Building Information Modeling in der Fabrikplanung – Teil 2: praktische Anwendung

Im ersten Beitrag der Artikelreihe wurde Building Information Modeling in der Theorie sowie im nationalen und internationalen Kontext beleuchtet. Im folgenden Beitrag wird auf die praktische Anwendung der Methodik eingegangen. Der Anwendungsfall hierzu ist die E³‑Forschungsfabrik des Fraunhofer IWU.

Schwerpunkt meiner Seminararbeit war das Nachbilden der E³-Forschungsfabrik. Der Fokus lag dabei auf der damit verbundenen Untersuchung der Anwendbarkeit von Building Information Modeling im Kontext der Fabrikplanung. Die Modellierung der Fabrik erfolgte in der Software Autodesk Revit. Es existieren zugleich zahlreiche weitere Programme wie Tekla Structures, Graphisoft ARCHICAD oder Rhino 3. Diese ermöglichen die Anwendung von BIM, jedoch ist Revit das am weitesten verbreitete Building Information Modeling Softwaretool.

Die Vorgehensweise zum Aufbau des Modells bestand im Wesentlichen aus der Beschreibung der Modellanforderungen und dem Aufbau. Im Speziellen wurden die Forschungshalle mit den dazugehörigen Hallenelementen, die technische Gebäudeausrüstung und die Produktionsanlagen modelliert. Ein besonderer Schwerpunkt der Modellierung lag auf der Integration von energiebezogenen Daten (Anschlussleistung, Maximalleistung, Spannung usw.) in externe BIM- und CAD-Objekte. Für bereits vordefinierte Klassen in Autodesk Revit sind diese bereits hinterlegt. Als Modellanforderung wurde die hinreichend genaue Abbildung von Gebäude- und Fabrikelementen nach dem Level of Development, welcher als Industriestandard zur Genauigkeitsfestlegung von BIM Modellen dient, festgelegt. Die umgesetzte Modellierungsgenauigkeit ist das Level of Development 200. Dies ordnet ein Modell als hinreichend präzise ein, wenn eine vereinfachte generische Darstellung der Elemente vorliegt. Auf Grundlage der Anforderungen und mit Zuhilfenahme von Layouts sowie technischen Angaben erfolgte die iterative Erstellung des Building Information Models der E³‑Forschungfabrik.

Das fertige Modell besteht aus den Bestandteilen:

• Wände
• Decken
• Tragwerk
• Türen
• Fenster
• Tore
• Beleuchtung
• Produktionsanlagen
• sonstige Objekten (Sanitär, Raumbegrenzung, Photovoltaikelemente, etc.)

Alle Objekte in BIM-Modellen stehen zueinander in Beziehung und enthalten spezifische Eigenschaften. Beispielsweise bei den Wänden sind die Eigenschaften Wärmedurchgangskoeffizient, thermischer Widerstand und Absorptionsgrad einbezogen. Am erstellten Modell der E³‑Forschungsfabrik können unterschiedliche Analysen durchgeführt werden. Revit bietet hierzu eine Vielzahl von Analysetools zur genaueren Betrachtung und Bewertung der Gebäude an. Die Analysemöglichkeiten sind für die Architektur und Gebäudeplanung konzipiert, lassen sich jedoch begrenzt auf die Fabrikplanung übertragen. Zum Beispiel kann durch das Anwenden der Energie- und Solaranalyse die gesamtheitliche energetische Betrachtung der Fabrik unterstützt werden. Die Energieanalyse ermittelt den Bedarf an elektrischer Energie für einen Bereich in einem gewählten Zeitraum. Die Solaranalyse ermittelt die Eignung einer Fläche für die Nutzung von Solarenergie.

Was sind die Vorteile der Arbeitsmethodik BIM? Welche Grenzen zur Anwendung in der Fabrikplanung existieren?

Das Anwenden von Building Information Modeling im fabrikplanerischen Kontext ermöglicht nach dem aktuellen Anwendungsstand bereits einige Vorteile, vor allem in frühzeitigen Fabrikplanungsphasen. Zum einen sind das die visuelle Repräsentation der Fabrik und die Möglichkeit, fabrikplanerische Untersuchungen, sowohl mit den Revit-Analysemöglichkeiten als auch durch ergänzende methodische Vorgehensweisen (bspw. das Analysieren der Flächennutzung), durchzuführen. Zum anderen ist der Datenaustausch eines solchen Modells und das damit verbundene Öffnen sowie Bearbeiten in unterschiedlichen Programmen mit dem internationalen Austauschstandard IFC (Industry Foundation Classes) ohne Probleme möglich.

Grenzen der Anwendbarkeit von BIM-Modellen in der Fabrikplanung zeigen sich jedoch in der fehlenden direkten Anwendbarkeit auf fabrikplanerische Inhalte. Abgesehen von der visuellen Darstellungsfunktion und einfacheren Analysen sind die Möglichkeiten beschränkt. Es lassen sich keine fabrikplanerischen Informationen oder energiebezogene Daten in externe BIM- oder CAD-Objekte hinterlegen. Außerdem fehlen zum Aufbau von Produktionen sowie Fertigungen die entsprechenden Objektfamilien. Indessen können mit den bereits vorhandenen elektrischen Verbrauchern Stromkreise und Verbräuche für die Fabrikhalle als Gebäude abgebildet werden. Somit können bereits wertvolle Informationen für das Gebäudemanagement zur Verfügung gestellt werden. Zusammengefasst ist die umfassende Anwendung der Methodik zur Planung von Fabriken aktuell noch als ungenügend einzuordnen. Es existieren zahlreiche Einschränkungen und unzureichende Anwendungsmöglichkeiten, so dass sich der vorausgehende Arbeitsaufwand zur Erstellung eines Modells nicht rentabilisiert.

An diesem Punkt setzt die Organisation buildingSMART an, welche die Planungsmethodik BIM für den fabrikplanerischen Kontext erweitern möchte. Damit soll eine schnellere und effizientere Nutzung für weitere Planungsfälle außerhalb der Architektur- und Gebäudeplanung ermöglicht werden. Es gilt abzuwarten, ob sich dadurch die praktische Anwendbarkeit von BIM erweitern kann.