Building Information Modeling (BIM) im Brückenbau

Building Information Modeling (BIM) for bridges

  • Um die BIM-Methode im Erhaltungsmanagement von Brückenbauwerken anzuwenden und die BIM-Modelle über die Lebenszyklusphasen Planung und Bau auch im Betrieb durchgehend nutzen zu können, müssen frühzeitig Definitionen und Anforderungen festgelegt werden, die an die BIM-Methodik für das Erhaltungsmanagement gestellt werden. Das Ziel des Projektes ist es, den gesamten Informationslebenszyklus eines Brückenbauwerkes zu untersuchen und dabei insbesondere die für das Betriebs- und Erhaltungsmanagement notwendigen Informationen zu berücksichtigen. Wesentlich dabei ist es, zu identifizieren, welche Informationen relevant für die gängigen Anwendungsfälle und Szenarien im Erhaltungsmanagement sind. Die relevanten Informationen werden dann den möglichen Datenquellen zugeordnet. Der Fokus liegt dabei auf der Praxistauglichkeit sowohl beim Erhaltungsmanagement, das üblicherweise von Behörden verantwortet wird, als auch im Informationsbeschaffungsprozess, bei dem verschiedene Beteiligte involviert sind. In den vergangenen 15 Jahren wurden im Rahmen verschiedener Projekte umfangreiche Untersuchungen zur Anwendung von BIM im Brückenbau durchgeführt. Dabei stellt vor allem die Veröffentlichung des IFC-Bridge Standards einen wesentlichen Fortschritt dar. Dennoch fehlen weiterhin konkrete Prozesse, Standards sowie Umsetzungsstrategien des Bundes. Expertenbefragungen hinsichtlich der Informationsanforderungen und der Umsetzung von Anwendungsfällen im Erhaltungsmanagement haben zu den Ergebnissen geführt, dass der Umfang der in den bestehenden Regelwerken geforderten Informationen ausreichend ist, die Informationsquellen und die Form der Information selbst jedoch nicht einheitlich und eindeutig sind. Aus den Befragungen und Analysen des Status quo im Erhaltungsmanagement hat sich ein Konzept entwickelt, welches aus einem Frontend, also der Benutzeroberfläche eines BIM-Bestandsmanagementsystems, und aus einem Backend mit den verschiedenen Datenquellen besteht. Die Grundprinzipien des Konzeptes sind, dass alle Informationen im Backend vorhanden sein sollen und dass alle Informationen in einer auswertbaren Form zur Verfügung stehen müssen. Hinsichtlich der Zuordnung zwischen Dokumenten und Modelelementen wurde eine Verknüpfung über ein Metadatenkonzept oder das Hinterlegen von Links hinsichtlich der Handhabung als sinnvoll erachtet. Dabei werden die Daten in ihrer ursprünglichen Form beibehalten und so eine langfristige Archivierung sichergestellt. Um die als notwendig identifizierten Informationen möglichst aufwandsarm zu erheben und für den Betrieb bereitzustellen, wurden zunächst die Begriffe As-built Modell und Digitale Bauwerksakte definiert. Im Rahmen einer BIM-gestützten Planung ist für ein As-built Modell sicherzustellen, dass dieses im Rahmen der Toleranzen dem gebauten Zustand entspricht. Für die Einführung des BIM-gestützten Erhaltungsmanagement bei Bestandsbrücken ergibt sich die große Herausforderung, dass Daten vielfach nur begrenzt digital vorliegen. Für die Erstellung der digitalen Bauwerksakte wurden die Ansätze Fusion-Data und Linked-Data un-tersucht und der Linked-Data Ansatz weiterverfolgt. Für die Verwaltung von As-built Modellen wird das IFC 4x2 Format empfohlen. Für die Anwendungsfälle Bauwerksprüfung, Nachrechnung, Schwertransporte, Durchführung von Erhaltungsmaßnahmen, Erweiterung des Bauwerks in Form von Um- und Ausbau sowie die Auswertung von Netzstatistiken wurde der Einfluss von BIM, die Nutzung der Informationen sowie die daraus entstehenden Soll-Prozesse im Betrieb konzipiert. Dafür wurde anhand eines praxisgerechten Konzepts die Umsetzung der Anwendungsfälle über das Frontend dargestellt. Das Konzept verfolgt die Voraussetzungen einer webbasierten Software als Frontend, welche als Zugang zur digitalen Bauwerksakte dient. Zur Demonstration der entwickelten Konzepte werden anhand des realen Projektes BW 27/1 der A99 die BIM-Anwendungsfälle des Erhaltungsmanagements implementiert. Auf Grundlage der in den AIA ergänzten Attributtabellen wurden die Attribuierung der BIM-Modelle sowie die Prüfung der Attribute durchgeführt. Weiterhin wurden die Dokumente auf Grundlage der entwickelten Konvention parametrisiert und regelbasiert mit den Daten verlinkt. Auf Grundlage der daraus erstellten digitalen Bauwerksakte wurde für die Umsetzung der Anwendungsfälle eine softwarespezifische Demo erstellt. Auf Grundlage der im Projekt begegneten Technologien wird ein Ausblick in künftige Trends und Entwicklungen gegeben. Laut einer Studie von Roland Berger werden Trends wie Cloud-Computing, Big Data, Internet of Things, Künstliche Intelligenz, Blockchain, Virtual und Augmented Reality, Robotik, Sensorik oder Smart Buildings und Smart Cities auch maßgebenden Einfluss auf das Planen, Bauen und Betreiben der Bauwerke von morgen haben.
  • In order to apply the BIM method in the maintenance management of bridge structures and to be able to use the BIM models throughout the lifecycle phases of design and construction including in operation, definitions and requirements that are placed on the BIM methodology for maintenance management must be established at an early stage. The project aims to investigate the entire information lifecycle of a bridge structure and, in particular, consider the information required for operation and maintenance management. Identifying which information is relevant to common use cases and scenarios in maintenance management is essential. The relevant information is then mapped to the possible data sources. The focus is on practicality both in conservation management, which is usually the responsibility of public authorities, and in the information acquisition process, where different stakeholders are involved. Over the past 15 years, various projects have conducted extensive research on the application of BIM in bridge construction. In particular, the publication of the IFC Bridge Standard represents significant progress. Nevertheless, concrete processes, standards as well as implementation strategies of the federal government are still missing. Expert surveys regarding the information requirements and the implementation of use cases in maintenance management have led to the results that the scope of information required in the existing regulations is sufficient. However, the sources of information and the form of the information itself are not uniform and clear. From the surveys and analyses of the status quo in maintenance management, a concept has been developed consisting of a front end, i.e. the user interface of a BIM inventory management system, and a back end with the various data sources. The basic principles of the concept are that all information should be available in the backend and that all information must be available in a form that can be evaluated. Regarding the linkage between documents and model elements, a link via a metadata concept or the deposit of links was considered helpful in handling. In doing so, the data is retained in its original form, thus ensuring long-term archiving. In order to collect the information identified as necessary with as little effort as possible and make it available for operation, the terms as-built model and Digital Building Record were first defined. In the context of BIM-supported planning, it must be ensured for an as-built model that it corresponds to the built condition within the tolerances. For the introduction of BIM-supported maintenance management for existing bridges, the great challenge arises that data is often only available in limited digital form. To create the Digital Building Record, Fusion-Data and Linked-Data approaches were investigated. The Linked-Data approach was pursued further. For the management of as-built models, the IFC 4x2 format is recommended. For the use cases of structure inspection, recalculation, heavy transport, implementation of maintenance measures, the extension of the structure in the form of remodeling and expansion and the evaluation of network statistics, the influence of BIM, the use of the information and the resulting target processes in operation were designed. For this purpose, the implementation of the use cases via the frontend was presented based on a practice-oriented concept. The concept pursues the prerequisites of web-based software as a frontend that provides access to the Digital Building Record. To demonstrate the developed concepts, the actual project BW 27/1 of the A99 is used to implement the BIM use cases of the maintenance management. Based on the attribute tables supplemented in the AIA, the attribution of the BIM models and the testing of the attributes were performed. Furthermore, the documents were parameterised based on the developed convention and linked to the data based on rules. Based on the resulting digital construction file, a software-specific demo was created to implement the use cases. Based on the technologies encountered in the project, an outlook into future trends and developments is given. According to a study by Roland Berger, trends such as cloud computing, big data, the Internet of Things, artificial intelligence, blockchain, virtual and augmented reality, robotics, sensor technology or smart buildings and smart cities will also have a decisive influence on the planning, construction and operation of the buildings of tomorrow.

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Metadaten
Author:Martin Seitner, Rebecca Probst, André Borrmann, Simon Vilgertshofer
URN:urn:nbn:de:hbz:opus-bast-27109
ISBN:978-3-95606-701-3
Series (Serial Number):Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe B: Brücken- und Ingenieurbau (182)
Publisher:Fachverlag NW in der Carl Ed. Schünemann KG
Place of publication:Bremen
Document Type:Book
Language:German
Date of Publication (online):2022/09/27
Date of first publication:2022/09/29
Publishing institution:Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
Release Date:2022/09/29
Tag:Brücke
Asset Management; Building information modelling
Number of pages:112 Seiten
Institutes:Abteilung Brücken- und Ingenieurbau
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Licence (German):License LogoBASt / Link zum Urhebergesetz

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