1. Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2021 277 Modellbasiertes Erhaltungsmanagement im Verkehrswegebau am Beispiel des Pilotprojekts „Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24“ Thomas Tschickardt, M. Eng. Wayss & Freytag Ingenieurbau AG, Frankfurt am Main, Deutschland Anne-Sophie Knappe, B. Sc. Wayss & Freytag Ingenieurbau AG, Frankfurt am Main, Deutschland Zusammenfassung Die BIM-basierte Methode der Projektabwicklung befindet sich aktuell im Infrastruktur- und Ingenieurbau - insbesondere in der Erhaltungsphase - noch in der Erprobung. Das Projekt „Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24“ ist das erste Pilotprojekt, bei welchem Planung, Ausführung und Erhaltung mit BIM aus einer Hand erfolgen. Durch die Anwendung der BIM-Methode im Projekt soll insbesondere der Informationsfluss an den Schnittstellen zwischen den Projektbeteiligten und Lebenszyklusphasen verbessert und das Prinzip der „Single Source of Truth“ angewendet werden. In diesem Beitrag stehen die projekt- und erhaltungsspezifischen Anwendungsfälle im Fokus. Dabei sind zum einen die Ergebnisse der Zustands- und Schadenserfassung und zum anderen die durchzuführenden Erhaltungsmaßnahmen für die Anlagenteile Ingenieurbauwerke und Oberbau modellbasiert zu visualisieren. Zur Visualisierung der Zustands- und Schadensbewertung sowie der Erhaltungsmaßnahmen wurde ein Konzept entwickelt, welches die Einbindung der Daten aus SIB-Bauwerke bzw. der ZEB-Befahrung in das Bauwerksinformationsmodell ermöglicht. Über eine Formularoberfläche kann die Visualisierung entsprechend dem vorab festgelegten Farbschema der Zustandsnotenbereiche gesteuert werden. Der Beitrag ist eine Fortschreibung von [1] und [2]. 1. Projekt „Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24“ 1.1 Projektvorstellung Das Projekt „Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24“, welches als eines der Pilotprojekte des BMVI zur Vorbereitung und Erprobung des vom Stufenplan Digitales Planen und Bauen vorgegebenen Leistungsniveaus 1 ausgewählt wurde, erweist sich für die Anwendung der BIM-Methode als besonders geeignet, da wesentliche Teile der Wertschöpfungskette von Planung, Bau und Erhaltung aus einer Hand erfolgen. Auftragnehmer ist Havellandautobahn GmbH & Co. KG bestehend aus der Royal BAM Group, PGGM und der HABAU Hoch- und Tiefbaugesellschaft. Planungs- und Bauleistungen werden durch die ARGE A 10/ A 24 Havellandautobahn erbracht, Betrieb und Erhaltung erfolgen durch die Havellandautobahn Services GmbH & Co. KG. Die Leitung des BIMManagements liegt bei der BAM-Konzerngesellschaft Wayss & Freytag Ingenieurbau AG. Die Vertragsstrecke umfasst rund 64,2 km und wird in weniger als fünf Jahren unter laufendem Verkehr ausgebaut bzw. erneuert, um dem künftigen Verkehrsaufkommen gerecht zu werden. Die BIM-Vertragsstrecke im Projekt umfasst den vierten Bauabschnitt auf der BAB A 24 (Abbildung 1) im Bereich von Km 222+675 bis Km 228+175. Der Bauabschnitt hat eine Länge von 5.500 m und beinhaltet zwei Tank- und Rastanlagen: Die Tank- und Rastanlagen Linumer Bruch Nord und Süd befinden sich zwischen Km 224+660 bis Km 225+210. Weiterhin beinhaltet der Bauabschnitt mehrere Ingenieurbauwerke: den Ersatzneubau des Brückenbauwerks (BW2) über die Ortsverbindungsstraße Kuhhorst - Linum bei Km 226+104, eine Lärmschutzwand (LSW) mit einer Länge von 265m im Bereich Km 225+246 bis Km 225+511 und zwei Verkehrszeichenkragarme (VZK) bei Km 224+730 und Km 225+405. Die BAB A 24 ist mit einem System zur Nutzung des Seitenstreifens (Temporäre Seitenstreifenfreigabe, TSF) durch Fahrzeuge ausgestattet. Die TSF-Anlage trägt bei hoher Verkehrsbelastung zur Verflüssigung des Verkehrs bei. Die Breitenausdehnung der BIM-Anwendungen versteht sich bis zur Vertragsgrenze. Einbezogen werden alle Anlagenteile inkl. Bestand (Brückenbauwerk, Strecke, Tank- und Rastanlagen, Ausstattung, Entwässerung, Sparten, TSF, Fernmeldeanlagen, Landschaftsbau etc.). Modellbasiertes Erhaltungsmanagement im Verkehrswegebau am Beispiel des Pilotprojekts „Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24“ 278 1. Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2021 Abbildung 1: Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24 - BIM-Vertragsstrecke 1.2 BIM-Anwendungsfälle Ein BIM-Ziel ist ein vom Auftraggeber (AG) definierter und in der Zukunft liegender Zustand, welcher durch die Anwendung der BIM-Methode erreicht werden soll. Als allgemeines Ziel verfolgt der AG den Erfahrungsgewinn mit der Anwendung der BIM-Methode bei ÖPP-Projekten. Im Vordergrund stehen für den Erfahrungsgewinn hierbei die Einbeziehung aller im Leistungsumfang enthaltenen Gewerke (Strecke, Konstruktiver Ingenieurbau etc.), die gesamte Wertschöpfungskette (Planung, Bau, Erhaltung) und die Durchführung der BIM-Methode bei einer Verkehrswegebaustelle. Des Weiteren ist ein großes Ziel die Vermeidung der redundanten Information durch konsistente Planableitungen aus den Bauwerksinformationsmodellen. Zudem ist die Leistungsverfolgung und der Abgleich der aufgestellten Bauablaufplanung transparent dazustellen. Durch den Einsatz der BIM-Methodik soll eine bessere Übersicht über die geplanten Erhaltungsmaßnahmen sowie über die Zustandswerte geschaffen werden. Gemäß den Vergabeunterlagen ist die Umsetzung folgender Anwendungen vertraglich gefordert: Planungsphase • Erstellung Bauwerksinformationsmodelle • Kollaboration und Kommunikation • BIM-Koordination Ausführungsphase • Planableitung • 4D-Bauablaufplanung und 4D-Soll-Ist-Vergleich und Statusanzeige Erhaltungsphase • Visualisierung der Erhaltungsmaßnahmen • Visualisierung gem. ZTV-Funktion StB A 10/ A 24 1.3 Software Architektur Zurzeit existieren in Deutschland nahezu keine einheitlichen Methoden und Standards für die Implementierung sowie Anwendung von BIM im Verkehrswegebau. Dies spiegelt sich, insbesondere in großen Unternehmen, u.a. anhand der Nutzung vieler unterschiedlicher Softwarelösungen zur Erfüllung der geforderten Leistungen unter BIM wider. Eine Vielzahl von Softwarenbietern bietet zwar geschlossene BIM-Lösungen an, jedoch sind diese aufgrund ungelöster Schnittstellenproblematiken speziell im Infrastruktur- und Ingenieurbau i.d.R. nicht mit einem Open-BIM-Ansatz im Projekt vereinbar. Hinzu kommt, dass sich die Format- und Darstellungsanforderungen digitaler Dokumente verschiedener institutioneller Auftraggeber, in deren Verantwortungsbereich nahezu alle Infrastrukturbaumaßnahmen liegen, z.T. erheblich unterscheiden. Infolgedessen bedarf es, selbst bei einer ausschließlich unternehmensinternen BIM-Anwendung, leistungsfähiger Schnittstellen speziell für den Verkehrswegebau, die den Anforderungen an den Open-BIM-Prozess gerecht werden. Für den offenen Modellaustausch wird IFC als plattformunabhängiges Austausch-/ Koordinationsformat im Verkehrswegebau eingesetzt. Hierbei ermöglichte die genutzte Version IFC 4.0 zwar bereits prinzipiell eine systemoffene Zusammenarbeit, allerdings nur unter Berücksichtigung zahlreicher Einschränkungen und Workarounds. So mussten bspw. aufgrund Modellbasiertes Erhaltungsmanagement im Verkehrswegebau am Beispiel des Pilotprojekts „Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24“ 1. Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2021 279 des ungenügenden IFC-Exports in einigen Autorenprogrammen Merkmale in der Koordinationssoftware bereinigt oder sogar komplett angelegt werden. Auch wurde oftmals CPIXML als offenes Datenformat anstelle von IFC gewählt. Zur Kommunikation von Ansichtspunkten, kritischen Punkten etc. wird das BCF-Format eingesetzt. Abbildung 2 stellt die Software-Architektur in Bezug auf die umgesetzten BIM-Anwendungsfälle im Projekt dar. Abbildung 2: Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24 - Software Architektur 1.4 BIM-Dokumente Grundlage für die digitale Planungsmethode ist die Erstellung der BIM-Dokumente „Auftraggeber-Informations-Anforderung“ (AIA) und „BIM-Abwicklungsplan“ (BAP) - die „Baubeschreibung“ für BIM-Projekte. In den AIA werden die Informationsbedürfnisse des AG definiert. Vor dem Hintergrund der umfangreichen Leistungsübertragung beim Projekt „Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24“ (Planung, Bau, Betrieb und Erhaltung) hat sich der AG dazu entschlossen, in den Vergabeunterlagen (VGU) lediglich BIM-Mindestanforderungen im Sinne einer funktionalen Leistungsbeschreibung festzulegen, die Verantwortung für die Erstellung der AIA hingegen liegt beim AN. Der BAP wird in kooperativer Arbeitsweise mit dem AG und den Fachplanern erstellt. Die Zielsetzung ist, das Beste für das Projekt zu erreichen, gemeinschaftlich die Inhalte mit den hierfür zu erbringenden Leistungen aller Projektbeteiligten zu definieren und einen nationalen Standard zu entwickeln. Durch den BAP werden die Aufgaben, die Verantwortlichkeiten und die Interaktionen von jeder Organisation in Bezug auf die BIM-Informationen und die Bauwerksinformationsmodelle definiert. Aufgrund der rapiden Entwicklung in allen Bereichen des digitalen Planen und Bauens handelt es sich beim BAP um ein lebendes Dokument, welches im Projektverlauf kontinuierlich fortgeschrieben wird. Um die Wiederverwendbarkeit des entwickelten Dokuments zu gewährleisten, hat sich das BIM-Team dazu entschlossen, den BAP des Verfügbarkeitsmodells A 10/ A 24 mit projektspezifischen Anlagen zu entwickeln. Diese sind: • Anlage 1 BIM-Terminplan • Anlage 2 BIM-Anwendungsfälle Prozesse und Durchführung • Anlage 3 Modellierungsrichtlinie • Anlage 3.1 Klassen- und Merkmalkatalog • Anlage 4 CDE Guideline • Anlage 5 BCF-Austauschrichtlinie • Anlage 6 Master-Informationslieferplan & Aufgaben-Informationslieferpläne • Anlage 7 Modellelement-Erstellungsplan • Anlage 8 Schulungskonzept • Anlage 8.1 BIM-Assessment Die Dokumente sind in [2] im Detail beschrieben. 2. Grundlagen des Erhaltungsmanagements Das Erhaltungsmanagement in Deutschland verfolgt überwiegend eine präventive Erhaltung [3]. Das heißt, statt nur auf auftretende Schäden zu reagieren und diese in Stand zu setzen, soll der Zustand der Verkehrsanlagen durch gezielte, effiziente Strategien, unter Berücksichtigung des zur Verfügung stehenden Erhaltungsbudgets, in einer konstanten Qualität gehalten werden. Zu Anlagenteilen der Bundesfernstraßen gehören nach dem BMVI Fahrbahnen, Ingenieurbauwerke und sonstige Anlagenteile wie Radwege und Nebenanlagen [4]. Die Modellbasiertes Erhaltungsmanagement im Verkehrswegebau am Beispiel des Pilotprojekts „Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24“ 280 1. Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2021 Begriffssystematik der Erhaltung von Verkehrsanlagen unterscheidet zwischen der betrieblichen Unterhaltung zur Kontrolle und Wartung der Anlagenteile und der baulichen Erhaltung zur Instandhaltung, Instandsetzung und Erneuerung [4]. Daraus erschließen sich verschiedene Leistungsfelder und ein breites Spektrum an Beteiligten zur Umsetzung eines strategischen Erhaltungsmanagements. Eines dieser Leistungsfelder ist die Zustandserfassung und -bewertung (ZEB), welche die regelmäßige Prüfung und Überwachung des Anlagenzustandes, insbesondere des Fahrbahnoberbaus und der Ingenieurbauwerke, beinhaltet [5]. Wesentliche Grundlage für die einheitliche Erfassung und Bewertung von Ingenieurbauwerken stellen die DIN 1076 und die RI-EBW-PRÜF dar. Ein weiterer Schritt zur Standardisierung wird mittels des festgelegten Informationsgehaltes nach der ASB-ING und der Bezeichnungskonvention für IT-Verfahren nach OKS- TRA geschaffen. Die aufzunehmenden Daten umfassen dabei unter anderem die Ergebnisse der Prüfungen insbesondere Hauptprüfung und Einfache Prüfung welche abwechselnd im 3-Jahreszyklus durchzuführen sind [6]. Mögliche Auswirkungen der Einzelschäden auf die Standsicherheit, Verkehrssicherheit und Dauerhaftigkeit werden anhand von Schadensbeispielen aus dem Schadenskatalogs von SIBBauwerke bewertet [6]. Dort aufgeführte Schadensbeispiele wurden bereits einer auf Erfahrung oder Untersuchung basierenden Bewertung zwischen 0 „sehr guter Zustand“ bis 4 „ungenügender Zustand“ unterzogen [7]. Das Programmsystem SIB- Bauwerke führt anschließend automatisiert die Bauteilgruppenbewertung und Teilbauwerksbewertung durch und generiert Dokumente wie Prüf- und Zustandsberichte [7]. Für die Zustandserfassung des Oberbaus werden schnellfahrende Fahrzeuge im fließenden Verkehr eingesetzt, welche den Zustand der Fahrbahnoberfläche messtechnisch erfassen [5]. Bei dieser ZEB-Befahrung handelt es sich um ein bundesweites, standardisiertes Verfahren, um die Fahrbahn auf Längs- und Querebenheiten, Griffigkeit und Oberflächenmerkmale wie z.B. Risse, Eckabbrüche und Kantenschäden zu untersuchen [8]. Die erfassten Daten werden von 1 „sehr gut“ bis 5 „sehr schlecht“ bewertet, je nach Zustandsgröße als gebrauchs- oder substanzrelevant kategorisiert und anschließend zu einer Gesamtnote zusammengefasst [5]. 3. BIM in der Erhaltungsphase Mit dem enormen Potenzial der Digitalisierung steht der Baubranche ein tiefgreifender Wandel bevor. Insbesondere BIM (Building Information Modeling) konnte bereits weitreichende Erfolge in Bereichen wie Effizienz, Transparenz und Kommunikation erzielen. Der Fokus richtet sich sukzessive von der Planung und Ausführung auch auf den Erhaltungszeitraum, um den lebenszyklischen Ansatz von BIM zu vollenden. Bei steigender Verkehrsbelastung wird es zu einer immer größeren Herausforderung, die dauerhafte und sichere Nutzung der Verkehrsinfrastruktur zu gewährleisten und gleichzeitig den klimapolitischen Zielen gerecht zu werden. Auch um die Masse an Maßnahmen und Bauvorhaben realisieren zu können, ist eine strukturierte und effiziente Erhaltungsplanung unabdingbar. In Anlehnung an die bisherigen Vorteile der BIM-Integration könnte die Nutzung eines Bauwerksinformationsmodells insbesondere aufgrund der steigenden Komplexität der Infrastrukturerhaltung und der Vielzahl mitwirkender Personen einen entscheiden Mehrwert zur Prozessoptimierung generieren. Das Erhaltungsmanagement umfasst verschiedene Aufgabenbereiche, zu denen unter anderem die Datenpflege, die Erfassung und Bewertung des Straßen- und Bauwerkszustands, Erhaltungsstrategien und Maßnahmenplanung gehören. Die gesammelten Daten werden in verschiedenen Dateien und Programme gespeichert und zwischen den Projektbeteiligten ausgetauscht. Im Fokus steht, eine gemeinsame, intelligente Datenplattform mittels eines Bauwerksinformationsmodells zu generieren, um eine zentrale Verwaltung der Erhaltungsdaten zu gewährleisten. Wie bereits erwähnt, wurden für das Projekt Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24 zwei Anwendungsfälle zur modellbasierten Visualisierung von Erhaltungsdaten definiert. Modellbasiertes Erhaltungsmanagement im Verkehrswegebau am Beispiel des Pilotprojekts „Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24“ 1. Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2021 281 Abbildung 3: Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24 - Startseite Visualisierung der Erhaltung Abbildung 4: Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24 - Einzelschadensbewertung Um die möglichen Vorteile durch die Visualisierung anhand eines Bauwerksinformationsmodells zu erreichen, ist es erforderlich, dass die verschiedenen Anwender der Erhaltung dieses Bauwerksinformationsmodell am Ende schnell und intuitiv nutzen können, um ihre Arbeitsprozesse gezielt bewerkstelligen zu können. Daher wurden die im Folgenden vorgestellten Konzepte in enger Zusammenarbeit und Austausch mit dem Erhaltungsmanagement erarbeitet. 3.1 Visualisierung der Ergebnisse gem. ZTVFunktion StB A 10/ A 24 Die „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für das Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24“ legen die funktionalen Anforderungen fest und stellen damit die Grundlage für die Erhaltung der Vertragsstrecke dar. Sie definieren mitunter die durchzuführende Zustandserfassung, Zustandsbewertung, die einzuhaltenden Funktionsanforderungen (Zustands- und Schadensmerkmale) der Anlagenteile und die Durchführung von Erhaltungsmaßnahmen. Das Ziel der modellbasierten Zustandsvisualisierung besteht unter anderem in der räumlichen Zuordnung der Schadensdaten zu den Bauwerksdaten sowie der schnellen Identifizierung von Schadensschwerpunkten. Der damit mögliche visuelle Vergleich von Art, Schweregrad und Häufigkeit der Schäden kann wichtige Erkenntnisse zu den Schadensursachen, -zusammenhängen und -entwicklungen liefern, um die sich anschließende Maßnahmenplanung, die Entwicklung von Erhaltungsstrategien und die Kommunikation zwischen den Beteiligten zu verbessern. Zur modellba- Modellbasiertes Erhaltungsmanagement im Verkehrswegebau am Beispiel des Pilotprojekts „Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24“ 282 1. Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2021 sierten Visualisierung werden die Daten der ZEB-Befahrung sowie die aus SIB-Bauwerke exportierten Zustandsdaten zur zeitlichen Erfassung in das 4D-BIM integriert. Auf Grund des nicht auf eine Verknüpfung auf Bauteilebene ausgerichteten - Datenbestands wird zusätzlich die Möglichkeit der modellbasierten Zustandserfassung offeriert. Das 4D-BIM und die Modellelemente werden anschließend automatisch und regelbasiert verknüpft. Abbildung 3 stellt die Startseite der benutzerspezifischen Formularoberfläche zusammen mit der gewerkeübergreifenden Visualisierung der Zustandsdaten dar. Dabei werden die Maximalwerte der Bauwerksprüfung visualisiert. Der Anwender soll damit einen ersten Eindruck über den Gesamtzustand der Infrastruktur erhalten und auf mögliche Schadensschwerpunkte hingewiesen werden. Über die Oberfläche kann zwischen Ingenieurbauwerk, Oberbau, Markierung und Entwässerung für eine vertiefte Untersuchung der Zustandsbewertung gewählt werden. Ebenfalls abrufbar ist die Visualisierung der Erhaltungsmaßnahmen sowie weitere Funktionalitäten wie die modellbasierte Zustandserfassung und verknüpfte Dokumente. Für die Visualisierung der Zustandsdaten der Ingenieurbauwerke wurden verschiedene Methoden konzeptioniert. Zunächst deckt das Bauwerksinformationsmodell den Bedarf nach räumlicher und geometrischer Darstellung. Entsprechend der RI-EBW-PRÜF wird das Bauwerksinformationsmodell des Ingenieurbauwerks mit einem Informationsgehalt nach der ASB-ING ausgestattet [9]. Für die Visualisierung von Zustandsdaten sind zum einen die allgemeinen Bauwerksinformationen und zum anderen die Dokumentation des Bauwerkszustandes, der Schäden und der abgeschlossenen Prüfungen zur Schadensbewertung relevant. Neben den Zustandsdaten werden auch Dokumente wie Prüfberichte, Zustandsberichte, Bauwerksbücher und Schadensfotos bzw. -skizzen anhand von einer festgelegten Namenskonvention oder den Koordinaten verknüpft und sind direkt über das Bauwerksinformationsmodell abrufbar. Abbildung 5: Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24 - Einzelschadensinformation Auf Grundlage der aus der RI-EBW-PRÜF resultierenden Bewertungsebenen findet eine Unterscheidung nach den Visualisierungsebenen „Teilbauwerksbewertung“, „Bauteilgruppenbewertung“ und „Einzelschadensbewertung (siehe Abbildung 4)“ statt [9], welche über die Benutzeroberfläche gesteuert werden. Andere Methoden, wie die farbliche Visualisierung, richten sich ebenfalls an der gewählten Bewertungsebene im Bauwerksinformationsmodell aus. Es besteht die Möglichkeit, die Anwendung bei einer beliebigen Bewertungsebene zu starten und die Dropdown-Listen manuell zu füllen, um im Bauwerksinformationsmodell zu navigieren. Alternativ können zu untersuchende Modellelemente direkt im Bauwerksinformationsmodell selektiert werden, wodurch die Dropdowns automatisch die Informationen des gewählten Elements erhalten. Die Eingaben werden beim Wechsel zwischen den Formularoberflächen übernommen, sodass sie nicht erneut gewählt werden müssen. Vorgeschlagen wird zum einen ein nicht manuell anpassbares Farbschema nach den Zustandsnotenbereichen der RI-EBW-PRU- EF und zum anderen ein projektspezifisches Farbschema, um die funktionalen Anforderungen in Verfügbarkeitsmodellen abzubilden. Die Farbwahl richtet sich dabei nach der national wie international geläufigen Einteilung entsprechend dem Farbordnungssystems von blau (sehr guter Zustand) bis rot (ungenügender Zustand). Die farbliche Visualisierung wird unterstützt durch die Transparenz. Alle Bewertungen, bis auf den Bereich des ungenügenden Zustands, werden transparent dargestellt. Dadurch wird verhindert, dass mögliche schwere Schäden durch andere Bauteile verdeckt und damit im Bauwerksinformationsmodell nicht mehr identifizierbar sind. Modellbasiertes Erhaltungsmanagement im Verkehrswegebau am Beispiel des Pilotprojekts „Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24“ 1. Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2021 283 Die Methode der Visualisierung von ausgewählten Bauteilen oder Schäden wird mit steigender Komplexität der Ingenieurbauwerke und Infrastrukturprojekte unerlässlich. Damit sollen Zusammenhänge zwischen den Bauteilgruppen und Bauteilen eines oder verschiedener Bauwerke festgestellt werden können, um gegebenenfalls Maßnahmen zu Kosten- und Zeitreduzierung effizient zu bündeln und Schadensursachen festzustellen. Zudem könnten Filtergruppen wie Maßnahmen- oder Schadensgruppen auch für weitere Anwendungsfälle wie die Maßnahmenplanung interessant werden. Die Funktionsweise der Filter besteht darin, dass lediglich die Modellelemente, welche auf Grund ihres Merkmalwertes der Auswahl des Filters zuzuordnen sind, visualisiert werden. Darüber hinaus können Filter für verschiedene Merkmale und Eigenschaften der Schäden erstellt werden. Die Zusammenhänge zwischen den Schäden und zum Beispiel den baulichen Gegebenheiten könnten Hinweise zu den Schadensursachen geben. Hat der Anwender eine Auswahl an Schäden ermittelt, die er für sich oder andere zu einem späteren Zeitpunkt erneut aufzurufen bedarf, kann er die Schäden in sogenannten „Filtergruppen“ ablegen. Aktuell gibt es keine Vorgaben oder Beschränkungen, welche Filter einer Filtergruppe zugeordnet werden dürfen oder nicht. Dies obliegt dem Anwender. Gegebenenfalls könnten die Filtergruppen für weitere Anwendungsfälle nutzbar gemacht werden, indem zum Beispiel Maßnahmengruppen erstellt werden, welche bei der Planung von Erhaltungsmaßnahmen nützlich sein könnten. Im Bauwerksinformationsmodell können lediglich die aktuellen Zustandsdaten gespeichert werden. Um die geforderte Zustandsentwicklung und daraus resultierende Entwicklungstendenzen abbilden zu können, ist daher die Erweiterung um eine zeitliche Ebene erforderlich. Die zeitliche Ebene bildet hierbei die vierte Dimension des Bauwerksinformationsmodells (4D-BIM). Dazu wird die festgelegte Struktur des Terminplans für die Zustandserfassung und -bewertung unter „Vorgänge“ angelegt. Auch dies soll nicht manuell durchgeführt werden, sondern über die Skripte zur Dateneingabe automatisch angelegt und entsprechend der Lokalisierungsmerkmale verknüpft werden. Der Anwender legt anschließend die zeitlich zu simulierende Zustandsnote auf einer der Bewertungsebenen fest, um sich die Simulation der Zustandsentwicklung im Bauwerksinformationsmodell anzeigen zu lassen (siehe Abbildung 6). Auch bei der Visualisierung über ein Bauwerksinformations-modell sollte auf die zweidimensionale Betrachtungsweise nicht verzichtet werden, um einen ganzheitlichen Überblick zu behalten. Diagramme zur Darstellung der Zustandsentwicklung von Teilbauwerken, Bauteilgruppen und Schäden ermöglichen die schnelle Erfassung von Tendenzen und Vergleichen. Dazu wird die Simulation der Zustandsentwicklung im Formular zusätzlich durch graphische Darstellungen unterstützt. Darüber hinaus werden auf den Oberflächen auch Fotos der Bauwerke und Schäden sowie Schadensskizzen angezeigt und Informationsblätter, wie die Bauwerksinformation, Prüfinformation und Einzelschadensinformation, ermöglichen das schnelle Erfassen von relevanten Informationen aus einer Vielzahl an Merkmalen (siehe Abbildung 5). Die Lokalisierung von Schäden kann über Ansichtspunkte und Markierungen präzisiert werden. Dabei wird die Position des Prüfers als ein Screenshot vom Bauwerksinformationsmodell in einem BCF-Format gespeichert. Der Prüfer kann vorab Freihandmarkierungen im Bauwerksinformationsmodell einfügen, die genannten Würfelelemente oder Pinnadeln einfügen, Kommentare oder Pfeile setzen oder Messungen anbringen. Die Art der Lokalisierung des Schadens kann demnach individueller dem Schaden angepasst werden. Abbildung 6: Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24 - Simulation der Zustandsentwicklung Der steigende Umfang der Erhaltungsleistungen bedingt präventive Maßnahmen und eine intelligente Planung, woraus ein starker Fokus auf zukunftsorientierte, prognostizierende und szenarienbildende Anwendungen und deren Darstellung resultiert. Aus diesem Grund sollen neben der Visualisierung des IST-Zustandes auch mögliche Auswirkungen der Instandsetzung, Behebung oder auch der Verschlechterung eines Schadens auf die Gesamtzustandsnote und die maximalen Schadensbewertungen des Teilbauwerks und der Bauteilgruppen dargestellt werden. Dazu wird die Szenarienuntersuchung implementiert, welche eine temporäre, manuelle Veränderung der Zustandsbewertung zulässt. Auch diese mögliche Schadensveränderung kann im Bauwerksinformationsmodell visualisiert werden, jedoch wird die Veränderung der Bewertung dabei in keinem Fall im Bauwerksinformationsmodell gespeichert. Stattdessen können die Eingaben selbst als Szenario gespeichert und bei Bedarf aufgerufen werden. Wie bereits erwähnt, wird der Zustand des Fahrbahnoberbaus anhand von Messwerten der ZEB-Befahrung bewertet. Modellbasiertes Erhaltungsmanagement im Verkehrswegebau am Beispiel des Pilotprojekts „Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24“ 284 1. Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2021 Abbildung 7: Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24 - Visualisierung Oberbau Abbildung 8: Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24 - Visualisierung Erhaltungsmaßnahmen In der Oberfläche zur modellbasierten Zustandsvisualisierung des Oberbaus wird der Zustand durch die Auswahl eines Messwerts an der Achse durch eine Streifendarstellung visualisiert, um Schadensschwerpunkte großräumig erfassen zu können (siehe Abbildung 7). Die Möglichkeit, den Zustand direkt durch die Einfärbung der Modellelemente umzusetzen, bleibt bestehen. Durch die Anwendung des Schiebereglers wird das Bauwerksinformationsmodell innerhalb der ausgewählten Baukm selektiert. Zum Teil werden die vorgestellten Visualisierungsmethoden der Zustandsvisualisierung Ingenieurbauwerke auch für das Konzept des Oberbaus übernommen. Dazu gehört die farbliche, zeitliche sowie zwei- und dreidimensionale Visualisierung, die Visualisierung ausgewählter Bauteile und die Szenarienuntersuchung. Weitere Konzepte für die Anlagenteile Entwässerung und Markierung befinden sich in der Entwicklung. 3.2 Visualisierung der Erhaltungsmaßnahmen Der zweite Anwendungsfall der Erhaltung beinhaltet die Visualisierung der geplanten Erhaltungsmaßnahmen. Dabei werden am Bauwerksinformationsmodell der BIM-Vertragsstrecke die einzelnen Erhaltungsmaßnahmen sowie die zugehörigen Maßnahmeninformationen dargestellt und verortet. Infolgedessen sollen unter anderem mögliche Verkehrsbeeinträchtigungen und vermeidbare Verkehrsbehinderung sowie Optimierungsbedarf in Modellbasiertes Erhaltungsmanagement im Verkehrswegebau am Beispiel des Pilotprojekts „Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24“ 1. Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2021 285 der Maßnahmenplanung zur Zeit- und Kostenersparnis identifiziert werden. Nach gleicher Methodik der Visualisierung der Zustandsdaten werden die Daten der Erhaltungs-maßnahmen auf Grund ihres zeitlich abhängigen Charakters in ein CSV- Format konvertiert und in das 4D-Modell gespeichert. Mit den verfügbaren Merkmalen des Bauabschnitts, der Richtungsfahrbahn sowie den Angaben zur relevanten Kilometrierung bzw. für Ingenieurbauwerke die Bauwerksnummer und das betroffene Bauteil können die Daten verortet werden. Die daraus resultierende zeitliche und räumliche Darstellung wird mittels farblicher Übersetzung, welche sich an den Vorgaben der RPE-Stra 01 orientiert, unterstützt [10]. Notwendige Dokumente wie Streckenbänder und die Erhaltungsplanung werden mittels festgelegter Namenskonvention ebenfalls verknüpft. Die Umsetzung der Visualisierung findet für Ingenieurbauwerke und Strecke anlog statt und würde entsprechend dem Datenbestand einen automatischen Streckenband-Export ermöglichen. Abbildung 8 zeigt exemplarisch die Visualisierung der Erhaltungsplanung an dem Brückenmodell BW2. Dazu wurden fiktive Erhaltungsmaßnahmen in einem zeitlichen Bereich eingepflegt und die farbliche Visualisierung im Bauwerksinformationsmodell umgesetzt. Über den Pfeil neben den Maßnahmen gelangt man zu detaillierten Maßnahmeninformationen, um den Informationsgehalt abzurufen, falls befugt, zu verändern oder zu erweitern. 4. Fazit und Ausblick Mit dem Konzept zur Visualisierung der Zustands- und Schadensbewertung sowie der Erhaltungsmaßnahmen werden die projektspezifischen Anwendungsfälle der Erhaltung erfüllt. Darüber hinaus werden Methoden der Erfassung, Bearbeitung sowie Erweiterung der Daten, zeitliche Simulationen und automatisierte Dokumentengenerierung vorgesehen. Mit der Umsetzung dieses Konzeptes könnten die individuellen Arbeitsprozesse der Beteiligten, aber auch eine Optimierung der interdisziplinären Zusammenarbeit erzielt werden. Eine besondere Schwierigkeit wird darin bestehen, die verschiedenen Anforderungen der Beteiligten an die Visualisierung zu erfüllen, Kompromisse zu finden und dabei die Funktionalitäten der Anwendung übersichtlich und intuitiv zu halten. Im Gegensatz zum Planungs- und Ausführungszeitraum verliert jedoch das idealisierte Modellelement gegenüber dem tatsächlichen, realistischen Bauteil an Bedeutung. Daher ist zu prüfen, inwieweit die aktuelle Einbindung von realistischen Abbildungen und Skizzen auf neue Methoden wie Laserscanverfahren ausgeweitet werden kann und soll. Eine besondere Rolle für eine detailgetreue, konsistente Umsetzung der Visualisierung spielen die Art und Methodik der Zustandserfassung und die Schnittstellen zu den genutzten Datenbanken. Eine Weiterentwicklung in diesen Bereichen könnte die BIM-Nutzung in der Erhaltung noch weiter voranbringen. Darüber hinaus sind die Möglichkeiten der Entwicklungen außerordentlich umfangreich und vielfältig. Sei es die optimierte Maßnahmen- und Budgetplanung mittels eines Bauwerksinformationsmodells, die Anwendbarkeit von Augmented Reality (Erweiterte Realität) oder Erweiterung um den Betriebsdienst, um nur einige zu nennen. Die Infrastruktur muss in einer Qualität erhalten werden, welche die Sicherheit aller Verkehrsteilnehmer gewährleistet und dies bei einem geringstmöglichen Einsatz von Budget, Aufwand und Zeit. Aus diesem Grund wird der Entwicklung von dynamischen Prognosefunktionen besondere Bedeutung beigemessen. Aktuell werden die historischen Schadensdaten visualisiert. Damit eignet sich das Konzept vorwiegend für das reagierende Erhaltungsmanagement. Für die Validierung der Prognosefunktionen sind intelligente Systeme erforderlich, welche die Erfahrungswerte berücksichtigen. Projektspezifisch müssen zudem weitere Anforderungen wie die Verfügbarkeit der Infrastruktur berücksichtigt werden und sollten ebenfalls in Prognosemodelle einfließen. Zur Integration von BIM im Erhaltungsmanagement ist eine Überarbeitung der Normen und Richtlinien notwendig, um die modellbasierte Zustandserfassung zuzulassen und zu vereinheitlichen. Inwieweit die neue Version von SIB-Bauwerke BIM-fähig sein wird und die Zustandserfassung auf einen neuen Stand bringt, ist bisweilen unklar. Aktuell ist die neue Version noch nicht auf dem Markt und es liegen keine Angaben zu den Funktionalitäten vor. Sicher ist jedoch, dass eine zukünftige BIM-Erhaltungssoftware ein bundeseinheitlicher Standard und kompatibel mit anderen Systemen sein sollte, um keine Insellösung zu generieren. Das entwickelte Konzept der Formularoberfläche könnte für die Entwicklung solch einer Software oder die Weiterentwicklung bestehender BIM-Software genutzt werden, um auch Anforderungen, welche über die Möglichkeiten einer Formularoberfläche hinausgehen, zu erfüllen. Literatur [1] Tschickardt, Thomas ; Krause, Daniel: BIM im Verkehrswegebau am Beispielprojekt „Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24“ 96 (2019), Nr. 3, S. 259-268 [2] Tschickardt, Thomas: Erste Erfahrung und Mehrwert durch BIM im BMVI Pilotprojekt „Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24“. In: Krieger, Jürgen; Isecke, Bernd (Hrsg.): Brückenkolloquium. Fachtagung für Beurteilung, Planung, Bau, Instandhaltung und Betrieb von Brücken: Tagungshandbuch 2020 : Tübingen: expert verlag GmbH, 2020 [3] Veit-Egerer, Robert: Straßenerhaltung und Straßenbetrieb - Straßen nachhaltig und wirtschaftlich sanieren und betreiben. In: Bauliche Erhaltung Brücken. Wien : FVH FORUM VERLAG HERKERT GMBH, 2015, Kapitel 3, 1-47 Modellbasiertes Erhaltungsmanagement im Verkehrswegebau am Beispiel des Pilotprojekts „Verfügbarkeitsmodell A 10/ A 24“ 286 1. Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2021 [4] BMVI: Erhaltungsbedarfsprognose für die Bundesfernstraßen. URL https: / / www.bmvi.de/ Shared- Docs/ DE/ Artikel/ StB/ erhaltungsbedarfsprognose. html - Überprüfungsdatum 2021-04-22 [5] BASt: Zustandserfassung und -bewertung (2017). URL https: / / www.bast.de/ BASt_ 2017/ DE/ Strassenbau/ Fachthemen/ gs4-zeb.html [6] DIN ISO 1076: 1999-11: Ingenieurbauwerke im Zuge von Straßen und Wegen. Berlin : Beuth Verlag, 1999 [7] BMVBS: Richtlinie zur einheitlichen Erfassung, Bewertung, Aufzeichnung und Auswertung von Ergebnissen der Bauwerksprüfungen nach DIN 1076. 2017 [8] BMVI: Erhaltung von Straßen. 2004. URL https: / / www.bmvi.de/ SharedDocs/ DE/ Artikel/ StB/ erhaltung-von-strassen.html [9] BMVBS: Richtlinien für die Erhaltung von Ingenieurbauten (RI-ERH-ING). 2004. URL https: / / www.bast.de/ BASt_2017/ DE/ Publikationen/ Regelwerke/ Ingenieurbau/ Erhaltung/ RI-ERH-ING. html [10] FGSV: Richtlinien für die Planung von Erhaltungsmaßnahmen an Straßenbefestigungen : (RPE-Stra 01) (2001)