zwilling mit mehrwert - porsche consulting

Bauindustrie

Zwilling mit MehrwertIn drei Schritten zum intelligenten digitalen Gebäudemodell

Zwilling mit Mehrwert 02

Building Information Modeling (BIM) heißt das Zauberwort. Was verbirgt sich dahinter? Der Begriff beschreibt eine Me-thode der kollaborativen Planung, Ausführung und Bewirt-schaftung von Bauwerken mithilfe von Softwarelösungen. Relevante Bauwerksdaten werden digital modelliert, erfasst und zusammengeführt. Es geht also um eine objektba sierte Planung mit dem Ziel eines zentralen 3D-Datenmodells, das auf einer gemeinsamen Plattform genutzt wird. Vorteil: Der zeitaufwändige, traditionelle Austausch verschiedener Pla-nungsstände, das manuelle Zusammenführen dieser Plä-ne und fehleranfällige Kommunikationsprozesse entfallen. Außer dem verbessert die so genannte Kollisionsanalyse, bei der Inkonsistenzen nach bestimmten Regeln sofort und auto-matisch erkannt werden, den Prozess. Vor allem für dezentrale Projektteams vereinfacht BIM die Zusammenarbeit.

Durch BIM entsteht ein auf Bauteilebene attribuiertes Daten-modell: ein digitaler Zwilling des späteren Gebäudes. Dieses Modell wird fortlaufend mit re levanten Daten angereichert und wächst so Stück für Stück. Die Effizienzsteigerung, die durch diese Vorgehensmethode entsteht, ist enorm. Auch in ande-ren Branchen wird der di gitale Zwilling als Abbild eines physi-schen Assets zur Simulation, Steuerung und Optimierung ge-nutzt – beispielsweise in der Automobilindustrie. Hier eröffnet die Methode Fahrzeug entwicklern völlig neue Möglichkeiten: Karosserie, Antrieb, Fahrwerk und Elektrik eines Modells werden am Computer entworfen, ihre Funktionen simuliert. Das dient zur virtuellen Absicherung der Eigenschaften des

EinführungDie Bauwirtschaft boomt seit Jahren. Sie trägt aktuell 9 % zum Bruttoinlandsprodukt der EU bei. Doch die Branche hat noch viel Luft nach oben, denn im Vergleich zu anderen Sektoren, etwa dem produzierenden Gewerbe, ist die Bauindustrie ineffizient und wenig produktiv. In der momentan glänzenden Situation der Branche können viele Projekte aufgrund fehlender Ressourcen oder Partner nicht mehr optimal besetzt und realisiert werden. Veränderungen müssen her. Es gilt, bestehende Organisationsstrukturen, Prozesse und Geschäftsmodelle zu hinterfragen und gegebenenfalls anzupassen. Vor allem digitale Transformation ist notwendig. Der alljährlich erhobene Digitalisierungsindex1 zeigt: Die Bauwirtschaft hinkt bei der Implementierung digitaler Lösungen anderen Branchen deutlich hinterher.

kompletten Fahrzeugs. Ein Beispiel: Bei der aktuellen Ent-wicklung der ersten elektrisch angetriebenen Porsche-Mo-delle wird eine Methode genutzt, mit der eine disziplinüber-greifende Abstimmung des Energie-Managements möglich wird. Virtuelle Komponenten agieren und reagieren wie reale – und liefern exakte Entwicklungsergebnisse. Ein Ergebnis: Bei der Entwicklung der Sport Turismo-Variante des Panamera wurde auf den Aufbau sogenannter Baustufen-Fahrzeuge komplett verzichtet.2

Der Einsatz von BIM lässt erhebliche Kosteneinsparungen im Lebenszyklus eines Bauwerks erwarten. Studien sprechen von einem deutlich zweistelligen ROI3 bezogen auf die Kosten für BIM.4 Anzumerken ist, dass Aussagen zu den Kosten für und den Nutzen von BIM weit auseinander gehen. In Summe kommen die meisten Untersuchungen allerdings zu dem Ergebnis, dass die Nutzen von BIM die dafür notwendigen Kosten übersteigen. Ergänzend wird BIM eine Vielzahl nicht direkt monetär messba-rer Verbesserungen wie bspw. eine gesteigerte Gebäudequali-tät oder eine höhere Herstellungsgeschwindigkeit zugeschrie-ben.5 Außerdem schafft die neue Art der Zusammenarbeit eine stärkere Projektkultur. Die spiegelt sich in den Anforderungen an Planungswerkzeuge und Kollaborationsprozesse wider. BIM ist damit eine gute Methode, eine produktionsorientierte Planung für Bauprodukte und deren Herstellung zu erstellen. Der Clou: Die Informationen und Daten können auch über die Konstruktions phase hinaus genutzt werden. Die Treiber für die Einführung von BIM sind in Abbildung 1 dargestellt.

1 https://www.digitalisierungsindex.de/wp-content/uploads/2018/11/Telekom_Digitalisierungsindex_2018_BAUGEWERBE.pdf2 Automobil Industrie (2019) Spezial-Heft: Partner der Digitalisierung, 04/20193 Return on Investment4 McGraw-Hill Construction (Hrsg.) (2014) Der unternehmerische Vorteil von BIM im Bauwesen in großen Weltmärkten: SmartMarket Report5 Franz, Bryan; Messner, John (2019) Evaluating the Impact of Building Information Modeling on Project Performance, in: Journal of Computing in Civil Engineering 33 (2019) 3

Kommunikation im ProjektteamPräzise Bauablaufplanung und Kollisionserkennung

Öffentliche Hand, Kunden- und WettbewerbsdruckObligatorisch für alle öffentlich finanzierten Projekte im Zuständig-keitsbereich des BMVI6

VorfertigungDetaillierte und informationsreiche Modelle ermöglichen eine perfekte Vorfertigung

Lebenszykluswert für den KundenBereitstellung von Umwelt-, Energie-, Kosten-, Termin- und Raumanalysen

ZeitersparnisSimulation von Abläufen und positiven Auswirkungen von Prozessen/ Materialien

Kosteneinsparungen und ÜberwachungÜberwachung von Ereignissen, Berech-nung der Kostenüberschreitung zur Risikominderung

01

02

0304

05

06

Treiber für Implementierung

von BIM


Abb 1. Treiber für die Implementierung von BIM

© Porsche Consulting

6 Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur7 Interview mit Univ.-Prof. Christoph M. Achammer, ATP architekten ingenieure 8 Computer-Aided Facility Management

01 Öffentliche Hand, Kunden- und Wettbewerbsdruck Vor allem Unternehmen, die Aufträge für die Öffentliche Hand abwickeln, werden sich mit BIM beschäftigen müssen, weil hier der Einsatz von BIM zunehmend verpflichtend vorge-schrieben wird. Auch so mancher private Bauherr schreibt mittlerweile die Planungsleistungen so aus. Wenn der Bauherr, ob öffentlich oder privat, die notwendigen Anforderungen an das Datenmodell vorgibt, so wird bereits in einer frühen Pro-jektphase sichergestellt, dass die richtigen Daten verfügbar sind. Kundenvorteile: frühe und belastbare Entscheidungs-grundlagen sowie die Möglichkeit, Nachunternehmern eine detailliertere und akkurate Leistungsdefinition zu geben.

02 Kommunikation im ProjektteamDurch die Zusammenarbeit in einer Datenbank, die mit ande-ren Systemen kommunizieren kann, wird die Kommunikation erheblich vereinfacht. Eine regelbasierte Kollisionsprüfung in der Planung sorgt dafür, dass aufwändige Umplanungen rechtzeitig vermieden werden. Zudem werden auch die ande-ren Projektphasen miteinander verknüpft – das digitale Ge-bäudemodell wird zur Informationsquelle für Bauausführung und für den Betrieb des Gebäudes.

03 VorfertigungDer digitale Zwilling kann als Datenbasis für die Vorfertigung be- stimmter Module oder Sub-Module genutzt werden. Durch die vorhandene Detailtiefe der Planung haben sowohl externe als auch interne Lieferanten Zugang zu allen Informationen, die sie für die Vorfertigung benötigen. Diesbezüglich sollte eine Intel- ligenz aufgebaut werden, die beschreibt, wie Bauteile zu Sys-

temen oder zu Modulen kombiniert werden können. CAD- Systeme können so etwas derzeit nicht leisten, da sie keine weitreichenden Intelligenzen von spezifischen Bauteilen ab-bilden können.

04 Lebenszykluswert für den KundenBIM bietet detaillierte Einblicke in den Betrieb des Gebäudes. Ungefähr 20 % der während der Planungsphase generierten Daten sind später für den Betrieb relevant7 . Diese können aus dem BIM Modell für den Betrieb in CAFM8 Systeme übernom-men werden. Weiter kann die Datenanalyse verbessert wer-den, sodass mögliche Fehler in der Kalkulation oder Planung dokumentiert und für das nächste Projekt gewinnbringend verwendet werden können.

05 ZeitersparnisIn der Planungsphase ergeben sich mit BIM erhebliche Zei-teinsparungen. Auch in späteren Projektphasen zeigen sich Vorteile. So können beispielsweise verschiedene Terminpla-nungs-Szenarien digital erstellt und der Einsatz von Materi-alien, Prozessen oder Modulen simuliert werden. Ziel: Verkür-zung und Stabilisierung der Projektabwicklungszeit.

06 Kosteneinsparungen und ÜberwachungDurch BIM lassen sich Konflikte, Störungen und Kollisionen er-kennen. Das spart Kosten. Und die lassen sich vor Beginn der Bauphase simulieren. Durch einen Vergleich dieser Daten mit der Ist-Situation werden Abweichungen früher sichtbar, Ge-genmaßnahmen können zunächst simuliert und dann durchge-führt werden, um das Projekt wieder auf Kurs zu bringen.


Das volle Potenzial, das in BIM liegt, hat die Bauindustrie noch nicht erkannt. Mit dem digitalen Zwilling aus der Planungsphase liegt eine genaue Darstellung des Gebäudes vor, die der Grundstein für mehr Effi zienz ist und neue Möglichkeiten für die Ausführungs- und Betriebsphase eines Gebäudes legt. Wichtig dafür ist ein dynamischer Detaillierungsgrad aller Bauteile und Objekte. Die Informationen aus den einzelnen Phasen müssen an den digitalen Zwilling angeheft et werden: und zwar die richtigen Informationen, zur richtigen Zeit, in der richtigen Detailtiefe, im richtigen System, in der richtigen Menge.

Weil der Mehrwert vor allem für die Betriebsphase derzeit nicht erkannt wird, ist es schwierig, Kunden zu motivieren, mehr zu investieren und den digitalen Zwilling mit einem hohen Detaillierungsgrad zu versehen. Aktuell sind verfüg-bare Bauteile noch nicht mit den Informationen angereichert,die erforderlich sind, um das gesamte Potenzial eines digi-talen Zwillings nutzen zu können. Da ist man in anderen Branchen schon weiter: Laut einer Studie von Gartner9 nutzen 75 % der Unternehmen, die sich mit der Herstellung von Komponenten für das Internet of Things (IoT) beschäft igen, bereits digitale Zwillinge zu Simulationszwecken.

9 https://www.gartner.com/en/newsroom/press-releases/2019-02-20-gartner-survey-reveals-digital-twins-are-entering-mai

Quelle: Univ.-Prof. Christoph M. Achammer, ATP architekten ingenieure

Abb 2. Mehrwert des digitalen Zwillings entlang des Lebenszyklus eines Gebäudes


Planen Bauen

Anteil an Lebenszykluskosten

Defi nition der Anforderung

Digitale Informationen Digitale Informationen Digitale Informationen Digitale Informationen

Nutzung heute

Vorteile je Phase

2 %

70 %

20 %

20 %

70 %

5 %

8 %

5 %

Betreiben An-, Um-, Rückbau

� Weniger Koordinations-aufwand

� Hoher Grad an Teamzu-sammenarbeit

� Effi zientere Kollisions-erkennung

� Weniger Neuplanung� Präzise Teile- und

Materialbestimmung� Bessere Diskussionsbasis� Simulation verschiedener

Varianten in verschiedenen Dimensionen

� Vereinfachte Ressourcen- und Kapazitätsplanung

� Einfachere Anwendung der Lean Construction Prinzipien

� Virtuelle Fortschrittsver-folgung und Simulation

� Schlanke Logistik durch Pull-Systeme mit Signalen aus der Ablaufsimulation

� Vorausschauende Wartung� Material- und Bauteil-

verfolgung� Digitaler Zwilling kann

aktualisiert werden, wenn Erweiterungen und/oder Umbauten erforderlich sind.

� Katalog und detaillierte Informationen zu allen verwendeten Materialien und Komponenten

� Übersicht darüber, welche Materialien besonders entsorgt werden müssen.

� Der Rückbauprozess kann mit dem digitalen Zwilling simuliert werden.

� Detaillierte Informationen zu Materialien, die für die Revitalisierung oder Renovierung verwendet werden

Auswahl Erstellung 3D KostenfreiBereitstellung 4D, 5D und 6D

InformationKostenpfl ichtig* Zusatzangebot

Abb 3. Fokus 3D – 4D, 5D oder gar 6D Informationen werden noch unzureichend bereitgestellt


Anbieter Inhalte Erlösmodell


Sollen spätere Lebensphasen vom digitalen Zwilling profi tieren, muss die Detailtiefe des Datenmodells von der Partei bestimmt werden, die das Gebäude betreiben wird. Es gibt vier Hauptphasen, die Wertschöpfung pro Phase variiert. Der Mehrwert in der fi nalen Lebenszyklus-Phase, der An-, Um- oder Rückbauphase wird aus Daten generiert, die in einer früheren Phase an den digitalen Zwilling angehängt werden (Abbildung 2). Welchen Anteil hat eine Projektphase am gesamten Lebenszyklus? Interessant: Verglichen mit dem aktuellen Haupteinsatzgebiet von BIM ergibt sich ein schiefes Bild: in der Phase, die den höchsten Anteil an den Lebenszykluskosten hat, spielt der digitale Zwilling eine untergeordnete Rolle. Es ist also unbedingt erforderlich, Anwendungsfälle zu formulieren, die Anforderungen aus der

Betriebs- sowie An-, Um- und Rückbauphase defi nieren. So könnte man früh ein Informationsprofi l erstellen von dem die späteren Lebenszyklusphasen profi tieren.

Klar ist: Der Gesetzgeber wird schon bald die Verwendung umweltschädlicher und ressourcenbelastender Baustoff e noch stärker regulieren. Ein digitaler Zwilling, dem sämtliche Eigenschaft en von Bauteilen angeheft et sind, inklusive Ursprung und Informationen zum Herstellungsprozess, ließe sich mit einer Schadstoff -Datenbank verbinden, um die Einhaltung von rechtlichen Grenzwerten über den gesamten Lebenszyklus des Gebäudes zu kontrollieren: Eine fortlaufende Nachhaltigkeitsbewertung. Damit würde zum Beispiel die Rückbauphase schon zu Projektbeginn berücksichtigt.

� Marketingkampagnen und Analyselösungen

� Fokus auf TGA** Planung

� NBS Standard autorisierte Objekte

* Download von speziellen 3D-Objekten ** Technische Gebäudeausrüstung

� Vertrieb und Verfolgung von BIM-Komponenten über das Ökosystem

� Zentrale Datenbank zur Analyse, Management und Vernetzung von Datenmodellen

� Bieten auch generische oder spezifi sche Objekte an


In der Branche werden immer mehr extern hergestellte Komponenten verwendet, etwa Module oder Wandelemente. Das erfordert einen hohen Detaillierungsgrad des digitalen Zwillings. Die Informationen werden in Produktionsplanungs- und Steuerungsprogramme übertragen. Daten müssen folglich in einer frei zu exportierenden Form zugänglich gemacht werden. Künft ig dürft en komplexe Bauprojekte aus einer Vielzahl von digitalen Zwillingen bestehen. So werden Anlagen und andere Einbauobjekte separat in das Gebäudemodell eingebracht. Das Problem: In einer frühen Planungsphase werden lediglich einige relevante Informationen hinterlegt (z. B. Größe, Gewicht, Material). Mit der Zeit steigt der Informationsbedarf und es werden Objekte benötigt, die diese Informationen mit sich bringen. Hier klafft aktuell eine große Lücke: Anbieter von sogenannten 3D-Objekten stellen diesen Detaillierungsgrad derzeit nicht zur Verfügung. Informationen müssen damit von demjenigen gesammelt und integriert werden, der das Modell erstellt. Das kostet Zeit, ist ineffi zient. 3D-Objekte, die zur Verfügung stehen, sind zudem teilweise nicht aktuell, weil die Hersteller

mit der Aktualisierung nicht hinterherkommen. Gregor Müller, CEO von BIMsystems, kennt dieses Problem: „Hersteller sind Herr ihrer Daten – diese im Rahmen von BIM zu digitalisieren kann sich zur Mammut-Aufgabe entwickeln. Nur mit schlanken Prozessen für die Erstellung von BIM-Content und der Nutzung vorhandener Quellen gelingt der Eintritt in den BIM-Kosmos. Daher sind Automatisierungsprozesse zur Digitalisierung der Produktdaten hin zu intelligentem BIM-Content inklusive einer strukturierten automatisierten Qualitätssicherung des BIM-Contents unabdingbar.“

Abbildung 3 zeigt eine Auswahl der momentanen 3D-Objektanbieter und die Informationstiefe der verfügbaren 3D-Objekte. Die Bauzulieferer müssen 3D-Objekte mit einer geeigneten Informationstiefe, die auch den zukünft igen Anforderungen aus späteren Lebenszyklusphasen entspricht, anbieten. Viele Bauunternehmen erstellen gerade ihre eigenen Datenbanken, in der die Objekte den anforderungsgerechten Detaillierungsgrad und die erforderliche Informationstiefe haben.

Auf einen Blick: Vorteile des digitalen Zwillings

ABRUFBAR

BELASTBAR

ERWEITERBAR

TEILBAR

Informationen aus dem digitalen Zwilling sind immer und von überall zugänglich. Die Abhängigkeit von Plänen, Funktionalbeschreibungen, Detailzeichnungen, etc. wird somit erheblich reduziert.

Die Informationen im digitalen Gebäudemodell geben immer den aktuellen Projektstand wieder. Ist etwas im digitalen Zwilling enthalten, dann kann man sich auf diese Information verlassen und auf der Basis planen.

In einem digitalen Gebäudemodell können unendlich viele Informationen ent-halten sein. Oft mals reicht auch nur der Verweis auf Informationen in externen Datenbanken.

Das digitale Gebäudemodell kann allen Projektpartnern, auch denen im späteren Verlauf des Lebenszyklus, Informationen zur Verfügung stellen. Manuelle Plan-verteilungen entfallen.

Abb 4. Anwendungsfälle für die verschiedenen Dimensionen


Dimension ZielkategorieBeteiligteAnwendungsfall

01

02

03

04

05

06

07

09

10

11

12

13

08

Architekt / Ingenieure / Bauherr, Eigentümer Kosten

Kosten

Kosten

Kosten, Qualität

Zeit, Kosten

Zeit, Kosten

Zeit, Kosten

Zeit, Kosten

Qualität, Umsatz

Zeit, Kosten, Qualität

Zeit, Kosten

Zeit, Kosten

Zeit, Kosten, KundenerlebnisArchitekt / Bauherr, Eigentümer / Behörden

Ingenieure / Auftraggeber

Architekt / Ingenieure / Bauherr, Eigentümer

Auftraggeber / Baustellen-Logistiker

Auftraggeber / Bauherr, Eigentümer

Facility Management / Bauherr, Eigentümer

Ingenieure / Auftraggeber / Bauherr, Eigentümer



Ingenieure / Auftraggeber / Bauherr, Eigentümer / Bank

Ingenieure / Auftraggeber / Bauherr, Eigentümer / Bank

Auftraggeber / Ingenieure / Facility Management / Bauherr, Eigentümer

BIM 3D

BIM 4D(Zeit)

BIM 5D(Kosten)

BIM 6D(Information für Betrieb)


Der digitale Zwilling besteht aus einem mehrdimensionalen Datenmodell. Neben den räumlichen Dimensionen (3D) können weitere Dimensionen wie Zeit, Kosten und Betriebs-informationen hinzugefügt werden. Daraus ergibt sich ein sechsdimensionales Modell. Abbildung 4 zeigt, wie sich An-wendungsfälle und die damit verbundenen Beteiligten und Treiber je nach Dimension oder Zielkategorie ändern. Die

Wie man von einem digitalen Zwilling über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes profitiert

Zielkategorien gehen in einer Reihe von Attributen auf, die dem digitalen Zwilling zugeordnet sind. Je mehr Attribute, desto mehr Informationen gibt es über das Gebäude sowie verwendete Komponenten und Materialien. Diese Details können während der Lebenszyklusphasen aus dem digitalen Zwilling abgerufen werden (vgl. Abbildung 2).

Neuentwurf oder Vermessung

Variantenanalyse

Visualisierung

Arbeitsvorbereitung, Mengen-ermittlung und Kalkulation

Plankoordination & Fortschrittsüberwachung

Ablaufsimulation & Terminplanung

Logistikkonzept

Zeit- und Kostenplanung für die Bauphase

Fortschrittskalkulation, Nach-kalkulation & Rechnungslegung

Mängelmanagement

As-built Dokumentation

Betriebs- und Gebäudemanagement

Vertragsspezifikation, Ausschrei-bung, Vergabe von Aufträgen

Quelle: Deubel, M.; Wolber, J.; Haghsheno, S. (2018): Identifikation, Analyse und Kategorisierung von BIM-Anwendungsfällen. In: Bauingenieur 93 (2018), Heft 7/8, S.295-303


Für das 3D-Modell sind vor allem Anwendungsfälle zur Visua-lisierung, Variantenanalyse und Arbeitsvorbereitung zu nen-nen. Die Vorteile liegen in der Zeit- und Kostenersparnis, aber auch im wichtigen Kundenerlebnis, da der Kunde ein besse-res Verständnis und eine bessere Vorstellung vom Gebäude entwickelt und damit auch frühzeitig Änderungswünsche formulieren kann. Durch die Einbeziehung der Zeitdimension können Anwendungsfälle in Bezug auf Koordinations-, Se-quenzierungs- und Logistikkonzepte realisiert werden. Im Mittelpunkt: die Treiber Effizienz, Zeit und Kosten. Der ak-tuelle Baufortschritt kann zum Beispiel mit dem 4D-Modell diskutiert werden, das um die Fortschrittsinformationen der Baustelle angereichert ist. Wird die Kostendimension in den Modelldatensatz aufgenommen, kann eine vereinfachte und automatisierte Kostenüberwachung durchgeführt werden. Werden die Datensätze in die Betriebsphase übernommen, dort fortgeschrieben und ein „As-Built-Modell“ erstellt, ent-steht ein 6D-Modell, das auch vom Facility Management ge-

nutzt werden kann. Es bietet dem Betreiber/Eigentümer einen wichtigen Mehrwert. In dieser Phase stehen Informationen aus der Ausführungsphase zur Verfügung, was vor allem bei Mängeln und der Klärung der Verantwortlichkeit hilfreich ist.

Laut Siemens kann der digitale Zwilling die Basis für ein völlig neues Ökosystem sein. Die verfügbaren Daten ermöglichen es, Leistungen für den Betrieb eines Bauwerks auf ganz neue Art und Weise zu organisieren10. Und auch die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle auf Basis der verfügbaren Daten ist nur eine Frage der Zeit.

Der Lehrstuhl für „Integrale Bauplanung und Industriebau“, TU Wien, Institut für interdisziplinäres Bauprozessmanagement, hat Erfahrung mit einigen Pilotprojekten, bei denen ein Digi-tal-Facility-Manager schon zu Projektbeginn integriert wur-de, wodurch sichergestellt werden konnte, dass die Daten des BIM-Modells später zu seinen CAFM-Systemen passen.

Je mehr der digitale Zwilling „weiß“, desto besser wird er. Mit anderen Worten, mit jeder zusätzlichen Informationsdimen-sion, die einem digitalen Gebäudezwilling hinzugefügt wird, steigt die Komplexität des Modells und damit einhergehend die Anforderung an die BIM-Implementierung. Ein korrektes Schnittstellenmanagement oder ein systembruchfreies Mo-dell werden in Zukunft zum Erfolgsfaktor (Abbildung 5).

Bisher beschränken sich BIM-Anwendungen auf die Planungs-phase. Um zu vermeiden, den bereits vorhandenen sechs Dimensionen eine weitere hinzuzufügen, haben wir die finale Ausbaustufe des digitalen Datenmodell „intelligenter digitaler Zwilling“ genannt. Dieses Gebäudemodell enthält alle erstell-ten Informationen entlang des Lebenszyklus des Gebäudes. Es lässt sich zum Beispiel in eine intelligente Stadtumgebung integrieren, weil alle Schnittstellen und die notwendige Infra-struktur vorhanden sind. Der Detaillierungsgrad der Daten ist sehr hoch, es muss geklärt werden, wer für die Verwaltung verantwortlich ist. Jede Partei kann entlang des Lebenszyklus von den gesammelten Daten profitieren. Das bleibt nicht ohne Auswirkungen auf die Kosten. Wer also wird dafür bezahlen? Derjenige, der die Leistung erbringt oder derjenige, der von den Daten profitiert? Parallel zur technischen Umsetzung sollte diese Fragestellung zukünftig intensiv diskutiert werden.

Der intelligente digitale Zwilling ist für die Bauwirtschaft ein wichtiger Innovationsschritt. Weitere müssen folgen. Stichwort:

Der Weg zum intelligenten digitalen Zwilling

Künstliche Intelligenz (KI). Diese Technologie kann zum einen zur Verbesserung von Projektablaufplänen genutzt werden, zum anderen in der Betriebsphase, um sicherzustellen, dass Ausfälle der TGA aufgrund von Systemanomalien frühzeitig erkannt werden. Mit einer KI kann auch analysiert werden, wie sich unterschiedliche Tageszeiten und Jahreszeiten auf das Gebäude auswirken. Diese Informationen können helfen, das Gebäude auf zukünftige Klimasituationen vorzubereiten. Beispiel: Wenn die Sonne im Winter scheint, kann das zur Be-heizung des Gebäudes genutzt werden. Hierfür werden ver-schiedene Daten gesammelt und analysiert: Verhalten der Ge-bäudehülle, Wettervorhersagen, Raumtemperaturen, etc. Auf Basis der Vorhersagen werden die technischen Gebäudesys-teme dementsprechend gesteuert und optimiert. Das würde den CO2-Fußabdruck erheblich reduzieren und die Energieef-fizienz massiv steigern. KI kann außerdem die entlang des Le-benszyklus des Gebäudes gesammelten Daten interpretieren, analysieren und so den Rückbauprozess verbessern. Durch Schlussfolgerungen hilft KI beispielsweise bei der Beantwor-tung der Frage "Welches Material ist für dieses Gebäude am besten geeignet?". Daraus ergeben sich neue Möglichkeiten zur Prozessoptimierung, Automatisierung und Generierung neuer Geschäftsmodelle. Eine weitere Anwendung von KI: die Analyse von Bauablaufplänen. Auf diese Weise können Prozesse im nächsten Projekt optimiert werden und es kann – unter Berücksichtigung möglicher Alternativen - die ideale Version identifiziert werden. Auch Arbeitssicherheit und

10 https://new.siemens.com/global/en/company/stories/infrastructure/three-perspectives-on-digital-twins.html

Dimension

3D

4D

5D

6D

Intelligenter digitaler Zwilling

Beschreibung

PlanenInput von verschiedenen Planern für die Bauphase

TerminierenBasierend auf dem Input des Planers wird den Prozessen eine zeitliche Dimension hinzugefügt.

KalkulierenBasierend auf dem bisherigen Input wird die Kalkulation ermittelt.

ManagenDie verfügbaren Informa-tionen werden für den Betrieb verwendet, der digitale Zwilling wird weiter mit Daten angereichert.

VerbindenVerschiedene Schnittstellen zu Datenbanken und anderen IT-Systemen

Verantwortung Phase

Plan

en

Niedrig

Baue

n

Informationsgehalt

Architekt und Planer

Auft ragnehmer

+

Auft ragnehmer

Betreiber

Alle

Abb 5. Der Weg zum intelligenten digitalen Zwilling


Betre

iben

An-,

Um-,

Rück

bau

Hoch

i

i

ii

i

i

i

i

i

i

Historische Daten

Instand-haltung

Energie-Management

Schadstoff -information


Fortschrittsbewertung lassen sich durch KI optimieren. Das „Bauen der Zukunft “ wird durch KI bestimmt. Um diese Tech-nologie nutzen zu können, müssen die richtigen Daten zum

richtigen Zeitpunkt in der richtigen Qualität vorhanden sein. Dafür sind digitalisierte Prozesse und strukturierte, vollstän-dige Datensätze vonnöten.

Spezifi sche Soft ware-Lösungen

BIM Soft ware

Digitaler Zwilling

Objekt-datenbank

Produkt-informationen / Auswahl

Fachplanung:� Mess-, Steuerungs-,

Regeltechnik� Technische Gebäude-

ausstattung� Tragwerk� …

Projektmanagement:� Terminplanung� Baufortschritt� Qualitätsmanagement� Kosten� …

Digitales Gebäudemodell auf Kollaborationsplattform

Digitaler Zwilling in der Cloud

Größe Installations-anweisungModell Schnitt-

stellenMaterial Wartungs-hinweiseHersteller

?

Facility Management:� Wartung� Wachdienste� Reinigung� …

3D 4D 5D 6D nD

Abb 6. Technologie-Stack des intelligenten digitalen Zwillings


+ + + +


Eine Einführung von BIM und der Einsatz des digitalen Zwil-lings, angereichert mit Informationen, eröff nen der gesam-ten Bauwirtschaft neue Möglichkeiten. Die Betrachtung des gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes liefert Daten für die Betriebs- und An-, Um- und Rückbauphase.

Gebäude, die einen digitalen Zwilling mit strukturierten und kohärenten Datensätzen besitzen, werden künft ig an Bedeutung gewinnen und erhebliche Wertsteigerungen erfahren. Laut dem Lehrstuhl für Integrale Bauplanung und Industriebau am Wiener Institut für interdisziplinäres Bauprozessmanagement

Ausblick: Wie geht es weiter?

wird man aus BIM-Modellen heraus auch Procurement-Pro-zesse anstoßen und damit möglicherweise den Großhandel umgehen können. Der teilweise bis zu vierstufi ge Beschaf-fungsprozess kann damit extrem vereinfacht werden. Heute werden sogar einfache Baustoff e wie zum Beispiel Zement über den Großhandel beschafft . Eine entsprechende Dienst-leistung resultiert nur aus der Notwendigkeit rascher Liefe-rung – ohne ordentliche Vorplanung, obwohl die dafür not-wendigen Daten Wochen vorher bekannt sind. Zukünft ig könnte mit geeig neten Plattformen außerdem ein Bieterpro-zess integriert und automatisiert werden.


Abbildung 6 zeigt den für die Umsetzung der oben skizzier-ten Vision erforderlichen Technologie-Stack. Die Hersteller müssen auch weiterhin Produktdetails in digitaler Form zur Verfügung stellen. Sind die Hersteller auch diejenigen, die alle Informationen bereitstellen müssen? Oder übernehmen Dienstleister die Aufbereitung der relevanten Informationen, die an Objekte angeheftet werden? Anbieter von 3D-Objekten gibt es mehrere, was aber fehlt ist ein Angebot von Objekten, die mit einer Informationstiefe abgeleitet aus den späteren Projektphasen, dem Bau und Betrieb, versehen sind. Dies könnte zum sogenannten „Battlefield“ der Zukunft werden. Im

intelligenten digitalen Zwilling werden schließlich alle Daten gesammelt und zusammengeführt, es entsteht ein wertvoller Datenpool mit Potenzial für viele mehrwertbringende Analy-sen über alle Lebenszyklusphasen hinweg. Eine Anbindung an Infrastrukturen, die bestimmte Gebäudedaten benötigen, ist jederzeit möglich.

Fazit: Neue Möglichkeiten und Geschäftsmodelle entstehen. Alle Akteure der Bauindustrie sind gefordert, die BIM-Anwen-dungen zu nutzen und die Erstellung von digitalen Zwillingen zu fördern, um das enorme Optimierungspotenzial zu heben.

01 Konkrete Use Cases formulierenEs sollte ein Schritt-für-Schritt-Plan zur umfassenden Digi-talisierung der Unternehmensprozesse und für die Gewähr-leistung des notwendigen Detaillierungsgrads der Projekte definiert werden. Auf dieser Basis können Use Cases entwi-ckelt werden, um verschiedene Einsatzmöglichkeiten und Szenarien für den digitalen Zwilling zu spezifizieren. Diese geben Orientierung und Klarheit über die mit den Szenarien einhergehenden Anforderungen. Es kann eine Priorisierung erfolgen und später können konkrete Maßnahmen für die Umsetzung der ausgewählten Use Cases abgeleitet werden. Resultierend aus den Erkenntnissen sollte überlegt werden, ob die Entwicklung von neuen Produkten und/oder Services weitere Potenziale bieten. Auf diesem Weg können neue Ge-schäftsmodelle und -ideen entstehen. 02 Rechtzeitig Anforderungen definierenAuf Basis des Maßnahmenplans sollten die systemischen, prozessualen und organisatorischen Anforderungen definiert werden. Hierbei stellt sich auch die Frage nach Standards – etwa für Datenformate, Schnittstellen, Prozessabläufe, Doku-mente, IT-Tools und Qualifizierung. Die erforderlichen Prozess-schritte, die über die Erstellung des digitalen Gebäudemodells zu einem digitalen Zwilling führen, sollten sorgfältig definiert werden. Hieraus lassen sich sämtliche anderen Bedarfe ablei-ten. Informationen sollten an den Projektschnittstellen nicht verloren gehen und Projektpartner frühzeitig über die Vorteile eines digitalen Zwillings aufgeklärt werden. So entstehen keine Reibungsverluste. Zudem sollten frühzeitig Partner identifiziert

3 Schritte für einen erfolgreichen Start mit dem intelligenten digitalen Gebäudezwilling:

werden, die in der Lage sind, die für die Erstellung eines digi-talen Zwillings erforderlichen Daten zur Verfügung zu stellen. Auch möglicherweise notwendige Qualifizierungsmaßnahmen sollten früh identifiziert und ein Qualifizierungskonzept formu-liert werden, das der Organisation die notwendigen Kompeten-zen zur Verfügung stellt.

03 Frühzeitig Umsetzung wagenSchnelligkeit sichert den Vorsprung vor dem Wettbewerb. Deshalb sollten Erfahrungen im Umgang mit dem digitalen Zwilling schnell gemacht werden und als Lessons Learned in die kontinuierliche Verbesserung und Weiterentwicklung der Prozesse einfließen. Das Potenzial, das BIM auch für die Betriebsphase des Gebäudes bietet, sollte gehoben werden. Die daraus resultierenden Vorteile gilt es frühzeitig mit Kun-den und Partnern zu besprechen. Der sinnvolle Aufbau des digitalen Zwillings muss zwingend als Teil des Entstehungs-prozesses eines Bauwerks betrachtet werden. Es handelt sich um eine generische Darstellung der relevanten Prozesse einer idealtypischen Produktentstehung. Ziel: Ein Bauwerk termin-, qualitäts- und kostengerecht zu erstellen. Der Produktent-stehungsprozess wird idealerweise mit der sogenannten Prozesslandkarte dargestellt, in der auch sämtliche Aktivitä-ten der jeweiligen Prozessschritte sowie die dazugehörigen Rollen und Aufgaben definiert sind. Mit dieser Darstellung des Gesamtlebenszyklus lassen sich die erforderlichen Pro-zessschritte zur Erstellung des digitalen Gebäudemodells und dessen fortlaufende Anreicherung mit relevanten Informatio-nen einfach und effektiv darstellen.


Autoren

Dirk Pfi tzerSenior Partner

Kontakt +49 170 911 3467

Roland SitzbergerPartner

Dr. Manuel SchönwitzSenior Manager

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