Modellbasierte Kollaboration

In Zürich Enge soll auf einem bestehenden Grundstück ein Ersatzneubau erstellt werden. Das Projekt der Auwiesen Immobilien, Winterthur ist im Garten einer bereits bestehenden Liegenschaft und damit unter etwas engeren Platzverhältnissen geplant. Das clever ausgearbeitete architektonische Konzept ermöglicht die Realisierung von insgesamt 37 neuen Wohnungen, einem Gewerbebereich im EG, Tiefgarage und grüner Erholungszone zwischen den Gebäuden. Aufgrund der angrenzenden Hanglage werden Tiefgarage, EG und die Treppentürme im Massivbau gebaut, das restliche Gebäude wird komplett in Holz realisiert. Auf Basis eines bestehenden Vorprojekts wurden wir ins Projekt Engimattstrasse eingeführt. Der Wunsch war, dass Renggli als ausführender Holzbauer mit hauseigenem Engineering effiziente Lösungen für die verschiedenen technischen und architektonischen Anforderungen erarbeitet.

Punkto Zusammenarbeitsform stellten wir gleich zu Beginn die Frage, ob das Interesse an einer modellbasierten Planung bestünde. Auwiesen gefiel die Idee, und so fiel der Entscheid zur modellbasierten Kollaboration zwischen Holzbauer und Architekten. Seitens Architektur war ein qualitativ hochwertiges Modell vorhanden – eine optimale Grundlage für diese Kollaborationsform. Ebenfalls wurde zusammen mit den Fachplanern geschaut, ob auch bei Ihnen die Möglichkeit zur modellbasierten Kollaboration vorhanden ist. Die Teilnahme von beispielsweise HLSE im Modell ermöglicht die Visualisierung der Leitungsführung, was ein grosser Vorteil im Projekt sein kann. Kollisionen mit tragenden Bauteilen oder architektonischen Komponenten sind somit schnell ersichtlich und können einfach und kosteneffizient am Modell geklärt werden. Leider waren die Bedingungen für eine modellbasierte Kollaboration bei sämtlichen Fachplanern nicht gegeben. Somit entschieden wir uns für eine hybride modellbasierte Variante: Architektur und Holzbau über das 3D Modell, die restlichen Fachplaner über eine 2D Planung, so auch für die Leitungsführung. Die Schwierigkeit dieser Variante besteht darin, dass die vertikale Schnittstelle oft nicht klar ersichtlich ist und Steigzonen oder Vertikalzonen eine Kollision im darüber- oder darunterliegenden Geschoss verursachen können. Aufgrund der eher komplexen Gebäudeform mit rückspringenden Aussenwänden und teilweise verschiedenen Wohnungsgrundrissen war dies beim Projekt Engimattstrasse eine grosse Herausforderung.

Das Vorprojekt war ursprünglich als Skelettbau in einem Stützen-Träger-System mit klar strukturierten Lastabtragungen konzipiert. Ebenfalls gab es bereits einen Bauteilentwurf, welcher unter Berücksichtigung der hohen Schallschutzanforderungen an die Gebäudehülle eine mögliche erste Variante darstellte. Um wie gewünscht einen möglichst hohen Vorfertigungsgrad zu erreichen, entschieden wir uns dazu, das Stützen-Träger-System durch einen Systembau mit lastabtragenden Wänden zu ersetzen. Somit konnte das Grundkonzept der Statik übernommen und auf eine höhere Vorfertigung ausgerichtet werden. In diesem Zusammenhang war es wichtig, die Deckungsgleichheit von Bauteilestärken und Durchgangshöhen mit der Architektur im 3D-Modell zu bereinigen. Aufgrund der Lärmschutzanforderungen waren beispielsweise die Wände der Gebäudehülle in zwei Typen unterteilt, wobei die schallkritischen mit einer zusätzlichen raumseitigen Vorsatzschale angedacht waren. In Zusammenarbeit mit dem Schallschutzverantwortlichen und den Architektinnen konnten diese Aussenwände auf einen einzigen Typ vereinheitlicht werden. Der neue Aussenwandtyp erfüllte sämtliche Anforderungen auch ohne Vorsatzschale und bot so die Möglichkeit einer hohen Vorfertigung im Werk. Diese Wahl erlaubt den fertigen Einbau der Fenster und der Elektroleerverrohrung im Werk und daraus resultierend eine effiziente Montagedauer mit dichter Gebäudehülle von Anfang an. Das Weglassen der Vorsatzschalen generierte in der Architektur mehr Raum auf der Wohnungsinnenseite und damit mehr vermietbare Fläche. Auch die anderen Bauteile wie Innenwände, Trennwände, Geschossdecken oder Flachdach wurden modellbasiert nach dem gleichen Prinzip überarbeitet.

Um das Manko der fehlenden 3. Dimension in der Koordination mit den Fachplanern etwas zu entschärfen, entschieden wir uns dazu, die in 2D geplanten Steigzonen in einem stark vereinfachten Aussparungsmodell abzubilden. Funktionierende Steigzonen, die keine Kollisionen verursachten färbten wir grün, die anderen rot ein. Dieses Modell verwendeten wir ausschliesslich für die Kommunikation & Visualisierung in der Fachplanersitzung, um einfach Klarheit schaffen zu können. Diese Methode ist zwar zweckdienlich, aber auch mit unnötigem Zusatzaufwand verbunden. Einfacher wäre es, wenn HLKS zumindest die Vertikalzonen als einfaches Hüllkörpermodell selbst erstellen und kongruent mit ihren 2D Plänen abgleichen könnten. Dies würde eine zeitunabhängige Analyse der Kollisionen ermöglichen, und mögliche Lösungsvorschläge könnten über das modellbasierte Issue-Management aufgezeigt und direkt ins CAD implementiert werden.

Seitens Holzbau sind wir mittlerweile soweit, dass sämtliche Projekte modellbasiert bearbeitet werden. Die Erarbeitung der notwendigen technischen Grundlagen und der Aufbau des BIM-Know-hows in einer Firma nimmt initial zwar einige Zeit in Anspruch, resultiert schlussendlich jedoch in einer höheren Effizienz und Präzision in sämtlichen Projekten. Das Vorgehen bei uns sieht so aus: Auf Basis des Architekturmodells erstellen wir initial ein Tragwerksmodell, das die relevanten statischen Bauteile (Tragwerk, tragende/aussteifende Wände und Verbindungsmittel) abbildet. Sämtliche 2D Dokumentationen wie Pläne oder Positionslisten werden direkt aus dem 3D generiert. Neue Erkenntnisse und Informationen aus der Projektentwicklung und Fachplanersitzungen werden direkt ins Modell eingearbeitet; die 2D Dokumentationen sind darum nur noch ein automatisiertes Output-Produkt. Zeitaufwändigen Plananpassungen gehören der Vergangenheit an. Der heutige Aufwand konzentriert sich aufs 3D Modell, wo sämtliche Aspekte unter Berücksichtigung der angrenzenden Schnittstellen korrekt eingearbeitet werden können. Wenn im Bauprojekt mit der Finalisierung der Detailentwicklung alle relevanten Details ins Architekturmodell eingeflossen sind, erstellen wir ein zweites Modell, das sogenannte Kostenmodell. Wir verwenden dafür in den meisten Fällen eine Kopie des aktualisierten Architekturmodells als Basis und spezifizieren die darin gezeichneten Bauteile auf korrekter Verortung, Geometrie und Informationsgehalt hin. Nach diesem Vorgehen gibt es eine gemeinsame Qualitätskontrolle mit den Architektinnen, um die Korrektheit der Informationen sicherzustellen. Dies gibt uns – und auch der Bauherrschaft – die Gewissheit, dass sowohl Ausmass wie auch die dazu kalkulierten Kosten im Modell stimmen.

Ein Modell visualisiert, was wir in der Realität schlussendlich vor uns sehen. Das heisst, alles was wir am Modell lösen können, verursacht weder Kosten noch Bauverzögerungen. Wir erreichen mit dem Modell mehr Klarheit, Transparenz und Genauigkeit; und dies alles vor dem effektiven Baustart. Dies bringt Ruhe in den Bauprozess, schafft Übersicht und eine grössere Sicherheit in Bezug auf Kosten und Termine. Die Detailentwicklung erfolgt in 2D im Abgleich mit dem 3D. Falsche Annahmen können so vermieden werden und die Sicherheit bezüglich der Ausführbarkeit der entwickelten 2D-Details ist gewährleistet. Die Vorteile sind offensichtlich:

Stark reduzierter Koordinationsaufwand mit der Architektur

• Der Schnittstellenabgleich zwischen den Gewerken über 2D Pläne entfällt. Schnittstellen werden automatisch im 3D visualisiert.
• Sämtliche Kommunikation kann als Issue mit dazugehörigem visuellem Verweis im Modell erfasst und direkt der verantwortlichen Person zugewiesen werden. Dieser kann die Problemstellung einfach und zeitunabhängig vom Besteller betrachten und sogar direkt ins CAD importieren.
• Durchgangshöhen, Raumhöhen oder sonstige architektonische Vorgaben können direkt mit dem Tragwerksmodell abgeglichen werden. Bei Bedarf kann der vom Holzbauer entwickelte Bauteilkatalog direkt ins ArchiCAD eingepflegt werden. Somit werden Raumgrössen und Bauteildicken im Architekturmodell übereinstimmend mit den technischen Vorgaben dargestellt.

Effiziente Schnittstellenplanung für Bauingenieure

• Dank des Tragwerkmodells erhält der Bauingenieur die exakte Platzierung der aufzunehmenden Lasten aus dem Holzbau. Die benötigten Massnahmen im Massivbau können somit einfach und stimmig geplant werden.
• Komplexe Schnittstellen wie Erdbebenanschlüsse oder Geschossdeckenauflagen bei Treppenhäusern können ebenfalls einfach miteinander abgeglichen werden.

Klarheit für HLSE

• Vertikale oder horizontale Leitungsführungen sind visuell dargestellt. Durchdringungen von tragenden Bauteilen wie Trägern, Stützen oder Wänden werden somit schnell ersichtlich und können am Modell geklärt werden.
• Minimalabmessungen von Durchdringungen oder Steigzonen können frühzeitig geplant werden. Ist der vorhandene Platz zu klein, so können funktionierende Alternativen am Modell gefunden werden.
• Steckdosen, Schalter, Leerrohre und Lampenstellen können unter Berücksichtigung von Sperrzonen und statisch relevanten Bauteilen konfliktfrei eingepflegt werden – die Ausmasse werden im Modell automatisch generiert.

Einbezug der Bauherrschaft

• Besprechungen & Entscheidungsfindungen mit der Bauherrschaft werden einfacher, Verständnisfragen lösen sich auf.
• Miteinbezug schafft ein gutes Klima und ein vertrauensvolles Gefühl des Miteinanders.

Während wir in Zürich Enge die letzten architektonischen Änderungen vornehmen, um eine saubere Grundlage für die Werkplanung zu schaffen, arbeiten wir mit Ausblick in die Zukunft momentan an der Entwicklung der nächsten Schritte in der modellbasierten Planung: 5D Planung mit Direktanknüpfung von Modell, Kalkulation und Terminen sowie BIM-2-field sind die zwei nächsten grossen Meilensteine, die wir zurzeit angehen. Es macht Spass, moderne Technologien zu nutzen und neue Prozessformen anzuwenden. Wir glauben an die digitale Zukunft und freuen uns, das volle Potential zusammen mit der Schweizer Bauwelt zu entwickeln.