4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 421 Parametrisierung von BIM-Modellen für die Straßenerhaltung Prof. Dr.-Ing. Markus Stöckner Hochschule Karlsruhe, Baden-Württemberg Institut für Nachhaltige Mobilität Zusammenfassung In der Erhaltungs- und Betriebsphase von Straßen spielen mittlerweile eine Reihe von Zielen eine Rolle, die gegenseitig abgewogen und im Sinne einer Entscheidungsfindung optimiert werden müssen. Zur Berücksichtigung dieser Ziele werden Infrastruktur-Asset-Management Systeme eingesetzt. Dazu ist ein Asset Information Modell (AIM) notwendig, das ein aufgabenorientiertes Management mit Asset-Informationen auf strategischer, taktischer und operativer Ebene ermöglicht. Ziel dieses Beitrags ist es, die Faktoren zu zeigen, unter denen nachhaltige AIM derzeit und in Zukunft betrieben werden sollten. In diesem Zusammenhang kann auch die BIM-Methode eine wichtige Rolle spielen, ungeachtet der Tatsache, dass es bereits bestehende Datenstandards gibt. Über die BIM-Grundlagen liegen viele Erkenntnisse und auch Fachbeiträge vor, für eine umfassende Anwendung müssen aber noch weitere Vereinbarungen getätigt werden. Mit dem Beitrag wird daher zunächst der Begriff digitales Modell vom digitalen Zwilling abgegrenzt, der Einsatzbereich für die Erhaltungs- und Betriebsphase definiert und die Voraussetzung der Modellgrundlagen erläutert. Dabei müssen sowohl eine einheitliche Taxonomie, ein verbindlicher Objektkatalog und eine einheitliche Semantik vereinbart werden. Ein vergleichbarer Schritt wird derzeit mit der Erstellung des Objektkataloges sowie des Merkmalsservers für Bundesfernstraßen gegangen. Mit entsprechenden praxisorientierten Projektbeispielen auch zur Straßenerhaltung wird gezeigt, wie man aus einem Objektkatalog ein Modell ableiten und in Übereinstimmung mit dem Technischen Regelwerk und den ingenieurtechnischen Arbeitsabläufen einheitlich parametrisieren kann. Kernpunkt dabei ist, dies in wiederholbare Arbeitsabläufe in Zusammenarbeit mit der ingenieurtechnischen Autorensoftware zu fassen, was erhebliche Vorteile für alle Beteiligten mit sich bringt. Letztlich stellen hier einheitliche Standards eine wesentliche Voraussetzung für die Anwendung der BIM-Methode und auch das spätere Asset Management dar. 1. Einführung Eine anforderungsgerechte Straßenverkehrsinfrastruktur stellt eine wesentliche Grundlage für die wirtschaftliche und gesellschaftliche Leistungsfähigkeit des Gemeinwesens dar. Sie ist Voraussetzung für das Sicherstellen der Versorgungsfunktion der Bevölkerung und auch der Wirtschaft. Eine wesentliche Anforderung an die Straßenverkehrsinfrastruktur ist daher die Betrachtung des kompletten Lebenszyklus, also der Zeitraum von der erstmaligen Herstellung über die Betriebs- und Erhaltungsphase bis zum Ersatzneubau bzw. der grundhaften Erneuerung. Dieser Prozess wird als Asset Management bezeichnet, dazu sind heute entsprechende Systeme im Einsatz. Die Bedeutung des Asset Managements ergibt sich alleine schon dadurch, dass die deutsche Straßenverkehrsinfrastruktur weniger durch Neubau als ihm vielmehr durch Erhaltung und Umbau im Rahmen der Verkehrswende geprägt ist. Um dieses Ziel in der Praxis zu erreichen, sind aussagekräftige Datengrundlagen unabdingbare Voraussetzung. Damit können dann verschiedene Auswertungen im Asset Management, beginnend bei netzweiten Finanzbedarfsprognosen bis hin zur Planung objektbezogener Maßnahmen durchgeführt werden. Die generelle Methodik bezogen auf die Straßenerhaltung ist in verschiedenen Forschungsprojekten bearbeitet und umfassend beschrieben worden [1], [2]. Das Asset Management unterscheidet dann eine strategische Ebene, eine taktische Ebene und eine operative Ebene, die die verschiedenen Aufgabenbereiche einer Straßenbauverwaltung abdecken. Dabei sind zwei wichtige Aspekte von Bedeutung: Zum einen müssen die technischen und rechtlichen Grundlagen berücksichtigt werden, zum anderen sind eben einheitliche Datengrundlagen und Datenmodelle von Bedeutung, die einer einheitlichen Struktur zur medienbruchfreien Übergabe zwischen verschiedenen Arbeitsschritten folgen müssen. Eine Methode zur medienbruchfreien Übergabe von Daten und Datenmodellen stellt Building Informationen Management, kurz BIM, dar. Die Methode BIM wird für die Straßenverkehrsinfrastruktur derzeit im Rahmen des Masterplans Bundesfernstraßen umgesetzt [3]. Dabei liegen bereits wesentliche Dokumente und Vereinbarungen vor, die sich aber derzeit im Wesentlichen auf die Bauphase und weniger auf die Erhaltungsphase beziehen. Allerdings bestehen für die Straßenverkehrsinfrastruktur bereits verbindliche Datengrundlagen mit der Anweisung Straßen Informationsbank (ASB) [4] sowie dem Objektkatalog Straße, OKSTRA ® [5]. Dies ist für sich genommen kein Widerspruch, die Frage ist nur, wie beide Systeme miteinander arbeiten können und wie aus diesen Bestandsdaten weitgehend automatisiert sogenannte BIM-Modelle erzeugt werden können. Wesentlich sind dabei drei Gesichtspunkte: Es muss erstens eine einheitliche Taxonomie, also eine einheitliche Begriffssystematik vorliegen. Dies ist dem Grunde nach durch das technische Regelwerk geben [6]. Dann muss darauf basierend eine einheitliche Ontologie, also der Objektkatalog erstellt werden, indem die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Objekten bzw. Anlagenbestandteile einer Straße verbindlich geregelt sind. Die Problematik hierbei 422 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 Parametrisierung von BIM-Modellen für die Straßenerhaltung ist, dass bei der Anwendung der BIM Methode dies anlagenübergreifend funktionieren muss, also auch beispielsweise zwischen Bauwerken, Entwässerung und Straßenkörper. Der dritte und letzte Gesichtspunkt betrifft die Semantik, das bedeutet eine einheitliche IT-technische Beschreibung. Der Herausforderung besteht nun darin, für das Asset Management Bauwerksmodelle zu definieren, die diesen drei Anforderungen genügen. Die Problematik ist dem Grunde nach erkannt, allerdings nur in wenigen Teilbereichen umgesetzt. 2. Grundlagen der Datenmodelle für das Asset Management 2.1 Bestehende Datenmodelle für die Verkehrsinfrastruktur Die Straßenbaulastträger verfügen schon seit langem über strukturierte Straßeninformationsbanken. Die aktuellen Datenmodelle folgen den Vorgaben der Anweisung StraßenInformationsbank [4] für Verkehrsflächen sowie der Anweisung StraßenInformationsbank für Bauwerke (ASB-ING) [7]. Darin ist im Grunde nach die Ontologie sowie die zugehörige Parametrisierung definiert. Die Parametrisierung umfasst zum Objekt zugehörige Merkmalsgruppen und Merkmale. Das grundlegende Netzmodell ist ein Knoten-Kantenmodell, in dem verschiedene Elemente wie Querschnittsstreifen angehängt werden können. Dies stellt eine vergleichsweise grobe Beschreibung der Infrastruktur dar, die allerdings für die meisten Anwendungen ausreichend ist. Die Stärke der ASB-Systematik liegt aber in der anschließenden Beschreibung der Eigenschaften der Infrastruktur, die äußerst umfassend alle Datenanforderungen bedienen kann. Einschränkend muss aber erwähnt werden, dass den anwendenden Straßenbauverwaltungen viele Freiheiten bei der Formulierung der Daten im Hinblick auf Genauigkeit eingeräumt werden, was dann im Detail doch zu unterschiedlichen Datenmodellen in einzelnen Straßenbauverwaltungen führt. Die semantische Umsetzung ist im Objektkatalog Straße OKSTRA® [5] beschrieben, was dann die Vorgaben an die Datenmodellierung beinhaltet. Damit kann eine sehr umfangreiche und detaillierte Parametrisierung von Eigenschaften, die damit den kompletten Informationsbedarf eines Lebenszyklus abdecken kann, erzeugt werden. Die ursprüngliche Absicht bei der Entwicklung der ASB bzw. des OKSTRA® war die verlustfreie Übergabe von Daten zwischen verschiedenen Schritten im Lebenszyklus. Allerdings ist dieses Modell nur für die Straßenverkehrsinfrastruktur entwickelt, die Integration von weiteren Anlagenbestandteilen ist damit nicht in allen Fällen abgedeckt. 2.2 BIM Modelle für die Verkehrsinfrastruktur Das Hauptziel des Einsatzes von BIM Modellen für die Verkehrsinfrastruktur besteht darin, aus verschiedenen fachlichen Teilmodellen ein Gesamtmodell zu erstellen und damit gleichzeitig zu prüfen, ob Kollisionen oder Widersprüche im Zusammenwirken der Teilmodelle bestehen. Das erfordert ebenso wie bei den bestehenden Datenmodellen einheitliche Definitionen für eine verlustfreie Übergabe der einzelnen Teilmodelle zu einem Gesamtmodell. In der Praxis besteht dabei die Schwierigkeit, dass unterschiedliche Fachdomänen abweichende Begriffe, Objektdefinitionen und auch semantische Beschreibungen für gleiche oder ähnliche Sachverhalte verwenden. Eine einheitliche Umsetzung für die praktische Anwendung erfordert dahingehend einen hohen Harmonisierungsaufwand. Dieser Aspekt ist ebenfalls unstreitig und wird in relevanten Fachgremien diskutiert und bearbeitet. Ein BIM-Modell besteht vereinfacht aus einem geometrischen 3D-Modell, in dem nach einem definierten Schema bzw. einem Objektkatalog einzelne Objekte definiert sind, denen dann Attribute zugeordnet werden (Abbildung 1). Wenn ein solcher Objektkatalog vergleichsweise offen definiert ist, lassen sich damit flexibel Attribute aus dem technischen Regelwerk zuordnen. Ein BIM-Modell basiert daher zunächst auf dem IFC-Klassenmodell, die Umsetzung in einen definierten und allgemein verbindlichen Objektkatalog beispielsweise für den Straßenbau ist unerlässliche Bedingung für eine erfolgreiche Anwendung im Bundesfernstraßenbau [8]. Abb. 1: Auf bau eines BIM-Modells Insofern wird dadurch ein digitales Modell erzeugt. Weitere Begriffe, die in diesem Zusammenhang genannt werden, sind der digitale Schatten und der digitale Zwilling. Begrifflich sollten diese nicht vermengt werden. Das digitale Modell ist zunächst eine mehr oder weniger exakte 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 423 Parametrisierung von BIM-Modellen für die Straßenerhaltung Abbildung der Wirklichkeit. Der digitale Schatten liefert dann kontinuierlich Daten in ein digitales Modell, währen der digitale Zwilling eine direkten bi-direktionalen Datenaustausch beinhaltet. Je nach Art der Infrastruktur entscheidet sich, welche Modellart notwendig ist. Die Entwicklung und Umsetzung der BIM-Methode erfolgt derzeit mit dem BIM-Masterplan Bundesfernstraßen und stellt das umfassendste Vorhaben zur Einführung der BIM-Methode für Verkehrsanlagen dar. Die aktuelle Implementierungsstrategie geht von einer verbindlichen Einführung der BIM-Methode für den Bereich der Bundesfernstraßen im Jahr 2025 aus. Die Einführung ist in verschiedenen Phasen beginnend von der Harmonisierung bis hin zur Entwicklung eines Regelprozesses geplant. Dazu existiert bereits eine Reihe von Rahmendokumenten, die die Vorgaben für eine einheitliche Anwendung setzen. Übergeordnet wird eine Musterrichtlinie BIM zur Verfügung stellt, die drei Themenkomplexe zu (1) Grundlagen, (2) Projektvorbereitung und (3) Projektabwicklung definiert und mit weiteren Unterlagen hinterlegt [9]. Vorgaben zum grundsätzlichen Auf bau eines BIM-Objektkataloges sowie von Merkmalsgruppen und Merkmalen bestehen mit dem BIM-Portal [10] und dem Rahmendokument Objektkatalog [11]. Aktuell sind dabei 20 Anwendungsfälle gelistet, die den Leistungsphasen nach HOAI zugeordnet werden können. Die Einführung der Anwendungsfälle erfolgt in drei Phasen, sodass die zugehörigen Steckbriefe der Anwendungsfälle noch nicht vollständig vorliegen. Die Steckbriefe definieren den jeweiligen Aufgabenbereich sowie die Datenübergabeschnittstellen. So werden vorhandene Eingangsinformationen, beispielsweise Datensätze aus Datenbanken, aus georeferenzierten Daten oder auch aus Textdokumenten benannt. Abschließend wird das erwartete Ergebnis aus diesem Anwendungsfall für die weitere Bearbeitung im Gesamtprojekt definiert. Der Anwendungsfall 200 ist für die Betriebsphase definiert. Die aber eigentlich zu lösende Aufgabenstellung zeigt sich umfassend beim Anwendungsfall 010 „Bestandserfassung und -modellierung“. Die benötigten Informationen werden aus völlig unterschiedlichen Datenquellen stammen. Eine Bestandsstrecke wird Daten aus der Straßendatenbank, aus der Bauwerksdatenbank, aus einem Geländemodell, aus Vermessungsdaten und vielen mehr benötigen, die in ein 3D-BIM Modell überführt werden müssen. Dies erfordert die weitere Strukturierung und Definition von Fachmodellen. 3. Anwendung im Asset Management Für die Anwendung von BIM im Asset Management von Verkehrsanlagen ist die Beziehung zwischen einem Projekt-Informationsmodell (PIM) und einem Asset-Informationsmodell (AIM) von Bedeutung. Dies wird dem Grunde nach in EN ISO 19650-1 [12] beschrieben (Abb.-2). Das Asset Informationsmodell entspricht dem gesamten Modell der Straßenverkehrsinfrastruktur für alle Phasen des Lebenszyklus, also vereinfacht ausgedrückt heute analog der Straßeninformationsbank. Aus dieser Straßeninformationsbank werden für die jeweilige Aufgabenstellung im Lebenszyklus die notwendigen Informationen entnommen, was dann dem Projekt-Informationsmodell entspricht. Dazu ist es erforderlich, dass die Projektinformationsanforderungen so formuliert werden, dass einerseits die für das konkrete Projekt erforderlichen Informationen bereitstehen und andererseits aber auch für das gesamte Asset-Management, also auch die für den weiteren Betrieb der Anlage erforderlichen Informationen geliefert werden. Nur wenn die notwendigen Informationen während der Planungs- und Bauphase gesammelt werden und in die Betriebsphase übergeben werden, können diese Informationen effizient und problemlos weiterverarbeitet werden [13]. Zur Definition der Modelle wird auf die bereits beschriebenen Standards zurückgegriffen, der Informationsbedarf lässt sich aus den ingenieurtechnischen Anforderungen anhand einer Prozessdarstellung ableiten. Abb. 2: Hierarchie der Informationsanforderungen nach DIN EN ISO 19659-1 [12] Die Prozessmodellierungen werden idealerweise nach der BPMN-Methode vorgenommen (Abb. 3). Damit ist es möglich, die einzelnen Prozessschritte, Zuständigkeiten und Datenaustauschpunkte mit Dateninhalten in strukturierter Form dazustellen. Man verzichtet dabei auf die Darstellung der Teilaufgaben innerhalb der einzelnen Aufgaben, da die klare Darstellung der Datenübergabeschnittstellen von Bedeutung ist. In [1] und [2] wurde die generische Darstellung der Erhaltungs- und Betriebsphase eines Asset Managements dargestellt, aus dem die wesentlichen Datenübergabepunkte und Dateninhalte abgeleitet werden können. Wichtig dabei ist, dass die Anforderungen an die Informationsinhalte von der jeweiligen ingenieurtechnischen Fachdomäne strukturiert und zur Verfügung gestellt werden, bevor die IT-technische Umsetzung erfolgt. Dies erfordert ein strukturiertes Zusammenwirken zwischen Fachdomäne und IT-Domäne. 424 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 Parametrisierung von BIM-Modellen für die Straßenerhaltung Abb. 3: Systematik eines BPMN Die Hauptprozesse in einem Asset Management für die Straßenverkehrsinfrastruktur lässt sich in eine strategische Ebene, eine taktische Ebene, eine operative Ebene und in eine abschließende Erfolgskontrolle unterteilen. Im strategischen Aufgabenbereich werden die Ziele einer Organisation definiert, die zum einen von gesetzlichen und technischen Anforderungen und zum anderen vom gewünschten Anforderungsniveau und der geforderten Qualität der Infrastrukturbestandteile abhängen. Im taktischen Teil werden basierend auf einem digitalen Bauwerksmodell Zustandserfassungen und -bewertungen vorgenommen, auf deren Basis dann Finanzbedarfs-prognosen, Risikobewertungen und konkrete Finanzpläne sowie Unterhaltungsprogramme abgeleitet werden. Diese Auswertung stellen einen zentralen Beitrag zur Entscheidungsunterstützung im Rahmen eines Asset-Managements dar. In der konkreten operativen Umsetzung findet das Bauprojektmanagement, also die Durchführung von Erhaltungsmaßnahmen beginnend bei Bauvorbereitung Ausschreibung und Vergabe bis hin zur Baudurchführung und zur Abnahme statt. Der Ablauf des Erhaltungsmanagements als Teil des Asset Managements ist in Abb.-4 dargestellt. Auch wenn es sich hier um Erhaltungsmaßnahmen handelt, können die bisherigen Erkenntnisse der BIM-Umsetzung aus der Bauphase angewandt werden. Abschließend wird der Erfolg der umgesetzten Strategien und Maßnahmen bewertet und Verbesserungsmaßnahmen abgeleitet. Um einen reibungslosen Ablauf des Gesamtprozesses gewährleisten zu können, ist eben die einheitliche Datengrundlage Voraussetzung. Dazu muss ein definiertes und strukturiertes Bauwerksmodell aus der Bauphase vorliegen und festgelegt werden, welche Objekte und welche Merkmalsgruppen und Merkmale in der Betriebs- und Erhaltungsphase von Bedeutung sind. Im Allgemeinen werden dazu neben dem geometrischen Modell sogenannte Ordnungsdaten, Zustandsdaten, Belastungsdaten, Querschnittsdaten und Auf baudaten benötigt. Ordnungsdaten beschreiben die verwaltungstechnische Zugehörigkeit der Straßeninfrastruktur. Zustandsdaten beschreiben den Zustand des jeweiligen Anlagebestandteils und sind als zeitveränderliche Daten in regelmäßigen Abständen zu erheben. Belastungsdaten beschreiben Verkehrs- und Klimadaten, diese werden als zeitveränderliche Daten ebenfalls regelmäßig erhoben. Querschnittsdaten Schreiben jeweiligen Querschnitte und liefern gemeinsam mit den Auf baudaten die Information zu den gebauten Anlagenbestandteilen. Damit müssen mit Ausnahme der Zustandsdaten und Belastungsdaten (die zu einem späteren Zeitpunkt angefügt werden) alle Informationen aus der Bauphase in geeigneter Form in die Straßendatenbank bzw. das Asset Informationsmodell übergeben werden. Abb. 4: Ablauf des Erhaltungsmanagements 4. Modellierungsgrundlagen 4.1 Definition des Objektkataloges Wie bereits beschrieben, besteht ein BIM Modell vereinfacht aus dem geometrischen 3-D-Modell in dem nach einem definierten Schema bzw. ein Objektkatalog einzelne Objekte definiert sind den dann Attribute zugeordnet werden. Wenn ein solcher Objektkatalog vergleichsweise offen definiert ist, lassen sich damit flexibel Attribute aus dem technischen Regelwerk zuordnen. Ein BIM Modell basiert daher zunächst auf dem IFC- Klassenmodell, dass für die nationale Anwendung ge- 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 425 Parametrisierung von BIM-Modellen für die Straßenerhaltung mäß den Erfordernissen des technischen Regelwerks angepasst werden muss. Es steht außer Frage, dass für große Infrastrukturen, wie beispielsweise die Straßenverkehrsinfrastruktur ein einheitlicher Objektkatalog notwendig ist. Grundsätzlich findet man dazu Definitionen in der ASB, die aber nicht direkt auf BIM Modelle übertragen werden können, da sie eine unterschiedliche Abgrenzung zwischen Geometriemodell und Attribuierung aufweisen. Zudem muss ein Objektkatalog für die Straßenverkehrsinfrastruktur alle Anlagenbestandteile abdecken. Gleichwohl können Definitionen aus dem technischen Regelwerk entnommen werden. Dazu sollten die relevanten Regelwerke des Straßen- und Brückenbaus analysiert und damit der Informationsbedarf für alle Anwendungsfälle abgeleitet werden. Insofern ist es erforderlich, die Aussagen des technischen Regelwerks, die verfügbaren Datenstandards, das Klassenmodell des IFC sowie verschiedene weitere nationale BIM-Standards zusammenzuführen und in einem einheitlichen Objektkatalog als „Best-Practice“ zu führen. Dies erfolgt aktuell auch mit dem Objektkatalog Bundesfernstraßen. Ein Beispiel zur Vorgehensweise kann der Entwurfsprozess im Straßenbau bis hin zur Ausschreibung sein. Bei der Analyse des technischen Regelwerks ist es relativ leicht, festzulegen, welche Angaben für die Definition von Objekten dienen und welche die Parametrisierung der Objekte darstellt (Abb. 5) So sind aus den Entwurfsrichtlinien in der Regel Achse, Gradiente und Querschnitt ableitbar, die RStO [14] liefern dann Informationen zu den jeweiligen Schichten, also beispielsweise Schichtart, Belastungsklasse oder Dicke des frostsicheren Aufbaus. Im weiteren Prozess können diese Merkmale dann durch die bautechnischen Ausführungsvorschriften wie den ZTV-Asphalt [15] weiter mit Informationen angereichert werden. Dies wären je Schicht die Festlegung der Mischgutart bzw. -sorte, die Bindemittelsorte und weitere relevante bautechnische Angaben. Die Verknüpfung zu einer Ausschreibung kann dann in der Folge mit der Abbildung des Standardleistungskataloges STLK weitergeführt werden. Auch wenn dieses Beispiel den Neubau oder den Ersatzneubau adressiert, werden hier bereits wesentliche Informationen für die Baudurchführung bis hin zur Erhaltungs- und Betriebsphase strukturiert. Diese Vorgehensweise und die relevanten Ergebnisse sind in [8] detailliert beschrieben. Dies ist insofern von entscheidender Bedeutung, weil das derzeitige Technische Regelwerk eingeführt, teilweise notifiziert und damit in Teilen Vertragsbestandteil im Bauvertrag wird. Ein Abweichen von diesen Vorgaben würde erhebliche juristische Risiken im Bauvertrag nach sich ziehen. Abb. 5: Analyse der Regelwerke [8] Eine entsprechende Umsetzung des Objektkataloges liegt mit dem BIM-Portal sowie dem Rahmendokument Objektkatalog von ihm Bundesfernstraßen vor [11]. Der Objektkatalog dient dann dazu, Modellobjekte eindeutig als Bauteil zu identifizieren. Dabei werden Objektgruppe, Objektliste und Objekttyp unterschieden. Dazu werden sechs Merkmalsgruppen, beispielsweise Projektinformationen oder Bauwerksinformationen angehängt. Der aktuelle Stand des Best-Practice Objektkataloges ist im BIM Portal von BIM Deutschland frei zugänglich [10]. Aktuell sind dort Objekte und Merkmale definiert, ebenso wie Vorlagen für die AuftraggeberInformationsAnforderungen AIA, Objektvorlagen und Prüfwerkzeuge. Im aktuellen Stand wird der Oberbau der Objektgruppe zugeordnet, angehängt sind als Objektklasse die Bezeichnung Auf bauschicht und als Objekttyp die jeweiligen Schichten des Straßenoberbaus (Abb. 6). Diese Definition ist unabdingbare Voraussetzung für die weitere Parametrisierung der BIM Modelle, die für den gesamten Lebenszyklus der jeweiligen Anlagenteile nutzbar sein müssen. Abb. 6: Auszug Objektkatalog für den Straßenoberbau. 426 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 Parametrisierung von BIM-Modellen für die Straßenerhaltung 4.2 Parametrisierung Mit der Definition des Objektkataloges ist dann die Grundlage für die weitere Anreicherung der Modelle mit Informationen geschaffen. In sogenannten Property Sets werden dann die Eigenschaften des Objekts in Merkmalsgruppen und Merkmale gegliedert für die jeweiligen Anwendungsfälle hinzugefügt. Dabei stellt sich die Frage der Strukturierung der Merkmalsgruppen, wobei es sich aus Gründen der Übersichtlichkeit empfiehlt, themenbezogene Informationen in möglichst wenigen Merkmalsgruppen zu gliedern. Dies ist in der Praxis nicht immer ganz einfach, da unterschiedliche Ansprüche bezüglich der Gliederung seitens des Anwenderkreises besteht. Nach aktuellem Stand sollen diese in die Merkmalsgruppen Bauteilinformation, Bauteilklassifikation und Projektinformationen aufgeteilt werden. Im obigen Beispiel erscheint dies recht klar, da im Planungsprozess ingenieurtechnisch bestimmte Entscheidung getroffen werden, aus denen sich dann die entsprechende Parametrisierung ergibt. Letztlich ist es dann Aufgabe der Umsetzung, die Parametrisierung so zu gestalten, dass sie an den entsprechenden Bauteilen eindeutig zuordenbar hängt. Der allgemeine Ablauf ist in Abb. 7 dargestellt. Abb. 7: Ablauf der Erstellung eines BIM-Modells Die nun benötigten Datengruppen für das Asset Management wurden vorab bereits umrissen. Für die Datengruppe Bestandsdaten ist in der nachfolgenden Abbildung 8 ein Beispiel gegeben. Als Objektgruppe ist der Oberbau definiert, der Oberbau besteht unter anderem aus der Objektklasse Auf bauschicht für die wieder verschiedene Schichtarten als Objekttyp definiert sind. Im vorliegenden Fall ist dies exemplarisch eine Deckschicht, an der die Bauteilinformation anhängen. Dies sind die baustofftechnologisch spezifischen Kennwerte, die später im Asset Management für die Lebenszyklusmodelle die notwendigen Informationen liefern. Zudem sind hier die Oberflächeneigenschaften aus der Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) angehängt, wobei dazu in derzeitigen Anwendungen [1], [2] eher eine virtuelle Schicht als weiteres Objekt definiert wird, an der die Oberflächeneigenschaften dann als Attribute angehängt sind. Weitere wertvolle Information für das Asset Management sind die Ergebnisse von Materialentnahmen und -prüfungen sowie weitere relevante Information wie zum Beispiel das Tragverhalten. Letztlich zeigt sich, dass für den Auf bau einheitlicher BIM-Modelle zwei Wege zusammengeführt werden müssen. Zum einen sind dies die ingenieurtechnischen Erfahrungen und die Aussagen der Regelwerke, zum anderen die IT-technischen Erfahrungen in der Anwendung von BIM-Modellen. Abb. 8: Beispielhafter Modellauf bau für die Objektgruppe Oberbau 5. Beispiele 5.1 Parametrisierung des STLK Ein erstes Beispiel mit dem diese Vorgehensweise umgesetzt wurde ist die Parametrisierung des Standardleistungskataloges [8]. Auch wenn damit ein Arbeitsschritt zu Beginn des Lebenszyklus beschrieben wird, werden doch hier bereits wesentliche Festlegungen getroffen, deren zugehörige Informationen für das Asset Management. Der STLK ist eine nach Leistungsbereichen gegliederte Sammlung standardisierter, datenverarbeitungsgerechter Texte zur Beschreibung von Standardleistungen im Stra- 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 427 Parametrisierung von BIM-Modellen für die Straßenerhaltung ßen- und Brückenbau. Dabei werden vorwiegend Bauleistungen beschrieben, aber auch Ingenieurleistungen und in geringem Umfang Lieferleistungen. Der Katalog für den Straßen- und Brückenbau umfasst zurzeit 34 Leistungsbereiche, die laufend aktualisiert werden und in digitaler Form zur Bearbeitung mit Hilfe spezieller Software (AVA-Programme) oder auch als Buchausgabe erhältlich sind. Der STLK enthält damit verbindliche Standardtexte zur Übernahme in ein Leistungsverzeichnis als Bestandteil der Ausschreibung- und Vergabeunterlagen für Maßnahmen im Bundesfernstraßenbau. Zur BIM-konformen Parametrisierung wurde eine Machbarkeitsstudie durchgeführt, deren Ergebnisse in [8] beschrieben sind. Dazu mussten die entsprechenden Texte des STLK als Attribute den jeweiligen Objekttypen zugeordnet werden. Im Ergebnis konnte gezeigt werden, dass eine solche Zuordnung problemlos möglich ist und daraus ein modellbasiertes Leistungsverzeichnis erstellt werden kann. Allerdings erfordert dies in Zukunft auch die Einrichtung eines Pflegeprozesses, da die inhaltliche Fortschreibung des STLK durch die Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) in Abstimmung mit dem Baulastträger und den Spitzenverbänden der Bauwirtschaft erfolgt. Umgekehrt erfolgt die Fortschreibung eines Best-Practice Objektkataloges durch das BMDV bzw. nachgeordnet durch das Fernstraßenbundesamt. Die Struktur der Zuordnung von Objekten zum STLK ist in Abb. 9 ersichtlich. Abb. 9: Struktur der Verbindung zwischen Objektkatalog und STLK. 5.2 Parametrisierung im Asset Management Die für ein Asset Management notwendige Parametrisierung wurde nach der gleichen Vorgehensweise für den kommunalen Anwendungsfall für das Tief bauinfrastrukturmanagement der Stadt Münster entwickelt [17], für den Außerortsbereich analog im Projekt BIM4AMS [1]. Dabei wurden folgende Informationsgruppen definiert: Vorausgesetzt wird dabei ein entsprechend konform aufgebautes wie-gebaut-Modell. An diesem Modell werden entsprechend der Objektklassifikation alle relevanten Daten zu den Materialeigenschaften der einzelnen Schichten übergeben. Ein dann weiter als erstes Update aufgebautes EMS-Modell enthält alle Merkmale zum Oberflächenzustand und zum strukturellen Zustand einer Fahrbahn. Mit diesen Informationen kann dann mithilfe geeigneter Autorensysteme eine Erhaltungsplanung aufgestellt werden, deren Ergebnisse dann wieder als Erhaltungsmodell in das bestehende Gesamtmodell als zweites Update aufgenommen werden können. Ein drittes Update wird dann nach Durchführung einer Maßnahme aufgestellt und in das Asset Informationssystem zurückgespielt. Das dritte Update orientiert sich an dem dann notwendigen Baugeschehen und aktualisiert dem Grunde nach das wie-gebaut-Modell. Dazu können die Erkenntnisse aus dem Ausschreibungsmodell wie unter Abschnitt- 4.1 dargestellt herangezogen werden. 6. Fazit und Zusammenfassung Zum aktuellen Zeitpunkt kann festgestellt werden, dass wesentliche Grundlagen für die Parametrisierung von BIM-Modellen vorhanden sind. Es bedarf dazu einer Festlegung eines verbindlichen Objektkataloges, damit die Parametrisierung erfolgreich aufgestellt und an die jeweiligen Einzelobjekte angehängt werden kann. Anhand von Einzelprojekten wird ersichtlich, dass dazu eine strukturierte Vorgehensweise sowie ein Zusammenwirken von Fachdomäne und IT-Domäne unerlässlich ist. Allerdings kann dann der ingenieurtechnische Sachverstand mit dem IT-Wissen in sinnvoller Weise verknüpft werden. Kernpunkt dabei sind digitale Modelle, die geeignet sind, die anstehenden Aufgaben im Zusammenwirken mit Autorensoftware zu bewerkstelligen, die aber gleichermaßen für künftige Entwicklungen skalierbar sein sollen. Allerdings muss festgestellt werden, dass für den Bereich des Erhaltungsmanagements bzw. des Asset- Managements das Grundlagenwissen und die notwendigen Prozesse zwar vorliegen, eine geschlossene routinemäßige Umsetzung derzeit aber noch fehlt. Dies ist aber auch der Tatsache geschuldet, dass für das Beispiel des STLK die Anwendbarkeit in einer Pilotstudie gezeigt werden konnte, eine vollständige Umsetzung derzeit aber noch fehlt. Sobald dies erfolgt, ist eine weitere Optimierung der Arbeitsabläufe darstellbar. Die generelle Funktionstüchtigkeit der Methode wurde in bereits vielen Projekten nachgewiesen. Literatur [1] Hajdin, Rade; Blumenfeld, Tim; Grossauer, Karl; König, Markus; Liu, Liu; Schiffmann, Frank; Stöckner, Markus; Stöckner, Ute: BIM-Erweiterung durch Implementierung der Nutzung baustofftechnischer Daten von Straßen und Brücken im AMS (BI- M4AMS). Österreichische Forschungsförderungs- Gesellschaft (FFG). Wien. Österreich, 2022. [2] Stöckner, Markus; Brow, Ian; Zwernemann, Philipp; Hajdin, Rade; Schiffmann, Frank; Blumenfeld, Tim.; König, Markus; Liu, Liu; Gavin Ken: Exchange and exploitation of data from Asset Management Systems using vendor free format (AMSfree). CEDR Transnational Road Research Programme. Conférence Européenne des Directeurs des Routes. 2022. [3] BMVI (2021). Masterplan BIM Bundesfernstraßen: Erläuterung zu den Rahmendokumenten 1.0. 428 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 Parametrisierung von BIM-Modellen für die Straßenerhaltung Berlin, 2021. Berlin. [4] Anweisung Straßeninformationsbank - ASB (Version 2.04). Online verfügbar unter: https: / / www.bast.de/ DE/ Publikationen/ Regelwerke/ Verkehrstechnik/ Unterseiten/ V-ASB. html, zuletzt überprüft am 19.07.2023.ASB. [5] OKSTRA®, Objektkatalog für das Straßen- und Verkehrswesen. Online verfügbar unter: https: / / www.okstra.de/ , zuletzt überprüft am 19.07.2023. OKSTRA. [6] FGSV: Begriffsbestimmungen Straßenbautechnik. https: / / www.fgsv-verlag.de/ pub/ media/ pdf/ 924.i.pdf. Zuletzt überprüft am 7.12.2024. [7] Anweisung Straßeninformationsbank für Ingenieurbauten, Teilsystem Bauwerksdaten (ASB- ING). Online verfügbar unter: https: / / www.bast. de/ DE/ Publikationen/ Regelwerke/ Ingenieurbau/ Erhaltung/ ASB-ING.html, zuletzt überprüft am 19.07.2023. [8] Stöckner, M; Kuder, S.; Gharavi, R.; Salzer A.; Kirste, M.; Dieterle, A.: Herausforderungen bei der Umsetzung der BIM-Methode für Verkehrsanlagen. Einführung des ersten standardisierten BIM-Parametrisierungssystems im Bundesfernstraßenbau. Deutscher Straßen- und Verkehrskongress 2024, Bonn. Kongressband. FGSV Verlag, Köln, 2024. [9] BIM Masterplan Bundesfernstraßen: Online verfügbar unter: https: / / bmdv.bund.de/ SharedDocs/ DE/ Artikel/ StB/ masterplan-bim-bundesfernstrassen.html, zuletzt überprüft am 19.07.2023. [10] BMDV (2022): BIM Portal des Bundes. https: / / via. bund.de/ bim/ infrastruktur/ landing [11] BIM Bundesfernstraßen; Rahmendokument Objektkatalog, Version 1.0. [12] DIN EN ISO 19650-1, Organisation und Digitalisierung von Informationen zu Bauwerken und Ingenieurleistungen, einschließlich Bauwerksinformationsmodellierung (BIM) - Informationsmanagement mit BIM. Teil 1, Begriffe und Grundsätze (ISO 19650-1: 2018). Berlin: Beuth Verlag GmbH. [13] Stöckner Markus; Hajdin, Rade; König, Markus: BIM im Asset Management für Verkehrsanlagen - Sachstand zur Forschung. OKSTRA Symposium Hamburg, Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, FGSV, Konferenzband. FGSV-Verlag, Köln, 2022. [14] RStO 12/ 24: Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen. FGSV-Verlag, Köln, 2024. [15] ZTV Asphalt-StB 07/ 13: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen aus Asphalt. FGSV-Verlag, Köln, 2024. [16] BIM Bundesfernstraßen; Rahmendokument Objektkatalog, Version 1.0. [17] Buttgereit, Alexander; Stöckner, Markus; Stöckner, Ute: BIM für kommunale Verkehrsflächen-Möglichkeiten und aktuelle Herausforderungen, TAE Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur, Juni 2021, Heft 1, pp. 293-302, expert Verlag, Renningen.