BIM im Holzbau

Was wird praktiziert, was sind die Ziele?

Eine vernetzte Planung, Ausführung und Bewirtschaftung von Gebäuden anhand von digitaler Bauwerksmodellierung bringt Building Information Modeling, kurz BIM, mit sich. Wie die bisherige Praxis des planenden Holzbaus war, was die Besonderheiten des BIM-Ablaufs im Holzbau sind, und welche Schnittstellen es zwischen Holzbauplaner und anderen Planern gibt, ist im Folgenden thematisiert.

Gallerie

Vorkenntnisse und bisherige Praxis des planenden Holzbaus
Wo steht der Holzbau in Bezug zu den Herausforderungen durch BIM? Eine Auflistung:

  • Der Holzbau braucht wegen der Vorfertigung immer seine eigene Werkstattplanung und ist unter allen Bauweisen diejenige mit dem höchsten Eigenplanungsanteil der Ausführenden. Davon abgeleitet lässt sich konstatieren, dass der Holzbauer ein erfahrener BIM-Modellierer ist.
  • Die Holzbauplanung berücksichtigt immer das Bauen (Zuschnitt, Vorfertigung und Montage) mit.
  • Im Holzbau werden seit Jahrzehnten eigene 3D-Modelle erstellt.
  • Auch digitale Aufmaße des Bestands werden im Holzbau erstellt.
  • Der Zuschnitt im Holzbau ist überwiegend digitalisiert und automatisiert.
  • Die Fertigung wird zunehmend digitaler und automatisierter.
  • Der Holzbau berücksichtigt und koordiniert bisher alle angrenzenden Gewerke und ist in der ganzheitlichen Betrachtung des Bauens geschult.
  • Die Vorteile der Kollisionskontrolle werden seit Jahrzehnten genutzt.

Der aktuelle Entwicklungsstand des Holzbaus ist also unter dem Gesichtspunkt des Digitalisierungsgrades am fortschrittlichsten unter den Bauweisen. Der Holzbauplaner hat die besten Voraussetzungen, in BIM einzusteigen und zu gestalten. Deshalb kann er mehrere Rollen in den BIM-Projekten übernehmen: BIM-Modellierer, BIM-Koordinator und mit entsprechender Fortbildung auch BIM-Manager.

Bisher spielt BIM als „big BIM" im Holzbau aber noch keine Rolle. Es wird von den Auftraggebern noch nicht gefordert. Da aber der Holzbau in der Werkstattplanung alle berührenden Gewerke berücksichtigen muss, ist der Holzbauplaner auch jetzt schon BIM-Modellierer für beinahe alle Bereiche. Dort, wo es externe 3D-Dateien gibt, koordiniert der Holzbauplaner die verschiedenen Fachmodelle. An Stellen, wo es nur schriftliche, mündliche oder 2D-Informationen gibt, fügt der Holzbauplaner alle Informationen zusammen und koordiniert die Bereinigung der Unstimmigkeiten und Kollisionen zwischen allen Beteiligten. Wenn BIM vollumfänglich (= big BIM) im Holzbau gängige Praxis ist, kann sich die Rolle des Holzbauplaners ändern: Es gibt einen anderen BIM-Koordinator und der Planer konzentriert sich auf sein Gewerk.

Besonderheiten des BIM-Ablaufs im Holzbau
Im Holzbau müssen aufgrund der Vorfertigung und der komplexen, multifunktionalen Elemente wesentliche Entscheidungen zu einem frühen Zeitpunkt getroffen werden. Die wirtschaftlich sinnvolle und notwendige Vorgehensweise ist, wenn schon in der Vorplanung jemand mit Holzbaukompetenz auf statische und fertigungsbedingte Belange achtet. Wenn der Entwurf erstellt ist, muss das gesamte Planungsteam kooperativ alle Aufbauten der Wand-, Decken- und Dachelemente gemeinsam festlegen, berechnen, überprüfen und freigeben. Exemplarische Erläuterung am Beispiel einer Außenwand:

  • Der Architekt plant die Gestaltung von Fassade und Innenansicht mit millimetergenauer Angabe der gewünschten Materialien.
  • Die Tragwerksplanung bestimmt die Mindeststärke der Tragkonstruktion unter Berücksichtigung der Höhe der Stürze über den größten Öffnungen und macht erste Angaben zur Aussteifung und Verankerung.
  • Der Aufsteller der EnEV legt die Mindeststärke der Dämmung und die Belange des Feuchteschutzes fest.
  • Der Brandschutzingenieur prüft die Anforderungen aus der LBO mit den Konsequenzen auf die Materialien innen und außen und plant, falls nötig, Kapselung und Brandbarrieren.
  • Der Aufsteller des Schallschutznachweises schlägt einen Aufbau zur Erreichung der geforderten dB-Zahl vor.
  • Der Holzbauer macht Angaben zur möglichen Elementierung unter Berücksichtigung von Zuschnitt, Fertigung, Transport und Montage.
  • Der Haustechnikplaner macht Angaben zu allen in die Außenwand einzubauenden Komponenten aus Elektro, Heizung, Lüftung und Sanitär.
  • Der Fensterbauer legt Fenster, Türen und Verschattungen fest und macht Angaben zu Einbaudetails.
Wenn die Planer ihre Angaben gemacht haben, wird alles auf Widersprüche oder Übereinstimmung überprüft und betrachtet, ob das Ergebnis eine für die Anforderung zugelassene Konstruktion ist. Dann kann die Entwurfsplanung auf die Gesamtstärken der gewählten Aufbauten geändert werden und dieses Modell wird Grundlage für alle Fachplanungsmodelle. Diese frühzeitig festgelegten, von allen überprüften und freigegebenen Aufbauten sollten im weiteren Prozess nicht mehr verändert werden. Falls dies dennoch sein muss, müssen alle Planer in den Änderungsprozess einbezogen werden.

Schnittstellen vom Holzbauplaner zu anderen Planern – Status quo, Einstieg, BIM-Lösung

Einzelbetrachtung der Zusammenarbeit: Gemeinsames Planen und Bauen eines Gebäudes bedeutet Zusammenarbeit an Schnittstellen. Die für die Holzbauplanung relevanten Schnittstellen werden im Folgenden einzeln betrachtet, in Bezug auf den Status quo, einen möglichen BIM-Einstieg und die angestrebte BIM-Lösung.

  • Schnittstelle Vergabe – Holzbauplanung
    Status quo:
    Die Vergabe des Gewerkes Holzbau erfolgt in der Regel viel zu spät für einen reibungslosen Planungs- und Bauablauf. Architekten und Fachplaner sollen laut Landesbauordnungen und HOAI die Werkplanung komplett fertigstellen, ohne die Zuschnitt-, Fertigungs- und Montagemöglichkeiten des Holzbaubetriebes zu kennen. Dieses Vorgehen führt unweigerlich zu Änderungswünschen des spät dazukommenden Holzbaubetriebs.
    BIM-Einstieg:
    Auftraggeber und Entwurfsverfasser ziehen schon beim Entwurf die Holzbaukompetenz (Holzbauunternehmer oder Holzbauingenieur) hinzu.
    BIM-Lösung:
    Der Auftraggeber wünscht BIM und beschreibt in den AIA, wieviel BIM er von wem benötigt. Alle Fachplaner und an der Planung beteiligten ausführenden Unternehmen werden dann in der Entwurfsphase beauftragt und können so frühzeitig ihre Kompetenzen einbringen. Durch z.B. funktionale Ausschreibungen ist dies möglich.

  • Schnittstelle Architektur – Holzbauplanung
    Status quo:
    Die Qualität der Entwurfsplanung ist sehr unterschiedlich. Leider gibt es noch viele Architekten, die in 2D arbeiten. Oft sind sie auch nur bis zur Genehmigungsplanung beauftragt, und weil es vorher keine Absprachen mit der ausführenden Holzbaufirma gab, passen die Wand-, Decken- und Dachaufbauten nicht. Oft sind die Fachplanungen Statik und Bauphysik nicht in die Entwurfsplanung eingearbeitet.
    BIM-Einstieg:
    Ein möglicher Einstieg ist, dass sich die Architekten, die nicht 3D planen können, von einem CAD-Büro bei der 3D-Eingabe helfen lassen. Die vorherige Festlegung aller Aufbaustärken sollte organisiert werden.
    BIM-Lösung:
    Architekten planen im BIM-Prozess in 3D. Schon in der Entwurfsphase müssen alle Aufbauten festgelegt und von allen Beteiligten überprüft, berechnet und genehmigt werden. Dann kann das Entwurfsmodell an alle Beteiligten als gemeinsame Grundlage ihrer Fachplanungen übergeben werden.

  • Schnittstelle Aufmaß – Holzbauplaner
    Status quo:
    Oft führt das späte Aufmaß des Bestands zu Änderungen im Planungsprozess. Analoge Aufmaße sind bei vielen Bauvorhaben noch Standard. Sie sind weniger genau als digitale, und es können Fehler bei der Übertragung ins Modell passieren.
    BIM-Einstieg:
    Es werden digitale Aufmaße des Bestands durch den Holzbaubetrieb erstellt oder an Vermessungsingenieure in Auftrag gegeben.
    BIM-Lösung:
    Laserscanner und Tachymeter werden zum Aufmaß des Bestands, zur Kontrolle der Baugrube, zum Abstecken bei der Montage und zur Maßkontrolle des gestellten Hauses standardmäßig benutzt. Die Aufmaße werden ständig mit dem Modell abgeglichen.

  • Schnittstelle Statik – Holzbauplaner
    Status quo:
    Es gibt eine schriftliche Statik, die sich oft auf einen frühen Stand des Entwurfs bezieht und nicht mit der Ausführungsplanung übereinstimmt. Oft fehlt dem Statiker die praktische Holzbaukompetenz zu Materialien, Anschlüssen, Fertigungslösungen und Montagebedingungen.
    BIM-Einstieg:
    Die Statik wird zunächst nur schriftlich und mit 2D-Detailzeichnungen erstellt. Der Einstieg erfolgt über wiederholten Austausch zwischen allen Beteiligten zu Detaillösungen und frühzeitiger Eingabe der relevanten Querschnitte in der Entwurfs- oder Holzbauplanung.
    BIM-Lösung:
    Die Tragwerksplanung wird an ein Büro mit Holzbaukompetenz vergeben. Der Statiker übernimmt das Entwurfsmodell als Grundlage seiner 3D-Planung. Die Schal- und Bewehrungspläne werden automatisiert erstellt. Die Holzbaustatik enthält einen Verankerungsplan, den Aussteifungsnachweis und Detailzeichnungen der berechneten Anschlüsse.

  • Schnittstelle Wärme- und Schallschutz – Holzbauplaner
    Status quo:
    Der Schallschutznachweis wird im Planungsprozess meistens spät erstellt, und die Berechnung des Wärmeschutzes basiert oft nicht auf den vorgesehenen Aufbauten und Materialien.
    BIM-Einstieg:
    Die gemeinsam festgelegten Aufbauten werden kurzfristig von allen Beteiligten als Vorentwurf berechnet, damit niemand in eine falsche Richtung plant.
    BIM-Lösung:
    Die Ziele beim Wärme- und Schallschutz werden in der ersten Phase festgelegt und die Berechnungen erfolgen frühzeitig. Das Modell wird für Simulationen wie Sonnenstands- und Verschattungsanalysen oder auch des Energiebedarfs genutzt.

  • Schnittstelle Brandschutz – Holzbauplaner
    Status quo:
    Der konstruktive Brandschutz ist Teil des schriftlichen statischen Nachweises des Tragwerksplaners. Brandschutznachweis oder -konzept des Brandschutzingenieurs werden auch schriftlich erstellt und mit 2D-Grundrissen ergänzt. Die Informationen müssen von anderen übernommen und in das Modell eingearbeitet werden.
    BIM-Einstieg:
    Der Brandschutzingenieur teilt die erforderlichen konzeptionellen Maßnahmen am Gebäude in der frühen Entwurfsphase mit. Die LBO-abhängigen Brandschutzanforderungen werden deshalb rechtzeitig berücksichtigt und die Mindestanforderungen an Bauteile festgelegt.
    BIM-Lösung:
    Auch in Zukunft werden viele Brandschutzplaner wahrscheinlich nicht am Modell mitarbeiten. Das Ergebnis ihrer Arbeit entspricht weniger einem eigenen Modell, sondern in erster Linie dem Festlegen von Attributen an vorhandenen Architekturelementen. Es wird aber Software entwickelt, in der die heutigen 2D-Angaben in Tabellen eingetragen und automatisiert ins Modell übertragen werden. Der Brandschutzingenieur kann dann mit einem BIM-Viewer die Übertragung ins Modell visuell überprüfen. Darüber hinaus werden die Brandschutzangaben auch durch die Koordinierungssoftware auf Einhaltung der Regeln überprüft. Das Koordinationsmodell kann aber auch, mit entsprechender zusätzlicher Software, für die Simulation von Evakuierungsszenarien genutzt werden.

  • Schnittstelle Bauprodukte – Holzbauplaner
    Status quo:
    Oft wird die Wahl der Bauprodukte in einer späten Planungsphase geändert, weil andere Produkte preiswerter sind, die gewählten nicht lieferbar sind oder das ausführende Unternehmen lieber mit seinen Stammlieferanten zusammenarbeitet.
    BIM-Einstieg:
    Es werden frühzeitig alle Materialien und Produkte festgelegt und die Lieferbarkeit und bauaufsichtliche Zulassung in der gewählten Kombination überprüft.
    BIM-Lösung:
    Big BIM wird zu einem frühzeitigen Festlegen aller Bauprodukte führen. Eine produktneutrale Ausschreibung nach fertiger Ausführungsplanung widerspricht einem optimierten Planungsablauf. Späte Festlegungen führen immer zu gravierenden Änderungen in der vorherigen Planung.

  • Schnittstelle TGA – Holzbauplaner
    Status quo:
    Bei einer Vielzahl der Bauvorhaben wird die TGA-Planung vom ausführenden Handwerksbetrieb durchgeführt. Das bedeutet, dass es bei vielen Bauvorhaben nur Skizzen, unvollständige und ungefähre Angaben gibt, oder vieles auf der Baustelle entschieden wird, und damit nicht vorgefertigt werden kann.
    BIM-Einstieg:
    Als Einstieg bietet sich die Nutzung der digitalen Lüftungsplanung über den Hersteller der Anlagen an. Diese wird heute schon oft stimmig geplant.
    BIM-Lösung:
    Die komplette TGA wird digital geplant. Es gibt separate 3D-Fachplanungen für Elektro, Lüftung, Heizung und Sanitär. Wenn kleine Fachbetriebe nicht 3D planen können, müssen sie sich einen Partner suchen, der dies am Modell, nach den Vorgaben des Betriebes, übernimmt.

  • Schnittstelle Beton – Holzbauplaner
    Status quo:
    Der Holzbauplaner plant die Konturen aller Betonteile mit, damit die Schnittstelle passt.
    BIM-Lösung:
    Das Massivbauunternehmen überprüft die Planungen von Architekten und Statiker und gibt diese bei Vorfertigungsbedarf an den Betonfertigteilhersteller weiter. Der BIM-Koordinator koordiniert die Massivbauplanung mit der Holzbauplanung.

  • Schnittstelle Prüfer – Holzbauplaner
    Status quo:
    Der Prüfstatiker möchte die Werkstattplanung mindestens in zweifacher Ausführung auf Papier per Post gesendet bekommen und trägt seine Grüneintragungen handschriftlich aufs Papier.
    BIM-Lösung:
    Der Prüfer gehört mit zum Planungsteam und ist bereit, knifflige Details auch schon einmal vorab zu besprechen. Der Prüfer prüft das Modell und die erstellten 2D-Fertigungs- und Montagezeichnungen digital und gibt digitalisierte Prüfungsanmerkungen.

  • Schnittstelle Maschinenzuschnitt und maschinelle Fertigung – Holzbauplaner
    Status quo:
    Oft ist die Planung weit fortgeschritten, ohne dass die Möglichkeiten und Grenzen des maschinellen Zuschnitts und der maschinellen Fertigung bedacht sind.
    BIM-Einstieg:
    Wenn der Holzbauer frühzeitig beauftragt ist, ist der Einstieg erfolgt.
    BIM-Lösung:
    Die Maschinenkompetenz ist frühzeitig mit am Planungstisch. Ein Vorentwurf der Elementierung wird in den ersten Planungsphasen erstellt.

  • Schnittstelle Montage – Holzbauplaner
    Status quo:
    Montageabläufe werden selten digital geplant.
    BIM-Einstieg:
    Die Holzbaubetriebe sichten und testen Programme, die Abläufe für Fertigung und Montage simulieren können.
    BIM-Lösung:
    Die Zuwegung zur Baustelle und die Baustellensituation sind mit Hilfe eines Laserscanners erfasst. So kann die Baustellenlogistik digital geplant werden. Fertigung und Montage werden mit allen Elementen oder Modulen simuliert. Anhand der Simulation kann man die Montagereihenfolge und die Dauer der Montage ersehen.

  • Schnittstelle Betreiber – Holzbauplaner
    Status quo:
    Es gibt bisher kaum Anforderungen der Betreiber an die Holzbauplaner, obwohl sie den größten Nutzen durch BIM haben können.
    BIM-Einstieg:
    Die Haustechnik wird digital vereinfacht (Außenabmessungen und Beschreibung) erfasst.
    BIM-Lösung:
    Der Betreiber sitzt mit am Planungstisch und nennt seine Wünsche und auch die Software, mit der er das Facility Management betreiben wird.
Autor: Gerd Prause

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