2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 125 Integration der BIM-Methode in GIS für kommunale Infrastrukturanlagen Nutzung kommunaler Daten in einem digitalen Ressourcenplan zur Förderung der Kreislaufwirtschaft Jonas Maibaum, M. Sc. Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Informatik im Bauwesen Amina Wachsmann, M. Eng. Hochschule Karlsruhe, Institut für Verkehr und Infrastruktur Prof. Dr.-Ing. Markus König Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Informatik im Bauwesen Zusammenfassung Der Bausektor, insbesondere der Bereich des Straßen- und Tief baus, gehört zu den Sektoren mit einer vergleichsweise geringen Digitalisierungsrate. Dies liegt unter anderem an den traditionell geprägten Arbeitsabläufen, der Struktur der am Bau beteiligten Unternehmen und Kommunen sowie der Komplexität von Infrastrukturanlagen. Diese herausfordernde Ausgangslage führt in Verbindung mit heterogenen Datenbeständen partiell dazu, dass bestehende Möglichkeiten zur Steigerung der Ressourceneffizienz nicht hinreichend genutzt werden können. An diesem Punkt setzt das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Forschungsprojekt Ressourcenplan kommunaler Tiefbau (RekoTi) an. Ein Ziel des Projektes ist es, die in Kommunen verfügbaren und erfassbaren Daten nutzbar zu machen, um eine Steigerung der Ressourceneffizienz in Hinblick auf die in den Infrastrukturanlagen verbauten Materialien zu erreichen. Diese Datengrundlage kann bei Bedarf um Open-Source-Daten ergänzt werden. Um im Zuge der kommunalen Maßnahmenplanung zukünftig beispielsweise Aspekte des Ressourcenmanagements in Entscheidungen einbeziehen zu können, müssen objektspezifische Informationen zusammengeführt und bewertet werden. Zur effektiven Einbindung in die Systeme kommunaler Verwaltungen (und perspektivisch den Transfer der Forschungsergebnisse) wurde die Datenlandschaft der Beispielkommune Münster erfasst, analysiert und schließlich in Form von Funktionen, Visualisierungskomponenten und weiteren Building Information Modeling (BIM) Werkzeugen in eine auf Geoinformationssystemen (GIS) basierende digitale RekoTi-Toolbox integriert. Die digitale RekoTi-Toolbox baut hierbei auf den Funktionen und Anwendungen der öffentlich frei zugänglichen Software QGIS auf. Durch den gewählten Open-Source-Ansatz ist es Nutzenden und Entwickelnden zudem erlaubt, künftig anwendungsspezifische Anpassungen und Erweiterungen an der RekoTi-Toolbox vorzunehmen. 1. Einführung Moderne Gesellschaften werden von Infrastrukturanlagen getragen. Diese bilden ein komplexes technisches System ab, welches in Teilen dazu dient, die Ver- und Entsorgung der Gesellschaft sicherzustellen. Neben diesen wichtigen Funktionen stellen diese Infrastrukturanlagen aber auch ein wertvolles Erbe für zukünftige Generationen dar und dienen als anthropogenes Materiallager. Unter dem anthropogenen Materiallager werden in diesem Beitrag die in den drei Infrastrukturanlagen Brücken, Kanalisation und Verkehrsflächen verbauten Materialien verstanden. Diese verbauten Materialien können im Anschluss an ihre aktuelle Nutzung als Sekundärrohstoffquelle dienen und stellen somit eine kostbare Ressource dar, die von jeder Generation genutzt, gepflegt und an nachfolgende Generationen weitergegeben werden soll. [1] Das Verständnis für die Relevanz des anthropogenen Materiallagers steigt global durch die zunehmende Rohstoffknappheit. Um die verbauten Materialien künftig effizient weiternutzen zu können und damit einen Schritt näher in Richtung Kreislaufwirtschaft zu gelangen, ist es notwendig das anthropogene Materiallager abzubilden. Gerade auch im Bereich des kommunalen Tief baus gestaltet sich die Darstellung des anthropogenen Materiallagers auf Grund der historisch gewachsenen Infrastruktur (vgl. für Münster [2]) in Verbindung mit einem bedeutenden Nachholbedarf bei der Verwendung von digitalen Lösungsanwendungen bislang weitestgehend als schwierig. [3] Damit dies sich in Zukunft ändert, soll im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Forschungsprojektes „Ressourcenplan kommunaler Tiefbau (RekoTi)“ durch das aus der FH Münster, der Ruhr-Universität Bochum 126 2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 Integration der BIM-Methode in GIS für kommunale Infrastrukturanlagen und der Hochschule Karlsruhe zusammen mit der Stadt Münster, der Hermann Dallmann Straßen- und Tief bau GmbH & Co. KG (Bramsche-Engter) und der Thomas & Bökamp Ingenieurgesellschaft mbH (Münster) bestehende Projektkonsortium unter anderem ein digitaler Ansatz (RekoTi-Toolbox) entwickelt werden, mit dem Kommunen ihr anthropogenes Materiallager bestimmen können. Weitere innerhalb des RekoTi-Projekts angestrebte Ziele können der Veröffentlichung [4] oder der Projektwebsite (https: / / www.f h-muenster.de/ rekoti/ ) entnommen werden. Um unter anderem die Bestimmung des anthropogenen Materiallagers für die im Projekt betrachtete Beispielkommune Münster zu ermöglichen, soll ein öffentlich zugängliches Geoinformationssystem (GIS) mit der Methode des Building Information Modelings (BIM) verknüpft werden. 2. Stand der Technik Basierend auf den beschriebenen Herausforderungen werden nachfolgend relevante Ansätze, Anwendungen und Lösungen dargestellt. Zunächst wird dabei auf das Thema der Kreislaufwirtschaft eingegangen, um anschließend die Möglichkeit zur Verknüpfung von Gelände- und Bauwerksdaten im Rahmen von GIS und BIM und den in diesem Kontext angestrebten Open-Source- Ansatz zu thematisieren. 2.1 Kreislaufwirtschaft Die Kreislaufwirtschaft im Baubereich ist ein zentraler Aspekt für die dortige Nachhaltigkeit. Das Ziel der Kreislaufwirtschaft in Hinblick auf nachhaltigeres Handeln wird auch durch die europäische Bauproduktverordnung, das deutsche Kreislaufwirtschaftsgesetz und die EU-Taxonomie rechtlich untermauert. Das oberste Ziel der Kreislaufwirtschaft ist es, Ressourcen zu schonen und Abfälle zu vermeiden. Im Zuge dessen sollen möglichst alle Baustoffe wiederverwendet und recycelt werden. Dies kann durch gezieltes Stoffstrommanagement und geschlossene Kreisläufe erreicht werden, wobei Bauprodukte bereits bei ihrer Herstellung und auch der Planung und dem Bau auf ihre Wiederverwendbarkeit geprüft werden sollten. Damit dies möglich ist, ist es notwendig, stets den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerkes zu betrachten. [5] Als Lebenszyklus eines Bauwerkes werden die Phasen der Planung, der Herstellung und Errichtung, der Nutzung sowie der Entsorgung definiert. [6] Insbesondere im Bereich des Tief baus gibt es ein großes Potenzial für die Wiederverwendung von Baustoffen. Können Baustoffe hochwertig wiederverwendet werden, kann der Einsatz von Primärrohstoffen reduziert werden, wobei es bei der Wiederverwendung von rückgewonnenen Baustoffen notwendig sein kann, dass auch hier vor der Wiederverwendung beispielsweise eine energetische Aufwendung zur Auf bereitung notwendig ist. Neben der Qualität der rückgewonnenen Baumaterialien sind bei dem Konzept der Kreislaufwirtschaft auch immer rechtliche Rahmenbedingungen (beispielsweise die Einhaltung von Grenzwerten) zu berücksichtigen, die gegebenenfalls zu Hemmnissen bei der Wiederverwendung führen können. Zudem spielt die öffentliche Hand bei der Förderung der Kreislaufwirtschaft im Baubereich eine wichtige Rolle, da für die Umsetzung eine enge Zusammenarbeit aller am Bau beteiligten Akteure, von der Planung bis zur Entsorgung, erforderlich ist. Hierbei kann die öffentliche Hand einen maßgeblichen Einfluss nehmen. Beispielsweise kann durch die stärkere Digitalisierung im Bausektor ein effizienterer Einsatz von Ressourcen zusammen mit der Reduzierung des Abfallaufkommens erzielt werden. Fordert die öffentliche Hand über alle Prozesse hinweg von ihren Auftragnehmern digitale Arbeitsmethoden und setzt selbst stringent digitale Arbeitsmethoden ein, kann gerade im Tief baubereich ein signifikanter Fortschritt im Bereich der Digitalisierung erreicht werden. Hierbei kommt dem Einsatz der BIM-Methode ein hoher Stellenwert zu. [7] 2.2 BIM im Kontext von GIS BIM ist eine ganzheitliche Methode zur Planung, Konstruktion und Verwaltung von Bauwerken, bei der digitale Modelle verwendet werden, um Informationen über das Bauwerk zu erstellen und zu verwalten. BIM ist ein prozessorientierter Ansatz, bei dem die Konstruktion und der Betrieb eines Bauwerks als zusammenhängender Prozess betrachtet werden. [8] GIS steht für geografische Informationssysteme und stellt eine Methode zur Erfassung, Verarbeitung, Analyse und Darstellung von räumlichen Daten dar. GIS ermöglicht es, geografische Daten auf einer Karte visuell zu verorten und zu analysieren, um Einblicke in räumliche Beziehungen und Muster zu gewinnen. [9] Obwohl BIM und GIS unterschiedlich bezüglich des Modellierungsansatzes und der Nutzergruppen sind, kommt es vermehrt zu Anwendungsüberschneidungen bei den betrachteten (Bauwerks-) Objekten. [10] Eine Möglichkeit ist hierbei die Integration von BIM- Daten in ein GIS-System. Auf diese Weise können BIM- Modelle in räumliche Analysen und Visualisierungen einbezogen werden, um beispielsweise die Auswirkungen von Bauwerken auf die Umgebung oder die Ressourceneffizienz zu untersuchen. Insgesamt ermöglicht eine Integration von BIM in GIS eine umfassendere und genauere Betrachtung von Bauwerken und ihrer Umgebung, was zu einer besseren Planung und Verwaltung der Bauwerke und zudem einer verbesserten Nutzung der relevanten Ressourcen führen kann. Bei der Integration der BIM-Methode in GIS wird insbesondere der Frage „Wie können Bauwerksmodelle (BIM) mit Geobasisdaten wie Liegenschaftskataster als auch Gelände-, Landschaftsmodellen (GIS) gemeinsam genutzt werden“ nachgegangen. [10] Eine Studie, welche explizit die Innovationen durch die BIM-GIS-Integration untersucht, kommt zu dem Ergebnis, dass insbesondere Ontologien als vielversprechender Weg anzusehen sind und sich zur Überwindung der semantischen Barrieren eignen. [11] Ein konkreter Ansatz der BIM-GIS-Integration ist die Überführung von IFC-Dateien in das in GIS-Anwendungen gebräuchliche Shape-Dateiformat. Durch diese Transformation lassen 2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 127 Integration der BIM-Methode in GIS für kommunale Infrastrukturanlagen sich Bauwerksdaten direkt in das GIS-System übertragen, sodass Informationen aus beiden Domänen genutzt werden können. [12] 2.3 Open-Source-Ansatz Im Kontext von BIM und GIS wird zudem die Verwendung von offenen Standards und einheitlichen Schnittstellen angestrebt. In dem von der kommunalen Gemeinschaftsstelle für Verwaltungsmanagement (KGSt) herausgegebenen Bericht „Open Source in Kommunen“ [13] wurden insbesondere die Bereiche Verwaltung, Mobilität und Verkehr sowie digitale Infrastruktur(-netze) als Gestaltungsfelder für die Verwendung von kommunalen Open-Source- Daten und die Integration dieser in Open-Source-Anwendungen identifiziert. Der Bericht führt für Kommunen folgende Vorteile durch die Nutzung von Open-Source- Anwendungen auf: • Vermehrte Nutzung des eigenen Datenpotenzials für Optimierungen • Sicherstellung der Unabhängigkeit von proprietären Datenformaten und Softwarelizenzen • beibehalten der Datenhoheit durch digitale Souveränität (selbstbestimmt, selbstsicher, unabhängig) Um diese Vorteile vollständig nutzen zu können, wird zusätzlich die Verwendung offener Standards wie HTML, XML, PDF, Open Document Format (ODF), Portable Network Graphics (png) (oder IFC und OKSTRA) empfohlen. Dazu ist es notwendig, diese bereits in Ausschreibungen zu fordern. Vor dem Hintergrund von Open-Source Geodaten gibt der Bericht folgendes wieder: „Die Erhebung, Auswertung und Analyse von Geoinformationen ist mit zahlreichen Leistungs- und Prozessoptimierungen innerhalb der Verwaltung und für die Bürgerinnen und Bürger verbunden“. Im Bereich der Geoinformationen ist die Standardisierung weit vorangeschritten und wird zudem durch Organisationen und Regierungen unterstützt. Das Nutzen von offenen Standards kann somit die Entwicklung von Open-Source-Software begünstigen, sofern diese praktikabel, verlässlich und verbreitet sind. [13] 2.4 Zusammenspiel der Komponenten Die Kreislaufwirtschaft setzt auf einen nachhaltigen Umgang mit Ressourcen und damit einhergehend einer Vermeidung von Abfällen. Durch die Integration von BIM in GIS wird eine präzise räumliche Datenbasis generiert. Die zusätzliche Anwendung des Open-Source- Ansatzes ermöglicht, hierbei Daten und die daraus entstehenden Modelle für alle Beteiligten zugänglich zu machen und eine gemeinsame Nutzung zu ermöglichen. Im Kontext des kommunalen Tief baus kann somit der Informationsfluss zwischen allen Beteiligten verbessert und eine koordinierte Planung und Umsetzung während des gesamten Lebenszyklus der Infrastrukturanlage unterstützt werden. Dieses Zusammenspiel wird in den folgenden Abschnitten im Rahmen des RekoTi-Projektes methodisch beschrieben und am Beispiel der Kommune Münster dargestellt. 3. Methodologie - Implementierungsansatz Basierend auf den im vorherigen Kapitel angeführten Ansätzen werden nachfolgend die für die Implementierung der RekoTi-Toolbox relevanten, anzusetzenden Rahmenbedingungen angeführt und zudem auf die verwendete Datengrundlage eingegangen. Das Implementierungsziel ist es, die unterschiedlichen Asset- und Projektinformationen anhand von Daten der Beispielkommune Münster digital miteinander zu verknüpfen und ein BIM-konformes Management der Gelände- und Bauwerksdaten zu gewährleisten (siehe Abbildung-1). Die aus verschiedenen Quellen und Bereichen stammenden heterogenen Daten werden dabei innerhalb der RekoTi-Toolbox integriert und für Berechnungen, Analysen und Visualisierungen angepasst. 3.1 Rahmenbedingungen Die für die RekoTi-Toolbox angesetzten Rahmenbedingungen unterscheiden sich vor allem durch ihren Einfluss auf die Implementierung. Die bei der Implementierung berücksichtigten Rahmenbedingungen werden nachfolgend erläutert. Jedes Projekt weist seine eigenen Charakteristika auf. Durch das RekoTi-Projektkonsortium wurden daher die Anforderungen an die RekoTi-Toolbox beschrieben. Dabei wurden sowohl regulatorische und politische als auch projektspezifische und technische Anforderungen berücksichtigt. Regulatorische und politische Rahmenbedingungen: • Unter regulatorischen und politischen Rahmenbedingungen werden gesetzliche Vorschriften oder interne Richtlinien, die ein Unternehmen oder eine Organisation einhalten muss, um rechtliche und ethische Standards zu erfüllen, verstanden. Im Bereich der RekoTi-Toolboxerstellung für kommunale Infrastrukturen können diese Anforderungen eine Vielzahl von Vorgaben umfassen, wie beispielsweise die Einhaltung von öffentlichen Beschaffungsrichtlinien, Umweltstandards oder kommunalen Vorschriften. Die Erfüllung dieser Anforderungen ist notwendig, um eine rechtmäßige und ethisch verantwortungsvolle Planung und Umsetzung von Infrastrukturprojekten zu gewährleisten und die Akzeptanz und Zufriedenheit der betroffenen Bürger: innen und Interessengruppen zu erhöhen. Zu diesen Anforderungen können auch solche zum Datenschutz oder zu Nutzerrechten zählen. 128 2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 Integration der BIM-Methode in GIS für kommunale Infrastrukturanlagen Abbildung 1: Darstellung der relevanten Ressourcenlayer für die RekoTi-Toolbox-Implementierung Projektspezifische Rahmenbedingungen: • Als projektspezifische Rahmenbedingungen gelten Anforderungen, welche innerhalb der Projektbearbeitung abgeleitet, diskutiert und schließlich definiert wurden. Dazu zählt das Festlegen von relevanten Anwendungsfällen, welche auf Basis von durchgeführten Workshops identifiziert, ausgewertet und formalisiert wurden. Beispielsweise wurden Anwendungsfälle zur Bereitstellung und dem Abruf von Informationen über das anthropogene Materiallager beschrieben. Diese Informationen können weiterführend für das Stoffstrommanagement genutzt werden. Hierbei ist zusätzlich zu berücksichtigten, welche Voraussetzungen für ein korrektes Durchführen des jeweiligen Anwendungsfalls erfüllt sein müssen. Technische Rahmenbedingungen: • Zu den technischen Rahmenbedingungen gehört ins besondere das Adressieren von externen Datenbanken (bspw. Datenbanken für Umweltwirkungen). Hierbei ist die Verfügbarkeit von relevanten Datensätzen und deren Weiterverwendbarkeit hinsichtlich Datenformat, Vollständigkeit und Aktualität zu prüfen. 3.2 Datengrundlage Die Datengrundlage für die Implementierung ist aufgrund der verschiedenen zu berücksichtigenden Infrastrukturanlagen (Brücken, Kanalisation, Verkehrsflächen) und deren Spezifikationen als heterogen einzustufen. In Tabelle-1 ist eine Übersicht der vorhandenen Datenformate für die unterschiedlichen Infrastrukturanlagen und deren Besonderheiten dargestellt. Da aktuell keine verbindliche Vorgabe existiert, ein bestimmtes Datenformat zu nutzen, verwendet mitunter jede einzelne Kommune eigene Datenformate und definiert spezifische Datenstrukturen. Neben den üblichen Datenformaten werden aufgrund der fehlenden Harmonisierung häufig weitere interne Datenformate auf Grundlage von Regelwerken und Normen definiert. Auch die BIM-Methode wird gerade im Bereich der Infrastruktur zwar immer öfter, aber derzeit noch nicht flächendeckend angewendet. Eine mögliche Vereinheitlichung wird durch das Einrichten einer zentralen Harmonisierungsinstanz, dem BIM-Portal des Bundes, angestrebt (https: / / via.bund.de/ bim/ infrastruktur/ landing). Zukünftig sollen unabhängig den zugrundeliegenden Formaten, Strukturen und der angewendeten Software, Daten eindeutig über die Nutzung von GUIDs (Global Unified Identificator) identifizierbar sein. Diese Vorgehensweise unterstützt zudem den in Abschnitt 2.4 vorgestellten Open-Source-Ansatz. 2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 129 Integration der BIM-Methode in GIS für kommunale Infrastrukturanlagen Tabelle 1: Infrastrukturanlagenspezifische Daten-formate und deren Besonderheiten Infrastrukturanlage Datenformat Besonderheit Verkehrsfläche Fahrbahnen, Geh- und Radwege und Plätze OKSTRA (xml), IFC (Road; STEP, xml) Keine einheitlich angewendeten und verbindlichen Datenformate und Datenstrukturen für die Daten der Verkehrsflächen vorhanden (Bezeichnung oftmals nach RStO) Brücke Überbau, Unterbau, Pfeiler, Widerlager, Fundamente und Gründung IFC Bridge; STEP, xml Keine einheitlich angewendeten und verbindlichen Datenformate und Daten-strukturen für die Daten der Brücken vorhanden (Bezeichnung oftmals nach ASB-ING) Kanalisation Schächte, Haltungen und Umgebungsmaterial ISYBAU (xml) Einheitliches Daten-format und Doku-mentationspflicht (Bezeichnung oft-mals nach ISYBAU) 3.3 Implementierung Auf der Grundlage der zuvor beschriebenen Herausforderungen, dem aktuellen Stand der Technik und der definierten Anwendungsfälle ist zusätzlich den folgenden Zielen nachgegangen worden, welche im Rahmen der Projektumsetzung zu implementieren sind: • Sicherstellung der BIM-Konformität • Berücksichtigung von gängigen kommunalen Datenstrukturen und -formaten • Nutzung von Open-Source bzw. kostenloser Bestandssoftware • Einfache intuitive Benutzerführung und Weiterentwicklungsmöglichkeit mittels RekoTi-Toolbox-Assistenten Bei der Nutzung der zu erstellenden RekoTi-Toolbox soll, sofern verfügbar und vollständig, auf BIM-Modelle zurückgegriffen werden. Diese sind insbesondere für die Ermittlung von Mengen und Massen und damit die Darstellung des anthropogenen Materiallagers als auch für die Visualisierung essentiell. Dabei werden innerhalb der RekoTi-Toolbox keine BIM-Modelle generiert, sodass beim Fehlen von entsprechenden BIM-Modellen über Berechnungsalgorithmen Massen, Mengen und andere Zielgrößen bestimmt werden sollen. Es ist notwendig die verwaltungsinternen (hier Beispielkommune Münster) und externen (hier OpenStreetMap, ATKIS und weitere) Informationen und Datensätze klar zu definieren und zu strukturieren. Tabelle-1 verdeutlicht hierzu welche Datenformate für den jeweiligen Infrastrukturbereich genutzt wurden. Durch das Zusammenführen der unterschiedlichen Daten soll mittelfristig sichergestellt werden, dass eine Nutzung der RekoTi- Toolbox auch bei abweichenden Datenbezeichnungen möglich ist. Dazu zählt zudem die Verwendung von einheitlichen standardisierten GUIDs. Für die Umsetzung der Implementierung ist innerhalb des RekoTi-Projektes das Andocken an eine Bestandssoftware in Form eines Plugin-Ansatzes als angemessene Lösung identifiziert worden. Bei der Bestandssoftware handelt es sich um die GIS-Software QGIS. QGIS ist eine freiverfügbare Software, die es ermöglicht, georeferenzierte Daten auszuwerten, zu manipulieren und anhand der Daten Berechnungen durchzuführen. Vorteil der Software ist, dass bereits eine Reihe an Funktionen integriert sind, welche dadurch nicht zusätzlich programmiert werden müssen. Zudem ist die generelle Funktionsweise der Software bereits vielen Anwendenden bekannt. QGIS erlaubt es zudem, eigene Implementierungen als Plugin der Allgemeinheit zur Verfügung zu stellen. Die neu zu implementierenden aber auch die bereits bestehenden Funktionalitäten sollen so in die RekoTi-Toolbox integriert werden, dass eine einfache intuitive Navigation durch die RekoTi-Toolbox gewährleistet ist (siehe Abbildung- 2). Die Nutzenden haben während der Anwendung über weiterführende Links die Möglichkeit, relevante Erklärungen und Vorschläge zu erhalten. Im Folgenden werden die Hauptfunktionalitäten der Reko- Ti-Toolbox nach Bestands- und Erweiterungsanwendung unterschieden. Abbildung 2: Architektur und Funktionalitäten der digitalen RekoTi-Toolbox (Hier dargestellt als Demonstrator) Zu den Hauptfunktionalitäten von QGIS gehören (vgl. Abbildung-3): • Kartenvisualisierung: Eine benutzerfreundliche und flexible Benutzeroberfläche erlaubt es geografische Daten zu visualisieren und Karten in verschiedenen Formaten wie PDF, SVG oder Bildern zu exportieren. 130 2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 Integration der BIM-Methode in GIS für kommunale Infrastrukturanlagen • Analyse-Tools: Mit verschiedenen Analysewerkzeugen wie räumliche Abfrage, Pufferung (Erzeugung einer geografischen Fläche um ein gegebenes Objekt), räumliche Interpolation, statistische Analyse als auch Netzwerk- und Geländeanalyse können Bestandsdaten räumlich ausgewertet werden. Abbildung- 3 : Funktionalitäten der RekoTi-Toolbox aufgeteilt nach QGIS-Bestandsfunktionen und Erweiterungsfunktionen des Plugins • Geoprozessierung: Eine Vielzahl von Geoverarbeitungswerkzeugen ermöglicht es in QGIS, komplexe räumliche Analysen durchzuführen und Prozesse zu automatisieren. • Datenbeschriftung: In QGIS können geografische Daten mit Beschriftungen und Anmerkungen versehen und in der Kartenanzeige integriert werden. • Datenbearbeitung: Es wird das Erstellen, Ändern und Löschen von Vektordaten und Attributen ermöglicht und eine umfassende Unterstützung für die Bearbeitung von Rasterdaten geboten. • Geodatenunterstützung: Es können verschiedene Geodaten wie Vektordaten, Rasterdaten, GeoJSON-, WMS-, WFS-, und OGC-Standarddaten adressiert und genutzt werden Diese bereits existierenden Bestandsfunktionalitäten können über das Hinzufügen oder Erstellen von Plugins erweitert werden. Der im Rahmen von RekoTi gewählte Plugin-Ansatz, erlaubt es, die bereits bestehende Funktionspalette für die identifizierten Anwendungsfälle benutzerdefiniert zu erweitern. Zu den Hauptfunktionalitäten der Erweiterung gehören (vgl. Abbildung-3): • Berechnungsalgorithmen: Die Berechnung und Bestimmung von Massen, Mengen und Materialströmen wird über die Integration von mathematischen Formeln realisiert. • RekoTi-Toolbox-Assistent: Die RekoTi-Toolbox erhält einen Assistenten, um eine intuitive Benutzerführung zu gewährleisten. Diese dient zudem als Schnittstelle zwischen den Bestands- und Erweiterungsfunktionalitäten und unterstützt den Nutzungsprozess. • Datenbankprozessing: Innerhalb der RekoTi-Toolbox werden die importierten Daten optimiert und ggf. neu strukturiert. Hierzu gehört ebenfalls, das Adressieren von externen Datenbanken (EPD-Datenbank, ÖKO- BAUDAT) und Regelwerksdaten (RStO 12 etc.). • Datenmanagement: Die RekoTi-Toolbox ermöglicht es, Daten in einer gewünschten Form zu verwenden. Auch das Einlesen und Exportieren von bestimmten Daten wird ermöglicht. • Visualisierung: Durch die Integration von zusätzlich entwickelten Visualisierungsoptionen, bspw. das Hinterlegen einer Farbskala zur Darstellung des Ressourcenverbrauchs, wird das Verständnis erhöht. • BIM: Durch die modell- und informationszentrische BIM-Methode soll es gelingen, Potenziale bei der Genauigkeit (Mengen und Massen), der Zusammenarbeit (gemeinsames Datenverständnis), dem Datenaustausch (einheitliche Schnittstellen) und der Visualisierung (3D BIM-Modell) zu nutzen. 4. Beispielhafte Anwendung der RekoTi-Toolbox In der QGIS-Umgebung stehen Nutzenden verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Durch Anklicken des Plugin-Icons kann die RekoTi-Toolbox gestartet werden. Mittelfristig soll dadurch eine intuitive Nutzung gewährleistet werden. Der erste Schritt besteht darin, relevante Infrastrukturdaten in Form von sogenannten Layern in die RekoTi-Toolbox-Umgebung zu importieren. Die importierten georeferenzierten Layer werden mittels eines Prüfalgorithmus auf Vollständigkeit und Korrektheit geprüft. Liegt ein positives Prüfergebnis für einen Layer vor, steht dieser für das Durchführen von Anwendungsfällen bereit. Nach dem erfolgreichen Einlesen der Datenlayer ist es oftmals notwendig, diese weiter zu optimieren. Ziel dabei ist es, eine optimale Datengrundlage zu schaffen, indem kommunale Bestandsdaten mit frei verfügbaren Geodaten (OSM, ATKIS, weitere) angereichert werden. Für die Bestimmung von Mengen und Massen innerhalb der Anwendung muss ein Netzausschnitt erstellt oder ein konkretes Objekt ausgewählt werden. Die in der Datenbank vorliegenden Mengen werden dabei zu einer Summe zusammengefasst (siehe Abbildung-4) Mengen, die im Bestandsdatensatz der Beispielkommune Münster nicht vorhanden sind, werden auf Basis von Regelwerksverknüpfungen (bspw. RStO 12, RStO 01) in Abhängigkeit vom Baujahr approximiert. [14] Die Ergebnisse der ermittelten Mengen werden dem Nutzenden nach kalkulierten und approximierten Werten differenziert tabellarisch ausgegeben. Dadurch ist die Ermittlung des anthropogenen Materiallagers, unterschieden nach den drei im Projekt betrachteten Infrastrukturanlagen (Brücken, Kanalisation und Verkehrsflächen), möglich. Die RekoTi- Toolbox soll Kommunen generell bei der Entscheidungsunterstützung dienen. Dazu werden Stoffströme identi- 2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 131 Integration der BIM-Methode in GIS für kommunale Infrastrukturanlagen fiziert und ein Stoffstrommanagement wird ermöglicht. Die abgeleiteten Informationen können anschließend ausgegeben und gemäß dem Open-Source-Ansatz weitergenutzt werden. Verfügbare BIM-Modelle sollen entsprechend integriert werden können, um den angeführten Nutzen zu erreichen. Die Verknüpfung von BIM und GIS hat neben der Visualisierung von Daten auch Vorteile im Bereich der Genauigkeit, dem Verständnisauf bau und vor allem dem Datenmanagement gegenüber der traditionellen Datenhaltung. Abbildung-4: Prototypische Benutzeroberfläche der RekoTi-Toolbox mit beispielhaft dargestellter Funktionalität ‚Massenberechnung‘ für ein kommunales Teilgebiet 5. Schlussfolgerungen und Ausblick Die vor dem Hintergrund der BIM-GIS-Integration durchgeführte Entwicklung einer digitalen RekoTi- Toolbox zur Nutzung von Daten kommunaler Infrastrukturanlagen hat das Ziel, über das Durchführen von Anwendungsfällen effektives Managen von Infrastrukturanlagen und Stoffströmen sicherzustellen und dadurch einen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft im kommunalen Tief bau zu leisten. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden einerseits der Status quo bei der Datenverfügbarkeit und -nutzung und anderseits die Rahmenbedingungen im Handlungsfeld der Kommunen identifiziert und analysiert. Als limitierende Faktoren wurden in erster Linie fehlende Vorschriften bei der Nutzung und Definition von relevanten Infrastrukturanlagendaten festgestellt. Auch die Anwendung der BIM-Methode findet derzeitig nicht flächendeckend statt, sodass geeignete BIM-Modelle für alle Infrastrukturanlagen lediglich vermindert vorliegen. Ausblickend ist der derzeitige Entwicklungsstand der RekoTi-Toolbox weiter zu optimieren. Zusätzliche Funktionalitäten, wie das Identifizieren von möglichen und notwendigen Baumaßnahmen, sind zunächst formal zu prüfen und anschließend ggf. technisch zu integrieren. Auch eine Integration von Ökobilanzdatensätzen wäre wünschenswert, um valide Berechnungen für die Umweltwirkungen vornehmen zu können. Die derzeit öffentlich verfügbaren Ökobilanzdatensätze für beispielsweise Verkehrsflächen in Asphaltbauweise weisen bislang jedoch eine zu geringe Aussagekraft auf (vgl.-[15]). Danksagung Das Forschungsprojekt [RekoTi - Ressourcenplan kommunaler Tiefbau] bildet den Rahmen für diese Arbeit. Es wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) [Förderkennzeichen~ 033R264] im Rahmen des wissenschaftlichen Programms Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft - Bauen und Mineralische Stoffkreisläufe (ReMin) gefördert und durch die Plattform Forschung für Nachhaltigkeit (FONA) unterstützt. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren. Literatur [1] UBA - Umweltbundesamt (2022): Das anthropogene Lager, 11.05.2022, URL: https: / / www.umweltbundesamt.de/ themen/ abfall-ressourcen/ abfallwirtschaft/ urban-mining/ das-anthropogene-lager, Zugriff: 27.04.2023. [2] Buttgereit, A. (2019): Ansätze für ein Erhaltungsmanagement kommunaler Straßen unter Berücksichtigung des NKF. URL: https: / / hss-opus. ub.ruhr-uni-bochum.de/ opus4/ frontdoor/ deliver/ index/ docId/ 6418/ file/ diss.pdf, Zugriff: 28.04.2023. [3] PwC - PricewaterhouseCoopers (2023): Die Bauindustrie in anspruchsvollen Zeiten, URL: https: / / www.pwc.de/ de/ content/ f81454c8-00f3- 40c2-bfb6-627dba09c9d3/ pwc-studie-herausforderungen-der-bauindustrie-2023.pdf, Zugriff: 28.04.2023. [4] Flamme, S., et al. (2022): Ressourcenplan kommunaler Tiefbau: RekoTi - Lösungsansätze für einen ressourceneffizienten Tiefbau, In: Deutsches Ingenieurblatt, S. 48-49, Nr. 11/ 2022. [5] Kraft, M. H., et al. (2022): Management der Kreislaufwirtschaft - Positionierung und Gestaltung zirkulärer Unternehmen, Springer eBook Collection, Springer Fachmedien Wiesbaden, Wiesbaden, 2022; ISBN: 978-3-658-39225-3. [6] DIN EN 15643: 2021 (2021): Nachhaltigkeit von Bauwerken - Allgemeine Rahmenbedingungen zur Bewertung von Gebäuden und Ingenieurbauwerken, DIN - Deutsches Institut für Normung e.V. (Hrsg.), Beuth-Verlag, Berlin, 2021. [7] BMVI - Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (2015): Stufenplan Digitales Planen und Bauen - Einführung moderner, IT-gestützter Prozesse und Technologien bei Planung, Bau und Betrieb von Bauwerken, Berlin, URL: https: / / bmdv.bund.de/ SharedDocs/ DE/ Publikationen/ DG/ stufenplan-digitales-bauen.pdf? __blob=publicationFile, Zugriff: 28.04.2023. [8] Borrmann, A. et al. (2022): Building Information Modeling. Technologische Grundlagen und Industrielle Praxis, 2 nd ed. Wiesbaden: Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (VDI-Buch Ser). URL: 132 2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 Integration der BIM-Methode in GIS für kommunale Infrastrukturanlagen https: / / ebookcentral.proquest.com/ lib/ kxp/ detail. action? docID=6824254, Zugriff: 28.04.2023. [9] Goodchild, F. (2005): Geographic Information Systems. In: Kimberly Kempf-Leonard (Hg.): Encyclopedia of Social Measurement. S.L.: Elsevier, S. 107-113. URL: https: / / www.sciencedirect.com/ science/ article/ pii/ B0123693985003352, Zugriff: 28.04.2023. [10] Kaden, R. et al. (2019): Leitfaden Geodäsie und BIM 2.0. In: DVW e. V. und Runder Tisch GIS e. V. (Hrsg.), Bühl/ München URL: https: / / dvw. de/ sites/ default/ files/ merkblatt/ daten/ 2019/ 11_ DVW-Merkblatt_LeitfadenGeod%C3%A4sieund- BIM_2019_0.pdf, Zugriff: 28.04.2023. [11] Celeste, G. et al. (2022): Innovating the Construction Life Cycle through BIM/ GIS Integration: A Review, In: Sustainability 14 (2), S. 766. DOI: 10.3390/ su14020766. [12] Zhu, J. et al. (2019): Integration of BIM and GIS: IFC geometry transformation to shapefile using enhanced open-source approach, In: Automation in Construction 106, S. 102859, DOI: 10.1016/ j.autcon.2019.102859. [13] KGSt - Kommunale Gemeinschaftsstelle für Verwaltungsmanagement (2021): Open Source in Kommunen (2021/ 5), Köln, URL: https: / / www. k g s t . d e / d o c u m e n t s / 2 0 1 8 1 / 3 4 1 7 7 / KG S t - B e richt-5-2021_Open-Source.pdf/ 994d10d0-ec25f8ed-91af-1a12518c27d3, Zugriff: 28.04.2023. [14] FGSV - Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (2012): Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen. RStO 12. Ausg. 2012. Köln: FGSV-Verl. (FGSV, 499: R1). [15] Wachsmann, A. (2023): Wegweiser zu einem ökologischeren und zukunftsfähigen Straßenoberbau, In: Schäfer, F. (Hrsg.): 3. Kolloquium Straßenbau in der Praxis, S. 71-80. expert Verlag GmbH; Technische Akademie Esslingen e. V. Tübingen/ Ostfildern, 2023.