2. Fachkongress Konstruktiver Ingenieurbau - Juni 2024 243 Aktueller Stand der bautechnischen Prüfung von Ingenieurbauwerken nach der BIM-Methodik and eBusiness in Architecture, Engineering and Construction 2022. 2023. [41] Weber, B., Achenbach, M. u. Niederländer, A.: Rechtskonformes Datenteilen im Bauprozess - Anforderungen des Data Governance Act an Common Data Environments/ Data sharing within the construction process legally compliant - Requirements of the Data Governance Act for Common Data Environments. Bauingenieur 98 (2023) 03, S.-76-84. [42] Weber, B. u. Achenbach, M.: Legal governance for BIM - rights management and lawful data use. In: Biondini, F. u. Fragopol, D. M. (Hrsg.): Life-Cycle of Structures and Infrastructure Systems. Proceedings of the Eighth International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering (IALCCE 2023), 2.-6. Juli 2023, Milano, Italy. London: CRC Press 2023, S.-3292-3299. [43] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur: BIM4INFRA2020 Teil 6. Steckbriefe der wichtigsten BIM-Anwendungsfälle, 2019. https: / / www.bimdeutschland.de/ fileadmin/ media/ Downloads/ Download-Liste/ BIM4INFRA/ 3_6_BI- M4INFRA2020_AP4_Teil6.pdf, abgerufen am: 28.03.2024. [44] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur: Masterplan BIM Bundesfernstraßen. Rahmendokument: Steckbriefe der Anwendungsfälle - V 1.0, 2021. https: / / www.bmdv.bund.de/ SharedDocs/ DE/ Anlage/ StB/ bim-rd-anwendungsfaelle.pdf? __blob=publicationFile, abgerufen am: 28.03.2024. [45] Seitner, M., Probst, R., Borrmann, A. u. Vilgertshofer, S.: Building Information Modeling (BIM) im Brückenbau. Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen. Brücken- und Ingenieurbau Heft B 182, Bremen 2022. [46] Taraben, J., Hallermann, N., Kersten, J., Morgenthal, G. u. Rodehorst, V.: Case study for the integration of geometrical analyses for structural condition assessment in building information models. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 365 (2018), S.-22054. 2. Fachkongress Konstruktiver Ingenieurbau - Juni 2024 245 Digitalisierung und Nachhaltigkeit im Curriculum des Studiengangs Bauingenieurwesen Prof. Dr.-Ing. Niels Bartels Technische Hochschule Köln Prof. Dr.-Ing. Markus Nöldgen Technische Hochschule Köln Prof. Dr.-Ing. Ruth Kasper Technische Hochschule Köln Zusammenfassung Die Ausbildung des akademischen Nachwuchses stellt eine wesentliche Grundlage zur Umsetzung innovativer Ansätze (z. B. Urban Mining, BIM, Smart Building) dar. Insbesondere eine durchgängige, übergreifende und vernetzte Lehre sowie Weiterentwicklung der vorhandenen Lehrinhalte des Konstruktiven Ingenieurbaus mit innovativen, digitalen und nachhaltigen Lehrinhalten stellt einen Erfolgsfaktor für die zukünftigen Absolvierenden dar. Damit einher geht gleichermaßen eine Steigerung der Kompetenzen (Future Skills) der Studierenden, die durch die curriculumsübergreifende Ausbildung besser auf zukünftige Aufgaben vorbereitet werden. Der Beitrag zeigt auf, wie die Schnittstelle zwischen Digitalisierung und Nachhaltigkeit und die Integration dieser wichtigen Querschnittsthemen im Curriculum des Konstruktiven Ingenieurbaus gestaltet werden kann. Hierbei werden am Beispiel des Bauingenieurstudiums der Technischen Hochschule Köln Lösungsansätze aufgezeigt, die eine optimale akademische Ausbildung der Studierenden ermöglichen. Neben verschiedenen neuen und modifizierten Lehrformaten steht hierbei insbesondere die Vernetzung der einzelnen Module im Fokus der Betrachtung. Die Erfahrungen zeigen, dass es zur Integration von Digitalisierung und Nachhaltigkeit sowie der Kompetenzerweiterung nicht ausreichend ist, die neuen Lehrinhalte singulär und theoriebasiert in den Modulen zu lehren. Vielmehr ist es notwendig, insbesondere neue Lehrkonzepte und eine durchgängige Betrachtung der Themenkomplexe Digitalisierung und Nachhaltigkeit im Curriculum des Konstruktiven Ingenieurbaus zu integrieren, um in den jeweiligen Themenbereichen die Relevanz, Potenziale und Herausforderungen aufzuzeigen. 1. Einleitung Aktuell befindet sich die Bau- und Immobilienbranche in einem Umbruch, der insbesondere durch Anforderungen an Nachhaltigkeit und Digitalisierung in einem Spannungsfeld mit Fachkräftemangel geprägt ist. Die Ausbildung des akademischen Nachwuchses stellt deshalb eine wesentliche Grundlage zur Umsetzung innovativer Ansätze (z. B. Urban Mining, BIM, Smart Building) dar, mit denen auf die Herausforderungen der Branche eingegangen werden kann. Darüber hinaus müssen Studierende befähigt werden, zukünftige Schlüsselqualifikationen wie das Lösen komplexer Probleme, kritisches Denken, Kreativität und Koordination mit anderen Disziplinen zu erfüllen [1]. Insbesondere eine disziplinübergreifende und vernetzte Lehre sowie Weiterentwicklung der vorhandenen Lehrinhalte des Konstruktiven Ingenieurbaus mit innovativen, digitalen und nachhaltigen Lehrinhalten stellt eine Möglichkeit dar, diese Anforderungen umzusetzen und bildet damit einen Erfolgsfaktor für die zukünftigen Absolvierenden. Damit einher geht gleichermaßen einer Steigerung der Kompetenzen (Future Skills) der Studierenden, die durch die kontinuierliche Ausbildung besser auf zukünftige Aufgaben vorbereitet [2]. Die Grundlage für das Bauingenieurstudium bildet der Referenzrahmen des Akkreditierungsverbundes für Studiengänge des Bauwesens (ASBau). In der ASBau werden explizit auch Anforderungen an das Digitale Bauen sowie an Ökologie definiert. Im Rahmen des Digitalen Bauens sollen die Studierenden Informations- und Datenmanagement erlernen sowie Software (z. B. CAD), die BIM-Methodik oder Lehrinhalte zur Künstlichen Intelligenz vermittelt bekommen. Hierdurch sollen sie Hard- und Software einsetzen, diese auswählen können und aktuelle digitale Technologien selbständig anwenden, bewerten und implementieren lernen [3]. Im Bereich der Ökologie nennt die ASBau die Einführung in ein ökologisches Verständnis und in die grundlegenden Prinzipien zum Schutz der Umwelt sowie Grundlagen des ökologischen Bauens als relevante Kenntnisse. Hierdurch sollen die Studierenden grundlegende Zusammenhänge nachvollziehen und Anforderungen des Umweltschutzes beachten können [3]. Diese Anforderungen werden gefördert durch einen vernetzten, transdisziplinären Studienansatz, der an der TH Köln verfolgt wird. Dieser wurde erstmalig im Bereich BIM/ Digitales Planen und Bauen umgesetzt und wird nun auf die Nachhaltigkeit übertragen. Dies wird nachfolgend 246 2. Fachkongress Konstruktiver Ingenieurbau - Juni 2024 Digitalisierung und Nachhaltigkeit im Curriculum des Studiengangs Bauingenieurwesen am Beispiel der Fakultät für Bauingenieurwesen und Umwelttechnik (F06), Institut für Konstruktiven Ingenieurbau dargestellt, jedoch wird diese Integration fach- und disziplinübergreifend gelebt, so dass ein Austausch mit anderen Instituten (Baubetrieb und Vermessung sowie Baustoffe, Geotechnik, Verkehr und Wasser) und Fakultäten, wie der Fakultät für Anlagen, Energie- und Maschinensysteme (F09) und Architektur (F06) - zum Beispiel im Hinblick auf DGNB-Zertifizierungen oder BIM - besteht. Eine Besonderheit hierbei ist, dass die Lernform „Gruppenarbeit“ einen hohen Stellenwert darstellt, welche zwar zeit- und personalintensiv ist, jedoch perspektivisch auf die zukünftige Berufspraxis vorbereitet. 2. Modernisierung des Studiengangs im Hinblick auf digitale Querschnittsthemen mit dem Ziel der durchgängigen Nutzung der BIM-Methode Studiengänge des Bauingenieurwesens unterliegen durch die sich wandelnden Anforderungen einer ständigen Veränderung. Insbesondere auf die Anforderung durch die Digitalisierung der Bau- und Immobilienbranche müssen die Studierenden vorbereitet werden. Hierbei wurde ein neuer Weg im Curriculum gegangen, so dass sich die Digitalisierung wie ein roter Faden im Studienverlaufsplan Berücksichtigung findet. Insbesondere die BIM-Methode verknüpft die einzelnen Module des Bachelor- und Masterstudiengangs miteinander und ermöglicht hierdurch den Erwerb von Zukunftskompetenzen durch Gruppenarbeiten, transdisziplinären Ausbildungsansätzen und curriculumsübergreifendem Lernen. Um diese Durchgängigkeit zu erreichen, ist es notwendig die Ebenen Lehre und Weiterbildung, Forschung und Transfer sowie Menschen zu beachten. 2.1 Ebene Lehre und Weiterbildung Ein wesentliches Erfolgskriterium für die nachhaltige und vertiefte Lehre von BIM ist eine Vernetzung der einzelnen Module vom Grundstudium über die Vertiefungsrichtung des Bachelors bis hin zur Vertiefung des Wissens im Masterstudium. Deshalb erfolgt bereits zu Beginn des Studiums an der TH Köln die Vermittlung der Grundlagen der Digitalisierung im Bauwesen. Hierbei werden in den Modulen Bauinformatik, Baukonstruktionslehre I und Bauphysik erste Softwaretools sowie grundlegende Begriffe der BIM-Methode gelehrt. In Baukonstruktion erfolgt die Einführung der BIM-Methodik ausgehend von der Erstellung von Strichzeichnungen gemäß den Regeln der DIN 1356-1 Bauzeichnungen und die Abbildung einer Struktur mit Volumenelementen. Die Möglichkeiten der BIM-Methodik erfolgt nicht nur anhand einer Wissensvermittlung, sondern auch durch die Anwendung in Form einer Gruppenarbeit. Als Softwaretools wird Autodesk AutoCAD und Autodesk REVIT verwendet. Ein Beispiel ist in Abbildung 1 dargestellt. Abb. 1: Aufgabenstellung erstes Semester - 3D-Modell Im vierten - und damit letztem - Semester des Grundstudiums erfolgt die Verknüpfung des erlernten Wissens im Rahmen eines kollaborativen Projektes im Rahmen des Moduls Digitales Planen und Bauen. Die Modellierung in Autorensoftware, die in den ersten Semestern erlernt wurde, bildet die Grundlage des Moduls. Hierauf auf bauend erfolgt ein modellzentrierter Ansatz, bei dem verschiedene Fachmodelle koordiniert und Anwendungsfälle (z. B. Termin- und Kollisionsprüfung) mit verschiedenen Softwaresystemen angewendet. Hierbei erlernen die Studierenden auch die Definition an Anforderungen für den Austausch, wie Auftraggeber-Informations-Anforderungen (AIA) und BIM-Abwicklungsplan (BAP), so dass auch die prozessuale Komponente der BIM-Methodik einbezogen wird. Mithilfe von offenen Austauschformaten wird darüber hinaus die Integration von GIS und BIM vertieft, um die verschiedenen Fachdisziplinen einzubeziehen. Abb. 2: Koordination eines Modells mit verschiedenen Disziplinen Auch in der Vertiefungsrichtung Konstruktiver Ingenieurbau (KIB) werden sowohl weitere Softwareprogramme angewendet, als auch Methodik und Prozesse 2. Fachkongress Konstruktiver Ingenieurbau - Juni 2024 247 Digitalisierung und Nachhaltigkeit im Curriculum des Studiengangs Bauingenieurwesen sowie die Umsetzung von Projekten in den Modulen gelehrt. Hierbei liegt der Fokus darauf, dass nicht bloß Softwareprogramme angewendet werden, sondern die Bestandteile der BIM-Methodik von Wissen zur BIM- Methodik, über Softwaretools, Methodik und Prozesse, der Umsetzung von BIM-Projekten bis hin zu Innovationen im Bereich BIM miteinander und über das Curriculum fortlaufend kombiniert und vermittelt werden. Im Master werden ebenfalls diverse Module angeboten, die das Wissen zu BIM vertiefen und erweitern. Diese können - ebenso wie am Ende des Bachelorstudiums - im Rahmen einer Masterarbeit als innovative Projekte durch die Studierenden bearbeitet werden. Ein Beispiel für die innovative Weiterentwicklung stellt die Bauwerksprüfung und -instandhaltung mit Hilfe des BIM-Mobils dar, siehe Abbildung 3. Abb. 3: Bauwerksprüfung und -instandhaltung mit Hilfe des BIM-Mobils Zur Umsetzung einer curriculumsübergreifenden BIM- Lehre ist es notwendig, dass alle Lehr- und Forschungsgebiete des Studiengangs einbezogen werden. In Workshops sind die Schnittstellen und Themen innerhalb des Curriculums abzustimmen. Darüber hinaus wurde ein transdisziplinäres BIM-Team ins Leben gerufen, dass die Ausstattung, die Lehrinhalte sowie gemeinsame Aktivitäten im Bereich BIM koordiniert. Hierdurch ist die Digitalisierung in verschiedenen Modulen im Curriculum verankert. Die Module, die digitale Inhalte für das Grundstudium sowie für die Vertiefungsrichtung KIB und den Master KIB beinhalten sind in der nachfolgenden Abbildung 4 dargestellt. Hierbei ist zu beachten, dass in den verschiedenen Vertiefungsrichtungen nicht nur BIM eine Rolle spielt, sondern auch andere Softwaresysteme, wie beispielsweise Geoinformationssysteme zum Einsatz kommen. Abb. 4: Module des Grundstudiums und der Vertiefungsrichtung im Bachelorstudium sowie im Masterstudium Konstruktiver Ingenieurbau. 1 Wissen zu BIM; 2 Softwaretools; 3 Methodik, Prozesse; 4 BIM-Projekte; 5 Innovationen Daneben ist es notwendig, dass auch Räume als Unterstützung für die Lehre zur Verfügung stehen. Neben Computerräumen, die eine für die Übungen unerlässliche Grundlage bilden, ist es im Rahmen der BIM-Lehre notwendig Räume für neue, immersive und kollaborative Technologien bereitzustellen, An der TH Köln wurde deshalb der sog. BIM Hub eingerichtet, in dem sich neben Computern mit verschiedenen Softwareprogrammen auch Meetingmöglichkeiten sowie Hardware, wie Sensorik zur Einbindung in digitale Modelle oder VR- und AR-Brillen befinden. Darüber hinaus soll der Raum mit einer modernen Einrichtung als Treffpunkt für die Studierender verschiedener Fakultäten, wie der Fakultät für Architektur, der Fakultät für Bauingenieurwesen und Umwelttechnik sowie der Fakultät für Fakultät für Anlagen, Energie- und Maschinensysteme (Institut für Technische Gebäudeausrüstung) dienen. Fakultätsübergreifende Aufgabenstellungen in den Modulen tragen hierbei dazu bei, dass eine Vernetzung zwischen den Studierenden entsteht. Darüber hinaus wird der Raum durch Tutoren besetzt, die den Studierenden als Ansprechpartner für Aufgaben aus den Modulen dienen. 248 2. Fachkongress Konstruktiver Ingenieurbau - Juni 2024 Digitalisierung und Nachhaltigkeit im Curriculum des Studiengangs Bauingenieurwesen 2.2 Ebene Forschung und Transfer Neben der Ebene der Lehre ist es notwendig, dass im Bereich BIM Forschung und Transfer umgesetzt wird. Insbesondere in einem sich schnell ändernden Themengebiet, wie BIM müssen sich die Lehrenden fortlaufend mit aktuellen Entwicklungen und Innovationen auseinandersetzen. Ebenso wie in der Lehre wird auch an der TH Köln ein transdisziplinärer Ansatz gewählt, sodass bei Forschungsprojekten regelmäßig verschiedene Lehr- und Forschungsgebiete zusammen Projekte beantragen und durchführen. Hierdurch ist es möglich den kompletten Gebäudelebenszyklus sowie die verschiedenen Disziplinen, die am Bauwerkslebenszyklus beteiligt sind, miteinander zu verknüpfen. Ziel ist es hierbei die Schnittstellen zwischen einzelnen Lebenszyklusphasen sowie Disziplinen so zu entwickeln, dass Daten verlustfrei ausgetauscht und für eine nachhaltige Planung, Ausführung, Betrieb und Verwertung genutzt werden können. Dies ist schematisch in Abbildung 5 dargestellt. Mithilfe dieses vernetzten Konzeptes konnten bereits erste, lebenszyklus- und disziplinübergreifende Projekte gewonnen werden. Abb. 5: Vernetzung der einzelnen Lehr- und Forschungsgebiete mit der BIM-Methode Darüber hinaus besteht ein enger Kontakt zur Praxis, um regelmäßig die Bedarfe für Lehre und Forschung zu erfragen. Eine jährliche stattfindende Konferenz „BIM NEXT FORUM“ bringt dabei Studierende mit Ihren aktuellen Themen Praktiker und Experten der buildingSmart e.V. an der TH Köln zusammen. Damit werden die aktuellen Entwicklungen regelmäßig vorgestellt und diskutiert. Durch den BIM NEXT FORUM Student Award werden herausragende Abschlussarbeiten dabei von einer Jury ausgewählt und prämiert. Ein weiteres Spiegelungsgremium ist der Beirat. Diese Ebene der Forschung und Transfer hat damit einen direkten Einfluss auf die erfolgreiche Lehre der Studierenden. 2.3 Ebene Menschen Die dritte und nicht zu unterschätzende Ebene stellt die Ebene Menschen dar. Hierzu zählen neben den Lehrenden insbesondere auch Praxispartner und die Studierenden. Im Hinblick auf die Lehrenden zeigt sich, dass eine enge Vernetzung und der Wille zu einer zukunftsfähigen und durchgängigen Lehre gegeben sein müssen. Hierzu müssen die Lehrenden nicht nur regelmäßig miteinander kommunizieren und Lehrinhalte aufeinander abstimmen, sondern auch zu einer Weiterentwicklung der Lehre bereit sein. Auf Ebene der Praxispartner ist es notwendig, dass diese ein realistisches Bild der Anwendung der BIM-Methodik in der Praxis bieten und sich hier hingehend mit den Hochschulen austauschen. Darüber hinaus ist es notwendig, dass eine Bereitschaft zur Weiterentwicklung im Hinblick auf digitale Technologien gegeben ist. Für den Erfolg am entscheidendsten sind jedoch die Studierenden selbst. Um die BIM-Methodik vollumfänglich zu erfassen sind verschiedene Lehrformate notwendig. Von klassischer Vorlesung über Übungen, gruppenbasierten Projekten bis hin zu forschungsbasiertem Lernen und modellzentriertem Arbeiten. Dies erfordert von den Studierenden, dass sie sich auf neue Lehrformate einlassen müssen und vom klassischen Lernen Abstand nehmen müssen. Es zeigt sich, dass es hierbei durchaus unterschiedliche Auffassungen bei den Studierenden gibt. Während einige Studierende, insbesondere in höheren Semestern des Bachelorstudiums sowie im Masterstudium das freie Arbeiten an innovativen Aufgabenstellungen positiv bewerten, zeigt sich insbesondere in den Grundlagenmodulen, dass einige Studierende innovativen Lehrformen kritisch gegenüberstehen. Darüber hinaus ist es im Rahmen der BIM-Methodik notwendig, dass fakultätsübergreifende Lehre gefördert wird, um die Praxis möglichst realitätsnah abzubilden. Hierbei sollen Architekten, TGA-Studierende und Bauingenieure transdisziplinär zusammenarbeiten. In ersten Projekten, die hierzu an der TH Köln durchgeführt wurden, zeigt sich vor allem zu Beginn der Projekte eine Skepsis gegenüber der neuen Lehrform. Es zeigt sich aber auch, dass die Studierenden, die sich auf die transdisziplinäre Zusammenarbeit unter Nutzung der BIM-Methodik einlassen, den Lernerfolg als sehr hoch bewerten und wieder bei transdisziplinären Projekten teilnehmen würden. 3. Integration des Querschnittsthemas Nachhaltigkeit in Lehre, Forschung und Transfer Im Rahmen der anstehenden Akkreditierung des Bachelorstudiengangs Bauingenieurwesen wird der Studienverlaufsplan mit Hinblick auf Nachhaltigkeitsaspekte auf Fakultätsebene analysiert. Ziel ist es, hier ebenfalls eine inhaltliche Verknüpfung der Module in Analogie zur Digitalisierung sicherzustellen. Die Fakultät orientiert sich hierbei zunächst an den Nachhaltigkeitszielen der DGNB [4], der Zuordnung der Module, der Definition eines Lernziels und der Integration eines Schwerpunktmoduls innerhalb des Grundstudiums. 3.1 Ebene Lehre und Weiterbildung Nachhaltigkeit wird, wie bereits im Themenfeld der Digitalisierung als Querschnittsthema über das gesamte Curriculum integriert und durch ein Schwerpunktmodul Nachhaltiges Bauen im 3. Semester des Grundlagenstudiums als Ankermodul vernetzt. In diesem Modul lernen die Studierenden die theoretischen Grundlagen des Lifecycle Assessments (LCA), Datenbanken, etc. kennen, die als Grundlagen in den darauf auf bauenden vertiefungsspezifischen Fachmodulen bilden. Dies ist in Abbildung-6 dargestellt.