BIM – da­mit keine Leers­telle ver­ges­sen geht

Das Kinderspital Zürich zieht an einen neuen Standort. Die Trägerschaft, die Eleonoren­stiftung, ist an der westlichen Stadtgrenze fündig geworden und realisiert den Neubaukomplex im Lengg­quartier. Bis Ende 2022 werden dort zwei Gebäude entstehen: das Akutspital mit einer Geschossfläche von rund 79 000 m² und ein Gebäude für Lehre, Labor und Forschung, das 16 000 m² Geschossfläche umfasst. Aktuell steckt das vom Basler Architekturbüro Herzog & de Meuron verfasste Projekt mitten im Rohbau.

Eine grosse Herausforderung für die Ausführungsplanung war zuletzt die Planung der Aus­spa­run­gen, die für sämtliche Wanddurchbrüche und Installations­nischen erforderlich sind. Im Klinikgebäude sind etwa 3500 «Leerstellen» vorgesehen; der Rohbau des Laborgebäudes ist mit weiteren 1000 Aussparungen durchsetzt.

Provision-for-Void-Prozess

Um den Überblick innerhalb dieses Grossprojekts und angesichts eines rollenden Planungsverfahrens zu bewahren und den Aufwand möglichst gering zu halten, hat sich das interdisziplinäre Planerteam für eine modellbasierte Prozessvari­ante entschieden. Im Fachjargon wird sie «Provision for Void» (PfV) genannt. Ein PfV-Prozess bildet die drei­dimensionale Durchbruchs- und Aussparungsplanung ab und ist das digitale Pendant zum konven­tio­nellen zweidimensionalen Aussparungsplan.

Bei der Modellierung werden die Aussparungen als Volumenkörper definiert und mit zusätzlichen Informationen ergänzt, etwa Po­si­tion, Form oder Gewerk. Alle hinterlegten Eigenschaften lassen sich über eine IFC-Schnittstelle (vgl. Glossar S. 14) exportieren und austauschen. Voraussetzung für eine reibungsfreie Anwendung ist jedoch, dass alle Fachplanerteams die offene BIM-­Methode nutzen. Als Grundlage für die Modellierung wird das virtuelle 3-D-Gebäude verwendet, das zwischen Architekt und Bauingenieur abgestimmt ist, ausserdem das Resultat der räumlichen Koordination unter allen Gewerken.

Konflikte selbst erkennen

Der Prozess beginnt im eigenen Gewerk: Jeder einzelne Fachplaner modelliert seine Aussparungen mithilfe konventioneller CAD-Software. Im besten Fall erkennt diese selbst, wenn ein Konflikt zwischen Ar­­chi­tekturmodell und Fachplanung, zum Beispiel der Gebäudetechnik, entsteht. Dies geschieht, wenn sich einzelne Eigenschaften an den Überschneidungsstellen ­widersprechen, beispielsweise aufgrund eines ­Grössenzuschlags im modellierten Volumenkörper. Unerlässlich ist auch eine erweiterte Exportfunk­tion: Jede modellierte Aussparung ist mit allen wichtigen Informationen zu den zugewiesenen Gewerken oder über die Ab­messungen versehen. Vonseiten Architektur und Trag­werksplanung lassen sich diese Eigenschaften nach Belieben prüfen.

Für den nächsten Schritt im PfV-Prozess ist der Fachkoordinator zuständig: Er sammelt und integriert alle gewerkspezifischen Aussparungsmodelle. Vorteilhaft sind dafür Programme, die sämtliche Informationen und deklarierten Eigenschaften eins zu eins übernehmen. Das gegenseitige Abstimmen der fachspezifischen Ansprüche erfolgt erst nach dem Einlesen auf eine eigene Koordinationsplattform.

Hier erst kann der Fachkoordinator intervenieren und die Aussparungen verschiedener Gewerke, die sich örtlich überschneiden, zu einer gros­sen «Leerstelle» zusammenfassen; er selbst darf teilweise darüber entscheiden, diese allenfalls zu verschieben. Jegliche  Änderungen werden abermals den Fachplanern zur Überarbeitung übermittelt, in Form eines digitalen BCF-Protokolls (vgl. Glossar). Dieses Format eignet sich für den Informationstransfer, da es sich in die meisten CAD-Programme einlesen und weiter bearbeiten lässt.

Freigabe oder Bereinigung

Die Bereinigung und die Freigabe werden erneut dem Fachkoordinator anvertraut: Er sammelt die über­arbeiteten PfV-Modelle ein und übergibt den Planungsstand als Gesamt-IFC dem Bauingenieur und dem Architekten zur Prüfung. Daraus entsteht die nächste IFC-Modellversion, in der vermerkt sein muss, ob eine Aussparung freigegeben ist beziehungsweise was zu bereinigen ist. Mittels Filterfunktion lassen sich nicht freigegebene Aussparungen aufdecken und den betreffenden Fachplanern zur Anpassung mittels BCF-Protokoll übermitteln.

Auch dafür sind die Koordinationsregeln verbindlich: Die Fachplaner sind angehalten, die nicht freigegebenen Aussparungen zuerst untereinander zu bereinigen. Der Fachkoordinator klinkt sich erst bei Bedarf ein, wenn beispielsweise eine Koordinationssitzung (ICE-Session, vgl. Glossar) anzuberaumen ist. Die Beschlüsse sind im BCF-Protokoll für alle an der Ausführungsplanung Beteiligten nachvollziehbar festgehalten. Erst danach kann das Gebäudemodell mit den ausgestanzten Leerstellen für die Ausführung freigegeben werden. Vor allem der Tragwerksplaner ist darauf angewiesen, um die Pläne für die Schalung und die Armierung zu generieren.

Das digitale Planungs- und Bereinigungsverfahren erlaubt jeweils eine stufengerechte Quali­tätssicherung. Jederzeit lässt sich ­überprüfen, welche Aussparungen tatsächlich freigegeben worden sind. Und ebenso vereinfacht es das räumliche und funktionale Abstimmen zwischen Haustechnik- und Tragwerksplanung. Das letzte Wort hat zwar der Statiker, doch zuhanden der BIM-Fachkoordination werden Regeln und Tabuzonen definiert, bei welchen Tragstrukturelementen  eine Aussparung zu vermeiden ist.

Am Schluss: ein Papierplan

Der Provision-for-Void-Prozess war für die Planung des Kinderspitals eine wertvolle Anwendungshilfe: Alle Aussparungen konnten zielgerichtet koordiniert und freigegeben werden. Jedoch war es trotz der ­Modellierung nicht möglich, auf klassische zweidimensionale Aussparungspläne zu verzichten. Vertraglich vereinbarte Normen und traditionelle Bauabläufe verhindern vorläufig eine Fort­setzung der Digitalisierungskette bis zum Schluss. Noch braucht es auf der Baustelle einen Aussparungsplan in Papierform. Dieser wird aber schon bald der Geschichte angehören. Mit dem Gebäudemodell und den Schalungsplänen steht der digitale Ersatz bereits bereit.
 

Glossar (gemäss Merkblatt SIA 2051)

Das BIM Collaboration Format (BCF) dient der Abstimmung in­terdis­ziplinärer Informationen. Es entspricht einem offenen Stan­dard und unterstützt den offenen Austausch unter verschiedenen Softwareprodukten.
Die ICE-Session (Integrated Concurrent Engineering) ist ein modellbasierter transdisziplinärer Koordinationsworkshop im Team der Planer. Je nach Ziel nehmen weitere Entscheidungsträger daran teil.
Das IFC-Format (Industry Founda­tion Classes) ist ein offener internationaler Datenstandard für den Austausch von digitalen Bauwerksmodellen.