Bestandsmodell

Die Bestandsmodellierung von Ingenieurbauwerken nach der BIM-Methodik kann sehr aufwändig sein. Dies hängt hauptsächlich von der Anzahl und Komplexität der vorhandenen Anlagen, von dem erforderlichen Detaillierungsgrad (z. B. Tonnage des zu demontierenden Bauwerks, Teilabbruch, etc.) und von der Attributierung (z.B. Materialien, Baujahr, etc.) der BIM-Objekte ab.

Im Fall der zu erneuernden, schotterlosen Eisenbahnbrücke über die Unstrut wurde das Bestandsmodell auf Grundlage einer kombinierten Aufnahme aus parametrischem Aufmaß und Laserscan (Punktwolke) erstellt. Darüber hinaus wurde das Bauwerk stellenweise (z. B. Knoten des Fachwerks, Gründung) anhand einer früheren Nachrechnung eingehend modelliert. Die Lage und Geometrie der bestehenden Brunnengründung waren für die weiteren Planungsphasen maßgebend.

Bauzustand

Durch die Verknüpfung der 3D-Objekte mit der Zeit (4D) und den Kosten (5D) werden räumliche Kollisionen und Diskrepanzen während der Bauphasen (z. B. Bauzustände, Anschluss des Neubaus am Bestand) vermieden. Darüber hinaus kann der geplante Bauablauf im Modell geprüft und die Kostenentwicklung visualisiert werden.

Im vorliegenden Planungsmodell einer Eisenbahnbrücke ist der Neubau in Rot, der Abbruch in Gelb, der Bestand in Grau und die Geländeoberfläche transparent dargestellt. So kann das räumliche Verhältnis zwischen Bestand, Bauzustand und Neubau visuell überprüft werden.

Überbau

Im vorliegenden Beispiel wurde als Ersatzneubau einer bestehenden Eisenbahnbrücke eine Fachwerkbrücke gemäß Ril 804.9010 geplant. Der Level of Development (der Entwicklungsgrad) des Fachmodells wurde in jeder Leistungsphase entsprechend den Vorgaben der Auftraggebenden erhöht

Die letzte Version des Fachmodells enthält alle Details der Ausführungsplanung: Knoten, innere Steifbleche, Schweiß- und Schraubverbindungen, Bauteile für die Montage, etc. Weiterhin entspricht dieses Fachmodell dem globalen FE-Modell der Tragwerksplanung.

Teilautomatisierte Erstellung von Leistungsverzeichnissen

Zwecks teilautomatisierter Erstellung von Leistungsverzeichnissen wird zunächst die Qualität, insbesondere die Semantik und Mengenkonsistenz, der Modelldaten überprüft und bewertet, um eventuelle Fehler bei der Mengenermittlung zu vermeiden. Die automatisierte Verknüpfung der BIM-Objekte mit den Positionen der Kostenermittlung bzw. des Leistungsverzeichnisses erfolgt anhand sogenannter WBS-Codes.

Positionen, die nicht in Fachmodellen enthalten sind (z. B. technische Bearbeitung) werden manuell ergänzt. Bei Umplanungen werden die Kostenermittlungen und Leistungsverzeichnisse automatisch aktualisiert, was das Fehlerpotential und den Aufwand erheblich minimiert.

Planableitung

Obwohl das primäre Ergebnis von BIM-Planungen Fach-, Koordinations- bzw. As-built-Modelle für die Bauausführung, Bauüberwachung, Inbetriebnahme und Inspektion der Bauwerke sind, wird im Zuge der Planungs- und Genehmigungsleistungen auf konventionelle 2D-Pläne nicht verzichtet.

Die Bauwerks-, Ausführungs- und weitere Planunterlagen werden dabei direkt aus den Modellen abgeleitet. Es werden ausgewählte Grundrisse, Schnitte und Ansichten der Modelle in den Plänen dargestellt und die geplanten Bautätigkeiten (z. B. Abbruch, Bauzustand und Neubau) anhand der vorgegebenen Attribute (z. B. Bezeichnung, Material, Tonnage, etc.) automatisch beschriftet.

Bei Ausführungsplanungen werden die Schal-, Bewehrungs- und Werkstattpläne ebenfalls anhand der Modelle erstellt. Die Bewehrungslisten und Mengenermittlungen (z. B. Tonnage, Verbindungen) werden dabei automatisch generiert und in tabellarischer Form auf den Plänen dargestellt

Lastfälle

Im Rahmen der Tragwerksplanung wird i.d.R. mindestens ein FE-Modell (Finite-Elemente-Modell) für die Berechnung und Nachweisführung erstellt. Dieses Fachmodell kann mit dem BIM-Planungsmodell verknüpft werden. Somit werden alle Änderungen, die sich aus statischen und konstruktiven Gründen ergeben, im BIM-Planungsmodell synchronisiert. Anpassungen des BIM-Planungsmodells werden wiederum im FE-Modell teilautomatisiert aktualisiert.

Bei komplexen Bauwerken werden nicht nur die konventionellen, statischen und linearen Berechnungen im FE-Modell durchgeführt, sondern auch dynamische und nichtlineare Berechnungen, z. B. zur Ermittlung des Resonanzrisikos oder der Interaktion zwischen dem Oberbau und dem Überbau bei langen Eisenbahnbrücken. Bei der vorliegenden Eisenbahnbrücke wurde die Einhaltung der zulässigen Längskraftabtragung des Gleises gemäß Ril 804.3401 mittels einer nichtlinearen Berechnung in einem zweiten FE-Modell nachgewiesen.

Bauteil 1

BIM-Planungsmodelle können mit Fachmodellen der Tragwerksplanung bzw. FE-Modellen (Finite-Elemente-Modellen) verknüpft werden. Somit können nicht nur das globale System der statischen Berechnung, sondern auch lokale Systeme im BIM-Planungsmodell integriert werden.

Die Erstellung von FE-Modellen im Rahmen der Tragwerksplanung dient u.a. der Berechnung und Nachweisführung von Bauteilen, die im globalen System nicht explizit modelliert werden können. Aus diesem Grund werden diese Bauteile (z. B. Steifbleche) gesondert nachgewiesen.

Im vorliegenden Beispiel einer Eisenbahnbrücke wurde die lokale Tragfähigkeit des Endquerträgers (inkl. aller inneren Steifbleche) für den Lastfall „Lageraustausch“ anhand eines zusätzlichen, lokalen FE-Modells gesondert nachgewiesen. Darüber hinaus wurden die Auswirkungen des bauzeitlichen Lastfalls „Montage des Überbaus“ in diesem FE-Modell untersucht

Bauteil 2

BIM-Planungsmodelle können mit Fachmodellen der Tragwerksplanung bzw. FE-Modellen (Finite-Elemente-Modellen) verknüpft werden. Somit können nicht nur das globale System der statischen Berechnung, sondern auch lokale Systeme im BIM-Planungsmodell integriert werden.

Die Erstellung von FE-Modellen im Rahmen der Tragwerksplanung dient u.a. der Berechnung und Nachweisführung von Bauteilen, die im globalen System nicht explizit modelliert werden können. Aus diesem Grund werden diese Bauteile (z. B. Steifbleche) gesondert nachgewiesen.

Für den Nachweis der lokalen und globalen Standsicherheit der vorliegenden Eisenbahnbrücke wurden mehrere FE-Modelle erstellt. Die hoch beanspruchten Knoten des Fachwerks wurden anhand von zusätzlichen lokalen FE-Modellen gesondert untersucht. Somit wurde nachgewiesen, dass kein Bauteil bzw. Stahlblech der Endknoten die zulässigen maximalen Spannungen überschreitet.