2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 167 Umbau Autobahndreieck Funkturm, Berlin Vorteile der BIM-Methode bei komplexen Bauabläufen Dipl.-Ing. Wolfgang Strobl Schüßler-Plan Generalplanungsgesellschaft mbH, Berlin Zusammenfassung Die Zunahme von Infrastrukturmaßnahmen in urbanen Gebieten und die Forderung nach beschleunigter Realisierung von Bauprojekten stellt uns vor neue Herausforderungen: „was“ gebaut werden soll tritt zunehmend in den Hintergrund gegenüber den Anforderungen „wie“ unter Berücksichtigung von komplexen urbanen Randbedingungen überhaupt gebaut werden kann und welche räumlichen, logistischen und terminlichen Auswirkungen sich daraus ergeben. Die politische Forderung nach Beschleunigung von Projekten erfordert unter anderem die Minimierung von Risiken und damit die Erhöhung der Zuverlässigkeit der Planung. Die BIM-Methode erlaubt erstmals, Bauabläufe in einem räumlichen und zeitlichen Zusammenhang zu visualisieren. Dieser 4D-Bauablauf ermöglicht damit die Überprüfung eines Gantt-Diagramms und das Auffinden von zeitlichen Kollisionen im Bauablauf. Nur so ist es möglich, den Bauablauf in einem Gantt-Diagramm mit über 3.000 Zeilen in seiner Gesamtheit zu verstehen, zu plausibilisieren, in der Öffentlichkeit zu vertreten, die richtigen Baulose/ Vergabeeinheiten zu bilden, den Ablauf insgesamt zu optimieren und damit die Zuverlässigkeit der Planung maßgeblich zu erhöhen. Abb. 1: Übersicht, Blick v. S. n. N. 168 2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 Umbau Autobahndreieck Funkturm, Berlin 1. Einführung Das Autobahndreieck Funkturm in Berlin verknüpft innerstädtisch die beiden Bundesautobahnen A100 und A115 und ist einer der am stärksten befahrenen Autobahnknoten in Deutschland mit einer durchschnittlichen Belastung von bis zu 230.000 Kfz/ 24 h. Ziel der Umbaumaßnahme sind die grundlegende Erneuerung, eine Optimierung zur Abwicklung der erheblichen Verkehrsmengen durch Entflechtung und die Verringerung der Anschlussstellen an das nachgeordnete innerstädtische Netz der A100. Die Umbaumaßnehme umfasst: - Verkehrsanlagen: 11 Objekte Endzustand, 7 Objekte bauzeitlich - Ingenieurbauwerke: 25 Brücken, 23 Stützwände, 7-Lärmschutzwände, 32 prov. Brücken und Stützwände, 47 Abbruchbauwerke. Abb. 2: Räumliche Einordnung 2. Bauablauf Ausgangspunkt ist die teilweise sehr komplexe Planung mit anspruchsvollen technischen und gestalterischen Lösungen für den Endzustand. Abb. 3: ADF - Bestand Im Vordergrund stehen hier jedoch die erforderlichen Bauphasen unter Aufrechterhaltung des Verkehrs - das Konzept Fahren und Bauen: wie muss der Bauablauf organisiert werden, welche Baulose mit welchen Vergabestrategien sind sinnvoll, welche Baubehelfe und Baulogistik (Zufahrten, Baufelder, BE-Flächen) sind erforderlich und welche Auswirkungen und Betroffenheiten ergeben sich daraus. Grundlage ist ein erster Grob-Bauablauf-Terminplan, der entsprechend den Ergebnissen der Entwurfs- und Ausführungsplanung in einem Gantt-Diagramm detailliert und kontinuierlich fortgeschrieben wird. Daraus ergibt sich die Herausforderung, die wesentlichen Zusammenhänge, Einflussgrößen und Abhängigkeiten des Terminplans mit über 3.000 Zeilen zu erkennen, fortlaufend zu plausibilisieren und zu optimieren. Abb. 4: ADF - Planung (Endzustand) 2.1 Wesentliche Einflussgrößen - Planung: • (1) Neubau AS Messe und Weiterführung der A115 in neuer Lage • (2) Weiterführung der A115 im Dreieck ADF, Bauwerke als vorbereitende Maßnahme in neuer Lage • (3) Weiterführung vom Dreieck ADF Richtung Norden über die Bahnanlagen in gleicher Lage. Dazu ist der Bau von 2 Behelfsautobahnen (Ost und West) erforderlich • bauzeitliche Verkehrsführung: mind. 2 Fahrspuren je Richtung - Dauer des Genehmigungsverfahrens - Abhängigkeiten zur Anmeldung von Sperrpausen der Bahn - Baulose für Vergabe und Ausführung: • Vorbereitende Maßnahmen (innerhalb und außerhalb der Planfeststellungsgrenze, Umwelt, Bahn, Baufeldberäumung) • Zuordnung von Objekten der Verkehrsanlage und Ingenieurbauwerke inkl. Umbau von Leitungen (Schnittstellen) 2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 169 Umbau Autobahndreieck Funkturm, Berlin • A/ E-Maßnahmen • Ausrüstung • Sicherungsleistungen 2.2 Vorbereitung der Bauablaufplanung - Basis ist die abgeschlossene Entwurfsplanung der Verkehrsanlage (RE) im Endzustand - paralleles Erstellen von 2D-Bauphasenplänen • dient der Dokumentation wesentlicher Bauphasen vom Bestand bis zum geplanten Endzustand • bauzeitliche Verkehrsführung mind. 2 Fahrspuren je Richtung - die Entwurfsplanung der Ingenieurbauwerke (RAB- Ing) liegt vor - ein integriertes 3D-Koordinationsmodell der Verkehrsanlage (VA) und der Ingenieurbauwerke (IBW) zum Endzustand liegt vor, die Objekte sind auf Koalitionsfreiheit geprüft - Start der Terminplanung: Grob-Bauablauf-Terminplan mit zunehmender Detaillierung • beginnend mit „wesentlichen“ Ingenieurbauwerken • Integration der bauzeitlichen und bereichsweise endgültigen Verkehrsanlage Straße • Berücksichtigung der Sperrpausen der Bahn Erkenntnisse: - mit zunehmender Detaillierung „fließen“ die Bauphasen immer weiter ineinander - eine zeitliche Kontrolle der einzelnen Abläufe auf bauzeitliche Kollisionen durch die überlagerte Darstellung in Bauphasenplänen ist nur näherungsweise möglich. - eine detaillierte Erfassung aller Bauabläufe mit den zugehörigen Abhängigkeiten, Restriktionen und Auswirkungen bleibt auch mit einer Detaillierung als Gantt-Diagramm eine schwer zu überprüfende Einzelleistung: die bauzeitliche Kollisionsfreiheit kann nicht dokumentiert werden. - im klassischen Planungsablauf erfolgt die Vergabe von Bauleistungen oft auf Basis von Meilensteinen. Damit entsteht einerseits Gestaltungsfreiheit für den Baubetrieb. Anderer-seits führt das Übertragen der Terminverantwortung auf den Baubetrieb zu den bekannten Konsequenzen: bauzeitliche Kollisionen haben wesentliche Folgen auf Kosten und Termine. - für das Projekt AD-Funkturm ist mit der Vorgabe von BIM als Planungsmethode eine alternative Vorgehensweise vorgesehen: • detaillierte Planung des Bauablaufs als Gantt-Diagramm • Überprüfung des Gantt-Diagramms durch eine 4D-Bauablaufsimulation auf bauzeitliche Kollisionen • der kollisionsbereinigte Bauablauf ist Grundlage für Ausschreibung und Vergabe. 3. 4D-Bauablauf 3.1 Allgemein Die Weiterentwicklung des 3D-Koordinationsmodells zu einem 4D-Bauablaufmodell ermöglicht die Visualisierung des räumlichen und zeitlichen Ablaufs der Baumaßnahmen. Abb. 5: 4D-Bauablauf, Auszug Aufgrund der Vielzahl der Maßnahmen wurden zum besseren Verständnis der Vorgänge folgende Vereinfachungen festgelegt: - Die bauzeitliche Verkehrsführung der VA-Straße wird vereinfacht als 3D-Fahrbahnband dargestellt. Dieser reduzierte Detaillierungsgrad ist für die grundlegende bauzeitliche Kollisionsprüfung völlig ausreichend. Die Ergänzung von Fahrbahn-aufbauten, Böschungen, Baugruben usw. kann mit zunehmender Planungstiefe detailliert werden, ändert jedoch nichts am prinzipiellen Bauablauf. - Mit der Entwicklung eines 4D-Navigators können verschiedene Handlungsstränge des Bauablaufs einzeln, in beliebiger Kombination oder gesamtheitlich betrachtet werden. Das Verständnis der komplexen zeitlichen und räumlichen Zusammenhänge wird durch diese selektive Visualisierung wesentlich verbessert. Auf dieser Grundlage erfolgt die Kollisionsprüfung für: - bauzeitliche Verkehrsführungen untereinander - bauzeitliche Kollision der Verkehrswege mit Bauwerken (Bestand, Abbruch, Herstellung, fertiggestellte IBW) - bauzeitliche Kollision von temporären Bauwerken mit endgültigen Bauwerken - Kollision mit Maßnahmen zu Leitungsumver-legungen Aufgrund der Vielzahl der Kombinationsmöglichkeiten für Kollisionen ist eine regelbasierte Prüfung derzeit 170 2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 Umbau Autobahndreieck Funkturm, Berlin nicht vorgesehen. D. h. die Prüfung erfolgt visuell durch sachverständige Bearbeiter. Abb. 6: 4D-Navigator für Projekt ADF Ausgangspunkt der visuellen Darstellung der Verkehrsführung sind die Verkehrsbeziehungen zwischen Magdeburg/ Leipzig (MD/ L), Hamburg (HH) und Dresden (DD) mit jeweils 2 Richtungsfahrbahnen. Zu diesen 6- Verkehrsbeziehungen gibt es jeweils bis zu 17 Verkehrsführungsphasen in Form von Teilmodellen, die als Verkehrsbänder (3D-Flächen) modelliert und farblich nach „in Betrieb“ und „in Bau“ unterschieden werden. Die Objekte der Verkehrsanlage, die Teilobjekte der Ingenieurbauwerke, die Maßnahmen zur Umverlegung von Leitungen (Trinkwasser, Gas, Telekom, KVR, usw.), die Sperrpausen und Umbaumaßnahmen Bahn, usw. werden mit dem Bauablauf-Terminplan verlinkt und somit in einen zeitlichen Kontext gesetzt. Damit ist man in der Lage, den komplexen Bauablauf visuell zu erfassen, bauzeitliche Kollisionen und Optimierungs-möglichkeiten zu erkennen. 3.2 Bauzeitliche Kollisionen Mit der Visualisierung des Bauablaufes wurden bereits im ersten Durchlauf 12 bauzeitliche Kollisionen festgestellt und behoben. Auszugsweise werden nachfolgend 4 Beispiele dargestellt: Beispiel 1: Die bauzeitliche Verkehrsführung erfolgt über den Überbau der Brücke im Status „Herstellung“ (rot) Abb. 7: Bauzeitliche Kollision, Beispiel 1 Beispiel 2: Zeitliche Überschneidung bauzeitlicher Verkehrswege (gelb) Abb. 8: Bauzeitliche Kollision, Beispiel 2 2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 171 Umbau Autobahndreieck Funkturm, Berlin Beispiel 3: Widerlager in Status „Herstellung“, Überbau fertiggestellt Abb. 9: Bauzeitliche Kollision, Beispiel 3 Beispiel 4: Bauzeitliche Verkehrsführung von HH nach DD über die Behelfsautobahn Ost unvollständig Abb. 10: Bauzeitliche Kollision, Beispiel 4 4. Zusammenfassung Mit der BIM-Planungsmethode ist es nun erstmals möglich, Bauabläufe in Form von Gantt-Diagrammen in einem zeitlichen und räumlichen Zusammenhang zu visualisieren und im Ergebnis eine zeitliche Kollisionsfreiheit als Qualitätssicherung zu dokumentieren. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Verkehrsanlagen und zugehörige Ingenieurbauwerke mit komplexen Abhängigkeiten realisiert werden sollen. Der iterative Prozess von Erkennen und Auflösen bauzeitlicher Kollisionen führt zu einem konsolidierten Bauablauf mit hoher Terminsicherheit. Jede aufgelöste Kollision reduziert Terminrisiken wie Behinderungen und Verzug auf der Baustelle und erhöht damit die Termin- und Kostensicherheit erheblich.