Integriertes Rechnen und Zeichnen aus der Praxis

Als Spezialist für Bau- und Konstruktionsberatung überwacht Borreman Constructie Adviesbureau die bauliche Gestaltung von Häusern, Wohnungen und Nutzgebäuden wie Industriehallen, Bürogebäuden, Schuppen und Verkaufsräumen. Da sich die Dinge während der Ausführung oft ändern oder mehr Aufmerksamkeit erfordern, beschränkt sich die Beratung nicht nur auf die Entwurfsphase. Aus der Praxis heraus denkend, arbeitend und konstruierend wird auch in der Ausführungsphase gemeinsam mit dem Bauherrn, dem Architekten und dem Bauunternehmer stets nach der besten Lösung gesucht.

Borreman Constructie Adviesbureau ist seit 2006 aktiv und beschäftigt derzeit 6 Mitarbeiter, die für statische Berechnungen und Zeichnungen zuständig sind. Die Entscheidung, integrierte Berechnungs- und Zeichnungsdienstleistungen anzubieten, wurde durch die enormen Möglichkeiten ausgelöst, die die Arbeit mit einem zentralen BIM-Modell allen am Bauprozess Beteiligten bietet.

Eine visuelle Inspektion des Drahtmodells in Tekla Structures ermöglicht es, fehlende oder falsche Verbindungen der Bezugslinien zu korrigieren und ein korrekt funktionierendes analytisches Modell zu erstellen.

Ein integrierter Ansatz, bei dem alle gewinnen
In dem integrierten Ansatz, den Borreman Constructie Adviesbureau verfolgt, spielt BuildSoft BIM Expert eine entscheidende Rolle. BIM Expert ist eine einzigartige Software, die den Austausch von Modellinformationen zwischen statischer Berechnungssoftware und BIM-Anwendungen ermöglicht. Dank der BIM Expert Plugins für Diamonds, PowerConnect und Tekla Structures war Borreman Constructie Adviesbureau in der Lage, den Schritt zu einer integrierten Berechnung und Zeichnung zu machen und ihre bewährte Berechnungssoftware nahtlos mit Tekla Structures zu verknüpfen.

"Ein integrierter Ansatz rund um ein BIM-Modell vereinfacht den Entwurfsprozess und spart eine Menge Zeit und Geld", erklärt Edwin Borreman. "Architekt, Statiker und Bauunternehmer arbeiten nicht mehr isoliert an separaten Plänen und Zeichnungen. Stattdessen verwenden wir Tekla Structures, um ein BIM-Modell auf der Grundlage der IFC-Datei zu erstellen, die wir vom Architekten erhalten. Anschließend verwenden wir BuildSoft BIM Expert, um dieses BIM-Modell mit Diamonds (unserer 3D-Berechnungssoftware) und PowerConnect (der Software zur Berechnung von Stahlverbindungen) zu verknüpfen. Die durch die Berechnung vorgeschlagenen strukturellen Anpassungen können dann mühelos in Anpassungen im BIM-Modell umgesetzt werden. Sobald wir die Tragwerksplanung auf diese Weise abgeschlossen haben, geben wir dieses Modell über eine IFC-Datei an den Bauunternehmer weiter. Dies erleichtert dem Auftragnehmer die Erstellung der Ausführungspläne erheblich. Außerdem können wir die technischen Prüfungen dieser Ausführungspläne anschließend schneller und einfacher durchführen." Natürlich verändert ein solcher integrierter Ansatz den Entwurfsprozess zum Schlechteren, meint er. "Dabei wird mehr Zeit in die Erstellung und gemeinsame Nutzung eines BIM-Modells investiert, aber diese zusätzliche Zeit wird hinterher mehr als wettgemacht."

Während der Konvertierung des analytischen Modells von Tekla Structures in ein Diamonds-Berechnungsmodell führt BuildSoft BIM Expert die erforderlichen Prüfungen durch, und Profile und Materialien werden angepasst.

Ein Gesamtüberblick dank des BIM-Modells
"Um die Vorteile der integrierten Berechnung und Zeichnung so deutlich wie möglich zu machen, halte ich es für sinnvoll, unsere Arbeitsweise anhand eines konkreten Projekts zu erläutern", sagt Jaap Wim
Riphagen, Projektingenieur bei Borreman Constructie Adviesbureau, sagt dazu. "Ein Projekt, das sich perfekt dafür eignet, ist die Erweiterung einer bestehenden Industriehalle und der dazugehörigen Büros für Van Dijk Transport aus Kampen. Ganz besonders möchte ich auf den neuen Bürotrakt eingehen, der über den bestehenden Büros geplant war. Das zusätzliche Stockwerk konnte nicht von der bestehenden Struktur getragen werden, da diese nicht für diesen Zweck ausgelegt war.  Die Stahlkonstruktion des neuen Bürotrakts musste daher getrennt vom bestehenden Bauwerk errichtet werden."

Im Round-Trip-BIM-Workflow von Borreman Constructie Adviesbureau sorgt BuildSoft BIM Expert für die Synchronisation des Diamonds-Berechnungsmodells mit dem Tekla Structures BIM-Modell, und alle notwendigen Anpassungen des Berechnungsmodells werden in das BIM-Modell übernommen.

"In einem ersten Schritt haben wir mit Tekla Structures ein BIM-Modell erstellt, und zwar auf der Grundlage einer vom Architekten bereitgestellten IFC-Datei", erklärt er. "Dieses BIM-Modell umfasste die gesamte Struktur, sowohl die bestehende Industriehalle und die Büros als auch die neu zu errichtenden Strukturen. Der große Vorteil dieses Modells bestand darin, dass es einen Gesamtüberblick über das gesamte Projekt lieferte, was es sehr viel einfacher machte, verschiedene Varianten mit dem Kunden zu diskutieren und den besten Entwurf für die Stahlkonstruktion des neuen Bürotrakts zu finden. Nachdem der Kunde diesem Entwurf zugestimmt hatte, begannen wir auf der Grundlage des BIM-Modells mit der weiteren Ausarbeitung und Detaillierung der Stahlkonstruktion auf der Grundlage von statischen Berechnungen mit Diamonds."

BIM geschickt in ein Statikmodell übersetzen
"Die integrierte Berechnung und Zeichnung wird umso einfacher, je konsequenter man eine gute Methodik anwendet", sagt Riphagen. "Wir selbst führen immer eine Reihe von Modellprüfungen mit Tekla Structures durch, bevor wir BuildSoft BIM Expert zum Austausch von Modellinformationen mit unserer Diamonds-Berechnungssoftware verwenden. Wir tun dies für das gesamte Modell oder für einen Teil des Modells. Schließlich kann man in Tekla Structures perfekt einen Teil des gesamten BIM-Modells auswählen und ein integriertes Berechnungsmodell für diesen Teil erstellen."

"Wie immer bei diesem Projekt begannen unsere Kontrollen mit einer visuellen Inspektion des Drahtmodells der neu zu bauenden Stahlkonstruktion. Ein solches Drahtmodell visualisiert die Stäbe der Stahlkonstruktion (Träger, Stützen, Zugstangen usw.) anhand von im 3D-Modell definierten Referenzlinien. Um überhaupt ein funktionierendes analytisches Modell erstellen zu können, müssen alle Referenzlinien an den Enden ausgerichtet sein. Eine visuelle Inspektion des Drahtmodells ermöglicht es uns, fehlende oder falsche Verbindungen schnell zu erkennen und zu korrigieren."

Referenzlinien spielen bei einem integrierten Berechnungs- und Zeichnungsansatz eine entscheidende Rolle, da Profilanpassungen immer in Bezug auf diese festen Linien interpretiert werden.    

Riphagen: "Nehmen wir das Beispiel der Balken, die eine tragende Etage in dem neuen Bürogebäude tragen. Wir zeichnen die Bezugslinie jedes Trägers in der Oberseite des Trägers auf. Wenn sich später bei den Berechnungen herausstellt, dass die Höhe eines oder mehrerer Träger im Berechnungsmodell angepasst werden muss, sorgen die Bezugslinien dafür, dass diese Höhenanpassungen korrekt in das Zeichnungsmodell übertragen werden: Die Oberseite jedes Trägers bleibt unverändert, während die Unterseite höher oder niedriger wird. Die korrekte Definition der Referenzlinien stellt somit sicher, dass alle Anpassungen im analytischen Modell im BIM-Modell hinsichtlich der Ausführung korrekt interpretiert werden. Andererseits sorgen die Referenzlinien dafür, dass das BIM-Modell geschickt in ein Statikmodell übersetzt wird, wobei die Exzentrizität zwischen der Mittellinie und der Referenzlinie jedes Balkens im Modell berücksichtigt wird."

Im Round-Trip-BIM-Workflow von Borreman Constructie Adviesbureau beinhaltet der BuildSoft BIM Expert auch die Detaillierung der Stahlverbindungen (wie mit PowerConnect berechnet) im BIM-Modell.

Ein durchgängiger BIM-Arbeitsablauf
"In einem nächsten Schritt haben wir dann das Tekla Structures-Analysemodell des neuen Bürogebäudes geprüft", so Riphagen weiter. "Dabei ergänzten wir das Drahtmodell mit den für die Statik relevanten Informationen. So gaben wir beispielsweise an, wo Träger schwenkbar verbunden sind, welche Stäbe zur Windaussteifung gehören (und für Berechnungszwecke als Zugstäbe zu betrachten sind) oder wo sich die festen Stützen der Struktur befinden. Nach Fertigstellung des Tekla Structures-Analysemodells haben wir dieses Modell mit BuildSoft BIM Expert in ein Diamonds-Berechnungsmodell umgewandelt. In dieser Phase führte der BIM-Experte übrigens auch die notwendigen Prüfungen durch, indem er beispielsweise die Profile und Materialien aus dem Tekla Structures-Analysemodell mit denen in der
Diamonds Profil und Materialbibliotheken".

"Von diesem Zeitpunkt an konnten wir vollständig an unsere klassische Berechnungsweise mit Diamonds anknüpfen. In einem ersten Schritt haben wir das Diamonds-Berechnungsmodell weiter um die ständigen Lasten, Windlasten, Schneelasten, ... ergänzt und die normgerechten Lastkombinationen generiert. Nach einer ersten 3D-Berechnung und den entsprechenden Normnachweisen begannen wir mit der Ausarbeitung der notwendigen Anpassungen des Berechnungsmodells, um zu einem Tragwerksentwurf zu gelangen, bei dem die Festigkeit und Stabilität aller Stäbe (Balken, Stützen, Zugstangen, etc.) den Normanforderungen entsprechen."

"Als letzten Schritt in unserem Roundtrip-BIM-Workflow haben wir die BuildSoft BIM Expert synchronisierte das Diamonds-Berechnungsmodell mit dem BIM-Modell. Dabei meldete der BIM-Experte alle geometrischen Änderungen an den vorhandenen Stäben im Vergleich zum ursprünglichen BIM-Modell und fragte uns, ob wir diese Änderungen automatisch in Tekla Structures übernehmen wollten oder nicht. Tekla Structures erkannte alle neu hinzugefügten Stäbe und nahm Aktualisierungen in Bezug auf Schnitte, Materialien und Stabausrichtung vor. Das ist eine recht flexible Arbeitsweise, die uns viel Zeit erspart hat."

Mehr integrierte Datenverarbeitung und Zeichnen ist fast unmöglich".
"Aber damit ist die Geschichte der integrierten Berechnung und Zeichnung noch nicht zu Ende", betont Riphagen. "In der Stahlkonstruktion des neuen Bürogebäudes gibt es zum Beispiel einige momentenfeste Portale, deren Knoten wir mit PowerConnect detailliert haben. Dazu wählten wir einen momentfesten Knoten im Diamonds-Berechnungsmodell aus, woraufhin PowerConnect die detaillierten Berechnungen auf der Grundlage der Knotenkräfte aus dem Diamonds-Berechnungsmodell durchführen konnte. Auf diese Weise war es nicht nur möglich, die Stahlverbindungen zu dimensionieren (und Endplatten, Versteifungen, Schweißnähte, Bolzen usw. detailliert zu beschreiben), sondern wir konnten auch sofort das Rotationssteifigkeitsdiagramm dieser Verbindungen berechnen. Da jede Berechnung mit PowerConnect vom Diamonds-Modell aus gestartet wurde, konnte die Steifigkeit des entsprechenden Knotens in Diamonds automatisch auf der Grundlage des berechneten Rotationssteifigkeitsdiagramms angepasst werden. Jede solche Anpassung erforderte natürlich eine neue 3D-Berechnung mit Diamonds, und in jedem Fall wurde die günstige Umverteilung der Biegemomente in den Portalen sehr schön bestätigt. Das Schöne daran war, dass es dank BuildSoft BIM Expert möglich war, die von PowerConnect berechnete Detaillierung der Knotenpunkte in das BIM-Modell von Tekla Structures zu übernehmen. Tekla Structures erkennt diese berechneten Knoten automatisch als Komponenten. Solche Komponenten sind intelligente Werkzeuge, die zum Verbinden von Teilen im Modell verwendet werden und Aufgaben und Objekte so automatisieren, dass sie von Tekla Structures als eine Einheit behandelt werden und besonders schnell angepasst werden können. Ich kann mir kaum eine integriertere Art des Berechnens und Zeichnens vorstellen. Am Ende der Fahrt verfügten wir also über ein äußerst vollständiges und genaues BIM-Modell, das vollständig mit dem statischen Berechnungsmodell übereinstimmte. Die Informationen in diesem Modell eigneten sich hervorragend für die Weitergabe an den Bauunternehmer, der die darauf basierenden Ausführungspläne ebenfalls bestätigte."

Neue Möglichkeiten enger zu kooperieren
"Die integrierte Berechnung und Zeichnung mit Tekla Structures, BIM Expert, Diamonds und PowerConnect ist sehr leistungsstark", fasst Edwin Borreman zusammen. "Vor allem bietet es uns als Statikbüro neue Möglichkeiten, enger mit allen am Bauprozess Beteiligten zusammenzuarbeiten. Gerade weil wir auf der Grundlage eines BIM-Modells arbeiten, sind wir schon in einem früheren Stadium in den Prozess eingebunden und können gemeinsam mit dem Architekten die Richtung für die Tragwerksplanung vorgeben. Darüber hinaus enthält das BIM-Modell dank des integrierten Ansatzes eine Fülle von genauen Informationen, die mit dem Bauunternehmer geteilt werden können. Die Materialmengen ergeben sich eindeutig aus der statischen Berechnung, was die Kostenberechnung erheblich vereinfacht. Ausführungspläne können schneller erstellt werden. Wie ich bereits erwähnt habe, wird bei diesem integrierten Ansatz zwar mehr Zeit in die Erstellung und gemeinsame Nutzung eines BIM-Modells investiert, aber diese zusätzliche Zeit wird anschließend mehr als wettgemacht. Für den Kunden bedeutet das in erster Linie ein besseres und kostengünstigeres Ergebnis in kürzerer Zeit." 

Mehr zu BIM Expert: http://www.buildsoft.eu/nl/product/bim-expert

Mehr über Diamanten: http://www.buildsoft.eu/nl/product/diamonds

Mehr über PowerConnect: http://www.buildsoft.eu/nl/product/powerconnect

Tekla und Tekla Structures sind eingetragene Marken der Trimble Solutions Corporation.

Text | Luc Meulewaeter (The Write Mind)  Bild | Buildsoft
Gekennzeichnetes Bild: Das BIM-Modell bietet einen Gesamtüberblick über das gesamte Projekt, was es wesentlich einfacher macht, den Bauherrn über den Entwurf der Stahlkonstruktion des neuen Bürotrakts zu informieren.