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Mit BIM zur Stabilität

Die Verwendung von 3D-Modellen bei der Planung von Gebäuden erleichtert auch die Arbeit von Tragwerksplanern und senkt die Kosten.

Insgesamt können erhebliche Kosten eingespart und gleichzeitig bessere Planungsergebnisse erzielt werden.

Wenn ein Gebäude mit der BIM-Methode geplant wird, ergibt es Sinn, dass auch die statische Berechnung weitergenutzt werden kann. Insgesamt erleichtert dies die Arbeit und sorgt auch für sinkende Kosten – am Anfang aber stellt es die Planer vor neue Herausforderungen.

Zunächst muss festgestellt werden, dass ein Architekt bei der Erstellung eines BIM-Modells in erster Linie die ihn selbst betreffenden Aufgaben im Kopf hat und nicht das statische Tragwerk. Gleichwohl ist das Modell, das quasi das tragende Gerippe darstellt, für den Tragwerkplaner von besonderem Interesse. Die nichttragenden Teile des Gebäudes sind für ihn nicht wichtig oder bestenfalls für die Berechnung der Lastannahmen von Bedeutung. Der Statiker muss also nur einen Teil des BIM-Modells auswerten und die für ihn relevanten Objekte von den nicht relevanten trennen. Inzwischen bietet der Markt BIM-Software, die bereits im Architekturmodell erlaubt, Bauteile als tragend zu markieren. Dadurch wird eine automatisierte Modellübergabe an die Statiksoftware erleichtert, vorausgesetzt, der Architekt hat die Markierung vorgenommen.

Durch die Entfernung der tragenden Bauteile aus dem BIM-Modell entsteht das physikalische Strukturmodell. Es stimmt in Lage und Form mit dem späteren realen Volumenmodell überein. Aufgrund begrenzter Rechenkapazitäten konzentriert man sich auf die Stab- und Flächenelemente. Das wiederum wirft die Frage nach der Lage der Schwerachsen dieser Bauteile auf und ebenso danach, auf welche Art diese miteinander verbunden werden. Dabei kann ein Problem entstehen, denn durch die unterschiedliche Höhe der Bauteile, Zuschnitte oder Verbindungen entsteht möglicherweise zunächst gar kein konsistentes Schwerlinienmodell. Das Modell muss folglich weiter angepasst werden, um als analytisches Rechenmodell genutzt werden zu können. Dabei ergeben sich neue Fragen: Wo sollen neue Systemlinien liegen? Wie geht man mit eventuellen Stab- und Flächenextremitäten um? Reicht die Modellierung mittels einfacher analytischer Knoten aus, oder müssen eventuell ingenieursmäßig angepasste erweiterte Modelle gebildet werden?

Bei der Beantwortung solcher Fragen ist eine Software meistens überfordert – sie kann daher nur vom Tragewerksplaner selbst getroffen werden. Allerdings kommt immer mehr Architektur- und Konstruktionssoftware auf den Markt, die bereits statische Systeme mitführt. Der Vorteil liegt auf der Hand: Ein einmal richtig definiertes statisches Grundsystem kann im Idealfall ohne aufwändige Nachbearbeitung in ein Statikprogramm überführt werden. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass die Software von den Anwendern bedient werden kann, diese also über die notwendigen Kenntnisse verfügen.

Angeboten werden inzwischen auch sogar schon BIM-Applikationen, die die Vorgabe von Lasten und Lastkombinationen ermöglichen. Die Ermittlung zum Beispiel von Windlastprofilen, Schneelasten oder Lasten aus Erddruck wurden durch die in den vergangenen Jahren eingeführten Eurocodes erheblich komplexer. Gleiches gilt für die Regeln zur Bildung von Lastkombinationen nach unterschiedlichen Bemessungsstationen. Ist das Analysemodell aus dem BIM-Modell abgeleitet, so kann es in der Statistiksoftware berechnet werden. Wichtig dafür ist zu entscheiden, welche Berechnungstheorie und welche Materialmodelle verwendet werden sollen. Das Modell muss eventuell angepasst werden und es können verschiedene Varianten entstehen. Ebenso kommen möglicherweise neue Elemente hinzu oder vorhandene werden entfernt. Um das Tragwerk bemessen zu können, sind weitere Annahmen zu treffen. Leider können diese zum aktuellen Stand der Technik noch nicht in das zentrale BIM-Modell eingearbeitet werden. Eine mitunter sehr wichtige Rolle bei räumlichen Modellen spielt die Berücksichtigung von Bauphasen. Sie entscheidet über die Brauchbarkeit der Berechnungsergebnisse. Deshalb muss unbedingt schon vor der Berechnung entschieden werden, ob eine Berechnung am Gesamtmodell diese Berücksichtigung der Bauphasen nötig macht oder ob es sinnvoll ist, möglicherweise abschnittsweise Teilmodelle zu berechnen.

Schließlich sind für eine durchgängige Planung funktionierende Schnittstellen notwendig. Ist über programmierbare Schnittstellen der offene Zugang zu den Daten der auszutauschenden Programme gegeben, dann können diese direkt gekoppelt werden, ohne dass Dateien ausgetauscht werden müssen. Unerlässlich ist allerdings, dass beide Programme auf demselben Rechner installiert sind. Die Realisierung solcher Schnittstellen ist sehr flexibel gestaltbar. Sie ist nicht an die Syntax und die Datenmodelle von allgemeinen Schnittstellenformaten gebunden.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass 3D-BIM-Modelle den Tragwerksplanern helfen, komplexe Tragwerke zu verstehen und Analysemodelle schneller durch eine Datenübernahme zu erzeugen. Nimmt man zu Beginn einen gewissen Mehraufwand in Kauf, der sich sicher im Rahmen hält, können insgesamt erhebliche Kosten eingespart und gleichzeitig bessere Planungsergebnisse erzielt werden.

Fakten

3D-BIM-Modelle können den Tragwerksplanern helfen, komplexe Tragwerke zu verstehen und Analysemodelle schneller durch eine Datenübernahme zu erzeugen. Zwar kommt es am Anfang zu einem Mehraufwand, aber insgesamt können erhebliche Kosten eingespart und gleichzeitig bessere Planungsergebnisse erzielt werden.

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Journalist

Armin Fuhrer

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