CAD, BIM & die Zukunft: Revolutionen im Bauwesen

 

Vom Bleistift zum Papier, dann zu 3D-, 4D- oder sogar 5D-BIM - es besteht kein Zweifel daran, dass sich die Dinge in der Bauindustrie rasant verändern. CAD (Computer Aided Design) revolutioniert die Art und Weise, wie wir arbeiten - und das wird auch in Zukunft so bleiben.

Die Computertechnologie hat sowohl in der Design- als auch in der Fertigungsindustrie viele positive Veränderungen mit sich gebracht, wie zum Beispiel im Bereich des Prozessmanagements. Viel Zeit, die vorher für langwierige Konstruktions- und Korrekturprozesse per Hand verwendet wurde, wurde durch die Einführung von computerunterstütztem Design (CAD) gespart.

Was ist CAD?

Die Einführung von computerunterstütztem Design (Computer Aided Design) hat weltweit zu einer Steigerung der Produktivität geführt. CAD ist der Einsatz von Computertechnologien zur Unterstützung bei dem Design eines Produkts und umfasst alle Aktivitäten des Designprozesses. Dies ermöglicht es, relativ schnell aus einer Konzeptidee ein herstellbares Produkt zusammen mit allen dazugehörigen Spezifikationen zu entwickeln. Ingenieure und Fachplaner verwenden CAD-Software, um die Designproduktivität zu erhöhen, die Designqualität zu verbessern, die Kommunikation durch Dokumentation zu verbessern und eine Datenbank für die Produktion zu erstellen.

Die verschiedenen Arten von CAD-Software

Plancal nova

Innerhalb des CAD wird zwischen drei Systemen unterschieden:

  • 2D-Systeme, mit denen technische Zeichnungen erstellt werden;
  • 2½D-Systeme, die als Erweiterungen für CNC-gesteuerte Maschinen (Computer Numerical Control) im Bereich des Computer Aided Manufacturing dienen;
  • 3D-Systeme, die mit Draht-, Flächen-, oder Volumenmodellen arbeiten.

Der nächste Schritt nach den 3D-Systemen ist BIM (Building Information Modeling), das in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit erregt hat. Das Konzept von BIM ist jedoch nicht ganz so neu und reicht bereits über 40 Jahre zurück, während der Begriff BIM selbst seit etwa 15 Jahren im Umlauf ist.

 

Eine kurze Geschichte von BIM

  • 1975
    Das erste Dokument, in dem das heute als BIM bekannte Konzept erläutert wurde, war Charles M. Eastmans Beschreibung eines funktionierenden Prototyps Building Description System, die 1975 im AIA Journal veröffentlicht wurde. Zum ersten Mal wurden interaktiv definierte Elemente benutzt, bei denen Informationen wie Grundriss, Fassade, Perspektive und Querschnitt durch Attribute auf einheitliche Weise beschrieben waren. Erforderliche Änderungen konnten sofort vorgenommen werden, während alle anderen Zeichnungen dementsprechend geändert wurden. Daten zu Kosten, Mengen und Materialien konnten problemlos generiert werden.
  • 1986
    In einem Artikel von Robert Aish wird zum ersten Mal der Begriff "Building Modeling" so verwendet wie wir ihn heute kennen. Aish stellte fest, dass CAD in multidisziplinären Teams nur dann effektiv sein kann, wenn sämtliche, von den Akteuren benötigten, Informationen in geeigneter Weise, z.B. in einer 3D-Ansicht, dargestellt werden können. Er war der Meinung, dass ein integriertes CAD-System eine Lösung sein könnte, um die Koordination und Konsistenz der Konstruktionsinformationen zu erleichtern.
  • 1992
    Von Building Modeling war es nur noch ein kleiner Sprung zum "Building Information Modeling" oder BIM, ein Ausdruck der zum ersten Mal 1992 von G.A. van Nederveen und F. Tolman in einem Artikel der Zeitschrift "Automation in Construction" verwendet wurde. In diesem Beitrag wurde erklärt, wie die verschiedenen Aspektmodelle eines Bauprojekts von den Teilnehmern zusammengetragen werden, um ein gemeinsames Bauwerk-Referenzmodell zu bilden.

 

BIM heute

Trimble Connect

Heute bezeichnet BIM eine Arbeitsmethode, bei der ein 3D-Gebäudedatenmodell die Zusammenarbeit verschiedener Gewerke in der Baubranche integriert. Das Standardisierungskomitee des American National BIM Standard beschreibt BIM wie folgt:

“Building Information Modeling (BIM) ist eine digitale Darstellung der physikalischen und funktionalen Eigenschaften eines Bauwerks. BIM ist eine gemeinsame Wissensressource zu Informationen über ein Bauwerk, die eine zuverlässige Grundlage für Entscheidungen während dessen Lebensdauer bildet; vom ersten Entwurf bis zum Abriss.”

Ein BIM-Modell, wie wir es heute kennen, ist also eine Ressource, die während des gesamten Bauprozesses eingesetzt wird: vom ersten Entwurf, während des Baus, der langfristigen Wartung und des Betriebs des Bauwerks über die Jahre hinweg bis hin zum Abriss des Gebäudes.

 

Von 3D zu 4D, 5D und 6D BIM

BIM-Standards mögen sich weltweit unterscheiden, aber die Tatsache, dass BIM die Art und Weise verändert, wie wir im Bauwesen arbeiten, hat sich überall bestätigt. Während einige Firmen noch ihre ersten Schritte beim Übergang von der 2D- zur 3D-Konstruktion machen, machen sich andere schon bereit für den Sprung von 3D- zu 4D- und 5D- oder sogar 6D-BIM:

  • 4D-BIM: bringt visuelle Klarheit in den Gebäudeplan. Dies geschieht aufgrund von Berücksichtigung der Zeitachse im Plan, also der zeitlichen Abfolge der Planungs- und Konstruktions-Abschnitte, die mithilfe von Gantt-Diagrammen dargestellt werden.
  • 5D-BIM: erweitert 4D-BIM um die Kostenfunktion. Neben den standardmäßigen Designparametern werden nun auch zusätzliche Details wie Geometrie, Ästhetik, thermische und akustische Eigenschaften in die Projektbeschreibung einbezogen. Dies erlaubt, vorab die Auswirkungen einer Entscheidung auf die Kosten eines Entwurfs abzuschätzen.
  • 6D-BIM: integriert zusätzlich die verschiedenen Aspekte des Lifecycle Managements und bietet einen hohen Mehrwert, besonders für große Projekte. 6D-BIM fokussiert sich auf den gesamten, langfristigen Lebenszyklus eines Bauwerks, einschließlich der Daten für Wartung und Nachhaltigkeit, die bereits in einem frühen Stadium hinzugefügt werden.

Weitere wichtige Begriffe zu BIM finden Sie hier im BIM-Phrasebook.

 

Die Zukunft von CAD: Generatives Design

Der Einsatz von CAD ist im Laufe der Jahre stark gewachsen und hat sich radikal verändert und das ist nur der Anfang. Die wichtigsten Aspekte zukünftiger CAD-Technologien und -Software sind Bedienungs-Komfort und Schnelligkeit. Der Designprozess soll letztlich schneller, effizienter und einfacher gestaltet werden.

Mit Generativem Design können folgenden Ziele erreicht werden:

Generative Entwurfssoftware nutzt die eingegebenen Designziele und Parameter wie Material, Konstruktions- oder Herstellungsverfahren sowie Baukosten und das mit der in der Cloud zur Verfügung stehenden Rechenleistung.  Ausgehend von den Zielen und Parametern berechnet die Cloud-Software mehrere Designvarianten. Diese Varianten können sehr komplex sein: es würde Tage oder sogar Wochen dauern, sie in der derzeit verfügbaren 3D-CAD-Software selbst zu entwerfen und zu entwickeln. Und dank der 3D-Drucktechnologie ist es möglich, solch komplexe Designvarianten auch tatsächlich physisch herzustellen.

Generatives Design wird die Rolle von Designern, Ingenieuren und Modellbauern erleichtern und verändern. Über die Verwendung des Computers als einfaches Zeichenwerkzeug hinaus, werden die Ingenieure in Zukunft mit der Technologie im Designprozess zusammenarbeiten und sich mehr auf die Festlegung von Zielen und Kriterien konzentrieren können. Letztendlich wird die Bestimmung der besten Designvariante der Technik überlassen werden.


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