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Digitalisierung

Die Kommunikation verändert sich. In den letzten Jahren hat ein starker Wandel stattgefunden. Direkte mündliche Kommunikationen spielen nach wie vor eine zentrale Rolle, doch parallel entwickelt sich der Informationsautausch auch auf digitaler Ebene. Zudem sind wir heutzutage über die verschiedensten Netzwerke miteinander verknüpft und verfügen so von überall Zugriff auf publizierte Daten. Digitalisierung findet auch in der Industrie statt und beeinflusst die Art der Interaktion zwischen Mensch und Maschine. Zugleich kommunizieren Maschinen miteinander und bilden eigenständige Systeme. Verschiedene Fortschritte fördern diesen Wandel besonders. Sensoren werden in Zukunft immer kleiner und vernetzter, schnellere Prozessoren und wachsende Speicherkapazität bieten höhere Rechenleistungen und übergreifende Netzwerke ermöglichen eine ortsunabhängige Kommunikation. Durch diese Fortschritte erreicht die Produktion neue Dimensionen. Von der Erfindung der Dampfmaschine führte der Weg über die ersten Förderbänder und die zunehmende Automatisierung der Produktion bis zu den heutigen modernen und vernetzten Systemen. Wir sprechen hier von der Industrie 4.0

Maschinen, Menschen und Prozesse sind untereinander verknüpft und alle relevanten Informationen werden in Echtzeit verarbeitet. Früher war die Industrie sehr strukturiert, statisch und von Hierarchie geprägt. Auf dem Weg in die Zukunft wird sie durch eine vernetzte Industrie abgelöst, welche dynamisch, felxibel und dezentral organisiert ist. Die Digitalisierung wirkt sich für Unternehmen auf horizontaler sowie vertikaler Vernetzung aus. In vertikalen Dimensionen verändert sich die Weise, wie eine Firma intern die Produktion organisiert. Die horizontale Vernetzung beinhaltet die Art, wie das Unternehmen mit anderen Firmen im Austausch steht. Hier findet ein automatisierter Prozess entlang der Wertschöpfungskette und sogar des gesamten Produklebenszykluses statt. Mit der Digitalisierung lassen sich gewaltige Mengen an Daten sammeln und verarbeiten. Dies ermöglicht Innovationen auf verschiedenen Ebenen. Die durch die Digitalisierung entstehenden Dienstleistungen bringen neben dem Unternehmen, auch den Kunden einen Mehrwert.

Building Information Modeling

Building Information Modeling, kurz BIM, wird als kooperative Arbeitsmethode erfasst, mit der auf Basis digitaler Modelle eines Bauwerks die für seinen Lebenszyklus relevanten Informationen und Daten durchgehend erfasst, verwaltet und in einer transparenten Kommunikation zwischen den Beteiligten ausgetauscht oder für die weitere Bearbeitung übergeben werden. 

Ein BIM-Modell ist eine digitale dreidimensionale Abbildung des zu errichtenden Bauwerks. 

Im Rahmen eines BIM-Projektes gibt es in der Regel nicht das eine BIM-Modell. Es wird zwischen unterschiedlichen Teil- und Fachmodellen unterschieden.

Das BIM-Referenzmodell - üblicherweise das Architekturmodell - bildet alle notwendigen geometrischen Randbedingungen ab. Dieses Modell wird allen beteiligten Disziplinen als Referenz für ihreTeil- bzw. Fachmodelle zur Verfügung gestellt. Die einzelnen Teil- bzw. Fachmodelle werden im Zuge des BIM-Prozesses zu einem Koordinationsmodell zusammengeführt, sodass ein gemeinsames BIM-Modell ensteht. 

Das Modell bildet - neben den geometrischen Instanzen - zusätzliche Daten über den gesamten Lebenzyklus des Bauwerks ab. Daten und Hinweise zu Brandschutz, Korrosionsschutz, Angaben zur Montage und Wartung sind nur ein Bruchteil, von dem was das BIM-Modell beinhaltet. 

IFC
Es gibt viele Vertreter, die einzig IFC (Industry Foundation Classes), als das Austauschformat für die Gebäudedatenmodellierung sehen. Das Format, das von buildingSMART International als offener Datenstandard für das Bauwesen entwickelt wurde, soll Informationen zum gesamten Gebäude abbilden. Dies bedeutet die Gebäudestruktur, z. B. Etagen oder Abschnitte, werden ebenso hinterlegt wie detaillierte Informationen zum jeweiligen Gewerk. Es werden zu allen Disziplinen (Stahlbau, Statik, Massivbau usw.) entsprechende Möglichkeiten zur vollständigen Teilebeschreibung bereitstellt. Dies unterscheidet IFC z. B. von den im weiteren Verlauf beschriebenen Schnittstellen PSS oder CIS/2, die nur den Stahlbau beschreiben. Außerdem stellt IFC den Datenstamm eines Bauwerkes über den gesamten Lebenszyklus zur Verfügung. Die Unterstützung von IFC als hersteller- und softwareunabhängige Schnittstelle wird daher von immer mehr Anwendern und Auftraggebern gefordert. Diskutiert wird auch, inwiefern IFC verpflichtend für BIM-Projekte sein sollte. Der Austausch über das Datenformat bildet so auch die Grundlage eines offenen Datenaustauschs in Bauprojekten, bei denen jeder Beteiligte die für ihn besten Planungslösungen verwenden kann, also Open BIM. Die Entwicklung der IFC-Schnittstelle hat daher für die meisten Softwarehäuser eine hohe Priorität.
Die IAI (International Alliance for Interoperability, Vorgängerin von buildingSMART) hat einen Zertifizierungsprozess etabliert, welcher den inhaltlichen und organisatorischen Rahmen für eine IFC Implementierung auf hohem Niveau abbilden soll. Nur so können aus Sicht des buildingSMART die IFCSchnittstellen  mehrerer Programme durch die beteiligten Softwarehäuserintensiv gegeneinander getestet, auftretende Probleme diskutiert und effizient gelöst werden1. Die Verantwortung für die Qualitätssicherung liegt bei den Softwarehäusern. Dementsprechend sind deren Bemühungen groß, ein hohes Qualitätsniveau
in ihren IFC-Schnittstellen zu gewährleisten.
Der Prozess der IAI sieht eine Zertifizierung in zwei Stufen vor. Für die erste Stufe stehen mittlerweile mehr als 300 Testdateien zur Verfügung, welche auch die Modellierung zahlreicher Sondersituationen mit einschließt, die noch in früheren Testphasen Probleme bereitet hatten. Unterstützt eine Softwarelösung diese Testfälle, wird sie gemäß Stufe 1 zertifiziert. Stufe 2 sieht einen Test des Programms mit IFC-Daten ganzer Gebäude vor, welche aus der Praxis kommen und von Beta-Testern zur Verfügung gestellt werden. Erfüllt die Software auch diese Anforderungen, wird die endgültige IFC-Zertifizierung gemäß Stufe 2 zuerkannt.

BCF
BCF (BIM Collaboration Format) dient, wie der Name bereits andeutet, der zielgerichteten Kommunikation und Zusammenarbeit. Anstatt des Austauschs eines gesamten Fachmodells mit allen seinen Daten wird mittels BCF in einem (IFC-)Modell ein Element herausgegriffen, welches z. B. eine Kollision mit einem anderen Element erfährt. Es erhält Informationen zu Lage, Status, Anwender, Zeit, usw. im IFC-Modell und führt den Projektpartner direkt zur zu bearbeitenden Stelle im  Modell. Auf diese Weise muss nicht immer das komplette (IFC-) Modell versendet werden. Wenngleich IFC also unter den Schnittstellen sozusagen als der Inbegriff von BIM gilt, stehen dem Anwender eine Vielzahl weiterer Schnittstellen zur Verfügung. Sie werden ihre unterschiedlichen Stärken und Schwächen aufweisen, können aber je nach Bedarf das entsprechende Ziel erfüllen und den Weg für eine zunehmende BIM-basierte Planung ebnen.

Geometrie-Schnittstellen
DWG, DXF, und DGN sind sehr häufig anzutreffende Formate. Sie können in 2D und 3D vorliegen. In allen Fällen ist jeweils immer nur die Geometrie ohne jegliche Metadaten enthalten. Vor dem Hintergrund eines Workflows sollte man sich Gedanken machen, zu welcher Projektphase ein Modell, welches rein geometrische Daten bereitstellt, keine Behinderung darstellt. In frühen Phasen kann es durchaus Sinn machen, aus Mangel jeglicher 3D-Daten oder Modelle einen 2D-Bestandsplan als maßstabsgetreue Klickhilfe zu verwenden, um daraus ein 3D-Modell zu entwickeln. Auch wenn „nur“ eine Kollisionskontrolle in einer Abstimmungsphase das Ziel ist, macht die Kombination von solchen Geometriemodellen Sinn. Letztendlich werden diese Formate aber natürlich nie der BIM-Methode vollständig gerecht, die ja gerade die Abbildung des Bauwerks mit allen seinen Daten zum Ziel hat.

Datenbehaftete DSTV Formate
Die DSTV-Statikschnittstelle (DSTV Statik) ist eine Modellschnittstelle, die eine Element- bzw. Knotenbeziehung bidirektional übertragen kann. Neben dem Schwerelinienmodell werden Querschnitte und Material übergeben. Für die Ansteuerung von Fertigungsmaschinen, wie z. B. NC-gesteuerten Sägeanlagen oder Blechtrennmaschinen wurde eine Standardbeschreibung für die NC-Steuerung vom Stahlbauverband definiert (DSTV NC). Auch für den Datenaustausch zwischen CAD- und CAM-Systemen liefert der DSTV eine Schnittstellenbeschreibung. Alle Stahlbauelemente einer Zeichnung oder eines Projektes werden in einer normieren Schreibweise ohne Information der räumlichen Lage in einer Datei gesammelt (DSTV Stückliste). Sie kann durch die NC-Beschreibung der jeweiligen, einzelnen Elemente ergänzt werden. Alle drei vorgenannten Schnittstellen waren und sind erfolgreich im Einsatz. Allerdings ermöglichen sie jeweils immer nur einen spezifischen Datenaustausch. Eine Ablage in einer Modelldatenbank ermöglichte dann die Definition der Produktschnittstelle Stahlbau (PSS). Die Grundidee folgt dabei dem Ansatz der Schnittstellenformate CIMsteel und IFC.

Datenbehaftete, allgemeine Formate
SDNF
SDNF (Steel Detailing Neutral Format) ist eine Definition, die dem Umfeld der Anwender von MicroStation Frameworks entstammt. Es geht dabei um den Datenaustausch zwischen zwei Programmen, weniger darum, ein datenreiches Modell eines Projektes aufzubauen. Es werden im Normalfall Bleche und Profile übergeben, Bearbeitungen und Kürzungen sind auf einem einfachen Niveau definiert, d. h. das Modell hat einen Bearbeitungsstand, das dem des Basic Engineering entspricht. SDNF findet sehr häufig im Bereich des Anlagenbaus Verwendung und wird von vielen Programmen unterstützt.

PML
PML (Programmable Macro Language) ist eine von Aveva entwickelte Interpretersprache. Exportierte Modelle können lediglich in PDMS importiert werden. PML findet folgerichtig nur im Anlagenbau Verwendung, wenn PDMS das Zielsystem ist.

STEP
STEP (Standard for the Exchange of Product model data) ist ein Standard zur Beschreibung von Produktdaten, der in der Iso- Norm 10303 definiert ist. Es gibt verschiedene Anwendungsbereiche. Für den Stahlbau interessant sind ApplikationsProtokolle 203 und AP214 für Maschinen- und Automobilbau. In diesen sind neben den Meta-Daten, also den die Bauteile beschreibenden Daten, auch Boundary Representation (BREP) abgelegt. Dabei handelt es sich um die Darstellungsform eines Flächen- oder Volumenmodells, welches Objekte durch ihre begrenzenden Oberflächen beschreibt. In der Regel können Stahlbau- Systeme die Elemente des Maschinenbaus nicht weiterverarbeiten, allerdings kann die BREP als Kontrollmodell verwendetet werden. Sie entspricht in ihrer Verwendung eher den oben genannten Geometrieschnittstellen.

ISM
ISM (Integrated Structural Modeling) ist eine Modellschnittstelle, die von Bentley Systems entwickelt wird. Ziel ist es, alle Systeme, die von Bentley im Laufe der Zeit in das eigene Portfolio aufgenommen wurden, über eine Modellbeschreibung miteinander zu verbinden.

CIMSteel Integration Standards
CIS ist eine Definition, die formal Mitte der 90er Jahre in London ins Leben gerufen wurde und kurze Zeit später durch den AISC (American Institute of Steel Construction) eingeführt wurde. CIS wird von der Leeds University entwickelt und ist gebräuchlich in der Version 2, auch CIS/2 genannt. Ähnlich ISM oder der PSS handelt es sich um eine Modellbeschreibung, die sämtlichen Angaben zu dreidimensionaler Struktur, Bauteilbeschreibungen, Materialien, Bauteilhierarchie, Verbindungsmitteln, Schweißnähten zur Verfügung stellt. Anders als ISM als proprietäre Schnittstelle, ist CIS/2 eine unabhängig von Herstellern entwickelte Schnittstelle, ähnlich PSS.

steelXML
Der AISC arbeitet an einem neuen Standard (steelXML), der das Einkaufen von Stahl vereinfachen soll. Es wird auch unter dem Namen BIMsteel vermarktet.

BIM-Modell Typenhalle

 

Download erst nach Eingabe Ihrer persönlichen Daten möglich

BIM-Modell Geschossbau

Download erst nach Eingabe Ihrer persönlichen Daten möglich

Sharan Vijayagopal M.Sc.
Digitalisierung | eLearning