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[ Denkmalschutz ]

BIM in der Sanierung: Heizwerk von hks architekten

Den Umbau des ehemaligen Erfurter Heizwerks planten hks architekten aus Erfurt auf Grundlage eines digitalen Aufmaßes mit Open BIM und 3D-Modellierung

Architekten stehen in der Halle
Direkt im Objekt in Erfurt: links vorn Martin Werner, BIM-Koordinator, hinten in der Mitte Michael Rommel, Geschäftsführender Gesellschafter, rechts Marco Schlothauer, Geschäftsführender Gesellschafter von hks architekten. © Alex Brunner, Berlin

Von Tim Westphal

Das denkmalgeschützte ehemalige Heizwerk in Erfurt soll bis Ende 2020 zu einem kulturellen Zentrum im Stadtteil Brühl werden. hks architekten aus Erfurt sind die projektleitenden Architekten und zukünftig selbst Mieter im Gebäude. Das Heizwerk, das in Zukunft unter dem Namen „Zentralheize“ bekannt werden soll, ist nicht das erste BIM-Projekt für hks. Das Büro setzt seit 2014 verstärkt auf die digitale Planungsmethode. Gestartet sind sie damals mit einem kleinen Projekt, einer Übernachtungsstätte für Obdachlose, bei dem sie in der eigenen „Little-BIM1“-Umgebung arbeiteten.

Bei Little BIM handelt es sich um eine Insellösung, wobei die Architekten die büroeigene BIM-Planungsoftware Archicad in nur einer Fachdisziplin verwendeten. In die 3D-Modellierung waren die Planer zu diesem Zeitpunkt noch nicht eingebunden. Trotzdem profitierten sie bereits damals von dem Einsatz von BIM. Martin Werner, Architekt und BIM-Experte bei hks, benennt wichtige Vorteile für das Projekt: „Früher aufwendige Tür- und Fensterlisten oder Mengen und Massen hatten wir mit der bauteilorientierten Planung in kürzester Zeit und sehr exakt vorliegen. BIM hat funktioniert. Und das bereits mit dem ersten Projekt.“

Digitales Aufmaß als Planungsgrundlage

Im Laufe der vergangenen Jahre haben hks architekten in diversen Projekten verschiedene Herangehensweisen von Little BIM bis zu Big Open BIM2 getestet. Big Open BIM/Open BIM heißt: Verschiedene Planer arbeiten mit ihren spezifischen BIM-Softwarelösungen und tauschen sich über neutrale Datenaustauschformate wie IFC oder BCF im Planungsprozess aus. Open BIM bedeutet eine offene, hersteller- und systemübergreifende BIM-Integration.

Computerbildschrim mit Grafik des Entwurfs
Die Vorteile von BIM: stringente, digitale Planung und eine geringere Fehlerquote © Alex Brunner, Berlin

Beim Erfurter Heizwerk setzen sie konsequent auf Open BIM und 3D-Modellierung, schon ab dem Aufmaß: im Digitalaufmaß entstand eine 3D-Punktwolke, die die Basis ihres 3D-Modells und der kompletten Planung bildet. Den Laserscan des Bestandsgebäudes erstellte ein Vermessungsbüro. Die Scandaten führte der Vermesser dann zu einer Punktwolke zusammen. Anschließend legten Architekten und Vermesser den Ausschnitt und vor allem die Auflösung der Scanpunkte (also wie dicht die Punkte nebeneinanderliegen) fest. BIM-Experte Martin Werner: „Dies war enorm wichtig, da die Auflösung der Punktwolke mit der Dateigröße und somit mit der Performance der CAD-Anwendung zusammenhängt. In unserem Fall war die Datei mit voller Auflösung 100.000 MB, die reduzierte Datei dann nur noch 500 MB groß.“

Die soweit „abgespeckte“ Punktwolke importierten hks in ihr BIM-Planungsprogramm und nutzten sie als Maßreferenz für die Nachmodellierung. Dabei zeichneten sie nur Elemente nach, die baukonstruktiv umfassend angepasst oder verändert werden, beispielsweise das Dach. Diese Arbeitsweise bedeutet bei dem denkmalgeschützten Sanierungsprojekt viel Zeit, die in die Planerstellung fließt. Hks- Geschäftsführer Marco Schlothauer: „Ein Vermesser ist deutlich schneller mit der Modellierung, als wir es sind. So haben wir in einem anderen Sanierungsprojekt Kappendecken nachmodelliert und schnell gemerkt, wie zeitaufwendig das ist. In solchen Fällen müssen wir immer wieder abwägen, welchen Aufwand wir im Projekt betreiben wollen.“

Grafik mit Überlagerung von neuer Planung und Punktwolke des Bestandes
Das Digitalaufmaß des Erfurter Heizwerks entstand als 3D-Punktwolke. Sie ist Basis für die BIM-Planung in Archicad. Hier ist die Überlagerung von neuer Planung und Punktwolke des Bestandes zu sehen. © hks architekten, Erfurt

Anforderungen definieren, Aufwand abwägen

Wesentlich ist daher, mit dem Bauherrn oder Auftraggeber festzulegen, was die Anforderungen an einen Umbau sind und worauf besonderes Augenmerk bei der Sanierung gelegt werden soll. Selbst für kleine Projekte empfiehlt sich ein digitales Aufmaß im Vorfeld und als Arbeitsgrundlage. Die Kosten sind dabei unwesentlich höher als bei einem konventionellen 2D-Aufmaß. hks differenzieren jedoch bei der Aufmaßtiefe: Ein verformungsgerechtes Aufmaß, das problemlos digital möglich ist, ist nicht zwingend notwendig. Vielmehr empfiehlt es sich, den Detaillierungsgrad bei der Modellierung im Nachgang an schwierigen Detailpunkten anzupassen. Anders gesagt: vom LOD3 300, den hks im Normalfall modellieren, auf einen Detaillierungsgrad bis LOD 500 zu erhöhen. LOD (Level of Development) steht für den Detaillierungs- bzw. den Fertigstellungsgrad und beschreibt vereinfacht gesagt die Präzision eines Gebäudemodells. Die Definition LOD ist nicht eindeutig und wird daher unter anderem in verschiedenen Normungsausschüssen diskutiert.

Transparenter und übergreifender Datenaustausch

Für die umfassende Planung, von der ersten Modellierung bis zur Ausführungs- und Detailplanung, setzen hks auf Archicad. Die BIM-Planungssoftware bietet die Grundlage für die Koordinierung der Fachplaner und dank verschiedener Schnittstellen zu Programmen wie dem Modelchecker Solibri oder der Visualisierungssoftware Cinema 4D wichtige Funktionen im Büro hks. BIM-Experte Martin Werner: „Wir kommen darüber hinaus mit Archicad sehr weit im Büro. Wir haben ein kleines Visualisierungsteam aufgebaut und erstellen unsere Visualisierungen selbst. Hinzu kommt die gute IFC-Funktionalität. Wir haben uns lange am Markt umgeschaut und uns dann sehr bewusst, im Team gemeinsam mit den Mitarbeitern, für diese Software entschieden.“

Der Datenaustausch über IFC ist einer der Punkte, die entscheidend für hks beim Erfurter Heizwerk sind. Die Planung soll möglichst kollaborativ und fachübergreifend möglich werden. Aktuell sind die Architekten in der Umsetzung des Bauabschnitts 1, parallel wird die Planung für Sanierung und Erweiterungsbau fortgeführt. Die Zusammenarbeit zwischen den Fachplanern und Architekten über IFC-Schnittstelle verläuft mit dem TGA-Fachplaner und dem Statiker ohne größere Probleme. Jedoch wünschen sich hks in anderen Bereichen wie der Elektroplanung mehr Zuspruch bei BIM.

Rendering des zentralen Kesselsaals im Heizwerk Erfurt
Der zentrale Kesselsaal soll zukünftig unter anderem für Kulturveranstaltungen genutzt werden. © hks architekten, Erfurt

Kollaboration und Kommunikation im Planungsprozess

In das Architekturmodell referenzieren hks jedoch nicht die kompletten Fachplanungen hinein. Über die Koordinationssoftware Solibri führen sie die Teilplanungen zusammen und protokollieren die Clashes, also jene Punkte, wo Unstimmigkeiten auftreten, über BCF-Dateien zurück zur Bearbeitung an die Fachplaner. Martin Werner: „Für uns sind sie ein optimales Werkzeug für den Austausch. BCF-Dateien erleichtern die Kommunikation enorm und sind sehr einfach zu verwenden.

Neben der grafischen Darstellung eines Problempunkts, ist eine Art Chat-Protokoll integriert, mit dem man einfach und mit geringem Aufwand Informationen austauschen kann.“ In Archicad werden nur die relevanten Planungsinformationen übernommen, um das 3D-Modell schlank zu halten. Wichtige Details, zum Beispiel Dachanschlüsse oder Systemaufbauten, holen sich die Architekten als „BIM-Schnipsel“ oder „IFC-Schnipsel“ ins Modell. Die Koordinierung der Fachplanungen erfolgt jedoch über den Modelchecker Solibri.

Den Nutzen der BIM-Planung erkennen

Beim Erfurter Heizwerk sind Bauherr, Auftraggeber und Architekt (zumindest in Teilen) identisch. Das ist ein Ausnahmefall und erleichtert den Einsatz digitaler Planungsmethoden. Denn die Bauherren wissen noch viel zu selten um die Vorteile der BIM-Planungsmethode für ihr eigenes Projekt. Der Nutzen ist dabei nicht immer allein in Zeit zu messen, stellen hks architekten heraus. Wesentlich sind andere Vorteile, die eine stringente, digitale Planung mit sich bringt. Vor allem eine durchgängige, digitale Prozesskette, die eine geringere Fehlerquote bedingt und damit im fortschreitenden Projekt die Kosten durch Baufehler verringern hilft, nennen sie.

Zeichnung neuer Erschließungswege
Der denkmalgeschützte Bau heißt künftig „Zentralheize“ und wird durch neue Zugänge besser von der Umgebung aus erschlossen. © hks architekten, Erfurt

BIM bedeutet darüber hinaus eine offene und zielorientierte Zusammenarbeit aller Planungspartner, die Zeit braucht. Marco Schlothauer: „BIM erfordert Zeit. Gleich zu Projektbeginn muss man sich die Zeit nehmen, das Projekt gemeinsam aufzusetzen und geeignete Planer für einen sauberen BIM-Prozess zu finden. Dann kann es optimal gemeinsam umgesetzt werden.“

Das Erfurter Projekt zeigt: Der Einsatz von BIM in Sanierungsprojekten ist sowohl sinnvoll als auch effizient. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um ein denkmalgeschütztes Gebäude handelt oder nicht. Entscheidend ist die konsequente Umsetzung der digitalen Planungsmethode, die bereits mit dem 3D-Aufmaß beginnt. Aufwand und Nutzen der Arbeitsweise muss jeder für sich selbst definieren, ebenso die Planungstiefe und den Detaillierungsgrad, der für die Entwurfs-, Ausführungs- und Detailplanung notwendig ist.

Entscheidende Vorteile der BIM-Planung, so zum Beispiel das frühe Erkennen von Planungsfehlern in den Fachmodellen und Fachplanungen der beteiligten Planungspartner, bleiben jedoch immer bestehen. Und zwar unabhängig davon, ob das kleinste Detail modelliert ist oder nicht. Eindeutige Zuständigkeiten, Kollaboration und Kommunikation der Planungspartner sind weiterhin der Schlüssel für ein erfolgreiches (BIM-)Projekt. Dabei unterstützen digitale Planungsmethoden den Prozess der Zusammenarbeit entscheidend – egal, ob im Neubau oder bei einer denkmalschutzkonformen Sanierung wie in Erfurt.

Tim Westphal ist Journalist und macht Pressearbeit, u.a. für Graphisoft

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