BIM für Elektroplanung

Die Gebäudedatenmodellierung (BIM) und ihr Einfluss auf die Bauindustrie

Der Einfluss von BIM auf die gesamte Baubranche wird von Jahr zu Jahr größer. Nicht selten wird diese Frage geradezu existenziell, allein schon wegen des Nutzens, den die BIM für die Anwender haben kann. Die Branche selbst mag auf dem Vormarsch sein, aber die Probleme, die durch veraltete Ansätze bei der Planung und beim Prozessmanagement entstehen, sind in der gesamten Branche immer noch weit verbreitet. Dadurch entsteht eine große Kluft zwischen Unternehmen, die BIM bereits bis zu einem gewissen Grad eingeführt haben und Unternehmen, die dies noch nicht getan haben.

Das gilt auch für verschiedene Bereiche des Bauprozesses, einschließlich eines so wichtigen Bereichs wie der Elektrotechnik. Es gibt viele verschiedene Herausforderungen, die die Branche insgesamt zu bewältigen hat, und viele dieser Herausforderungen können durch BIM entweder gemildert oder vollständig gelöst werden. BIM kann nicht nur dazu beitragen, bestehende Herausforderungen in der Branche zu bewältigen, sondern eröffnet auch viele neue Möglichkeiten für neue digitale Geschäftsmodelle, neue Ansätze für das Bauwesen insgesamt usw.

BIM selbst hat mehrere Bedeutungen in einem einzigen Begriff. Er steht für ein informationsreiches Projektmodell (oft als «digitaler Zwilling» eines realen Gebäudes bezeichnet, das als Ergebnis des Bauprozesses erstellt wird), für eine Reihe von Taktiken und Methoden, die dazu führen, dass das Projektmodell mit allen Arten von Informationen gefüllt wird, und sogar für den gesamten Prozess des Projektmanagements im Hinblick auf ein datengesteuertes Modell.

Althergebrachte Ansätze für Bauprozesse und wie BIM sie verändern kann

Das Baugewerbe als Ganzes arbeitet schon seit geraumer Zeit nach denselben Prinzipien. Mit diesem (veralteten) Ansatz erstellten die meisten einzelnen Teams ihre eigenen Projektmodelle mit wenig bis gar keiner Koordination mit anderen Projektbeteiligten. Leider führt dieser Ansatz oft zu verschiedenen Konflikten und Überschneidungen verschiedener Objekte während der Bauphase, und jeder dieser Konflikte muss vor Ort nachgearbeitet werden, damit das gesamte Bauprojekt weiterlaufen kann.

Diese Art von unerwarteten Ereignissen führt zu zahlreichen Verzögerungen und zusätzlichen Ausgaben, so dass das ursprüngliche Budget überschritten und die ursprünglichen Termine nicht eingehalten werden können. Zahlreiche Untersuchungen haben ergeben, dass Nachbesserungen bis zu 10 % des Gesamtbudgets eines durchschnittlichen Bauprojekts kosten können und dass etwa ein Drittel aller Bauprojekte in der Branche nicht innerhalb der ursprünglichen Fristen fertiggestellt werden (Construction Management Association of America, 2019).

Einer der größten Vorteile von BIM ist die Fähigkeit, diese Art von Fehlern im Voraus zu erkennen. Da bei BIM ein «digitaler Zwilling» des künftigen Gebäudes mit genauen Maßen und aktuellen Informationen über jedes Detail erstellt wird, ist es viel einfacher, Konflikte oder Kollisionen zu erkennen und zu beheben, bevor die Bauphase überhaupt beginnt.

Dies ist auch ein gutes Beispiel für einen weiteren wichtigen Vorteil von BIM. Sie ist ein neuer Ansatz für das Management von Bauprojekten, bei dem die Zusammenarbeit von Anfang bis Ende im Vordergrund steht. Auf diese Weise werden die Bedenken und Probleme aller Beteiligten so früh wie möglich ausgeräumt, was zu weniger Terminüberschreitungen, Budgetüberschreitungen und so weiter führt.

Wie die Elektrotechnik von der Einführung von BIM betroffen ist

Für praktisch jede einzelne Branche im Baubereich gibt es viele Gründe, mit BIM zu arbeiten. Dazu gehört auch die Elektrotechnik mit all ihren Akteuren – Dienstleistern, Elektroplanern, Gebäudemanagern, Installateuren, Schaltschrankbauern und vielen mehr. Der Mehrwert von BIM ist auf lange Sicht so groß, dass es in naher Zukunft für alle Branchen zur Pflicht werden könnte.

Gerade im Bereich der Elektroplanung ist dieses Thema besonders präsent, weil dies der Bauzweig ist, der mit der Einführung von CAD als Technologie nicht massiv verbessert wurde. Die Diskussion, ob sich CAD im Vergleich zur Handzeichnung überhaupt lohnt, wird seit langem geführt, ohne dass es einen klaren Sieger gibt. Meist ging es dabei um die Frage, ob man ein eigenes CAD-Modell erstellen oder bestehende Projektmodelle redlinen soll, ersteres gilt als effizienter, letzteres ist offensichtlich kostengünstiger.

Die Probleme mit der Handzeichnung und warum die Einführung von CAD nicht viel geändert hat

Der Zustand der Elektroplanung nach der Einführung von CAD-Technologien lässt sich am einfachsten mit dem Begriff «inkrementelle Effizienzsteigerung» beschreiben. Man kann mit Fug und Recht behaupten, dass die größte Veränderung bei dieser speziellen Innovation darin bestand, dass handgezeichnete Zeichnungen durch computergenerierte Zeichnungen ersetzt wurden, wobei es kaum Verbesserungen in Bezug auf Effizienz, Produktivität usw. gab.

Die Berechnung elektrischer Lasten erfolgte immer noch von Hand, Spannungsabfallberechnungen erforderten immer noch einen mühsamen und langwierigen Vorbereitungsprozess sowohl für handgezeichnete als auch für CAD-gestützte Berechnungen, und die Beleuchtungsplanung musste immer noch getrennt vom ursprünglichen Modell durchgeführt werden, wobei in den meisten Fällen eine neue Planungsdatei von Grund auf erstellt werden musste. Natürlich wuchs die Anzahl der Details, die in einem durchschnittlichen Elektromodell enthalten sein konnten, aber es war immer noch sehr schwierig, sie alle zu verfolgen und jedes Detail in den Berechnungen und Vorhersagen zu berücksichtigen.

Ein wesentlicher Vorteil, den CAD im Bereich der Elektrotechnik mit sich gebracht hat, ist die Geschwindigkeit, mit der Entwürfe erstellt werden. Es gibt jedoch auch das Argument, dass der plötzliche Anstieg der Austauschraten von Konstruktionsinformationen dazu führte, dass weniger genaue Elektrokonstruktionen erstellt wurden. Die Änderungsgeschwindigkeit für handgezeichnete Modelle wurde durch das Medienformat selbst gedrosselt. Das Zeichnen von Änderungen und deren Weitergabe an andere Benutzer dauerte eine ganze Weile.

CAD änderte all dies und verschlimmerte das Problem, dass Änderungen außerhalb des Kontexts anderer Modelle und Designelemente vorgenommen wurden, drastisch. Die Unfähigkeit, Änderungen miteinander zu synchronisieren, führte zum sogenannten «Dominoeffekt», d. h., dass jedes nachfolgende Problem innerhalb desselben Projekts den Gesamtzustand des Projekts erheblich verschlechterte, als dies bei den vorherigen Problemen der Fall war.

Auf diese Weise wurde der Gesamteinfluss von CAD auf den Bereich der Elektroplanung durch all diese Probleme praktisch neutralisiert. Natürlich gab es einige Verbesserungen, wie z. B. die Möglichkeit der Verwendung von X-Refs, um mehrere Modelle übereinander zu legen und Querverweise zu erstellen, aber das Gesamtproblem der Koordination zwischen den Modellen (das sich mit der Einführung von CAD mehr oder weniger verschlechtert hat) hat die meisten dieser Vorteile auf lange Sicht kompensiert.

Der aktuelle Stand der Nutzung von BIM im Bereich der Elektroplanung

Daher kann die Einführung von BIM eine wirklich enorme Verbesserung für diesen speziellen Bereich darstellen, allein schon deshalb, weil es der BIM gelingt, eigene Vorteile einzubringen und gleichzeitig die Nachteile der CAD-Einführung zu mildern. Einer der größten Vorteile in dieser Hinsicht ist die Möglichkeit, Modelle miteinander zu verknüpfen.

Allein diese Veränderung erleichtert die Koordinierung von Abläufen, die Durchführung von Änderungen, die Lösung potenzieller Konflikte, die Lokalisierung von Problemen wie Kollisionen usw. erheblich. Einige Formen von BIM-Software können auch dazu verwendet werden, viele verschiedene zeitaufwändige Aufgaben in vielen verschiedenen Bereichen zu automatisieren und dazu gehört auch der Bereich der Elektroplanung. Auf diese Weise kann BIM nun selbst einige Parameter berechnen, die mit alten Werkzeugen und Methoden nur von Hand berechnet wurden.

BIM hat aber auch Schwächen, und einige dieser Schwächen wirken sich direkt auf die Elektroplanungsbranche aus. Zum Beispiel führt das Fehlen einer angemessenen Standardisierung in der gesamten Branche zu Herausforderungen für die Elektroplanung, weil die Elektroplanung viele Berechnungen durchführt, die sich auf bestimmte Objektparameter stützen. Parameter, für die es möglicherweise keine einheitliche Form oder Beschreibung gibt, auf die sich die gesamte Branche einigen kann.

Die Verwendung mehrerer BIM- und anderer Lösungen von Drittanbietern während der Projektrealisierung birgt die Gefahr, dass trotz aller Vorteile des übergreifenden Ansatzes der BIM, eine Reihe von Konflikten aufgrund von Inkompatibilitätsproblemen auftreten können.

Ein weiteres gutes Beispiel dafür, dass BIM immer noch nicht ganz den Anforderungen der Elektroplanung entspricht, ist das Fehlen eines in die meisten (wenn nicht allen) BIM-Lösungen integrierten Einlinien-Diagramm-Tools. Nicht alle BIM-Lösungen sind in der Lage, alle Parameter bereitzustellen, die der Elektroingenieur für korrekte Berechnungen benötigt, seien es Zeit-Strom-Kurven, AIC-Werte, Leitergröße, verfügbarer Fehlerstrom und mehr.

Der Mangel an Standardisierung ist ein Problem, das BIM bei vielen Bauteams hat, nicht nur bei der Elektroplanung. Ein weiteres Problem, das BIM im derzeitigen Zustand hat (und das auch den Bereich der Elektroplanung betrifft), ist die durchschnittliche Komplexität einer BIM-Lösung. Ein Elektroingenieur oder ein anderer Experte auf seinem Gebiet muss auf eine BIM-Lösung zugreifen, um spezifische Parameter für seinen eigenen Auftrag zu erhalten.

Die Lösung selbst kann zu anspruchsvoll sein, um von jemandem verwendet zu werden, der nicht mit der Funktionsweise der aktuellen BIM-Software vertraut ist. Die Technologie ist noch so neu, dass viele Fachleute nicht wissen, wie BIM-Software überhaupt funktioniert, was ein weiteres potenzielles Problem für BIM als neue Methodik für den Bereich der Elektroplanung darstellt.

Weitere Faktoren, die bei der BIM- und Elektroplanung berücksichtigt werden müssen

Die fortschreitende Digitalisierung des täglichen Lebens ist mittlerweile auch in der Baubranche relativ weit verbreitet, mit allen Arten von Sensoren, drahtlosen Technologien und Geräten, die als ein kollektives, einheitliches Internet der Dinge genutzt werden. Durch die Hinzufügung von Datenanalytik wird es praktisch unmöglich, diese Projekte mit dem bestehenden Projektplanungsansatz zu verwalten, wenn man bedenkt, dass dies immer ein Teil des Elektroplanungsprozesses war.

Gleichzeitig war die Einführung von BIM einer von mehreren Faktoren, die die Perspektive der Bauherren stark verändert haben. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Investoren die gesamten Lebenszykluskosten eines Gebäudes anstelle eines pauschalen Baupreises in den Vordergrund stellen. Außerdem wird von allen aktuellen und zukünftigen Projektbeteiligten vollständige Transparenz erwartet, und BIM ist der einzige Ansatz, der das erforderliche Maß an Transparenz und Kommunikation überhaupt bieten kann.

Speziell für die Elektrotechnik ist BIM wahrscheinlich noch wichtiger als für jeden anderen Teil des Bauprozesses. Die ursprüngliche Definition der Elektrotechnik umfasst vor allem die verschiedenen elektrischen Systeme eines Gebäudes. Es gibt jedoch eine Vielzahl von Themen, die weniger bekannt sind, aber dennoch als Teil der Elektrotechnik angesehen werden, darunter besserer Komfort, bessere Energieeffizienz, bessere Sicherheit und so weiter.

Praktisch jedes einzelne Gerät, das das Gebäude «intelligent» macht (Sensoren, Aktoren, Detektoren usw.), ist auch etwas, mit dem die Elektrotechnik arbeiten muss, einschließlich der richtigen Platzierung, der richtigen Stromversorgung und mehr.

Hinzu kommt, dass die Elektrotechnik selbst sehr komplex ist und in der Regel mehrere verschiedene Teams oder Zweige umfasst, die während des Bauprozesses nur selten miteinander kommunizieren, ein Problem, für das Systeme wie BIM in erster Linie entwickelt wurden. Die allgemeine Entwicklung von BIM als gängige Methode erhöht den Druck auf die Softwareentwickler, offene Datenformate zu verwenden, die von verschiedenen Programmen genutzt werden können.

Die Vorteile von BIM im Kontext der Elektroplanungsbranche

BIM kann für viele Fachleute und Teams in der Branche eine ziemlich drastische Veränderung bedeuten, weshalb die häufig gestellte Frage lautet: «Wo soll man anfangen?». Die Antwort ist relativ einfach: Die Kenntnis der Grundlagen von BIM ist ein guter erster Schritt, um Ihre bestehenden Methoden für die Einbeziehung von BIM zu modifizieren. Natürlich sind für die meisten Fachleute zusätzliche Schulungen erforderlich. Das kostet sowohl Zeit als auch Geld, doch die übergreifenden Vorteile von BIM sind immer noch größer und finanziell vorteilhafter als fast alle Vorlaufkosten der Einführung.

Es ist schwierig, ein endgültiges Ergebnis zu erhalten, wenn es darum geht, zu verstehen, wie effektiv die Einbeziehung von BIM für die Industrie sein kann, weil jeder einzelne Bauprozess dazu neigt, von vornherein kompliziert zu werden. Es heißt, dass eine ordnungsgemäße BIM-Implementierung die Zahl der Nacharbeiten verringern, Kosten sparen, die Betriebskosten senken, weniger CO2-Emissionen verursachen kann und so weiter.

Als konkretere und greifbare Vorteile von BIM im Bereich der Elektroplanung können wir noch weitere nennen:

• Die Möglichkeit, ein umfassendes 3D-Modell des gesamten elektrischen Systems des Gebäudes zu erstellen – mit Stromkreisen, Verteilertafeln, Schalttafeln und mehr
• Das 3D-Modell eines elektrischen Systems kann leicht mit anderen Modellen, wie z. B. – mechanischen, strukturellen und architektonischen, integriert werden, um ein informationsreiches digitales Gebäudemodell zu erstellen, das oft als «digitaler Zwilling» bezeichnet wird.
• Durch die Zusammenstellung mehrerer Modelle in einem einzigen Modell war es viel einfacher, Konflikte und Kollisionen zwischen verschiedenen Elementen unterschiedlicher Systeme zu erkennen, seien es Kanäle, Rohre, Wände, Leitungen usw.
• Etwaige Konflikte zwischen verschiedenen Modelltypen können ebenfalls in kürzester Zeit gelöst werden, da die Zusammenführung der Modelle in der Regel in der Entwurfsphase vor der eigentlichen Bauprojektphase erfolgt.
• Elektrokonstrukteure können das BIM-Toolset auch nutzen, um verschiedene Verhaltenssimulationen für das elektrische System der Struktur durchzuführen, wie ´z. B. Kurzschlussanalyse, Lastflussanalyse und Spannungsabfall, um nur einige zu nennen
• Diese und viele andere Simulationen dienen der Optimierung elektrischer Systeme, um sie zuverlässiger und energieeffizienter zu machen und gleichzeitig potenzielle Probleme (mit der Gesamtstruktur oder im Hinblick auf Energieeinsparungen) von Anfang an zu erkennen.
• Die Möglichkeit, das Elektromodell mit anderen Projektbeteiligten zu teilen, verringert die Anzahl der Konflikte, erleichtert die Erstellung von Detailzeichnungen usw.
• Detaillierte Leistungsverzeichnisse für Elektroteile und Elemente mit dem vorhandenen BIM-Modell machen es viel schwieriger, zu wenig oder zu vielMaterialien z bestellen, was dazu beiträgt, dass das Projekt im Rahmen des ursprünglichen Budgets bleibt.
• Das Gleiche gilt für die elektrische Ausrüstung und die allgemeine Vermögensverwaltung im Elektrobereich. Die Kenntnis aller elektrischen Modellteile und ihrer Parameter ist eine großartige Möglichkeit, den Überblick über die verschiedenen Teile zu behalten, die Wartung rechtzeitig durchzuführen und viele andere Optionen
• Wartungsaufgaben können auch durch das Vorhandensein von Bestandsmodellen vereinfacht werden, die BIM-Systeme bereitstellen können. Das gilt auch für das elektrische System eines Gebäudes, wodurch es möglich ist, bei Bedarf Wartungsarbeiten und verschiedene Änderungen am bestehenden System vorzunehmen

Schlussfolgerung

Die Elektrotechnik kann in gewisser Weise als das sprichwörtliche Rückgrat des gesamten Baugewerbes angesehen werden. Als solches muss sie an der Spitze von Innovation und allgemeiner Effizienz stehen. Glücklicherweise kann die Einführung von BIM diesen technologischen Anstoß geben, den die Branche so dringend benötigt. Sie macht es wesentlich einfacher, eine Vielzahl verschiedener Objekte in einem einzigen Projekt zu verwalten und gleichzeitig mit anderen Teams zu kommunizieren, Probleme so früh wie möglich zu lösen und vieles mehr.