BIM steht für Building Information Modeling und beschreibt eine Arbeitsmethode für das integrale Planen, optimierte Entwickeln, Ausführen und Bewirtschaften von Gebäuden mit Hilfe von Software. Dabei werden alle relevanten Gebäudedaten digital erfasst, kombiniert und vernetzt. Wie auch im Ausland etabliert sich die BIM-Methode zunehmend auch in der Schweiz. Während für die meisten Gewerke die neuen Prozesse und Aufgaben klar definiert sind, fehlen für den Gebäudeautomationsplaner klare methodische Vorgaben für die Anwendung der BIM-Methode.

Vorgehen

Anhand von vier Phasen wurde der Mehrwert der BIM-Methode in Bezug auf die Gebäudeautomation eruiert. Beginnend mit der Recherche der Ausgangslage anhand von Literatur- und Internetquellen zum aktuellen Stand der BIM-Methode in Bezug auf die Gebäudeautomation wurde die Grundlagen für diese Bachelor-Thesis erarbeitet. Durch den Austausch mit dem Industriepartner sowie externen Fachleuten wurde die Thematik vertieft und eine Abgrenzung definiert. In der zweiten Phase wurden die ausgefüllten Fragenkataloge und die mündlich durchgeführten Besprechungen analysiert. Die Leistungen der Gebäudeautomation wurden ermittelt und der aktuelle Prozessablauf der BIM-Methode mit den klassischen Phasen gemäss SIA 112 verglichen.

In der dritten Phase des Prozesses wurden die erarbeiteten Grundlagen zusammengefasst und ausgewertet. Es wurden Vorbedingungen, Hemmnisse, wie auch Potentiale ermittelt, welche für eine optimale Ausführung der BIM-Methode mit der Gebäudeautomation berücksichtigt werden müssen. Durch erstellte Strategien wurden die Mehrwerte für die Gebäudeautomation eruiert. 

Abschliessend wurde in der Phase vier anhand eines kleinen Anwendungsversuchs die Erkenntnisse erklärt und geprüft. Zusätzlich wurden Ideen formuliert, wie in der Zukunft weitere Mehrwerte generiert werden können.

Building Information Modeling BIM

Unter einem Building Information Modeling versteht man ein umfassendes digitales Abbild eines Bauwerks mit grosser Informationstiefe. Dieses digitale Abbild umfasst jedoch weit mehr als nur die reine Geometrie für die Visualisierung. Ein BIM-Modell besteht aus den virtuellen Äquivalenten der tatsächlichen Gebäudeteile sowie der Teile, welche für den Bau benötigt werden. Alle Elemente besitzen somit Zusatzinformationen wie Typeninformationen, technische Eigenschaften oder Kosten. Diese Elemente definieren einen digitalen Prototypen und ermöglichen so, dass das Gebäude im Verhalten simuliert, geprüft und optimiert werden kann, bevor das Gebäude tatsächlich gebaut wird. BIM wird über den gesamten Lebenszyklus des Bauwerks verwendet; beginnend bei der Planung, über die Ausführung zur Bewirtschaftung bis schliesslich zum Rückbau. Eine mehrmalige und damit fehleranfällige Eingabe von gleichen Informationen entfällt, da das virtuelle Gebäude über den gesamten Lebenszyklus von allen Beteiligten verwendet werden kann. 

Gebäudeautomation

Die Gebäudeautomation ist eine Planungs-Dienstleistung welche die automatische Steuerung und Regelung der technischen Gebäudeausrüstung definiert.

Hauptziele der Gebäudeautomation sind das Erreichen einer hohen Energieeffizienz und der optimalen Sicherheit. Allerdings existiert noch ein drittes, wichtiges Ziel in der Gebäudeautomation, nämlich der Komfort. Mit dem Einsatz eines GA-System wird nicht nur die Energieeffizienz und die Sicherheit erhöht, sondern auch der Komfort für den Nutzer auf ein neues Level angehoben.

Die Mess-, Steuer-, Regel-, und Leittechnik für die technische Gebäudeausrüstung wird durch die Gebäudeautomation bereitgestellt. Dies bedeutet, dass alle Einrichtungen, Software und Dienstleistungen zur automatischen Überwachung, Steuerung, Betriebsoptimierung, Regelung sowie dessen Management in einem oder mehreren Gebäuden mit der Gebäudeautomation erstellt werden. Darin eingeschlossen sind Installationen mit einer eigenständigen Automation und einer definierten Schnittstelle.

Mit der Gebäudeautomation werden die erforderlichen Schaltschränke inkl. Leistungsteil, die Verkabelung der Feldgeräte sowie die benötigten Netzwerke für die Übertragung von Informationen erstellt. Einrichtungen betreffend Bedienung, wie auch Peripheriegeräten aus der Managementebene sind ebenfalls Teil der Gebäudeautomation.

Sicherheits- und Kontrollanlagen, wie beispielsweise Brandmelde-, Einbruchmelde-, Videoüberwachungs-, Personensuch- und Zutrittskontrollanlagen gehören nicht zwingend zur Gebäudeautomation, können aber durch spezielle Schnittstellen mit dieser Verknüpft werden.

Analyse

Für eine optimale Integration der Gebäudeautomation in die BIM-Methode, müssen die Stärken und Schwächen der Gebäudeautomation sowie die Chancen und Risiken mit dem Einsatz der BIM-Methode analysiert werden. Mittels SWOT-Analyse wird ein Überblick über die IST-Situation erarbeitet, um daraus Strategien zu eruieren, welche für die Integration eine wesentliche Rolle spielen dürften. Nachdem die Gebäudetechnik auf ihre Stärken und Schwächen und die BIM-Methode auf Risiken und Chancen geprüft wurden, konnten Strategien herausgearbeitet werden, um die Gebäudeautomation in die BIM-Methode zu integrieren. Erst nach erfolgter Integration können die darauffolgenden Mehrwerte generiert werden.

Die Auswertung der Analyse hat gezeigt, dass vor allem der Ablauf eines Bauprozesses in der Schweiz eine Integration der Gebäudeautomation erschwert. Der GA-Fachplaner wird erst in einer späten Planungsphase in das Projektteam miteinbezogen und hat somit keinen Einfluss auf den Informationsgehalt des Modells, welcher bei der Erstellung des BIM-Projekt Abwicklungsplan BAP in einer frühen Phase definiert wird. Ein weiteres Hauptproblem sind die Leistungen des GA-Fachplaners. Im Gegensatz zu den anderen Gewerken arbeitet der GA-Fachplaner nicht mit CAD-Software, sondern vielmehr mit Listen und Konzepten, was dazu führt, dass ihm der Bezug zum BIM-Modell fehlt. Um Mehrwerte für die Gebäudeautomation generieren zu können, muss dieser bereits bei der Erstellung des BAP im Projektteam berücksichtigt werden. So hat er die Möglichkeit, seine Konzepte bereits in einer frühen Planungsphase vorzugeben.

Erkenntnisse

Im Wesentlichen hängt die erfolgreiche Anwendung einer neuen Methode von den Faktoren Mensch, Prozess, Technologien und Prozesse ab (Vier-Säulen-Konzept).

Soll die Gebäudeautomation erfolgreich integriert werden müssen alle Faktoren das gleiche Ziel verfolgen. 

Durch den vermehrten Einsatz der BIM-Methode befindet sich der klassische Projektablauf im Wandel. Der Mensch muss sich mit den neuen Prozessen und Technologien auseinandersetzen und seinen Platz darin finden. Die Prozesse, wie wir sie heute kennen, müssen gründlich überdacht werden. Es werden neue Projektabläufe erforderlich, um die Gebäudeautomation in BIM integrieren zu können und das Potential der BIM-Methode vermehrt ausschöpfen zu können. 

Geltende Gesetze und etablierte Richtlinien stellen grosse Probleme für Anpassungen an Projektabläufen dar, da diese sich zum Teil nicht optimal mit der Anwendung der BIM-Methode in Einklang bringen lassen. Solange diese bestehen, stösst die Ausschöpfung des Potentials bei der Verwendung der BIM-Methode an ihre Grenzen. 

Exemplarisches Beispiel

Die Betriebsmittelliste ist für die Gebäudeautomation ein zentrales Dokument und stellt einen wesentlichen Bestandteil der Arbeiten eines Gebäudeautomationsplaners dar. Die Erstellung sowie Instandhaltung dieser Liste ist mit grossem Zeitaufwand verbunden. Das digitale Abbild des Gebäudes ermöglicht die Generierung einer Bauteilliste. Diese ist wesentliche Grundlage für die Betriebsmittelliste. 

Im Rahmen dieser Arbeit wird aufgezeigt wie das Erstellen einer Betriebsmittel mit Hilfe der BIM-Methode möglich ist.  Dazu wird eine externe Datenbank mit dem BIM-Modell verknüpft und entsprechende Konzeptvorgaben definieren das Vorgehen.

Der Versuch hat gezeigt, dass die Planung durch die frühzeitige Berücksichtigung und Umsetzung der Konzepte effizienter gestaltet werden kann. Durch die Verknüpfung eines Modells mit der Betriebsmittelliste wird zudem der Verlust von Daten markant reduziert, was automatisch zu einer erhöhten Qualität des gesamten Projekts führt. 

Ausblick

Eine Prognose für die Zukunft zu wagen, stellt sich als schwierig dar, da nicht klar abgeschätzt werden kann, inwieweit sich die bewährten Prozesse anpassen und geltende Richtlinien ändern lassen. Wenn man den Blick etwas weiter in die Zukunft richtet, könnte der Digitale Zwilling, d.h. das virtuelle Abbild eines realen Gebäudes, einen hohen Stellenwert erlangen, wenn etablierte Planungsprozesse hinterfragt und neu definiert werden. 

Für die Bau- und Immobilienbranche sind digitale Zwillinge virtuelle Abbildungen eines realen, physischen Gebäudes oder einer Anlage. Sie bestehen aus Daten und Algorithmen, welche unter Anwendung von Sensoren mit der realen Welt verglichen werden. Für die Erstellung eines digitalen Zwillings ist nebst Sensoren auch das Internet der Dinge (IoT) eine mögliche Voraussetzung. Mit der Verwendung eines digitalen Zwillings werden neue Möglichkeiten der Gebäudeautomatisierung, Optimierung und Erhöhung der Effizienz erschaffen. 

Die Gebäudeautomation erweitert das Konzept des digitalen Zwillings. Durch den digitalen Abgleich eines virtuellen Bauprojektes sind bereits in der Planungs- und Realisierungsphase Simulationen und Optimierungen möglich, die dem realen Gebäude ähneln. Mit der Erstellung eines Digitalen Zwillings kann ein gesamtes Projekt unter anderem effizienter, flexibler und kostensparender gestaltet werden.