BIM – Die Antwort auf all unsere (bautechnischen) Gebete?

Building Information Modeling (BIM) gibt es seit mehr als einem Jahrzehnt, und dennoch wird es immer noch - häufiger als uns lieb ist - als Hindernis für effizientes Arbeiten angesehen. Es gibt mehrere Gründe für diese Beobachtung, aber hauptsächlich liegt es daran, dass ich gehört und gesehen habe, wie viele Ingenieure vorgehen und wie sie mit anderen zusammenarbeiten.

Vor über zehn Jahren habe ich vorgeschlagen, dass es drei Arten der Modellierung geben sollte:

1. Modellierung für die Dokumentation
2. Modellierung für Analyse und Entwurf
3. Modellierung für die Konstruktion

Mit der ersten Variante sind viele Befürworter von Structural BIM vertraut und viele werden zustimmen, dass sie ihr Geschäft rationalisiert hat. 

Trotz der umfangreichen Ressourcen der wichtigsten Anbieter integrieren jedoch nur wenige das geometrische Modell mit einem analytischen Modell. Wenn dies genutzt wird, können enorme Vorteile erzielt werden. 

Auf der dritten Stufe wird das Strukturmodell weiterentwickelt, so dass es nicht nur widerspiegelt, WAS gebaut wird, sondern auch WIE es gebaut wird. Es gibt noch weniger Ingenieure, die es so weit schaffen, und die, die es schaffen, arbeiten in der Regel sehr eng mit dem Hauptauftragnehmer zusammen.

In diesem Artikel werde ich mich auf die zweite Phase konzentrieren, da ich sicher bin, dass die erste Phase schon oft behandelt wurde. Die dritte Phase wird ein Thema für einen anderen Tag sein, aber es genügt zu sagen, dass die Entwicklung des Modells linear verläuft und Informationen nicht verloren gehen, sondern ergänzt und entwickelt werden sollten.

Welchen Ansatz sollten Ingenieure verfolgen?

Für die Integration des analytischen Modells in die Geometrie gibt es zahlreiche Ansätze. Im Allgemeinen lassen sich die Ansätze in drei Kategorien einteilen: direkt, dateibasiert und als Zwischenlösung.

Ein Beispiel für einen direkten und dateibasierten Ansatz ist Autodesk Revit das ein analytisches und ein geometrisches Modell kombiniert. Tekla Structures integriert sich über den Dateitransfer. Die Nemetschek Group  hat mit - SCIA AutoConverter - eine Cloud-basierte Zwischen-Lösung entwickelt, die ein neues Dateiformat (SAF) auf der Basis von Microsoft Excel eingeführt hat. 

Alle haben ihre Vorzüge, Fallstricke und Nachteile. Welcher Weg auch immer gewählt wird, es ist wichtig, dass der Arbeitsablauf verstanden wird, sonst wird der Ansatz schnell zu einem " Ladenhüter ". 

Auch das habe ich schon oft erlebt!

Wenn die Verbindungsplanung effektiv Teil des gesamten BIM Prozesses werden soll, dann sollte sie so flexibel sein, dass sie in jeden Ansatz passt. Das Unternehmen, für das ich arbeite - IDEA StatiCa - hat eine Lösung für die Normprüfung von Stahlverbindungen (neben anderen Lösungen) mit einer Technologie namens Checkbot. 

Checkbot erfüllt die Anforderungen bei der Modellierung für Analyse, Entwurf UND Konstruktion. Die Technologie wurde so konzipiert, dass sie flexibel ist und die Möglichkeit bietet, Arbeitsabläufe in Zukunft zusammenzuführen.

Anforderungen an das Verbindungsdesign

Verbindungskonstrukteure sind ein Ableger des statischen Konstruktionsprozesses, ohne den der Stahlrahmen jedoch nicht standhalten würde. Wo wird die  Verbindungsplanung im Arbeitsablauf berücksichtigt? Normalerweise gegen Ende des Entwurfs. Welches Teil des Stahls trifft zuerst auf ein Fundament? Eine Grundplattenverbindung.

In der Vergangenheit haben sich die Verbindungskonstrukteure darauf verlassen, dass der Ingenieur ihnen die benötigten Informationen in Form von markierten Zeichnungen zur Verfügung stellt. In den meisten Fällen hatten die übertragenen Kräfte keine Ähnlichkeit mit den Lastfällen und -kombinationen, die für den Norm-Nachweis der tatsächlichen Bauteile verwendet wurden. 

Ich werde meine Hand heben und sagen, dass ich einer von ihnen war. Ich dachte, die Zeiten, in denen man das maximale Moment mit der maximalen Schubkraft und der maximalen Axialkraft (alle auf die nächsten 25 kN/kNm aufgerundet) verwendete, seien vorbei. Aber das ist leider nicht der Fall.

Verbindungsdesigner benötigen auch die gleichen Kombinationsergebnisse , um sicherzustellen, dass die Verbindung ALLEN Möglichkeiten standhält und nicht als schlimmster Fall wahrgenommen wird. Es liegt jedoch auf der Hand, dass die Dokumentation jedes Lastfallkombinationsergebnisses für jeden Stab in einer Verbindung mit Gefahren behaftet ist: Es besteht ein zusätzliches Risiko, dass die Zahlen (und das Vorzeichen) falsch sein könnten. 

Einige Lösungen ermöglichen die Ausgabe in eine Tabellenkalkulation wie z. B. Microsoft Excel, aber auch bei diesem Ansatz ist eine gewisse Datenaufbereitung erforderlich, um die Daten in das richtige Format zu bringen.

Unser Lösungsansatz

Bei IDEA StatiCa haben wir eine Reihe von  BIM Links (unter Verwendung von Checkbot) entwickelt, die unsere Lösung für den Verbindungsentwurf mit einem Ökosystem von FEA- und BIM-Lösungen (CAD) verbinden. Einige unserer Partner haben auch Verbindungen von ihren FEA- und BIM-Lösungen zu IDEA StatiCa unter Verwendung unseres  IOM (IDEA Open Model) entwickelt. 

Diese Methodik ermöglicht die gemeinsame Nutzung von Informationen und verringert das Fehlerrisiko mit einer enormen Effizienzsteigerung. Für einen Ingenieur ist die gemeinsame Nutzung eines Modells so viel mehr als nur ein geometrisches Modell.

Aber wenn ein Analysemodell geteilt werden soll, muss es auch korrekt und rechenbar sein . 

Was meine ich mit rechenbar? 

Erstens muss es korrekt ohne "freie" Knoten zusammengesetzt werden. Bauteile müssen sich mit den richtigen Knoten verbinden . Es kann ein vereinfachtes Modell sein (Ingenieure mögen Dinge, die vereinfacht werden sollen) mit mehreren Bauteilen, die sich an einem bestimmten Knoten treffen, obwohl dies in Wirklichkeit nicht der Fall ist. Die Stäbe sollten sich in der richtigen Ebene befinden und nicht schief sein, da die Ausrichtungsannahmen falsch sind. Außerdem sollte ein Kräftegleichgewicht vorliegen, das sich idealerweise direkt aus Analyseergebnissen ergibt.

Aber was passiert, wenn wir sowohl das geometrische Modell als auch das Analysemodell haben (möglicherweise von verschiedenen Ingenieuren)? Es gibt einen hybriden Ansatz, den wir nutzen können, wodurch wir zwei Projekte in IDEA StatiCa erstellen können, indem wir die Geometrie von einem und die Analyseergebnisse von einem anderen verwenden. Dies ist der Merged-Model-Ansatz . Es erfordert jedoch, dass beide Parteien über synchronisierte Modelle mit den richtigen Bauteilen an den richtigen Orten verfügen.

Zusammenfassen

Welche Regeln sollten Ingenieure für eine effektive Informationsnutzung befolgen?

1. Konsistente Modelle für den gesamten Workflow – korrekt platzierte Elemente in allen Modellen
2. Rechenbare Modelle – eine Analyse muss möglich sein
3. Die Materialien sollten zur Region passen und in allen Modellen einheitlich sein
4. Schnittgrößen sollten idealerweise in allen Modellen gleich sein
5. Vermeiden Sie spezielle oder zusammengesetzte Querschnitte oder dokumentieren Sie diese
6. Zusammenarbeiten

Die Informationen, die IDEA StatiCa erstellt, bilden die Grundlage für Phase 3 – Modellierung für die Konstruktion, da sie in den Fertigungsprozess einfließen, aber es verwendet Informationen, die aus den Phasen 1 und 2 entwickelt wurden, um das Design voranzutreiben.

Ich sage nicht, dass die gesamte Branche so ist. Wir glauben gerne, dass wir der Zeit voraus sind und keine Angst davor haben, neue Dinge auszuprobieren. Aber ehrlich gesagt höre ich immer noch die gleiche Antwort auf Herausforderungen rund um bestehende Workflows: „weil wir das schon immer so gemacht haben …“

Es gibt so viel mehr, was wir als Branche tun können, um Zeit- und Materialverschwendung zu vermeiden oder den CO2-Fußabdruck eines Designs zu reduzieren. 

Und als Ingenieure können wir den Weg weisen. Das sind keine neuen Ideen.