wurden direkt vom HD-BIM entwickelt
- 100’000 m2 Ausbau mit
Hurrikanwindlasten
- Freistehende
Verkaufsstände und
Toiletten auf 5 Ebenen
- Planungsteam delegierte
diese Planung an den GU

14. Gregory P. Luth & Associates
Structural Engineers and Builders CIFE - January 20, 2016
Supercharging Structural Design & Construction
Productivity
- Planung, Fabrikation, und Installation
wurden in 10 Monaten durchgeführt
- $10 Millionen Schadenersatz-
zahlungen wurden so vermieden
- Das Stahlfabrikationsmodell
diente als Modellgrundlage
- GPLA integrierte die Modelle
der TGA Planer &
Subunternehmer, um die
Vorfertigung der Wände zu
ermöglichen

15. ©2016
Vivienda Multifamiliar “Residencial
Varela”
Javier Otiniano
Project Manager
PROYEC Contratistas Generales
S.A.
Monatlicher Bericht N° 6
Datum: 3. Mai 2016
Beispiel zur Anwendung von VDC bei einem Mehrfamilienhaus Projekt in Lima, Peru
aus dem CIFE-SPS VDC Zertifikatsprogramm in der Implementierungsphase

16. ©2016
Einsatz von BIM zur Montage von Fertigteildecken im Untergeschoss
(Parkhausbereich)
Fertigteil-Deckenelemente gemäss der
Einteilung in 7 Takte
- Montagezeit eines Deckenelements:
8-10 min. Kolonne/Element
- Montage Kolonne: 3 Personen

17. $. 1,742.00
$. 373.00
8,430.00 $
$. 5,411.00
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
Einsparungen
Betonarbeiten
Einsparungen
Stahlarbeiten
Einsparungen
Deckenkonstruk@on
Savings
in
Plastering,
pain@ng,
ceiling
(basement
ceiling)
$. 8,873.00
$. 2,159.00
0
2000
4000
6000
8000
10000
Leichtgewicht
FT
PlaKen
Massive
FT
PlaKen
Wirtschaftlicher Vorteil / Fertigteilelemente
15.956,00 $
11.032,00 $
( - )
W i r t s c h a f t l i c h e r
Vo r t e i l d u r c h
F e r t i g t e i l e
4.924,00 $
H e r s t e l l u n g s k o s t e n f ü r d i e F e r t i g t e i l e
Reduzierung der
Rohbaukosten um 31%

18. Regelmässige Abstimmungstreffen im multidisziplinären Team
Diskussion am 4D Modell
Arbeitsvorbereitung direkt vor Ort
Kontinuierliche Verbesserungs-
treffen mit Planern

19. R E S I D E N C I A L
VARELA
K u n d e
Wertschöpfung für
IMPLEMENTATION
VDC
Management, Arbeitsvorbereitung und Produktionsprozesse, um die
P r o j e k t z i e l e z u e r r e i c h e n
Zielvorgabe: Reduzierung der Bauzeit um 5%
DESIGNERS
Confirm
attendance
Check
queries
Contributions
to
improvements
Identify
deficiencies
in
design
Convene
Meeting
Present
Schedule
Contributions
to
improvements
PROJECT
MANAGER
YES Making
of
improvement
metrics
BIM
SUPPORT
Model
Presentation
Develop
Modeling
Plan
Make
queries
of
the
Model
Contributions
to
improvements
NO
BIM
MANAGER
Identify
deficiencies
in
design
Contributions
to
improvements
Specify
contributions
Review
by
levels
and
specialities
Decision
Making
I
C
E S
E
S
S
I
O
N
S
Mappingprozesse
Kollaborationstreffen
Verbesserungstreffen
Terminplan-Optimierung
Taktung und Gewerkezüge4D Modell

20. ©2016
Schlüsseltechnologien und Managemententwicklung
Mobil
• Die richtigen Informationen zur
rechten Zeit
Cloud
• Alles, jederzeit
Parallelisierung
• Schnell
Lokalisierung
• Genauigkeit, dimensionale
Kontrolle, vor Ort / im Werk
Künstliche Intelligenz
• Erfahrung und Daten
Robotics, 3D Drucken
• Virtuell ó real, Arbeitssicherheit,
Umwelteinfluss
Internet of Things (IoT)
• Virtuell ó real
Virtuelle Umgebungen
• Test, Engagement
Kollaboration
• Kongruentes Wissen
Lean
• Mehr Gewissheit, weniger Risiko,
Kunde, Pull, Zweck à Wert

21. ©2016
Mobil
• Genau die richtige
Information zur Hand
Cloud
• Jederzeit (Push und Pull, bi-
direktional, ”unbegrenzt”)
Parallelisierung
• Schnell!
Lokalisierung/ dimensionale
Maßnahmen
Genauigkeit, dimensionale
Kontrolle, vor-Ort/ im-Werk
Künstliche Intelligenz
• Erfahrung und Daten
Robotics, 3D Drucken
• Virtuell ó real,
Arbeitssicherheit,
Umwelteinfluss
Internet of Things (IoT)
• Virtuell ó real
Virtuelle Umgebungen
• Test!
Kollaboration
• Kongruentes Wissen
Lean
• Mehr Gewissheit, weniger
Risiko, Kunde, Pull, Zweck à
Wert
Die Kombination dieser
Entwicklungen enthält
signifikante Chancen für
dramatische Verbesserungen
Schlüsseltechnologien und Managemententwicklung

22. ©2016
Weckrufe
Die folgenden Folien zeigen einige Innovationen
mit dramatischen Verbesserungen.

23. Tägliche Prozess- und Feedbackloops
einsite
u Sämtliche Daten und Aktivitäten werden vom
Gerät verifiziert, basierend auf Standort- und
Transaktionsdaten, im Kontext des Ablaufplans
und Aufgaben
u Reduzierte Eingabe von Daten (nur morgens und abends)
u Minimaler SchulungsbedarfMorgens
Abends
Anirudh Reddy
• Eintrag des täglichen
Fortschrittes
• Abgleich der
Einträge mit dem
Gerät
• Tagesaktivitäten visualisiert
und analysiert durch Software
Portal
• Einsite erstellt Vorschlag für
Arbeitsplan für den nächsten
Tag
• Materialabruf für
geplante Arbeiten
mit SiteMan App
• Anforderungen auf
Smart Card
• Materialabholung am
Werk
• Datenerfassung von
Fahrer und Fahrzeug • Verifizierung an der
Waage
• Datenerfassung von
Fahrer und Fahrzeug
• Materiallieferung vor
Ort, Ausführung der
geplanten Aktivitäten
• Bestätigung durch
Vorgesetzten-ID Karte
auf dem Gerät

24. ©2016
Völlig automatisierte und vollständige Planung eines
Hauses, basierend auf einer Skizze (elibre)

25. ©2016
K O S T E N R E D U Z I E R U N G V O N S TA H L B A U W E R K E N
D U R C H C O M P U TAT I O N A L D E S I G N OP T I M I Z AT I O N
F o r e s t F l a g e r i n K o l l a b o r a t i o n m i t A r u p u n d J o h n H a y m a k e r
Konventionell
FCD
(128 cpu)
Methode
PROZESS
Planungszyklus 4 h 3 sec
Evaluierte
Alternativen
39 12,800
Total design time 216 h 151 h
PRODUKT
Gesamtgewicht Stahl 2,728 met t 2,292 met t
Kosteneinsparung
(USD)
- $4 M (-19%)
Ergebnisse der Fallstudie
GEOMETRIC
MODEL
GEOMETRIC
MODEL
OPTIMIZE
SHAPE
ANALYTIC
MODEL
OPTIMIZE
SIZING
1
BiOPT METHOD
http://cife.stanford.edu/sites/default/files/TR202.pdf
Planungs-
problem
2
3
4
FCD Sizing Algorithm
http://cife.stanford.edu/sites/default/files/TR201_0.pdf
SEQOPT Algorithm
(Booker, et al. 1999)
• Signifikante Reduzierung des Planungszyklus
• Evaluierung von weitaus mehr Alternativen
• Verbesserte Produktqualität
Ziel: Reduzierung des Stahlgewichts
Randbedingunen: Sicherheit und
Nutzerfreundlichkeit
Mögliche Planungsalternativen: ~ 102435
Variablen: 1955 Maß- und Form-Variablen

26. ©2016
Original Rahmen Value-Engineered Rahmen
Stahlgewicht - +8%
Gesamtkosten - -13%
Vergabezeit - -20%
Biegesteife Rahmenwerke
W14X176
W24X117
W18X86
W14X132
W14X233
Doubler Plate
3 Continuity
Plates
Legende
Arbeit von Forest Flager, Pratyush Havelia, Henry Hamamji, Filippo Ranalli, Bo Peng, Thomas Trinelle
In Kollaboration mit SOM, Herrick, Autodesk

27. ©2016
Kosten der Stahlrahmenkomponenten
Material
27%
Herstellung
Montage
Weiteres
ENTSCHEIDUNGS-
GRUNDLAGE IN DER
PLANUNG
SUPPLY CHAIN
EXPERTISE

28. ©2016
Automatische Erstellung eines BIM-Modells eines
bestehenden Gebäudes mit Hilfe von Laserscanning
In Kollaboration mit Iro Armeni, Silvio Savarese, Amir Zamir, and Ozan Sener

29. ©2016
“Die automatisierte Ausführung
von Prozessen verändert alles.”
(Alan Perlis, 1961)

30. ©2016
Baumeister
Quelle: Biedermann
Ich habe alle meine Generäle aus
Schlamm geformt. Napoleon

31. ©2016
• Rasche Auffassung
von Ziel, Team,
Rollen, Fortschritt,
Hindernissen und
Herausforderungen
• Ständige
Kommunikation und
rasches Feedback
Agieren in einer
virtuellen Umgebung
Screenshots von Brandon Fischer

32. ©2016
Die Zukunft ist ganz anders,
aber sie hat schon begonnen
Strategische Führungsaufgaben:
Ø Projekte vs. Unternehmen
Ø Personalentwicklung
Ø Partnerschaften, um die Performance zu optimieren
und zu garantieren

33. ©2016
Zurück in die Zukunft: Der Baumeister 4.0
Martin Fischer
Professor, Bauingenieurwesen und Informatik (h.c.)
fischer@stanford.edu
§ Direktor, CIFE (Center for Integrated Facility Engineering)
§ Mitglied, Royal Swedish Academy of Engineering Sciences