building information management und virtuelle techniken im bauwesen

© Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC

Virtuelle Techniken (VT) und Building Information Modelling (BIM)

für Bauwesen & Architektur

Chancen, Treiber & Hemmnisse

Dipl.-Arch. Günter Wenzel, Fraunhofer IAO

Dr.-Ing. Dipl.-Kfm. Christoph Runde, VDC Fellbach

http://www.ve.iao.fraunhofer.de/

http://www.vdc-fellbach.de/wissen/branchen/virtual-reality-bauwesen

Virtuelle Techniken heute BÍM heute Virtuelle Techniken ideal BÍM ideal

Inhalt

Übersicht

Befragungen zu Virtuellen Techniken

für Bauwesen und Architektur

Befragungen zu BIM

für Bauwesen und Architektur

Bild: Fraunhofer IAO

Semantisches

Entwerfen

2

BIM und Virtuelle Techniken im Bauwesen:


Ergebnisse eines World Cafés

und einer Expertenbefragung


Begriffsbestimmung: Virtuelle Techniken

unterstützen Entwicklungs- oder

Planungsprozesse

mit Hilfe digitaler, dreidimensionaler Modelle

und räumliche Interfacetechniken

(VR/AR/MR)

mit dem Ziel anmutungstreue und

funktionale Prototypen zur Verfügung zu

stellen.

Virtual Engineering: Produktentwicklung

und Produktionsprozesse

Bauwesen: Planung, Realisierung,

Kommunikation, Betrieb

Bild: KOP

Bild: Visenso

Bild: Lightshape

Projektbesprechung

an der Powerwall

Architektur-

Visualisierung

Architektur-

Visualisierung

3





Virtuelle Techniken heute


Übersicht

Expertenbefragung zu Virtuellen Techniken

4



Wie wollen wir VT im Bauwesen in Zukunft nutzen? Wünsche, Ideale, Beispiele

Was hemmt den Einsatz von VT im Bauwesen?

Was fördert den Einsatz von VT im Bauwesen?

Gliederung der Antworten

Technologien

Datenverfügbarkeit

Prozesse & Arbeitsweisen

Kosten, Markt, Geschäftsmodell

Qualifikationen

Gesellschaft

Recht & Politik





Vision • Open Standards - einheitliche Schnittstellen • BIM ist Dokumentationsstandard • Gebäude werden in Echtzeit im Holodeck entworfen • Computer/Rechner sind besser und anders als bisher - direkte und dynamische Simulationen werden möglich • Simulation des Lebenszyklus(lifecycle) eines Gebäudes. • Die Atmosphäre eines Gebäudes lässt sich vorab simulieren und visualisieren • Baustelle ist digital • Roboterfertigung auf der Baustelle • Denken in LOD • Multi-Container aus 3D-Modellen • Kontext-bezogene Zurverfügungstellung von Informationen

Virtuelle Techniken: Technologie als Vision, Treiber, Hemmnis

5

Treiber Schnellere Hardware Simulationen möglich -> Nachhaltigkeit Treppen-Tool -> App Denkweise in kleinen

Häppchen Programmierung und IT Technik Usability, intuitiv, einfach handhabbar Produktionsfähigkeiten

Hemmnisse Datenprozesse, Datenübergabe, Content- Konvertierung,

Verlust bei Datenschnittstellen zwischen Software-Tools Software stimmt nicht mit Prozessen überein Usability, keine standardisierte Interaktion BIM ist zu wenig, mehr LODs sind notwendig in BIM Software-Heterogenität Software-Handhabbarkeit





Virtuelle Techniken: Datenverfügbarkeit als Vision, Treiber, Hemmnis

6

Vision • Standards for LODs / LOD8 • Standards für Qualität von 3D-Daten (z.B. Richtung Flächen, Präzision, Detaillierung,…)

Treiber Bedarfe der Planer Steigende Komplexität von

Bauvorhaben Steigende Anforderungen an

Qualität der Planung

Hemmnisse geringe Qualität der Datengrundlage

(Stadtmodell) Qualitätsanspruch visuelle Umsetzung, zu

geringer LOD für 1:1-Erleben Verfügbarkeit 3D-Daten (z.B. unterirdisch), auch

hinsichtlich Präzision Keine Qualitätsstandards Use Cases für 3D-Daten undefiniert





Virtuelle Techniken: Prozesse & Arbeitsweisen als Vision, Treiber, Hemmnis

7

Vision • Prozesssimulation bei Großprojekten ist Standard • Automatisierung des Bauens („Architekt wird hier überflüssig“)

Treiber Wunsch nach

Teilhabe Politik:

BIM-Gedanke in öffentlichen Großprojekten

Hemmnisse mangelndes Änderungsmanagement im Entwurfs-

/Planungsprozess/Ausführung Fehlende Schnittstellen zwischen BIM, BAM, BOOM Leistungsprofile, Phasen vordefiniert Verinselung (kleine Planungseinheiten) fehlende Bereitschaft zur Gewährung detaillierter

Einblicke (insbes. auch ggü. unbedarften Bürgern…) -> fehlende Prüfbarkeit/Nachprüfbarkeit -> stimmen die Daten?

Aussagen richtig? Qualitätssiegel der Daten/Darstellung





Vision • Für private Bauherren gibt es webbasierte interaktive 3D-Hauskonfiguratoren • Interaktion des Architekten mit Kunde auch und insbesondere in der Planung (Architekt wird

„Berater“) • Bauteile sollen aber auch standardisiert sein und/oder flexible Freiformgebäude sind genauso

günstig wie mit standardisierten Bauteilen

Virtuelle Techniken: Kosten/Markt/Geschäftsmodell als Vision, Treiber, Hemmnis

8

Treiber Anreize schaffen -> ??? Kostendruck -> Effizienz

-> Bauen/Planen Transparenz von Abläufen &

Kosten Umsetzung von

Bauprozessen in CAM-Strukturen

Hemmnisse Kosten Geschäftsmodell Bauprozess

-> Gewerketrennung im Bauprozess Wertschöpfungsprozesse fehlender Leidensdruck (für Veränderungen) Unternehmen mit fehlender kritischer Masse,

Auftrags-Auf und –Ab Rechtliche Situation behindert neue Geschäftsmodelle Geringe Margen





Virtuelle Techniken: Qualifikation als Vision, Treiber, Hemmnis

9

Vision • durchgängig qualifizierte Mitarbeiter am Wertschöpfungsprozess Bau • Studiengang BIM-Manager

Treiber Interdisziplinäre

Studien Jugendliche

-> Ausbildung Internet Computerspiele Neue Studiengänge

(z.B. Geomatiker)

Hemmnisse Zusammenarbeit zwischen Fakultäten (IT, Architektur,

Bauingenieurwesen, interdisziplinär allgemein) oder auch zwischen verschiedenen Rollen im Projekt (Beuherrn, Architekt, Bauunternehmen, …)

-> fehlender Austausch, Verinselung, zu wenig Mitdenken/Querdenken

Personalstruktur Qualifikation, Studium ohne 3D, CAD, VR fehlende Transferkompetenz (zu enge Ausbildung) fehlendes IT-Projektmanagement (was aber für sinnvollen Einsatz

für neue IT-Werkzeuge notwendig ist)





Virtuelle Techniken: Gesellschaft/Historie als Vision, Treiber, Hemmnis

10

Vision • VT werden massentauglich (leicht und intuitiv bedienbar, günstig, Miniaturisierung • Die Bevölkerung akzeptiert die neuen Technologien. • Bürgerbeteiligung wird durch VT noch einfacher.

Treiber Medienkompetenz Generationen wächst sich aus Spass Spiel 3D-Virtualität/ 3D-Communities sind common

knowledge Virtualität als Lebensraum akzeptiert Anspruchvollere Architektur ->

gebaute Umwelt Ansprüche der Bauherren steigen mündige Nutzer Individualität im BW Spinnereien -> Realisieren

Hemmnisse Henne-Ei-Problem Nachfrage-Angebot IT-Werkzeuge Fehlende Finanzierung für die Anlaufphase (eines

umfassenden SW-Einsatzes in der Breite) mangelnder Gestaltungswille in der Branche, fehlender

Leidensdruck (für Veränderungen) Oligopol Markt IT-Werkzeuge , begrenzte Anzahl treibender

Firmen, die marktbeherrschende Stellung haben -> Blockaden

Erziehung -> Wahrnehmung -> beharrliche Baukultur Technikphobie bei Architekten, Vertrauen (in IT) HOAI spricht gegen durchgängige Prozesse (Gewerke,

Planungsphasen) fehlendes Personal (allgemein)





Virtuelle Techniken: Recht/Politik als Vision, Treiber, Hemmnis

11

Vision • Gesetzlicher Rahmen unterstützt, fordert und fördert neue Technologien

Treiber Vorgaben durch

die Politik

Hemmnisse Rechte an Daten unklar Unklare Haftungsfragen bei Austausch, Rechte, Verwendung

-> IP-Problematiken, Rechte an Daten, Rechte an Entwurf , Urheberrecht

Lobbies, z.B. Kammern Fehlender Kopier-, Weitergabeschutz (-> Technologie?)





Virtuelle Techniken: Verteilung der Ergebnisse

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Vision Treiber Hemmnisse

Technologien

Gesellschaft Kosten, Markt, Geschäftsmodell

Recht & Politik

Qualifikationen - Prozesse & Arbeitsweisen

-

Datenverfügbarkeit - -





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Einsatzbereiche Treiber Hemmnisse Qualitätssicherung x nett x Performance (CPU / GPU) x

Simulation Ist-Situaltion / Planung x Gesellschaft (Spiele, Kino) x auf der Baustelle? x

Orientierung x iPad, iPhone x teuer x

Analyse / Visio x hohe Vorstellungskraft x

Spezialisierung bestehender Modelle schwer in VR umsetzbar -> Modell trivial x

Bauzustand x Übersicht / Kommunikation x zu große Datenmenge vs. Echtzeit x

Lichtsimulation x Spielewelt x

Blockaden an Schnittstellen "Bottleneck" (z.B. CAD-Format Bibliotheken) x

Visualisierung Raumwahrnehmung x Kostengünstige HW (Oculus) x uneinheitliche Prozessdefinitionen innerhalb der Projektstruktur x

Visualisierung x Kostengünstige CAVE x einheitliche Datenformate x

BIM / 5D x durchgängige Prozesskette x keine Echtzeit möglich x

Visualisierung x Systemwelt der Bauherren / Auftraggeber x Fehlende Datengrundlage x

VR x mobile VR / AR / MR x Datenmenge x

Animationen x Realtime Engines x Tradition x

Rendering x Vorteiler bei der Koordination der Gewerke (Ausführungsphase) x

Gebäude- und Fertigungsplanung (Layoutplanung) x Bauherr x

Visualisierung in Echtzeit - HMDs / Games x Vision der Datendurchgängigkeit (Notwendigkeit, Alternative?) x

3D-Scanner x

3D-Scan x

Virtuelle Techniken: Einschätzungen Stand heute

Antworten





14


Einsatzbereiche

(Wordle-Auswertung)





15


Treiber

(Wordle-Auswertung)





16


Hemmnisse

(Wordle-Auswertung)





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Einsatzbereiche 39 Treiber 20 Hemmnisse 0 Echtzeitvisualisierung, und -Datenzugriff 3 billiger 0 MEINE Daten -> Kosten 0 Materialität und Haptik implementieren 2 gesellschaftliche Akzeptanz 0 Datensicherheit 0 Multi-User-VR Multi-User-Immersion 4 Überall, je nach Situation von 2D nach 3D (Handy, Smartphone, …) 0 Mobilität 0 individuelle getrackte Avatare 1 VR to Go 11 Bürgerbeteiligung 0 Oculus Rift 0 5D-Erlebnis 0 Holodeck 5 Alles passt zu Allem (SW-Hersteller, CAD, DB, AVA, Terminplan, …) 4

Steigende Anforderungen vom Auftraggeber 0

VT + Terminplan als Kommunikationsmittel auf der Baustelle 2 Vorstellung (Raumgefühl) 0 Photorealistische Echtzeitvisualisierung (Soll-Ist-Vergleich mit AR) 10

Prämie, Neugier, Perfekte Kommunikation zw. Allen Beteiligten 0

Startreck VT mobiler Einsatz (keine Papierpläne auf der Baustelle) 9 Morphing zwischen Visualisierungen für versch. Zielgruppen 0 VT funktioniert so gut, dass wir nicht mehr bauen müssen (Virtual Office) 0 Räume begehbar 1 interaktiv 7

Virtuelle Techniken: Einschätzung Ideal-Zustand

Wie sollte

es sein? -

Antworten



Virtuelle Techniken ideal


18

Virtuelle Techniken: Einschätzungen Ideal-Zustand

Einsatzbereiche

(Wordle-Auswertung)





19


Treiber

(Wordle-Auswertung)





20


Hemmnisse

(Wordle-Auswertung)





Building Information Modeling (BIM)

Formalisierter Prozess/Methode zur Erstellung

eines

Ganzheitlichen zentralen Datenmodelles

o Objekt: Beschreibung des „Produktes“

Gebäude (Geometrie, Material, Kosten, etc.)

o Prozess: Beschreibung der Planung,

Realisierung, Betrieb, Rück/Umbau

(Zuständigkeiten, Termine, Pläne, Qualität,

Bauablauf, Baustellenlogistik, Lieferketten,

Abnahmekriterien, Gebäudemanagement,…)

Idealisiert

o Einheitlich für jedes individuelle Objekt und

Vorhaben

o Zugriff für alle Stakeholder

21



BÍM heute


Building

Information

Modelling:

Einschätzungen

Stand heute

Antworten

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Einsatzbereiche Treiber Hemmnisse

3D-Models x Bestandserfassung notwendig für Planungsgrundlage (Umbau, Sanierung),

Flächen- und Massen, Ausschreibungen (Raumbücher) X Auftraggeber X

3D-Modellerstellung x Zeitersparnis X keine Standards X

Angebotsbearbeitung (Rohbau, Ausbau, Fassade, Baustellenplanung,

Stahlbau, Holzbau, Tiefbau) x Kostenschätzung X IT-Umfeld X

Ausführungsplanung (Rohbau, Tiefbau, Stahlbau, Holzbau, Baustelleneinrichtung) x Entscheidungssicherheit ("erleben" des Geplanten) X langfristige Vorteile für Kunden noch nicht erkennbar X

Firmenübergreifende Zusammenarbeit x Planungssicherheit gegenüber dem Bauherren X Bestandserfassung (Umfang sehr kundenspezifisch, kein/kaum Standardisierung) X

As-Build: Rohbau, TGA, Stahlbau, Holzbau x Bestandserfassung: Wirtschaftlichkeit (mehrere / breite Nutzbarkeiten -> entspr. Kostenverteilung X

Bestandserfassung (eingefahrene Strukturen bei Personal und SW, vermeintlich hohe Investitionskosten X

Industriebau x Kommunikationsmittel X Unterschiedliche SW X

3D-Datenquelle x Ergebniskontrolle X Realisierungsnetzwerke zu klein X

Informationsmodell (Analyse, Daten) x frühzeitige Planungssicherheit (Zeit, Kosten, etc.) X Schnittstellen / Datenaustausch X

Tragwerksplanung, Variantenuntersuchung, Mengenermittlung,

Visualisierungen x Verbesserung der innerbetrieblichen Abläufe X BIM-Aktzeptanz beim Bauherren (wird bisher nicht gewünscht bzw.

gefordert X

2D- und 3D-Lastabtrag aus dem BIM-Modell x Bauherren X Vorbereitung von BIM bei den Planern X

Koordinations versch. Gewerke x Kostensicherheit, Entscheidungsgeschwindigkeit X Kollision Fertigungsplanungsprozess (reif) vs. Bauplanungsprozess (unreif) X

3D-Erfassung existierende Bauwerke als BIM-Datengrundlage x komplizierte Geomtrien werden erfassbar X Entkopplung des Planungs- und des Realisierungsprozesses (Schnittstellen) X

Kollisionsmanagement x Koordination der Fachplanungen: EIN virtuelles Gebäudemodell X immer noch stark verbreitete 2D-Denkweise X

Mengenermittlung x Einfach werdende SW-Tools X Werkzeuge (SW)! Aufwand bei der Einführung (Personal) X

Visualisierungen x Optimierung der Prozesse -> viele Vorteile X Fachliche Kompetenz X

Massenermittlung x zentrale Information, konsistente Daten X Umgang mit vielen Daten X

Bausollfestlegung x zum Teil Kriterium in Ausschreibungen (Verbreitung im skandinavischen

Raum) X 2D-Planung von externen Projektbeteiligten X

Kostensicherung x Organisation / Daten X fehlende zusätzliche Vergütung bzw. Anerkennung von Bauherren und

Auftragsgebern X

Berechnung der DIN 18599 und EnEV x Standards / es muss gewollt sein X Vergabe an billigsten Anbieter nicht innovativ X

Variantenentwicklung und -Beurteilung x Komplexität der Projekte X Datenhoheit (die ungern aufgegeben wird) X

Projektakquise (Emotion) x Planungssicherheit in der Geometrie X Vielzahl kleiner Planungsbüros X

Visualisierung komplexer Gebäudemodelle x zunehmende Komplexität der Projekte X Schnittstellen zwischen den Gewerken X

Bauplanung und Visualisierungen x "Digitale Fabrik" bzw. Industrie 4.0 X Denkweise X

Kollaboration mit/in global agierenden Unternehmen x Adaption der Fertigungsprozesse des Maschinenbaus X viel verschiedene Planer und ausführende Firmen X

Betreiben (Flächenmanagement), HRG, Schließmanagement x Variantenmanagement X teilweise fehlende Marktreife X

Betreiben (wo sind prüfpflichtige Bauteile?) x Zeitersparnis X Datenverfügbarkeit X

Planverwaltung / Ausführung Vorteile x Komplexität der Projekte X X

Gebäude-Layout und -Installationen als Basis für Produktionsplanung x Integration der Einzelplanungen X Schnittstellenproblematik X

Echtzeitvisualisierung (photorealistisch) / Produktpräsentation x Wirtschaftlichkeit / Zeitersparnis X 5D-Prozesseinführung X

Echzeitsimulation (Lichtanalyse intern und extern, Reflexionsanalysen) x Spass an neuen Technologien X Komplexität X

Besseres Verständnis des Bauwerkes X Termindruck X

Kosten- und Terminsicherheit X 2D-Verbreitung X

Kostenersparnis vor Produktionsbeginn (techn. -> visuell) X Datenverfügbarkeit X

Betreiben: Legalität, FCM x Schnittstellen X

Schelllebigkeit vs. Verfügbare Zeit X

Qualifikation X

Unterscheidung zwischen wichtigen und unwichtigen Daten X

unterschiedliche Lieblingswerkzeuge-> Schnittstellenprobleme X

unterschiedliche SW-Tools (Revit vs. Plant 3D) bei der Modellierung X

unterschiedliche Datenformate X



BÍM heute


Building Information Modelling: Einschätzung Stand heute

Einsatzbereiche (Wordle-Auswertung)

23



BÍM heute



Treiber (Wordle-Auswertung)

24



BÍM heute



Hemmnisse (Wordle-Auswertung)

25



BÍM heute


26

Einsatzbereiche 34 Treiber 16 Hemmnisse 1 intelligentes Gebäude mit Erinnerung und Vision 0

Disziplinübergreifende Gebäudedatenbank 3 Datensicherheit und Nutzungsrechte 0

Ganzheitliche Fabrik- / Objektplanung; (Hülle / Gebäudeentstehung / -Nutzung -> Prozesse) nach Nutzung 0 Datenverlust 0

Change-Management Baukultur-Änderung 0

ein leicht und intuitiv zugängliches Modell 1 Einfach 0 Datenmasse und Datenordnung 0

Vollständiges 3D-Modell mit allen relevanten Daten 4

Nachweislicher Wettbewerbsvorteil (Erfolgreicher Einsatz von BIM als Methodik in renommierten Büros als Vorbild) 0 Anpassung der Studiengänge 1

einfaches, einheitliches Zusammenfügen von Fachmodellen / Verbesserung der 5D-Softwarewerkzeuge 4

Hardware-Leistung ermöglicht Echtzeitplanung 0

mehr Publikation erfolgreicher BIM-Projekte in den Medien als Gegengewicht zu Flughfn Berlin, Elbphilharmonie, Stgt. 21, etc 1

Alle arbeiten wieder zusammen (um zu bauen, nicht um sich zu ärgern) 3

Durchgängiger Datenfluss, Zentrale Informationen 5 1:1 Simulation des Bauablaufs 2

Das perfekte, konsistente, durchgängige Modell 0

verlustfreies, neutrales Austauschformat / Zusammenarbeit ohne Konkurrenzdenken 7

Zuerst Planen, dann Bauen (stressfrei) 11 Spaß an der Nutzung 0

Open BIM und Big BIM 5 Unterstützung und Vereinfachung der Kommunikation 0

Architekt hat wieder mehr Zeit für Kreativität

Einfache Integration von Terminplanung 0

Bauumfassend 0 Leichtes Interface "intutitv" für alle Nutzer 1

Feedback für CAC-Designphase 0 Synchrnisation mit externen Datenbeständen 1 Echtzeitplanung virtuell inkl. Kosten 2

Building

Information

Modelling:

Einschätzungen

Idealzustand

Wie sollte es sein?

Antworten



BÍM ideal


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Building Information Modelling: Einschätzungen Idealzustand

Einsatzbereiche

(Wordle-Auswertung)



BÍM ideal


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Treiber

(Wordle-Auswertung)



BÍM ideal


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Hemmnisse

(Wordle-Auswertung)



BÍM ideal

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Competence Center Virtual Environments des Fh-IAO: Link

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Auberlenstr. 13

70736 Fellbach

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[email protected]

Tel.: 0711 / 58 53 09 - 0



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