Digitalisierung der Baubranche: Bauen 4.0, Building Information Modeling (BIM) und KI

Alle Bauwerksinformationen sind im Rahmen der Digitalisierung der Baubranche in einer Datenbank und Dokumentensammlung - beziehungsweise einer Bausoftware - so eng mit dem 3D-Modell des Bauwerks verknüpft, dass beispielsweise aus der Gesamtansicht eines Gebäudes heraus auf jedes einzelne Bauteil gezoomt werden kann. Mit einem Klick lassen sich anschließend folgende Informationen einsehen:

• Abmessungen
• Leistungsdaten
• Parameter
• Eigenschaften
• Entsorgungshinweise oder Wartungsinformationen

Die dafür erforderlichen Daten stellen viele Bauteile- und Baustoffhersteller in eigenen Online-Datenbanken zur Verfügung.

Da sämtliche Informationen in einem Cloudsystem verwaltet werden, haben alle beteiligten Fachkräfte wie Architekten, Ingenieure, Planer, Behörden und ausführende Bauunternehmen zu jedem Zeitpunkt der Planung, der Bauausführung, des Betriebs, des Abrisses oder der Entsorgung Zugriff auf die für sie freigegebenen Informationen. Das erleichtert auch die Kommunikation zwischen den jeweiligen Teildisziplinen. Dank der Digitalisierung der Baubranche entfällt ein erheblicher Koordinierungsaufwand für Bauunternehmen.

BIM begleitet also den gesamten Lebenszyklus eines Bauprojekts und wird ständig mit neuen Informationen gefüttert, um ein möglichst aktuelles virtuelles Modell eines Bauwerks liefern zu können. Die Verzahnung kann dabei so weit gehen, dass bei einer Wohnanlage sogar die Nebenkostenabrechnung für Mieter oder Vermieter über das BIM-System erfolgt.

Dank der fortschreitenden Digitalisierung in der Baubranche bietet KI auch im Bauprojektmanagement wertvolle Unterstützung. Sie hilft, Ressourcen effizienter zuzuweisen, den Fortschritt eines Projekts in Echtzeit zu überwachen und mögliche Verzögerungen vorherzusagen. Echtzeitdatenanalyse und Prognosealgorithmen spielen dabei eine entscheidende Rolle. Die Technologie kann große Mengen an Daten in Echtzeit analysieren und so aufschlussreiche Informationen liefern. Sie kann Risiken frühzeitig identifizieren und ermöglicht dank ausgefeilter Algorithmen eine bessere Ressourcenplanung. Bei Bauprojekten können KI-Anwendungen außerdem Baufortschrittsbilder und Videos analysieren, um den aktuellen Status eines Projekts zu bestimmen. Darüber hinaus kann KI dazu beitragen, die Lieferkette zu optimieren, indem sie Materialverfügbarkeit und -nachfrage genau prognostiziert. 

KI-gestützte Design-Tools und Anwendungen wie die Autodesk Construction Cloud können architektonische Entwürfe optimieren, indem sie Faktoren wie Energieeffizienz, Materialauswahl und Budgeteinhaltung berücksichtigen. Architekten können mit KI-Unterstützung innovative und nachhaltige Gebäude entwerfen, die gleichzeitig den heutigen Anforderungen an Umweltschutz und Effizienz gerecht werden. Generative Gestaltungsalgorithmen und Simulationen sind weitere Beispiele dafür, wie KI den kreativen Prozess in der Architektur unterstützen kann. 

Dank KI-Unterstützung verstehen Drohnen-Systeme ihre Umgebung immer besser und können auf Baustellen jetzt auch Baumaschinen, Baugeräte und Bausubstanz erkennen. Intelligente Drohnen können daher Baustellen überwachen, Baufortschritte verfolgen und eingesetzt werden, um z. B. selbstständig bestehende Gebäude auf Risse in der Fassade zu inspizieren.

Bereits 2015 wurde vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) der Stufenplan digitales Planen und Bauen verabschiedet, der die Umsetzung von BIM im Rahmen der Digitalisierung in der Baubranche vorantreiben sollte. Nach der Umsetzung diverser Pilotprojekte müssen seit 2020 alle öffentlichen Bauprojekte mit einem Bruttobauvolumen von mehr als 5 Mio. EUR als BIM-Modelle geplant, ausgeführt und verwaltet werden. Dies betrifft etwa den Bau von Schulen, Kitas oder Verwaltungsgebäuden, aber auch den von Brücken, Straßen und anderen Infrastrukturmaßnahmen.

Obwohl einige Landkreise und Kommunen im Zuge der digitalen Transformation zusätzliche Stellen für BIM-Manager geschaffen haben, wird bei den meisten öffentlichen Bauprojekten das BIM-Management aber von externen Planungs- oder Bauunternehmen übernommen.

Da BIM im öffentlichen Bauwesen obligatorisch ist, setzt sich BIM nun auch als Standard bei allen größeren Bauvorhaben durch.

BIM ist das Herzstück unserer Digitalisierungsstrategie. Wobei die Digitalisierung kein Selbstzweck ist, sondern eine logische Folge des Denkens in Prozessen. Bei WOLFF & MÜLLER gilt der Grundsatz: Wir wollen so viel Serie wie möglich, nötig und sinnvoll in unsere Prozesse bringen. Der erste Schritt besteht darin, unsere Prozesse zu veredeln, indem wir sie erfassen und optimieren. Im zweiten Schritt werden die Prozesse dann digitalisiert. Auch hier gilt: Digitalisierung der Baubranche nur dort, wo es möglich, nötig und sinnvoll ist.

Wir digitalisieren alle Informationen im Lebenszyklus eines Bauwerks – vom Entwerfen und Planen über den Bau und den Betrieb bis zum Abriss. Alle Beteiligten – Architektur- und Planungsbüros sowie Bauunternehmen – bringen ihre Arbeit in ein Datenmodell des Gebäudes ein.

Das Modell enthält die 3D-Geometrie und bauteilspezifische Parameter, aber auch die Faktoren Zeit und Kosten. Man plant und baut also in mehreren Dimensionen, erst virtuell, dann real. Der große Vorteil ist, dass ein konsistentes Datenmodell als einzige und stets aktuelle Informationsquelle entsteht. Jeder und jede Projektbeteiligte greift jederzeit auf die gleichen Informationen zu.

Beim konventionellen Bauen ist es üblich, dass jedes Gewerk seinen 2D-Plan erstellt, und beim Architekturbüro läuft die Planung zusammen. Diese Form der Zusammenarbeit ist jedoch wenig flexibel und kann sehr umständlich sein.

Wird etwa im Laufe der Planung eine Wand verschoben, muss der Tragwerksplaner unter Umständen die Statik neu berechnen und die Fachplanerin für Gebäudetechnik die Versorgungsleitungen anders planen. Mit BIM und der damit verbundenen Digitalisierung der Baubranche hat das gesamte Team Zugriff auf den aktuellen Stand und kann sich viel enger und schneller abstimmen als mit herkömmlichen 2D-Plänen.

An dem Modell lässt sich auch automatisch erkennen, ob sich verschiedene Gewerke in die Quere kommen. Der Fachbegriff dafür lautet Kollisionsprüfungen. All das macht das Bauen besser, termin- und kostensicherer.

Wir haben früh erkannt, dass BIM die Zukunft des Bauens ist, und waren Vorreiter bei der Anwendung der Methode. Wir haben ein zentrales BIM-Team aufgebaut und die Mitarbeitenden geschult. Anfangs waren es vor allem engagierte Planungsbüros und Bauunternehmen, die BIM in Deutschland vorangetrieben haben.

Auf Seiten der Bauherrschaft kommt der Wandel erst nach und nach an. BIM wurde zunächst als Planungsmethode verstanden und nicht als Technologie für eine zukunftsträchtige Digitalisierung der Baubranche. Vielen Bauherren ist noch nicht bewusst, wie sehr sie von BIM profitieren. Der Mehrwert zeigt sich auch in der langen Betriebsphase. Auf Wunsch können wir den gesamten Ausbau im Modell hinterlegen, bis hin zur einzelnen Steckdose. So entsteht ein digitaler Zwilling des fertigen Bauwerks.

Bauherren können ihn nutzen, um das gesamte Facility Management in der Betriebsphase zu planen, etwa die Energieversorgung, Wartung und Reinigung, aber auch spätere Umbauten. Leider wird diese Möglichkeit auf Auftraggeberseite noch wenig genutzt. Wir freuen uns über jeden Kunden und jede Kundin, der/die die BIM-Methode schätzt und bis hin zur Betriebsphase einfordert.

2008 haben wir uns erstmals mit BIM befasst und die Methode seither sukzessive weiterentwickelt. Wir haben zunächst Erfahrungen innerhalb des Unternehmens gesammelt, erst in der Planungs- und dann in der Ausführungsphase. Der nächste Meilenstein bestand darin, BIM-Projekte zusammen mit externen Partnern zu bearbeiten. Dabei spielten Pilotprojekte wie das Rathaus Leonberg und das Porsche Casino in Weissach eine große Rolle.

Seit Anfang 2020 sind wir so weit, dass unsere gesammelten Erfahrungen jedem Hochbauprojekt zugutekommen. Standardmäßig nutzten wir BIM in der Rohbauphase. Wünscht sich der Kunde auch in weiteren Phasen eine BIM-Anwendung, so freut uns das, und wir setzen es sehr gerne um.

Um auf BIM umzustellen, muss ein Unternehmen vier Säulen aufbauen: Software, Richtlinien, Prozesse und – am wichtigsten – Menschen. Die BIM-fähige Software ist schnell angeschafft. Richtlinien und Prozesse sorgen für die einheitliche Anwendung von BIM.

Wir haben für WOLFF & MÜLLER sogenannte Anwendungsfälle definiert. Sie regeln, wie wir die Methode zur Digitalisierung der Baubranche in den verschiedenen Projektphasen nutzen. Zum Beispiel leiten wir die Materialmengen für die Ausschreibung und Vergabe der verschiedenen Gewerke aus dem Bauwerksdatenmodell ab, erstellen automatisierte Terminpläne und simulieren den Bauablauf.

Die wichtigste Säule aus unserer Sicht sind jedoch die Menschen. Man muss alle beteiligten Personen auf dem neuen Weg mitnehmen.

Wir haben im Laufe der Jahre einen Pool von BIM-erfahrenen Planungsbüros aufgebaut, mit denen wir schon viele Projekte realisiert haben und entsprechend gut eingespielt sind, das macht die Zusammenarbeit einfacher. Unser Ziel ist es auch, die Datenmodelle mit unseren ausführenden Baupartnern auszutauschen.

Das funktioniert aber nur, wenn die Baupartner ihre entsprechenden Prozesse ebenfalls digitalisiert haben und die Digitalisierung der Baubranche ebenfalls vorantreiben. Zudem arbeiten wir mit externen Partnern wie BIMsystems daran, das Datenmanagement bei BIM-Projekten zu verbessern.

Wir können nun alle Informationen entlang des Produktlebenszyklus eines Bauwerks an einem zentralen Ort bündeln und managen. BIM bedeutet also ein besseres Informationsmanagement. Das ist die Voraussetzung für alle weiteren Schritte im Digitalisierungsprozess.

Kurz zusammengefasst sind die Vorteile dieser Form der Digitalisierung innerhalb der Baubranche folgende:

• mehr Qualität
• mehr Planungs-, Termin- und Kostensicherheit für Bauprojekte
• bessere Zusammenarbeit im Projektteam

Für Mitarbeitende gilt: Wer einmal mit BIM gearbeitet hat, möchte in der Regel nicht mehr zurück in die 2D-Ära. Auch Bauherren sind oft regelrecht begeistert. Vor allem die 3D-Visualisierungen, die wir aus dem Modell ableiten können, sind sehr hilfreich.

Sie vermitteln eine sehr realitätsnahe Vorstellung von dem späteren Gebäude. Die späteren Nutzer können das Bauwerk virtuell begehen, lange bevor wir den ersten Spatenstich gesetzt haben. Bei Baubesprechungen können wir auf jedes Detail zoomen und es uns genauer anschauen. Das erleichtert die gemeinsame Lösungsfindung.

Wir plädieren für Mut statt Gemütlichkeit. Die Digitalisierung der Baubranche erfordert eine gründliche Vorbereitung, am besten auf Grundlage einer klaren Digitalisierungsstrategie, und ist ein Change-Prozess für das ganze Unternehmen. Die Zielvorgabe muss ganz klar vom obersten Management kommen, doch die Umsetzung im Berufsalltag ist Sache der Mitarbeitenden.

Zurzeit ist BIM bei WOLFF & MÜLLER Standard in der Rohbauphase im Hochbau. Bei vielen Projekten wickeln wir auch schon den Ausbau, die Technische Gebäudeausrüstung und weitere Gewerke BIM-basiert ab.

Wir wollen die Methode aber möglichst auf alle Phasen ausweiten und noch intensiver nutzen. Ziel ist zudem, dass wir Bauherren einen digitalen Zwilling des fertigen Bauwerks überreichen, den sie dann in der Betriebsphase nutzen können.

Zudem führen wir BIM auch in anderen Bausegmenten ein, etwa im Tief-, Straßen- und Brückenbau. Wir bauen die Methode also kontinuierlich weiter aus.

BIM ist zwar ein wesentliches, aber nicht das einzige Werkzeug unserer Digitalisierungsstrategie der Baubranche. Wir setzen auch auf Virtual Reality, vernetzte Baumaschinen oder die Drohnenvermessung. Und wir digitalisieren nicht nur die Bauprozesse, sondern auch viele weitere Abläufe, etwa im Personalwesen.