Hochschulübergreifende Ausbildung in der Big-Open-BIM Welt

Die Digitalisierung über alle Lebenszyklusphasen von Gebäuden hinweg, stellt derzeit eine der wesentlichen Herausforderungen der Bau- und Immobilienbranche dar. Aufgrund der enormen Herausforderungen der Branche, insbesondere im Hinblick auf Nachhaltigkeit und Fachkräftemangel, ist die Digitalisierung von Prozessen und eine durchgängige, lebenszyklusübergreifende Nutzung der BIM-Methode und der damit verbundenen Informationen unerlässlich.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, ist es notwendig, dass Studierende eine fachlich und persönlich anspruchsvolle und anwendungsbezogene Ausbildung im Hinblick auf die BIM-Methodik und damit verbundener digitaler Technologien erhalten. Hierfür ist es unerlässlich, dass die Lehre zur BIM-Methodik sowie dem digitalen Planen, Bauen und Betreiben im Curriculum der Hochschulen fest verankert ist. Beispiele für die durchgängige Integration von BIM und digitalen Technologien im Bauwesen stellen die Hochschule Karlsruhe, die Technische Hochschule Köln oder die Hochschule Augsburg dar. Hier kommt der anwendungsbezogenen Wissensvermittlung der Methoden und Prozesse, der Software und Tools sowie der Normung und rechtlicher Aspekte eine besondere Bedeutung zu.

Zur Stärkung dieses Profils wurden im Jahr 2022 an den drei vorgenannten Hochschulen die neuen Professuren für Digitales Planen und Bauen bzw. Softwareentwicklung im Bauwesen geschaffen und gleichzeitig besetzt. Eine Übersicht über die Standorte der Hochschulen ist in Abbildung 1 dargestellt.

Hiermit wird dem Bedarf nach praxisnah ausgebildeten Nachwuchskräften durch die Etablierung der Lehr- und Forschungsgebiete Rechnung getragen. Über eine Verknüpfung der Lehre mit anwendungsbezogener Forschung werden die Studierenden auf ihre zukünftigen Aufgabengebiete vorbereitet.

Die Hochschulen Köln, Karlsruhe und Augsburg eint der Fokus auf anwendungsorientierte Lehre und Forschung. Darüber hinaus ergibt sich eine spannende Möglichkeit zum interdisziplinären und fachübergreifenden Austausch an den Hochschulen durch die unterschiedlichen Studiengänge im Kontext Bau. Dies spiegelt sich auch in der Lehre und Forschung im Bereich des Digitalen Planens und Bauens wider. Die nachfolgende Abbildung 2 zeigt die Studiengänge, in denen die Professoren Bartels, Maile und Wimmer mit Vorlesungen beteiligt sind. Hieran ist zu erkennen, dass durch die verschiedenen Fachbereiche gerade auch über Hochschulgrenzen hinweg, eine integrale Zusammenarbeit vorteilhaft erscheint.

Aufgrund der jahrelangen Vorerfahrungen der Professoren in unterschiedlichen Bereichen des digitalen Planens, Bauens und Betreibens, forschen die jeweiligen Professoren aus Karlsruhe, Köln und Augsburg in unterschiedlichen Teildisziplinen des Digitalen Planens, Bauens und Betreibens. Diese reichen

• von der Optimierung der BIM-Methodik im Hinblick auf Prozesse, Nachhaltigkeit, Übergabe an das Facility Management oder Qualitätssicherung über
• Smart Building, Einbindung von Sensorik und der damit verbundenen durchgängigen und lebenszyklusübergreifenden Nutzung von Informationen
• bis hin zu gebäudebezogener BIM-basierter Softwareentwicklung und Energiesimulation.

Aus den unterschiedlichen und sich ergänzenden Forschungsschwerpunkten ergeben sich Kooperationsmöglichkeiten zwischen den Hochschulen. In diesem Artikel soll nachfolgend dargestellt werden, wie die drei Hochschulen im Bereich der Lehre zukünftig zusammenarbeiten wollen, um den Studierenden eine praxisnahe sowie fachdisziplin- und hochschulübergreifende Lehre zu ermöglichen.

Der Aufbau und die Inhalte der Vorlesungen in den Grundlagenfächern zielen darauf ab, ein Verständnis für den State-of-the-Art im Bereich Big-Open-BIM zu schaffen und dadurch einen Praxisbezug herzustellen. Vor diesem Hintergrund orientieren sich Teile der Vorlesungen an der nachfolgenden Abbildung 3.

Abbildung 3 zeigt in Grundzügen die praxisnahe Anwendung der Big-Open-BIM-Methode, deren Umsetzung den Studierenden vermittelt werden soll. Da diese Abbildung und die damit verbundenen Inhalte komplex sind, werden die Inhalte sukzessive vermittelt. Die Abbildung baut sich wie folgt auf:

Es werden aus dem Hochbau exemplarisch drei verschiedene Gewerke betrachtet. In diesem Fall sind es Architektur (ARC), Tragwerksplanung (TWP) und Technische Gebäudeausrüstung (TGA). Damit werden die essenziellen Gewerke des Hochbaus abgedeckt. Weitere bzw. andere Gewerke können nach dem gleichen Prinzip integriert werden. Aus Gründen der Übersichtigkeit beinhaltet die Grafik nur drei Gewerke.

Jede Fachplanung überführt die jeweils eigene Planung in ein entsprechendes Fachmodell. Sonst wird intern geplant und extern kommuniziert. Die Fachmodelle können bei gegebenen Anforderungen in Teilmodelle unterteilt werden. Gründe hierfür können die Performanz der Modelle und somit die Leistung der Rechner, die Verantwortlichkeiten und Rechte sein. Darüber hinaus wird das Koordinationsmodell zur Aufdeckung der interdisziplinären Fehler in Form eines Würfels, bestehend aus den Fach-/ Teilmodellen der einzelnen Fachplanungen zentral dargestellt.

Damit die BIM-Methode korrekt angewendet werden kann, müssen die entsprechenden Expertisen von entsprechenden BIM-Rollen im Projekt implementiert werden. Dazu werden verschiedene Rollen aufgeführt und entsprechend angeordnet. Die beiden Rollen Modellierer und Koordinator sind jeweils verantwortlich für die Erstellung verwertbarer Fachmodelle. Der Modellierer erstellt dabei federführend das Modell und kann entweder ein technischer Zeichner ein Ingenieur oder ein Architekt sein. Dies hängt von der Umsetzung im jeweiligen Unternehmen und dem Projekt ab. Der Koordinator ist intern für die eigene Qualitätssicherung zuständig und prüft die Modelle gemäß firmeninterner und projektspezifischer Standards. Der Gesamtkoordinator verantwortet das Koordinationsmodell und führt somit die unterschiedlichen Planstände zusammen, prüft diese und bespricht die Ergebnisse in Koordinierungsbesprechungen mit den Planungspartnern. Diese Rolle wird meist von der Objektplanung übernommen, da diese die Gesamtkoordinierungspflicht zu verantworten hat.

Der vom Bauherrn beauftragte Manager ist in der Abbildung 3 oben platziert und somit überwachend dargestellt. Dieser kontrolliert die Zusammenarbeit und die Liefergegenstände, erstellt die AIA (Auftragsgeber Informationsanforderungen) und verabschiedet den BAP (BIM Abwicklungsplan). Der BAP wird dabei federführend vom Gesamtkoordinator erstellt, dem die Koordinatoren zuarbeiten. Die Bezeichnungen dieser Rollen sind derzeit in Theorie und Praxis noch nicht einheitlich etabliert. Ein Grund hierfür liegt in den parallel laufenden Entwicklungen neuer Methoden. In der Praxis wird z. B. meist von BIM-Managern oder BIM-Gesamtkoordinatoren gesprochen. Die Novellierung der VDI 2552er Familie (VDI-Richtlinien die zur Umsetzung und Standardisierung der BIM-Methode erstellt werden) ersetzt hingegen das Akronym BIM bei der Rollenbezeichnung durch Information, um dadurch den Fokus auf die im Bauprozess essenziellen Informationen zu legen. Dementsprechend wird in der VDI-Richtlinienreihe z.B. nicht der BIM-Manager oder BIM-Gesamtkoordinator als Rollenbezeichnung verwendet, sondern der Informationsmanager oder Informationskoordinator.

Wesentlicher Bestandteil zur Umsetzung der integralen BIM-Methode sind die Softwareprodukte, die zur Erstellung, Koordinierung und Verwaltung der BIM-Modelle benötigt werden. In der Abbildung 1 sind deshalb die wesentlichen Werkzeuge ebenfalls aufgeführt:

• Das Autorensystem zur Modellierung und Datenanreicherung,
• das Koordinierungswerkzeug, ausgestattet mit Prüfmechanismen für die geometrische, parametrische und regelbasierte, interdisziplinäre Prüfung der Modelle und
• das CDE (Common Data Environment) zur digitalen Ablage, Verwaltung und Kommunikation.

In der Abbildung fehlen Softwareprodukte wie der Viewer für die einzelnen Modelle und Berechnungswerkzeuge, die mit den bereits generierten Daten und zusätzlicher Datenanreicherung komplexe Fragestellungen beantworten.

In der Abbildung 3 werden zusätzlich die wesentlichen, nicht proprietären Formate zur Realisierung der Big-Open-BIM-Methode aufgeführt. Es werden von jedem Fachplaner IFC-Modelle exportiert und auf dem CDE bereitgestellt. Diese dienen zur Kommunikation der eigens erstellten Modellierungsstände und zur Erstellung des Koordinierungsmodells. Hier sind insbesondere Themen wie Klassifizierung und Attribuierung der Schlüssel für eine effektive Zusammenarbeit. Die damit verbundenen Konventionen fließen bei der Ausarbeitung des BAP mit ein. Zusätzlich zu den IFC-Modellen wird das BCF-Format (BIM Collaboration Format) zwischen den einzelnen Akteuren mit Hilfe von Pfeilen dargestellt. Das BCF-Format wird zur plattformunabhängigen modellbasierten Kommunikation eingesetzt.

Letzter Bestandteil der Abbildung 3 ist die Eingrenzung auf das Asset Management der DIN EN ISO 19650 sowie die Erstellung des Projektinformationsmodells (PIM) und somit der Fokus auf die Planung und Realisierung. Im Rahmen dieser Norm, werden die Abläufe und der Zweck wichtiger Dokumente wie der AIA und BAP reguliert.

Alle drei Hochschulen eint der Ansatz einer praxisnahen Ausbildung. Dabei könnten alle drei frischberufenen Professoren unterschiedliche praktische Erfahrungen mit der Big-Open-BIM-Methode sammeln und diese direkt an die Studierenden der drei Hochschulen weitergeben. Prof. Wimmers Fokus auf die digitalisierte Planung, Prof. Bartels Erfahrung mit BIM Methoden in der Nutzungsphase des Gebäudes und Prof. Mailes Kenntnisse in der Modell- und Softwareentwicklung bilden eine breite und vielfältige Grundlage. Das Konzept der praxisnahen Ausbildung beinhaltet ein zweigeteiltes Modul in einen Theorie- und einen Praxisteil. Während in der Theorievorlesung die Grundlagen und das Verständnis für die BIM-Methode und ihre Anwendung in der Praxis gelehrt werden, können im praktischen Teil der Umgang mit den Softwareapplikationen und deren Verknüpfung anhand von Modellierungsaufgaben praktisch vermittelt werden. Dabei ist es wichtig nicht nur ein Softwaretool und eine Rolle zu erlernen, sondern ein Verständnis für den Gesamtprozess und die praktische Anwendung zu entwickeln. Die Ausbildung beinhaltet außerdem fundierte theoretische Grundlagen wie zum Beispiel die Geometriemodellierung oder auch digitale Details der Definition des open-BIM Dateiformates IFC. Im Praxisteil werden unterschiedlichste Softwareapplikationen verwendet, die so auch in der Praxis eingesetzt werden. Die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Studiengängen aber auch im Speziellen zwischen verschiedenen Hochschulen, ermöglicht ein sehr praxisähnliches Zusammenarbeiten. Diese Kombination stellt eine gute Vorbereitung der Studierenden auf ihren beruflichen Karrierestart dar und ermöglicht damit den Absolventen eine bessere Integration in den Arbeitsalltag. Die drei Professoren wollen mitwirken eine neue Generation von Studierenden auszubilden, die nicht nur die BIM-Methode anwenden können, sondern diese in der Praxis etablieren, weiter voranzutreiben und aktiv weiterentwickeln.

Die aufgeführte dezentrale Kollaboration in einer Big-Open-BIM-Welt soll die Studierenden auf die in der Praxis zu erwartenden komplexen, interdisziplinären Themenstellung vorbereiten. Die BIM-Methode wird im Zuge dessen als Querschnittsdisziplin umgesetzt, wodurch die integrale Zusammenarbeit der verschiedenen Fachplanungen optimiert, ermöglicht wird. Somit werden die Studierenden in die Lage versetzt sich auf ihr eigentliches Interesse, die Anwendung des Fachwissens ihres Studiums der Architektur, Bauingenieurwesens, TGA und weiteren Studiengängen (siehe Abbildung 2) inklusive der Digitalisierung konzentrieren zu können. Die Studierenden können dadurch den Fokus auf die Planung und den Entwurf des Projekts und somit die Kernelemente ihres jeweiligen Studiums legen.

Während der Ausarbeitung des Projekts werden die Studierenden die dezentrale, integrale Zusammenarbeit anwenden und dabei die bestehenden Hürden in der Anwendung der digitalen Modelle kennenlernen und mit Unterstützung der erfahrenden Professoren meistern. Das Ziel dieser Kollaboration ist das Verständnis für die jeweilig andere Disziplin und die verwertbare Vermittlung der eigenen Planung. Dabei werden essenzielle Anwendungsfälle von den Studierenden ausgearbeitet, wie bspw. die Datenanreicherung der einzelnen Modelle, das Raumbuch oder die modellbasierte Kommunikation. Um erste Erfahrungen in der Umsetzung dieser dezentralen Zusammenarbeit der Studierenden zu sammeln, werden Hochbauprojekte ausgearbeitet. Dabei werden alle bekannten BIM-Rollen von den Studierenden eingenommen und gleichzeitig das Projekt entwickelt (siehe Abbildung 3).

Derzeit arbeiten die Professoren noch an den organisatorischen Strukturen, um die Möglichkeiten der Hochschulübergreifenden Zusammenarbeit auszuarbeiten. Eine enge Kollaboration besteht bereits in Hinblick auf den BIM-Inhalt ihrer Vorlesungen. Die unterschiedlichen Hintergründe aller beteiligten Studiengänge und der unterschiedliche Studiumsfortschritt der Studierenden sind dabei zentrale Herausforderungen. Idealerweise würden alle Studierenden ein ähnliches Niveau an unterschiedlichem Fachvorwissen in das BIM Modul mitbringen. Ein geeignetes übergreifendes Konzept, dass unterschiedliche Semester und Studiengänge so zusammenbringt, dass alle Studierenden berücksichtigt werden, wird derzeit erarbeitet.

Die Generation der Studierenden, die mit dieser umfangreichen Erfahrung ihr Berufsleben starten, helfen dabei die digitale Disruption und Transformation der Bauindustrie in Deutschland kontrolliert und profitabel voranzutreiben. Derart wird die BIM-Methode fest in der deutschen Baukultur verankert.