10. Kolloquium Parkbauten - Februar 2022 259 BIM-zentrierte Bauwerksdiagnosen als Entscheidungshilfe bei der Instandhaltung von Parkbauten aus Stahlbeton [3] C. Heinzelmann, J. Bödefeld, Z. Duric, Digitalisierung im Verkehrswasserbau, Bautechnik 97(6) (2020) 441-445. [4] B.f. Wasserbau, Digitalisierung im Verkehrswasserbau, Digitalisierung im Verkehrswasserbau, Bundesanstalt für Wasserbau, Hannover Congress Centrum, 2018. [5] G. Fröch, W. Gächter, A. Tautschnig, G. Specht, Merkmalserver im Open-BIM-Prozess, Bautechnik 96(4) (2019) 338-347. [6] J.L. Bödefeld, Stefan, BIM - Hype, Risiken und Chancen, Neubau von Wasserbauwerken, Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe, 2019. [7] S. Kubens, J. Landis, C. Müller, R. Achenbach, BIM-basierte Instandsetzung von Stahlbetonbauwerken, beton 12 (2019) 454-459. [8] S. Küttenbaum, S. Maack, T. Braml, A. Taffe, M. Haslbeck, Bewertung von Bestandsbauwerken mit gemessenen Daten, Beton- und Stahlbetonbau 114(6) (2019) 370-382. [9] H.G. Oltmanns, H. Oltmanns, A. Dirks, BIM-Modelle und die Bearbeitung durch Prüfingenieure, Bautechnik (2019). [10] F. Jacobs, Dauerhaftigkeit von Beton im Bauteil, Beton- und Stahlbetonbau 114(6) (2019) 383-391. [11] Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt): Technische Regel - Instandhaltung von Betonbauwerken (TR Instandhaltung) - Teil 1: Anwendungsbereich und Planung der Instandhaltung, 2020-05. 10. Kolloquium Parkbauten - Februar 2022 261 BIM in der Bauwerkserhaltung - Anwendung in der Planung und Ausführung einer KKS-Anlage Mathis Münzner, Hannes Ahlgrimm Unternehmensbereich Bauwerkserhaltung Zusammenfassung Die Digitalisierung ist im Alltag gegenwärtig die neue Arbeitsmethodik Building Information Modeling (BIM) kommt auch im Bauwesen eine immer größere Bedeutung zu. BIM bezeichnet eine kollaborative Arbeitsmethode unter Anwendung digitaler objektorientierter Bauwerksmodelle über alle Phasen des Lebenszyklus hinweg. Wesentliche Mehrwerte stellen dabei die erhöhte Planungsqualität, verbesserte Kollaboration, Kosten- und Terminsicherheit und durchgängige Dokumentation dar, welche mehr Effizienz in der Planung, Errichtung und Betrieb von Gebäuden schaffen. Im Mittelpunkt der BIM Methodik steht eine zentrale, qualitätsgesicherte Informationsverwaltung zur Organisation, Sammlung, Auswertung, Koordination, Archivierung und Bereitstellung von digitalen Daten für alle Projektbeteiligten. Insbesondere bei der Planung, Ausführung und dem Betrieb von KKS-Anlagen ist eine umfängliche Datenzusammenführung erforderlich, welche die Verwendung im Projekt unabdingbar macht. Die Arbeitsmethode ist prozessorientiert und basiert auf einer über den Projektverlauf sich entwickelnden Modellverfeinerung. Dieser Ansatz ist deckungsgleich mit dem in der Instandsetzungsplanung von Garagen etablierten stufenweise Herangehensweise. Das geometrische Informationsmodell mit seinen in der Lage verorteten Objekten dient durchgängig als zentraler Sammelpunkt aller Projektdaten. An die im Modell verfügbaren 3D Körper können beliebig viele Informationen angehängt werden, ein wesentlicher Vorteil gegenüber einer 2D CAD Zeichnung. Somit sind zu jedem Zeitpunkt die aktuellen Daten jedem Projektbeteiligten vollumfänglich verfügbar. Der vorliegende Beitrag beschreibt am Beispiel einer Parkhaus- und Tiefgaragensanierungen die Herangehensweise für die Verwendung der digitalen Planungsmethode BIM in der Planung von KKS Anlagen. Neben den inhaltlichen Anforderungen wird auf die Tiefgaragensanierungen geltenden spezifischen Rahmenbedingungen eingegangen. Bild: Informationsmodell mit KKS-Datenbasis 262 10. Kolloquium Parkbauten - Februar 2022 BIM in der Bauwerkserhaltung - Anwendung in der Planung und Ausführung einer KKS-Anlage Einführung in die BIM Methode und BIM Anwendungsfälle in der Bauwerkserhaltung Building Information Modeling bezeichnet eine Arbeitsmethodik, bei der über alle relevanten Informationen und Daten an einer Stelle konsistent erfasst, verwaltet und den Projektbeteiligten zur Verfügung gestellt werden. Die Organisation der Informationen erfolgt durch Verknüpfung der Informationsdomänen (wie z.B. Dokumente und Bestandspläne, Termine und Vorgänge, etc.) mit dem zentralen Geometrieobjekt des BIM Modells. Bild: Zentrales Informationsmanagement BIM BIM Ziele im Projekt Auf Grundlage der gemeinsamen Datenbasis und der leichten Zugänglichkeit für alle Beteiligten, ergeben sich folgende Projektziele für die Verwendung BIM: • Verbesserte Planungsqualität Vereinfachte und teilautomatisierte Erkennung von geometrischen und nichtgeometrischen Abweichungen. Überprüfung der Planung und Kostenprognose anhand von Bauteiltabellen. • Erhöhte Terminsicherheit Durch das konsistente Mengengerüst und die Verknüpfung von Modellelementen können mit dem Bauablauf konsistente Terminpläne erstellt werden. • Kostensicherheit in allen Planungsphasen Durch Verknüpfung von Kosten zu den Mengen aus den Modellen können anhand von Bauteillisten bereits in der Untersuchung der Instandsetzungsvarianten Kostenermittlungen erstellt werden. • Digitales Risikomanagement Anhand der Aufgabenverfolgung und Fortschrittskontrolle am Modell können Projektrisiken früher erkannt, analysiert, bewertet, überwacht und gesteuert werden. • Digitales Risikomanagement Klare Informationsanforderungen und Verantwortlichkeiten schaffen die Grundlage für einen bedarfsgerechten Übergang von der Bauin die Betriebs- und Nutzungsphase der Gebäude. Die Umsetzung ist für den gesamten Lebenslauf der Maßnahme vorgesehen, mit einer fortschreitenden Sammlung von Daten bis hin zur Betriebsphase und Wartung. BIM Anwendungsfälle in der Bauwerkserhaltung Für die Erreichung der oben genannten Projektziele sind aus der Vielzahl von möglichen BIM-Anwendungen (sogenannte Anwendungsfälle „AWF“) zunächst diejenigen Anwendungsfälle auszuwählen, die den größten Mehrwert versprechen. Für die Planung von KKS-Systemen ergibt sich ein besonderer Fokus auf die Anwendungsfälle in der Stufe2-Planung (AWF11-13), der Ausführung (AWF20,26) um die Voraussetzung für die Verwendung im Betrieb zu schaffen (AWF29,30). Die Anwendungsfälle werden entsprechend am konkreten Projekt und zugehörigen Anforderungen festgelegt. 10. Kolloquium Parkbauten - Februar 2022 263 BIM in der Bauwerkserhaltung - Anwendung in der Planung und Ausführung einer KKS-Anlage Bild: Anwendungsfälle einer KKS Projektierung Herausforderung Datensparsamkeit Eine Voraussetzung für die durchgängige Verwendung des BIM Modells ist es, auch unter eingeschränkten Bandbreiten für den Datenverkehr - oder ggfs. sogar Offline, mit mobilen Endgeräten arbeiten zu können. Um auch hier eine bedarfsgerechte, digitale Informationsumgebung zur Verfügung stellen zu können, ist das Modell hinsichtlich den Informationsanforderungen auf den tatsächlich benötigten Umfang zu reduzieren. Oberste Prämisse ist die Datensparsamkeit und damit wird die Diskretisierung von speicherintensiven Informationen, z.B. von Flächenscans, zu Objektattribuierungen Teil der Umsetzung. Bild: Datenreduzierung, Zonierung mit Farbcodierung Besonderheiten bei der Planung von KKS-Anlagen Im Folgenden werden die Anwendungsfälle in Bezug auf die Rahmenbedingungen von KKS Anlagen verdeutlicht. Das Verfahren des Kathodischen Korrosionsschutz beruht darauf, die Bewehrung mittels flächig oder punktuell installierter Elektroden (Anoden) kathodisch zu polarisieren und damit die anodische Eisenauflösung an der Bewehrung (Korrosion) zu unterbinden. Für die Auslegung der Schutzzonen sind Informationen zum Bauteil wie Bewehrungsgehalt, Chloridkonzentration, Störkanten und Betonüberdeckung zusammenzutragen. Eine zentrale Bestands-Datenhaltung im BIM als Planungsgrundlage stellt einen relevanten Anwendungsfall (AWF11) dar. Für die Installation der KKS-Betriebselektronik und zugehörigen Zuleitungen werden zusätzliche Einbauten erforderlich, welche hinsichtlich bestehender Leitungen, Schutz vor Beschädigung und Zugänglichkeit koordiniert werden muss (AWF13). Eine weitere Herausforderung bei der Planung von KKS Systemen für Stahlbeton stellt die Dokumentationsanforderung dar. Das Verfahren erfordert für den Einsatz in den standsicherheitsrelevanten Bereichen eine bauaufsichtliche Zulassung, da die Materialien, die für den KKS verwendet werden, nicht durch die DIN EN ISO 12696: 2012 erfasst sind. Es ist projektbezogen eine Zustimmung im Einzelfall (ZiE) bei der zuständigen Bauaufsichtsbehörde zu beantragen. Die zugehörigen Antragsunterlagen bestehen im Wesentlichen aus den Planungs- und Ausführungsunterlagen. Die Zusammenführung dieser Unterlagen kann qualitätsgesichert im Informationsmodell erfolgen (siehe AWF26). Herangehensweise für den objektorientierten Planungs- und Ausführungsprozess bei KKS-Anlagen Während der Projektbearbeitung, Planung und Ausführung hat sich die stufenweise Herangehensweise bei der BuP. Boll Bauwerkserhaltung etabliert. Es handelt sich um die im folgenden beschriebenen Abschnitte Stufe 0, Stufe 1 und Stufe2 mit zugehörigen BIM Anwendungsfälle (AWF): 264 10. Kolloquium Parkbauten - Februar 2022 BIM in der Bauwerkserhaltung - Anwendung in der Planung und Ausführung einer KKS-Anlage Stufe 0 - Bestandserfassung In der Bestandserfassung wird zunächst ein grobes Geometriemodell für die Verortung der Informationen am Objekt erstellt. Alle Informationen werden zentral am Modell verwaltet. • Erstellen Basismodell mit Geometrie. Der Geometrie wird direkt der zugrundeliegende Bestandsplan als Attribut zugeordnet. • Zuordnung und Verknüpfung von Bestandsunterlagen, Dokumente per Hyperlink an die Objekte. • Einpflegen von relevanten Informationen aus den Bestandsunterlagen direkt am Objekt. • Zuordnung der Laserscans zum geometrischen Abgleich oder zur Nachmodellierung am Objekt. • Erstbegehung Stufe 1 - Bauteiluntersuchung Im Zuge der Bauteiluntersuchung kommen eine Vielzahl von zusätzlichen Informationen hinzu. Die Einarbeitung erfolgt dem Prinzip der Modellverfeinerung. Die Informationsobjekte werden sukzessive mit den Ergebnissen der Laboruntersuchungen aufattribuiert. • Sammeln und verknüpfen von Informationen an den dazugehörigen Bauteilen und Verknüpfung dieser. • Darstellen Instandsetzungsbedarf mit Objektbezug Stufe 2 - Planung, Vergabe, Ausführung und Betrieb In den folgenden Planungs- und Ausführungsphase wird das BIM Modell hinsichtlich Geometrie, Information und Verknüpften Dokumenten fortgeschrieben. Als zentrale Informationsquelle dient das BIM Modell: • Koordination der Gewerke • Einbindung der Informationen der Fachmodelle - BTU - Planung Instandsetzung - KKS Planung - TGA • Vorbereitung Gesamtmodell zur Weiternutzung im Betrieb (Asset-Information Model „AIM“). Entsprechend dem Planungs- und Ausführungsfortschritt werden alle Informationen und Dokumente zentral am Modell verwaltet. Eine geeignete Modellstrukturierung, welche die Informationsverwaltung ermöglicht, ist bereits im BIM Basismodell und den Objekten anzulegen. Der Mehraufwand in der Modellstrukturierung wird über die dadurch ermöglichte effiziente Projektbearbeitung ausgeglichen. In der Ausführungsphase werden im Wesentlichen nur noch Informationen ergänzt. Bild: Stufenweise BIM Modellverfeinerung Implementierung des KKS-BIM Informationsmanagements in der Stufe 0 - Initialisierung und Bestandserfassung Für die Planung- und Auslegung von KKS-Systemen ist eine konsequente Fortführung der bei BuP. Boll Bauwerkserhaltung etablierten digitalen Planungsmethoden in der Instandsetzung. Maßgeblich für die erfolgreiche Umsetzung ist eine präzise Erfassung der Informationsanforderungen über den Projektverlauf bis hin in die Betriebsphase - und dies vor Modellierungsbeginn. In internen Workshops werden die relevanten Informationen für die Planung und Ausführung zusammengestellt und im BIM Abwicklungsplan (BAP) dokumentiert. In den Anlagen zum BAP sind die projektspezifischen Modellierungsanforderungen und die Modellstrukturierungen ausgearbeitet, um eine durchgängige hohe Bearbeitungsqualität bei wechselnden Bearbeitern in den verschiedenen Projektphasen sicherzustellen. Nachfolgend wird das BIM-Basismodells der Stufe 0 entsprechend aufgebaut. Bild: Einheitliche Modellierung gemäß BAP Die verwendeten Bestandsplänen und Platzhalter für die Informationsanforderungen sind in den grundlegenden Bauteilparameter bereits im Modell hinterlegt. Für die Planung von KKS Systemen werden die Art und das Ausmaß der korrosiven Einwirkung sowie der Ist- Zustand mit Ursache und Ausmaß der Korrosionsschäden in zentralen Informationsmodell erfasst. Auch Informationen über vorangegangene Instandsetzungsmaßnahmen sind auslegungsrelevant und werden in das Modell überführt. 10. Kolloquium Parkbauten - Februar 2022 265 BIM in der Bauwerkserhaltung - Anwendung in der Planung und Ausführung einer KKS-Anlage Bild: Erhebung Ist-Zustand, Verknüpfung 360° Fotos Implementierung des KKS-BIM Informationsmanagements in der Stufe 1 - Bauteiluntersuchung Mit Beginn der Stufe 1 wird das Modell nochmals qualitätsgesichert und mit den aktuellen Projektanforderungen des BAP und seinen Anwendungsfällen (AWF) abgeglichen. Bild: Qualitätssicherung des Modells mit Laserscan Die erstellte BIM Modellgeometrie stellt zunächst nur die Bestandsbauteile dar. Bei der Bauteiluntersuchung ist eine Zuordnung der Ergebnisse zum Bauteil, z.B. eines Wandabschnittes, zu ungenau. Für eine genaue Verortung werden Informationsobjekte als geometrische Hilfsobjekte im Modell an den Beprobungspunkten ergänzt. Die „Dummy-Körper“ sind mit Platzhaltern ausgestattet, um spätere Ergebnisse wie Laborauswertungen, Schutzzonenzuordnungen etc. eintragen zu können. Bild: Informationspunkte am Bauteil farbcodiert Mit Vorliegen der Beprobungsergebnisse werden diese über eine Informationsaustauschtabelle qualitätsgesichert in das zentrale BIM-Informationsmodell übertragen. Bild: Informationsaustauschtabelle Die Ergebnisse können nachfolgend abhängig vom Schädigungsgrad farblich an den Dummy-Körpern markiert werden und ermöglichen eine einfache und gleichzeitig geometrisch genaue Schadensübersicht. Ergänzend können aus dem BIM Modell zur Dokumentation Planunterlagen erzeugt werden. Hierbei werden die Datensätze an den Beprobungsstellen durch Beschriftungsfamilien, welche die Attribute auslesen, auf dem Plan ausgegeben. Die Daten werden ohne Zwischenschritte und ohne die Gefahr von Übertragungsfehlern aus dem Informationssystem als Papierfassung dokumentiert. Bild: Plan vom BIM Modell mit BTU-Ergebnis Auf dieser Basis und allen hinterlegten Parametern werden die Instandsetzungsvarianten analysiert und bewertet. Die Ergebnisvarianten werden farbcodiert am Modell und zugehöriger Planableitung den Beteiligten transparent erläutert. Das Datenvolumen wird über die Verwendung der Informationskörper für die Datenhaltung reduziert. Insbesondere für den Projektfortschritt wird konsequent das Datenvolumen geringgehalten und ermöglicht z.B. bei vor Ort-Terminen einen schnellen Abgleich, auch ohne große Internetbandbreite. 266 10. Kolloquium Parkbauten - Februar 2022 BIM in der Bauwerkserhaltung - Anwendung in der Planung und Ausführung einer KKS-Anlage Implementierung des KKS-BIM Informationsmanagements in der Stufe 2 - Planung In Stufe 2 sind planungsspezifische und in diesem Fall KKS spezifische Informationen am Modell fortzuschreiben. Für die dezidierte Planung und Auslegung sind insbesondere folgende Unterlagen und Informationen zu erheben: • Detaillierte Bewehrungspläne mit Angaben über Geometrische Oberfläche und Vermaschung mit anderen Bauteilen • Betoneigenschachten, z.B. Widerstand, Feuchtigkeit, Wasserfluss Alle Informationen werden in den vorbereiteten Informationsattributen der Modellerstellung der Stufe 0 ergänzt. Die Bewehrungsgehalte und Stahloberflächen der Bauteile werden mit den Informationsaustauschtabellen erfasst und in das Modell übertragen. Unter Berücksichtigung der Auslegungskriterien und der zuvor erfassten Informationen können die wichtigsten Parameter und Bauteile einer KKS Anlage transparent am Modell dimensioniert, verortet und festgelegt werden. Für die in der Planungsphase zu ergänzenden KKS- BIM Objekte im Modell werden neue projektspezifische Elemente (Projektfamilien) konzipiert. Hierbei werden zunächst die wichtigsten bzw. erforderlichen Attribute in einer Elementmatrix erfasst und mit den Beteiligten diese Informationsaustauschtabelle abgestimmt. Der BIM Abwicklungsplan (BAP) und die zugehörige Modellierungsrichtlinie wird um die neuen Elemente ergänzt. Bild: KKS-Objekt mit Referenzelektrode Für die Auslegung einer KKS Anlage sind folgende Parameter zu berücksichtigen, jeder Parameter wird in einer separaten Projektfamilie erfasst und die zusätzlichen Informationen hierbei ins Modell überführt: • Speisezonen/ Schutzzonen Auf Basis der Modelldaten ist eine transparente Dimensionierung mit den hinterlegten Bewehrungsgraden und Bestandsdaten möglich. Definierte Räume mit entsprechenden Attributen dienen zur Einteilung der Schutzzonen. • Anode Festlegung über Art der Anode und die notwendige Anodendichte bei der vorliegenden Schutzzone und den Bewehrungsgehalten. Die Zahl und Verteilung der Anodenanschlusspunkte können optimal gewählt werden, damit ein Spannungsabfall vermieden wird. • Kathodenanschlüsse Zahl und Verteilung der Kathodenanschlüsse richten sich nach Zahl und Größer der Speisezonen und können auf der Basis direkt im Modell platziert werden. • Gleichrichter Die Lage der als Spannungsquelle dienenden Gleichrichter werden am Modell koordiniert. • Überwachungselemente/ Referenzelektrode Referenzelektroden gehören mit zu den wichtigsten Bauteilen einer KKS Anlage. Sie liefern Aufschluss über die Funktion der Anlage. Um repräsentative Werte über die Schutzwirkung zu erhalten, sind die Elemente an der Stelle, mit erhöhter Korrosionswahrscheinlichkeit/ Potenzialen zu platzieren. Bild: Informationsmodell mit Potentialfeldmessung Am Modell hinterlegte Messungen unterstützen die Verortung. Durch die erstellten Projektfamilien können neben der Lage auch noch wichtige zusätzliche Informationen wie. Z.B. Typ, Bezeichnung, und viele weitere Produktinformationen und auch Messergebnissen hinterlegt oder verknüpft werden. Bild: Festlegung der Referenzelektrodenlage 10. Kolloquium Parkbauten - Februar 2022 267 BIM in der Bauwerkserhaltung - Anwendung in der Planung und Ausführung einer KKS-Anlage • Verteilerkasten Die zusätzlichen Einbauten der KKS Anlage stellen eine Vielzahl von Kollisionsmöglichkeiten mit der bestehenden TGA-Installation dar. Durch die 3D gestützte Planung, können Kollisionen frühzeitig erkannt und beseitigt werden. Verzögerungen durch Änderungen und Anpassungen auf der Baustelle werden vermieden. Bei der Umsetzung bei BuP.Boll Bauwerkserhaltung hat sich die Verwendung von Hybridmodellen als am effektivsten herausgestellt. Hierbei werden nicht alle Details nachmodelliert, sondern es wird durch Einblenden der Punktwolke ein visueller Abgleich auf Kollisionen durchgeführt. Dies beinhaltet unter anderem: - Verkabelung in darunterliegender Ebene: - Kontrolle der Verteilerdosen und Zuordnung - Abgleich der Leitungsführung - Kollisionsprüfung zu Einbauten der TGA - Kollisionsprüfung für Bewegungsbereiche von Brandschutztoren - Kontrolle der Mindesthöhen nach Einbau Bild: Störkantencheck der KKS-Einbauten am Modell Implementierung von KKS-BIM in der Bauausführung: Die modellbasierte Zusammenarbeit und Kollaboration in der Bauausführung gehört zu den Kernaspekten der BIM Methodik. Bei dem Schritt von der Planungsumgebung im Büro auf die Baustelle ist die verwendete gemeinsame Datenumgebung zu überprüfen. Das Common Data Environment bedeutet übersetzt „Gemeinsame Datenumgebung“. Sie wird als zentrales System zur Organisation, Sammlung, Auswertung, Koordination, Archivierung und Bereitstellung von digitalen Daten für alle Projektbeteiligten genutzt. Sie ist zudem die ausschließliche und maßgebliche Informationsquelle in BIM-Projekten (Single Source of Truth). Während in der Planungsphase insbesondere die Planerstellung und konstruierendes Arbeiten am Modell stattfinden, ist der Schwerpunkt in der Ausführung die Informationsergänzung am Modell. Im vorliegenden Projekt als Datenumgebung die Applikation Dalux Field/ Box verwendet. Bild: Aktuelle Pläne aus der CDE/ BIM-KKS Modell Mit dieser Plattform ist neben der Ablage der Dateien die Abwicklung von Projektprozessen wie Freigabe und Genehmigung von Planungsdokumenten oder Freigabeprotokollen und das Aufgabenmanagement abbildbar. Durch die in den vorangegangenen Planungsphasen erfolgten Modellstrukturierung können Informationen und Dokumente der Ausführung ergänzt werden. Messprotokolle, aber auch Freigabeprotokolle können über Checklisten erfasst, verortet und den BIM-KKS Bauteilen angehängt werden. Bild: Checkliste Haftzugsprüfung in der CDE Der Freigabeprozess wird digital und für alle Beteiligte einsehbar abgewickelt. Die geprüften Checklisten sind zum Abschluss der Arbeiten im Informationsmodell gespeichert. Für die Dokumentation wird eine Papierfassung exportiert und in der Projektakte abgelegt. Bei der Verlegung der KKS-Anodenbänder, kann es zur Abweichung kommen. Daher ist es nach Verlegen der Systemeinbauten die Ausführung mittels Laserscan aufzunehmen und mit der Planung abzugleichen. Durch die Modellfortschreibung in ein „as-built“ Stand, können Verlegefehler frühzeitig in Fehlfarben hervorgehoben und behoben werden.