Spektakuläre BIM – Modellierung von historischen Strukturen mit der BIM-Anschauung

Unterstützung von Ermessungen und diagnostischen Erhebungen mit der BIM-Anschauung

Die Feststellung der LOA-(Level of Accuracy)Ebenen war vor der Modellierung sehr wichtig, denn mit Hilfe unserer  3D-Laserscanner können Punktkoordinaten in der Millionenordnung innerhalb von Sekunden registriert werden. Die Optimierung ist bereits bei der Registrierung der Daten ein wichtiger Aspekt, hierbei ist es nützlich, wenn in einer früheren Phase die exakten Ziele der Verwendung festgelegt werden können.

Das HSM Projekt wurde bei seinem Start noch durch die Dokumente der USIBD (U.S. Institute of Building Documentation) v2.0-2016 (Verknüpfung) bestimmt, welche inzwischen 2019 zur Version 3.0 erneuert wurde, und auch im 2019 erschienenen BIM-Handbuch der Lechner-Zentrale (Lechner Központ ) (Verknüpfung) wurde es auch als Begriff bestimmt, und der harmonisierte Standard MSZ-EN ISO 19650 wird es auch beinhalten. Während der Modellierung hat sich das so manifestiert, dass für die Aufnahme der Ebene einer von dem senkrechten etwas abweichenden Mauerfläche mit abfallendem Mauerverputz es festgelegt werden musste, maximal wie viel die Abweichung zwischen dem Modell und dem Original betragen kann. Während das Messgerät die genauste Kategorie leisten kann, liegt die rationelle Anforderung bei Ermessungsplänen für architektonischen Gebrauch bei der Genauigkeit von 5 Zentimetern (dies ist im Vergleich mit der Ungenauigkeit und Zeitaufwand einer manuellen Messnotiz auch hinsichtlich Humanressourcen wesentlich nützlicher und wirksamer). Im Fall von gewissen Details, wie zum Beispiel architektonischen Ornamenten unter Denkmalschutz, Statuen müssen die Ermessungsmodelle oft strengeren Anforderungen entsprechen. Eine Erwartung einem BIM-Modell gegenüber kann zum Beispiel sein, dass diese Details automatisch konsigniert werden können, und diese auch als physische Modellelemente, die für den Wertinventar für den Denkmalschutz, für die Restaurierung und für gebäudediagnostische Dokumentationen verwendet werden können, und wozu weitere wertvolle Informationen in der beliebigen Phase des Gebäudes angeknüpft werden können.

Bei der TSPC haben wir noch vor den ISO-Standardisierungsprozessen die heimischen Standards und Dokumente von mehreren Ländern verfolgt und in unsere Firmensysteme integriert. Dieses, in die Praxis überleitete Wissen und Erfahrung können wir auch zur Unterstützung der Arbeit der Ungarischen BIM-Standardisierungskörperschaft zur Verfügung stellen, und haben es auch während des Entwicklungsprojekts der Semmelweis-Universität auch angewendet. Die mit den Planungsaufgaben verbundenen BIM-Dokumente haben von dem ersten Moment ab die Elemente enthalten müssen, die heute in den Standards vorkommen.

Eine besondere fachliche Herausforderung des HSM-Projekts war, dass es damals für die Auftraggeber noch keine standardisierten BIM-Dokumente zur Verfügung gestanden haben, so zum Beispiel eine EIR (Exchange Information Requirements), was die Anforderungen für den Informationsaustausch festlegen würde, so hat man diese gemeinsam mit dem BEP-(BIM Execution Plant – Vollzugsplan)Dokument auch anfertigen müssen. Dieses Dokument bestimmt die Leistungsweise der während des ganzen Projekts einzuhaltenden BIM-Anforderungen. In erster Linie musste also anhand eines außerordentlich detaillierten Punktwolke festgestellt, was, wann und mit welchem Ziel genau modelliert wird, wie dies vollzogen wird (mit welcher Detaillierung, mit welcher geometrischer Genauigkeit und mit welchem essentiellen Informationsinhalt) und wie dies während den Planphasen erweitert wird.

Es ist auch eine spannende Erfahrung, das Ermessungsmodell so anzufertigen, dass an einem Bildschirm die Realität in 3D sichtbar ist, wobei am anderen Bildschirm praktisch „neu entdeckt wird“, wie unsere Vorfahren gebaut haben. Hier ist das Wissen über Baustrukturen erforderlich und über die Geschichte der Architektur für Architekten nützlich, und man muss auch im Voraus wissen, was und wie modelliert wird. Dabei helfen die BIM-Anschauung und die BIM-Manager von TSPC. Heute kann man auch solche Ermessungsmodelle zusammenstellen, wovon man sogar weiß, wie viele Backsteine abgerissen werden. Der Ausführer eines anderen Projekts, aber von ähnlicher Struktur hat uns während der Verwirklichungsarbeiten ersucht, für ihn haben wir innerhalb von 1-2 Ingenieurwerktage ein 3D-BIM-Ermessungsmodell aufgrund einer Punktwolke über das Gebäude generieren können, das die Auswertung, Überprüfung der Abweichungen zwischen den früheren 2D architektonischen Plänen und der Wirklichkeit und das Erlangen von genauerer modellbasierten quantitativen Information ermöglicht hat.

Modellierung von historischen Strukturen

Im Fall eines BIM-Modells im klassischen Sinne (ganz neues Gebäude, reine Formel, eindeutige Rahmen) kann man auf mögliche Automatisierung, Effizienz und Wirtschaftlichkeit fokussieren. Im Fall eines BIM-Modells für die Umgestaltung eines bestehenden Gebäudekomplexes, das historische Strukturen beinhält, sind die vorgenannten kritisch wichtige Aspekte, und neben ihnen machen zahlreiche Zusammenhänge die Situation noch komplizierter, mit denen man rechnen muss, und die man auch als Information in das Modell einbauen muss. Während der Planung ermöglicht dies, dass verschiedene räumliche und zeitliche Organisationsmöglichkeiten im Voraus simuliert werden, zum Beispiel wie und welcher Teil der Institution weiter betrieben werden kann, und wann und in welchen Gebäudeteil eine Abteilung umziehen muss. Die Ausführung kann auch bei kontinuierlichem Betrieb gewährt werden, und während der Ausführung weiß man genau, wann und was passiert, und wie viel es kostet.

Individuelle Treppen und Handläufe

Typisch werden Treppenhäuser von keilförmigen Steinblöcken mit gewendetem Treppenlauf und mit gezogenen Stufen modelliert, die selbst für die modernen BIM-Architektursoftware eine Herausforderung bedeuten. In mehreren Fällen ist die strategische Zusammenarbeit mit Softwarehersteller, wie zum Beispiel Graphisoft erforderlich, und die Entwicklung von eigenen Lösungen parallel zum Projekt ist auch erforderlich.

Effizienz und Wirtschaftlichkeit sind wichtig Sehr vereinfacht kann man sagen, dass nur das modelliert wird, was nachher auch quantifiziert wird.  Die Realität ist natürlich ist wesentlich subtiler, man muss zahlreichen ähnlichen Anforderungen entsprechen: Quantifizierung-Architektur-Rationalität-Wirtschaftlichkeit-Vorbeugung des Informationsverlusts-Verwirklichbarkeit-Organisation, usw.

Historische Deckenstrukturen

Typisch für Gebäude in diesem Alter ist, dass ihr Keller eine Bachsteingewölbe hat, die Decken zwischen den Ebenen mit einem Typ der Stahlbalken-Backsteingewölben, und die abschließende Decke wird oft aus Holz angefertigt, in manchen Fällen sind sie Holzdecken mit dichter Balkenordnung. Bei einer Balkendecke kann mit schlauer Modellierung gleichzeitig die genaue Materialmenge (Balkenlänge, Profiltyp, Backsteinmenge, Füllungsmenge) ausgewiesen werden und wird die entsprechende technische Darstellung ohne Zusatzarbeit an den Querschnitten verwirklicht.

Individuelle Fenster und Türen, Schlosserarbeiten (Handläufe, Zierelemente, Gitter)

Für die vorgestellten Projekte – und für die ähnlichen Gebäude im Allgemeinen – ist es charakteristisch, dass die Formenwelt der Fenster und Türen viel reicher und individueller ist als die heute typischen Strukturen. Oft werden Sie von Zubehör erweitert, wie Vermögensschutzgitter, Fenstergitter, architektonische Ornamente und anspruchsvolle Schlosserarbeiten. Für ihre Modellierung sind meistens individuelle Lösungen erforderlich, denn die Ziele der BIM-Planungssoftware sind in erster Linie nicht die Gebäude von historischer Struktur. Der Inhalt und die Erscheinung des Modells ist grundsätzlich architektonisch wichtig, die 3D-Modellierung ist auch deswegen unumgänglich, weil ein Querschnitt, eine Fassade oder eine perspektivische Ansicht vom beliebigen Punkt der Gebäude die Wirklichkeit darstellt und während der Umplanung auch sofort aktualisiert wird. Es gibt keine, die der früheren 2D-Bearbeitung ähnliche wiederholte Zusatzarbeit

Dachstrukturen

Dank der Ermessung mit Punktwolke kann für die diagnostischen Prüfungen der gegenwärtige Zustand der hölzernen Dachstrukturen, durch die Modellierung der Verstärkung der größeren Biegen, Drehungen und Knotenpunkten mit Stahlbalken im Nachhinein besteht eine komplexere Dokumentation vor Ort. Dank den technologischen Mitteln war es über ein Tablet vor Ort möglich, an das Planungsteam Information zurückzuschicken und gewisse Daten zu präzisieren, die austauschenden Elemente anzugeben und die sich abdeckenden Strukturen genau anzuzeichnen. Diese sind meistens zeit- und zeichenaufwendige Aufgaben, mit Hilfe des BIM-Modells kann die oft 1-2-monatige Ingenieuraufgabe auf 2-3 Tage abgekürzt werden, wobei sie auch viel lesbarer dokumentiert werden kann. Die inzwischen gesammelte und weiterentwickelte Information ist auch während des Betriebs wertvoll, denn für die technischen Fachkräfte der Institution kann sie zu einem präzisen, in informative Struktur geordneten gut planbaren und kalkulierbaren Betriebsmodell entwickelt werden.

Informationsgehalt aus den Elementen des BIM-Modells

In den BIM-Dokumenten ist für alle Planphasen im Voraus bestimmt, welche Elemente welche Information erhalten müssen, die aus allen Ansichten erreichbar, auslesbar, automatisiert und etikettiert sind. Neben der geometrischen Information haben alle Elemente auch einen minimalen nicht geometrischen Informationsinhalt, laut dem sie identifiziert werden können:  der Typ des Modell-Elementes, sein Kennzeichen, seine Bezeichnung, seine Klassifizierung, seine Folie, sein Umbaustand, seine Rolle als Haltestruktur und sonstige Eigenschaften. Unter den sonstigen Eigenschaften finden sich die projektspezifischen Elemente, die zum kritischen minimalen Informationsgehalt gehören, aber nur für ein gegebenes Projekt. Im Fall des Projekt HSM zum Bespiel gehört es zu den grundsätzlich erforderlichen, aber nur für dieses Projekt charakteristischen Eigenschaften der Code des „Gebäudeteils“, die Festlegung der ergänzenden Information des „Umbaus“ und die Feststellung der Reihenfolge der „Ablaufplanung“.

Da es auf mehrere Gebäudeeinheiten aufgeteilt werden kann, muss immer vom Element gewusst werden, wo es hingehört. Genauso reicht es nicht beim Umbauzustand nicht zu bezeichnen, ob ein bestimmtes Element, bestehend, zum Abriss oder neu ist, und es ist nicht einmal genügend festzulegen, in welcher Phase das gegebene Element abgerissen wird; bei einem Fenster oder Tür unter Denkmalschutz kann die Festlegung erforderlich sein, ob sie in der ursprünglichen Struktur wieder hergestellt werden müssen, ob es ausreicht, ihre Oberflächen zu renovieren, oder ob sie mit ganz neuen Strukturen ersetzt werden können, denn sie müssen von den ursprünglichen absolut abweichenden energetischen Anforderungen entsprechen, damit sie zeitgemäß sind. Im Fall von vielen Strukturen, die ohne Aufdeckung nicht genau festgestellt werden können, haben wir auch im Modell eine Möglichkeit, sie zum Beispiel als vermutete Strukturen anzugeben. Mit Hilfe von solcher Information kann vom Modell sogar im Rahmen von diagnostischen Prüfungen oder während der Ausführung eine spezielle Dokumentation generiert werden, die hilft, sich auf unerwartete Ereignisse vorzubereiten, und diese vor Ort handzuhaben.

Das Team

In der BIM-Bearbeitung der Ermessungspläne des vorgestellten Projekts haben teilgenommen:

Csilla Szántó, projektleitende Architektin

Andrea Tóth-Lovrity, projektleitende Architektin

Enikő Bartha, Architektin

Máté Csapó, BIM-Manager

Tímea Dittel, Architektin

Zoltán Écsi, Architekt

Tamás Holics, Architekt

András Kauth, BIM-Manager

Henrietta Kovács, Architekt

Dóra Szalai, BIM-Manager

Éva Zsemlye, Architektin

und die Firma LIMA Design Kft. als Konsortialpartner der TSPC.

Projektbezeichnung

Medikamentenforschungszentrum Hőgyes-Schöpf-Merei der Semmelweis-Universität (kurz HSM)