Smarter Straßen- und Tiefbau

BIM – ein Baustein für den Leitungsbau der Zukunft

Eine konstruktive Zusammenarbeit zwischen Auftraggebern und Auftragnehmern zahlt ein auf Prozess- und Versorgungssicherheit und damit auf Qualität und Nachhaltigkeit im Leitungsbau. Dies ist ein wesentlicher Grundgedanke der Initiative „Zukunft Leitungsbau“, die gemeinsam vom Deutschen Verein des Gas- und Wasserfaches e. V. (DVGW), Bonn, vom Rohrleitungsbauverband e. V. (rbv), Köln, sowie von der Bundesfachabteilung Leitungsbau (BFA LTB) im Hauptverband der Deutschen Bauindustrie e. V. (HDB), Berlin, ins Leben gerufen wurde. Auch in der Digitalisierung von Organisations-, Planungs- und Arbeitsprozessen sehen die Partner der Initiative einen tragfähigen Ansatz, um die Interaktion zwischen Auftraggebern und Auftragnehmern zu optimieren und Workflows zu verbessern. In diesem Zusammenhang ist auch an BIM – Building Information Modeling – im Leitungsbau die Erwartung geknüpft, die Produktivität des Baugeschehens signifikant zu erhöhen und die Zusammenarbeit zwischen Bauherren (öffentliche Hand beziehungsweise Netzbetreibern im Ver- und Entsorgungsbereich), Planungsbüros und Bauunternehmen grundlegend zu verändern.

In der Fachpresse präsentieren wir Ihnen regelmäßig ausgewählte Best-Practice-Projekte, die im Kontext der Zielsetzungen der Initiative „Zukunft Leitungsbau“ interessante Benchmarks abbilden. Mit dem aktuellen Beitrag werfen wir einen Blick auf die Adaptation einer BIM-Methodik für die Verlegung einer Wasserleitung im bayerischen Gundelfingen durch die Fritz Heidel OHG, Glött. Die Ausführungen belegen das hohe Transformations-Potenzial der Methodik und die Bedeutung von BIM für das Bauwesen der Zukunft, identifizieren aber gleichermaßen praxisrelevante Optimierungs-Ansätze.

Dass Neuerungen anfangs immer auch eine Portion Skepsis hervorrufen, diese Erfahrung hat Anna Wörle gemacht. Die beim rbv-Mitglied Rohrleitungsbau Fritz Heidel OHG beschäftigte Bauzeichnerin absolvierte nebenberuflich mit Unterstützung ihres Arbeitgebers eine Weiterbildung zur BIM-Baustellen-Managerin. Für ihre Abschlussarbeit lotete Wörle auf einer Baustelle in Gundelfingen die Möglichkeiten von BIM aus. Das Fazit: Viele Prozesse lassen sich mit BIM optimieren. Sinnvolles Umdenken beginnt im Detail.

Das Thema BIM (Building Information Modeling) ist derzeit in aller Munde. Spätestens seitdem eine Pflicht für diese digitale Arbeitsmethode bei öffentlichen Ausschreibungen ab fünf Millionen Euro Bausumme eingeführt worden ist, lässt sich die Bedeutung von BIM für das Bauwesen der Zukunft nicht mehr von der Hand weisen. Auch wenn die Digitalisierung schon jetzt aus dem Alltag vieler Rohrleitungsbauunternehmen nicht mehr wegzudenken ist – sei es in der Bürokommunikation, der Geräteverwaltung oder der Projektdokumentation –, führt der Weg in Richtung BIM weiter und setzt voraus, Bauprozesse neu zu denken.

BIM als Teil einer Projektarbeit

Neue Wege zu beschreiten, dies war auch der Ansatz bei der konkreten Adaptation einer BIM- Methodik für die Verlegung einer Wasserleitung im bayerischen Gundelfingen durch die Fritz Heidel OHG aus Glött. Auf einer Länge von fast fünf Kilometern sollten zwischen Echenbrunn und dem zur Stadt Lauingen gehörenden Ortsteil Veitriedhausen eine Gussleitung DN 300 neu verlegt sowie 18 Betonschächte für Hoch- und Tiefpunkte gesetzt werden. Zudem sollten eine Anschlussleitung für den Ortsteil Veitriedhausen und eine zusätzliche Verbindungsleitung für den östlichen Teil des Gundelfinger Stadtteils Echenbrunn hergestellt werden. Bei der Maßnahme war auf einer Länge von 150 Metern auch eine Spülbohrung unter der Bundesstraße B 16 erforderlich. Ausgeschrieben worden war der Auftrag vom Zweckverband Untere Brenzgruppe als herkömmliche Maßnahme, ohne BIM-Inhalte. Da Bauzeichnerin Anna Wörle jedoch im Rahmen ihrer nebenberuflichen Weiterbildung zur BIM- Baustellen-Managerin im kommunalen Verkehrswege- und Tiefbau (BIM K-VTB) bei der MTS-Akademie eine abschließende Projektarbeit vorzuweisen hatte, die die BIM-gemäße Abwicklung eines Bauvorhabens an einem Anwendungsbeispiel darlegt, bereitete sie die notwendigen digitalen Daten und Informationen selbst auf.

Abläufe verbessern

„Mein Ziel war es, dem Auftraggeber die Vorteile einer Ausschreibung und Ausführung gemäß BIM zu verdeutlichen. So hoffe ich, dass generell mehr Offenheit für den Einsatz digitaler Arbeitsmethoden entsteht“, fasst Wörle ihre Intention zusammen. Bei ihrer täglichen Arbeit als Bauzeichnerin hat Wörle mit Baustellenvorbereitungen, Vermessungen und Abrechnungen zu tun. „Mich interessiert, wie Abläufe verbessert und erleichtert werden können. Noch immer werden Pläne in Papierform übergeben, obwohl sie am Computer erstellt wurden. Oder aber sie werden zwar digital übermittelt, dann aber in 2-D, ohne Höheninformationen. Hier wäre es doch leicht, etwas zu ändern und für alle einfacher zu machen.“

Mit Blick auf das bei der auf der Baustelle in Gundelfingen involvierte Planungsbüro Kapfer Ingenieure GmbH & Co. KG, Dillingen, hatte Wörle Glück: Das Ingenieurbüro hatte den Bestand bereits digital aufgenommen und die Planung in 3-D erstellt – für BIM-Baumaßnahmen ist dies Voraussetzung, da das Bauobjekt zunächst virtuell am Computer erstellt und erst danach unter Beteiligung von Auftraggeber, Planer und ausführendem Unternehmen gebaut wird. „Wir planen schon seit Jahren in 3-D. So konnten wir Frau Wörle die Daten leicht zur Verfügung stellen. Für uns war es spannend zu sehen, wie die Baustelle gemäß BIM ablaufen würde“, sagt Geschäftsführer Markus Kapfer.

Festlegung der Aufgaben

Wird BIM angewendet, so beeinflusst das alle Phasen des Bauvorhabens, von der Planung über die Umsetzung bis hin zur Abrechnung. Die Baubeteiligten tauschen untereinander in einer Cloud fortlaufend die auf die Maßnahme bezogenen Daten und Informationen aus und minimieren dadurch Informationsverluste. Aus diesem Grund muss die Entscheidung, ob eine Maßnahme mit BIM realisiert werden soll, eigentlich bereits vor Planungsbeginn und Ausschreibung durch den Auftraggeber getroffen werden. Dabei gibt der Auftraggeber den Beteiligten die AIA (Auftraggeber-Informationsanforderungen) an die Hand, worin er die Ziele, alle Anforderungen an digitale Daten sowie die benötigten Prozesse für die Projektabwicklung mit BIM formuliert.

Da das Projekt in Gundelfingen allerdings als herkömmliche Maßnahme ausgeschrieben worden war, erstellte Wörle nachträglich zunächst die AIA. „Kurz gesagt beschreiben die AIA, warum welche Informationen wann benötigt werden. Sie legen unter anderem BIM- Rollen und -Verantwortlichkeiten fest und formulieren Vorgaben zur Qualitätssicherung, zum Umfang der Visualisierung sowie zu den einzusetzenden Übergabeformaten. Ich habe mich bei den AIA an Pilotbaustellen orientiert und die Erfordernisse auf die konkrete Projektsituation in Gundelfingen zugeschnitten. Festgelegt habe ich in den AIA zum Beispiel, dass das Bautagebuch digital übergeben werden soll“, so Wörle.

Basierend auf den AIA beschreibt der BAP (BIM-Abwicklungsplan) konkret, welche Aufgaben Auftraggeber, Planer und Auftragnehmer zu erfüllen haben. Mit Blick auf die Baustelle in Gundelfingen wurde im BAP etwa eine vollständige Modellierung für die Wasserleitung und die Schächte in 3-D gefordert, wobei der BAP konkret festlegte, wie die Vermessung ablaufen sollte. Hier kam die Baggersteuerung ins Spiel: Die vom Planungsbüro Kapfer zur Verfügung gestellten 3-D-Daten bereitete Wörle so auf, dass sie für die Baggersteuerung genutzt werden konnten. „Für den Aushub sind zum Beispiel Informationen über die Höhe der Rohrsohle, Grabensohle und Rohrdeckung wichtig. Allerdings sollte man sich im Ausführungsplan auf die notwendigen Informationen beschränken, damit es nicht zu unübersichtlich wird“, rät Wörle.

Zeit- und Kostenersparnis

Infolge der Datenaufbereitung konnte Wörle ein As-Planned-Modell, ein 3-D-Modell des geplanten Bauwerks im Soll-Zustand, als Grundlage erstellen. Auch verschiedene Querungen durch eine Erdgas-Hochdruckleitung, eine 20 KV-Stromleitung sowie eine bestehende alte Wasserleitung, die Wörle vor Ort mithilfe von Suchschlitzen ermittelt hatte, fanden dabei Berücksichtigung. Mögliche Kollisionen konnten auf diese Weise früh erkannt und verhindert werden. Im Ausführungsplan zeichnete Wörle die genauen Eckpunkte der Betonschächte mit der Sohltiefe ein, so dass diese vor Leitungsbau an exakter Stelle gesetzt werden konnten: „Dabei haben wir das MTS-Navi als Baugrubenassistenten genutzt. Es berechnet die Baugrube mit der richtigen Größe – sowohl, was die Schachtgröße, den Arbeitsraum als auch den notwendigen Böschungswinkel anbelangt. Das Tablet zeigt dem Baggerfahrer bildlich die Baugrube an, die ausgehoben werden muss. Somit entfällt das Handaufmaß.“ Welche Zeit- und Kostenersparnis dies für den Planer hat, weiß Kapfer einzuschätzen: „Die erforderlichen Informationen waren alle digital im Bagger vorhanden. Dadurch entfielen aufwendige Absteckungsarbeiten. Wir mussten keine einzige Grenze mehr abstecken, da der Baggerführer auf dem Display bereits alles Notwendige sehen konnte. Das Aufmaß der Leitungen war genauso einfach“, stellt Kapfer fest.

Digitale Bestandsaufnahme

Hier war im BAP festgelegt, dass der Baggerführer mit dem MTS-Navi alle sechs Meter, vor jeder Muffe des Gussrohres, die Rohroberkante im offenen Graben dank Gerätesensorik digital aufnimmt. Das Gleiche galt für jedes Formstück. Einmal pro Woche sicherte Wörle die Daten. „Will man später einen Krümmer finden, ist dies leicht möglich, da die genaue Lage und Höhe im UTM-Koordinatensystem vermessen wurde“, so Wörle. Kapfer fügt hinzu: „Ohne die Baggersteuerung und ohne die digitale Bestandsaufnahme wäre der Vermessungsaufwand für mich vor Ort wesentlich höher gewesen. Dies spiegelt sich natürlich auch in den Honorarkosten für den Auftraggeber wider.“ Mit Blick auf die Spülbohrung wurden alle drei Meter die Rohrachsen vermessen und auf dem Gelände angezeichnet. Wörle nahm diese Punkte nach der Ausführung mit dem Rover auf. Die digital erhobenen Daten vom offenen Graben wurden an den Auftraggeber übermittelt, der sie in das Geoinformationssystem (GIS) der Stadt Gundelfingen einlesen konnte. Wörle digitalisierte zudem sämtliche Lieferscheine und übermittelte diese per PDF ebenfalls an den Auftraggeber. „Auch das hat einen enormen Vorteil. So ist gewährleistet, dass die eingesetzten Materialien auch nach Jahren noch nachvollziehbar sind. Dank der BIM-Methode weiß man stets, was wo liegt.“

Für den Planer ist das digitale Aufmaß ebenfalls hilfreich. Nicht nur, dass dadurch Bestandsvermessungen von Hand entfallen. Auch bei der Abrechnung hatte Kapfer weniger Arbeit: „Digitale 3-D-Aufmaße mit Verschneidungen von unterschiedlichen Geländemodellen sind für die Abrechnung eine große Erleichterung – auch wenn dafür die Erstellung der digitalen Ausführungsplanung etwas aufwändiger ist. Wir hatten zudem weniger Planungs- und Abrechnungsunterlagen in Papierform. Indem Arbeitgeber, Arbeitnehmer und das Ingenieurbüro eine gemeinsame Datenumgebung haben, herrscht gute Transparenz. Der aktuelle Stand ist für jeden leicht ersichtlich.“

Planer sieht Potenzial von BIM

Mit BIM hatte Kapfer zuvor noch keine direkten Berührungspunkte. Entsprechend skeptisch war der Planer anfangs, wie er zugibt. „Jedes unserer Bauvorhaben ist sozusagen ein Unikat. Planungs- und Bauabläufe sind jedes Mal anders. Dies gilt meiner Meinung nach besonders für den Straßen- und Tiefbau. Im Tiefbau alle Abläufe vollumfänglich so zu standardisieren, um es in BIM abzubilden, sehe ich als Herkulesaufgabe an. Wir müssen aufpassen, dass wir uns mit BIM nicht mehr Arbeit machen und im schlimmsten Fall nicht noch zusätzliche Kosten für den Auftraggeber produzieren“, hatte er vor Projektbeginn formuliert. Heute ist Kapfers Interesse an BIM geweckt – so sehr, dass er zurzeit selbst, wie zuvor Anna Wörle, eine Ausbildung zum BIM-Professional-Baustellen-Manager absolviert. „Ich bin überzeugt, dass wir um das Thema nicht umhinkommen. BIM hat Vorteile. Es ist nur die Frage, wie tief man bei seiner Arbeit in das Thema einsteigen möchte. BIM kann nicht alle Probleme lösen. Für mich habe ich entschieden, dass ich das aus BIM ziehe, was mir sinnvoll erscheint, zum Beispiel die digitale Erfassung der Daten, eine gemeinsame Datenumgebung oder der Transfer ins GIS- System. Wenn man es auf das Wesentliche reduziert, ist BIM smarter Straßen- und Tiefbau von morgen in Form einer digitalen, strukturierten Arbeits- und Kommunikationsmethode. Mit ihrer Hilfe kann die orts- und zeitunabhängige Zusammenarbeit mit allen Projektbeteiligten verbessert und der Lebenszyklus eines Projekts vom Entwurf über den Bau bis zur Betriebs- und Wartungsphase optimiert werden“, lautet Kapfers Fazit nach Beendigung der Baustelle im Dezember 2021.

Auftraggeber ins Boot holen

Für seine eigene Projektarbeit zum Abschluss seiner Ausbildung will Kapfer im Laufe des Jahres selbst eine BIM-Baustelle ausschreiben. Die Donau-Stadtwerke Dillingen-Lauingen als Auftraggeber habe er dafür schon gewinnen können. Außerdem initiiert er zusammen mit der MTS Akademie eine dreitägige Schulung im Bereich BIM für Auftraggeber im Landkreis Dillingen. „Wir müssen die Auftraggeber ins Boot holen. Sie müssen die BIM-Methode bereits bei Vergabe der Planungsleistungen an die Ingenieurbüros fordern. Nur dann ist ein vollständig durchgängiger BIM-Prozess über die gesamte Baumaßnahme möglich. BIM-Vorgaben werden schon in naher Zukunft auch bei kleinen Ausschreibungen ein fester Bestandteil sein. Da ist es von Vorteil, wenn man gut gerüstet ist. Im Vergleich mit anderen Branchen hat sich die Wertschöpfung im Baugewerbe in den letzten 30 Jahren unterdurchschnittlich entwickelt. Mithilfe von BIM kann sich das ändern“, so Kapfer. Er sieht in der Digitalisierung der Baubranche noch eine weitere Chance: „Indem wir uns moderner aufstellen, sind wir auch attraktiver für junge Menschen. BIM könnte eine Antwort auf den Fachkräftemangel sein.“

Alexander Heidel, Geschäftsführer von Rohrleitungsbau Fritz Heidel OHG, sieht das ähnlich. Digitalisiertes Bauen ist für ihn schon längst eine Selbstverständlichkeit, ebenso wie die Qualifizierung seiner Mitarbeiter in diesem Bereich – wie jüngst Anna Wörle. „Wir arbeiten seit Jahren mit der Baggersteuerung; Vorarbeiter bekommen von uns Tablets mit digitalen Plänen, die wir aufbereitet haben. Digitalisiertes Bauen bringt viele Vorteile vor allem für Auftraggeber mit sich, unter anderem bessere Kommunikation, die Archivierung der Fotos mithilfe von GPS-Koordinaten oder die Dokumentation von Bauteilen mitsamt Chargennummer. Hier liegt die Zukunft. Es gilt Auftraggeber von dem Mehrwert des digitalisierten Bauens zu überzeugen. Bauunternehmen, die sich mit digitalisiertem Bauen beschäftigen, haben einen Wettbewerbsvorteil.“