BIM in der Landschaftsarchitektur

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Building Information Modeling (BIM) Digitalisierung im GaLaBau
Abb. 1: Bekanntheit der BIM-Methodik bei Landschaftsarchitekten – Ergebnis der Onlineumfrage (N=191). Grafik: Martin Thieme-Hack

Building Information Modeling (BIM) ist das beherrschende Thema bei Architekten und Ingenieuren. Alle gehen davon aus, dass diese Methode in der Zukunft die Grundlage für das Planen und Bauen ist. Ob BIM in Landschaftsarchitektur und Landschaftsbau schon angekommen ist, inwieweit BIM für landschaftsarchitektonische Planungen mit vorhandener üblicher Branchensoftware überhaupt machbar ist und welche Anforderungen konkret auf die Landschaftsarchitektur zukommen, sind die Fragen, die sich aus der Diskussion im Hoch-, Tief- und Ingenieurbau ergeben.

Aufbauend auf einer Bestandsaufnahme zu vorliegenden Entwicklungen, Definitionen, Standards und technologischen Grundlagen wurden eine Online-Umfrage sowie Experteninterviews mit BIM-Anwendern und Softwareherstellern durchgeführt. Ein Test-Projekt diente der Prüfung, inwieweit typische Planungsschritte mit branchenüblicher Software BIM-gerecht bearbeitet werden können.

Bei der Methode des Building Information Modeling (BIM) wird ein digitales Modell eines Bauwerks über den gesamten Lebenszyklus genutzt, von der Planung über die Realisierung bis zum Betrieb und den Rückbau. Im Gegensatz zu üblichen CAD-Plänen gibt es intelligente (3D-)Bauteile, die mit zugehörigen Sachinformationen in einer Datenbank verwaltet werden. BIM ist jedoch mehr als eine IT-Umstellung, sondern betrifft den gesamten Planungsprozess. So sehen die befragten Experten BIM als integrale Planungsmethode.

Im Hoch-, Tief- und Ingenieurbau ist BIM als neue Planungsmethode im Vormarsch, gefördert durch Pilotprojekte des Verkehrsministeriums (BMVI) und, ganz aktuell, auch im Bundesbau (BMUB). In der Landschaftsarchitektur findet jedoch zurzeit noch keine systematische Auseinandersetzung mit der Thematik statt.

Online-Befragung von Landschaftsarchitekten

Bei der Online-Umfrage konnten die Antworten von 250 Büros ausgewertet werden. Neben Fragen zum Informationsstand zu BIM beziehungsweise dem aktuellen/geplanten Einsatz und allgemeinen Einschätzungen zu BIM wurden Fragen zur Struktur von Büro und Aufträgen, der eingesetzten Planungssoftware, zur Planungsmethodik (2D/3D, Standardisierung von Zeichnungen, u. a.) und der Software-Weiterbildung von Mitarbeitern gestellt.

Deutlich zeigt sich die geringe Bekanntheit der BIM-Methodik unter den befragten Landschaftsarchitekturbüros (siehe Abb. 1). 40 Prozent der Befragten geben an, noch nicht von BIM gehört zu haben, annähernd weitere 40 Prozent haben sich noch nicht damit auseinandergesetzt. Weniger als vier Prozent haben bereits Projekte im Sinne von BIM bearbeitet oder planen den Umstieg. Die Bedeutsamkeit des Themas kann somit nur von wenigen wirklich bewertet und eingeschätzt werden. Auf einen zukünftigen Wandel wären somit 80 Prozent der Befragten unzureichend vorbereitet.

Charakteristisch ist, dass überwiegend im Bereich der Objekt- und Freiraumplanung gearbeitet wird und mehr als 50 Prozent der Befragten in Büros mit unter sechs Mitarbeitern tätig sind. Öffentliche Auftraggeber stellen mit fast 60 Prozent den Großteil der Aufträge, der Rest verteilt sich mit jeweils ca. 20 Prozent auf gewerbliche und private Auftraggeber. Die Baukosten liegen überwiegend im Bereich von 100.000 bis 500.000 Euro und somit deutlich unter den durchschnittlichen Baukosten im Hoch-, Tief- und Ingenieurbau.

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Abb. 2: Beziehung zwischen Mitarbeiteranzahl und Bekanntheit von BIM (Boxplot, N=191). Grafik: Martin Thieme-Hack
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Abb. 3: Polaritätsprofil – Meinungen zu BIM (N=111). Grafik: Martin Thieme-Hack

Dies sind Faktoren, die eine BIM-Einführung eher bremsen als beschleunigen. Büros, die sich mit BIM auseinandersetzten, haben eher eine höhere Mitarbeiterzahl (siehe Abb. 2) und Projekte mit höheren Baukosten.

Meinungen und Erwartungen zu BIM

Die Büros der Online-Umfrage, die sich bereits mit BIM auseinandergesetzt haben, befürchten negative Auswirkungen auf den Kreativitätsprozess. Demgegenüber erwarten viele eine Verbesserung der Koordination mit Projektpartnern und eine Reduzierung von Mehrfacheingaben. Gleichzeitig befürchten viele Büros eine Erhöhung des zeitlichen Aufwandes und des Ressourceneinsatzes für ein mit BIM geplantes Projekt. Dieses Polaritätsprofil macht sichtbar, dass die Befragten sowohl Vorteile als auch Nachteile in der Planungsmethode sehen, dabei egalisieren sich diese Pole im Schnitt (siehe Abb.3).

Folgeprojekte wollen alle BIM-Anwender weiterhin mit BIM planen und nicht auf die klassische Planungsmethode zurückgreifen.

Interviews mit Experten: BIM-Anwender und Softwarehersteller

Weitere Argumente lieferten Experten-Interviews mit zwei Landschaftsarchitekten, die bereits Erfahrung mit der BIM-Projektbearbeitung haben, sowie mit drei Vertretern aus der Softwarebranche (Computerworks Vectorworks Landschaft, Dataflor GreenXpert, Widemann Systeme LandCAD). Alle Experten rechnen damit, dass BIM in der Landschaftsarchitektur eingeführt wird.

Der größte Vorteil wird darin gesehen, Planungsfehler zu vermeiden. Besonders die verbesserte fachübergreifende Kommunikation, welche als ein zentrales Element von BIM dargestellt wird, betrachten die Interviewpartner als Chance. Die BIM-Methodik zwingt dazu, zu Planungsbeginn eine Datenbasis gemeinschaftlich zu entwickeln, auf der alle Projektbeteiligten gemeinsam aufbauen können.

In aktuellen Planungen findet eine detaillierte Projekt-Betrachtung erst in der Leistungsphase 5 (Ausführungsplanung) statt. Daher fallen fehlerhafte und 'unüberlegte' Planungen oftmals erst mitten im laufenden Projekt auf, was häufig zu Folgekosten und Terminverzögerungen führt. In BIM können Planungen frühzeitig auf Ausführbarkeit und Funktionalität kontrolliert werden. Bereits eine Entwurfsplanung könnte ,realistisch' betrachtet werden. Planungen könnten dem Bauherrn mit Hilfe von 3D-Bauwerksmodellen verständlich erklärt werden. Fehlinterpretationen, bedingt durch abstrakte, zweidimensionale Pläne, könnten verringert werden.

Beim Thema Kreativität stellt sich heraus, dass dies von den BIM-Experten nicht mehr nur auf die Ästhetik und Formgebung bezogen wird. Vielfach fallen Schlagwörter wie Lebenszyklusbetrachtung und Baustoffexpertise, sodass BIM nach diesem Verständnis sogar zu Kreativitätssteigerungen beitragen könnte. Mit steigenden technischen Anforderungen, die sich unter anderem aus den Nachhaltigkeitsforderungen an Außenanlagen ergeben, werden neue Planungsansätze benötigt. Möglicherweise könnte die Planungsmethode BIM hier einen Lösungsweg bieten.

Von allen Interviewpartnern wird die Vergütung nach HOAI bei Einsatz der BIM-Planungsmethode als offenes Problem angesprochen. Auch für die Landschaftsarchitektur wird mit einer Aufwandsverschiebung hin zu frühen Leistungsphasen gerechnet, was in der aktuellen Fassung der HOAI nicht ausreichend vergütet wird.

Software-Einsatz in der Planung

Die befragten Büros setzen als CAD-Software überwiegend AutoCAD (55 %) und Vectorworks (40 %) ein, wogegen die Branchenlösungen von Dataflor (14 %) und Widemann Systeme (6 %) seltener zum Einsatz kommen. Alle Büros erzeugen 2D-Zeichnungen. Bei 3D-Modellen und Profilkörpern nimmt der Anteil stark ab und geht bei bauteilorientierten Modellen gegen null (Abb. 4).

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Abb. 4: Planungsmethode in Bezug zur Mitarbeiterzahl (N=199, Mehrfachauswahl möglich). Grafik: Martin Thieme-Hack
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Tabelle1: Grundlegende Planungsschritte und eingesetzte Software (alle in Version 2016) Grafik: Martin Thieme-Hack
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Abb. 5: Parkplatzdefinition über Eigenschaften in AutodeSk Revit mit dem PlugIn Site Designer. Grafik: Martin Thieme-Hack

Mangelnde Erfahrungen im Einsatz von 3D-Planungswerkzeugen und fehlende CAD-Standards sind eher in kleinen Büros anzutreffen. Beides kann sich als Erschwernis beim Einstieg in BIM erweisen.

Die Experten-Einschätzungen zur BIM-Fähigkeit der Software sind äußerst unterschiedlich. Während die Anwender Werkzeuge und Funktionen vermissen und sich nicht ausreichend für die BIM-Prozesse ausgestattet sehen, sind die Softwarehersteller der Ansicht, dass ihre Produkte bereits "little BIM ready" sind. Damit ist gemeint, dass die Programme als Insel-Lösung datenbankgestützt nach BIM-Kriterien arbeiten.

Bearbeitung eines Beispielprojektes

Aufschlüsse, inwieweit sich die Landschaftsarchitektur in bestehende BIM-Strukturen einordnen kann, sollte die ausschnittweise Bearbeitung des Test-Projektes ,Gesamtklinikum Schaumburgerland' bringen. Wesentliches Kriterium war, ob die zu planenden Elemente BIM-gemäß als Objekte erstellt werden und sich mit Attributen belegen lassen. Weiterhin sollte der Export der Planungsobjekte inklusive zugeordneter Eigenschaften möglich sein.

Für verschiedene Planungsschritte der Landschaftsarchitektur wurden geeignet erscheinende Programme gezielt ausgewählt (siehe Tab.1). So lässt sich die Frage beantworten, inwieweit BIM-Prozesse generell umsetzbar sind, jedoch wird nicht jede Software für jeden Planungsschritt bewertet. AutoCAD ist laut Herstellerangabe nicht BIM-fähig und wurde daher nicht in den Test einbezogen.

Die Werkzeuge von Civil 3D und Revit bieten umfassende Möglichkeiten zur Infrastrukturplanung und zur Hochbauarchitektur, die teilweise nur mit komplexen Einstellungen realisierbar sind. Revit beinhaltet mit dem PlugIn Site Designer ein Werkzeug für die Außenplanung, das in der neusten Version jedoch nur für Autodesk Subscription-Kunden zur Verfügung steht (siehe Abb. 5).

Vectorworks Landschaft hingegen stellt vermehrt Werkzeuge für die Außenanlagenplanung zur Verfügung. Diese sind benutzerfreundlich zu verwenden und bieten einfachste Einstellungsmöglichkeiten. Jedoch reichen die Funktionalitäten dieser Werkzeuge nicht aus, um eine ausführungsreife Planung zu erstellen.

Somit werden aktuell gleichzeitig sehr komplexe und aber auch stark vereinfachte Werkzeuge angeboten. Zum einen sind die komplexen Werkzeuge für die Landschaftsarchitektur größtenteils nicht notwendig, zum anderen reichen die einfachen Werkzeuge für ausführungsreife Planungen nicht aus.

Einer der wichtigsten Planungsschritte der Landschaftsarchitektur ist die Planung von Pflanzflächen. Hierfür bieten die Programme Civil 3D und Revit keine Werkzeuge an. Die Pflanzplanung wurde mit Vectorworks und Greenxpert getestet. In beiden Programmen lassen sich umfangreiche Pflanzendatenbanken aufrufen, die eine detaillierte und ausführungsreife Bepflanzungsplanung ermöglichen. Die so erstellten Solitär- und Flächenpflanzungen sind mit Pflanzeninformationen verknüpft, lassen sich intelligent verwalten, über GAEB-Schnittstellen auslesen und für Ausschreibungen weiterverwenden.

Die Verwendung von Ausstattungsgegenständen wurde mit Vektorworks beispielhaft getestet (siehe Abb. 6). Die mitgelieferte umfangreiche Datenbank ist, im Gegensatz zu Revit, für die Landschaftsarchitektur ausgelegt. Jedoch fehlen den Objekten häufig detaillierte Informationen (Attribute) wie zum Beispiel Oberflächenmaterialien, Werkstoffe, Montagehinweise, Kosten.

Ausstattungsobjekte werden teilweise von den Herstellern angeboten und können zum Teil auch über externe Online-Datenbanken, beispielsweise ,BIMobject', beschafft werden. Diese konzentrieren sich jedoch aktuell auf andere Branchen und bieten nur vereinzelt Bauteile für Freianlagen.

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Abb. 6: Attributierung einer 3D-Bank in VectorWorks Landschaft. Grafik: Martin Thieme-Hack

IFC-Schnittstelle

Um sich als Fachplaner innerhalb einer BIM-Planung integrieren zu können, muss der Datenaustausch mit anderen Gewerken durchgeführt werden. Dazu wird fast ausschließlich die IFC-Schnittstelle (Industrie Foundation Classes) genutzt.

Die herstellerneutrale IFC-Schnittstelle, wird von der Organisation Building Smart entwickelt. Die Zuordnung der Bauteile erfolgt in sogenannten IFC-Klassen. Eine IFC-Schnittstelle bieten Civil 3D, Revit und Vectorworks, sowie LandCAD ausschließlich auf der CAD-Basis BricsCAD. Bei AutoCAD-basierten Produkten (Greenxpert und LandCAD auf AutoCAD-Basis) ist keine IFC-Schnittstelle vorhanden.

Die Programme zeigen große Unterschiede in den Einstellungsmöglichkeiten für den Export. Die eigentliche Schwierigkeit besteht jedoch darin, dass in der momentanen IFC-Struktur kaum zutreffende Klassen für Objekte der Landschaftsarchitektur vorhanden sind. Eine Pflanze wird so als Bauobjekt ausgelesen und verliert ihre Eigenschaften. Vectorworks bietet als Behelf die Verwendung von "Custom Psets" (Abb. 7). Diese ermöglichen es, Daten zu übertragen, die innerhalb der IFC-Standardklassen nicht abgebildet werden. Diese Funktion ist jedoch nur eine Übergangslösung, da eine weitere Auswertung exportierter Sachdaten nicht möglich ist.

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Abb. 7: Vectorworks – IFC-Klassen-Zuweisung und Attributierung eines Objektes. Grafik: Martin Thieme-Hack

Als wichtiger Vorteil von BIM wird die Fähigkeit zur Kollisionsprüfung herausgestellt. Dabei besteht eine ähnliche Problematik wie bei der IFC-Schnittstelle. Es zeigt sich, dass die Funktionen auf andere Branchen ausgelegt und für Außenanlagen nicht sinnvoll ausführbar sind.

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass durchaus Möglichkeiten für die Landschaftsarchitektur bestehen, sich an BIM-Prozesse anzugliedern. Softwarelösungen und Austauschformate sind dabei jedoch meist auf andere Branchen ausgelegt oder unterstützen BIM-Prozesse nicht in vollem Umfang.

Die Programme unterscheiden sich stark im Umfang der BIM-Tools, in der technischen Umsetzung und in der Berücksichtigung landschaftsarchitektonischer Anforderungen. Branchenbezogene Softwarelösungen wie Greenxpert oder LandCAD bieten Werkzeuge, die datenbankgestützt bei der Erstellung der Zeichnung helfen. Jedoch sind die Bauteile nicht direkt mit den Attributen gekoppelt. Diese Datenkopplung direkt am Bauteil selbst beherrschen die Programme Civil 3D, Revit und Vectorworks. Somit lassen sich Bauteile bilateral, d. h. sowohl von der Geometrie als auch von den Attributen in der Datenbank ausgehend, definieren.

Demgegenüber sind die Programme Civil 3D und Revit nicht auf die Landschaftsarchitektur ausgelegt und beinhalten daher nur wenige Werkzeuge für die branchentypischen Arbeitsschritte.

Handlungsbedarf undEntwicklungschancen

Es zeigt sich, dass das grundlegende Problem der Anbindung der Landschaftsarchitektur an BIM-Prozesse darin liegt, dass keine branchenspezifischen BIM-Objekte definiert sind. Das spiegelt sich sowohl in fehlenden Tools zur Erstellung von (3D-) Bauteilen für Außenanlagen, in fehlenden vordefinierten Bauteilen und Ausstattungsgegenständen mit ,intelligenten' Sachbeschreibungen als auch in fehlenden Klassen für den IFC-Export wieder.

In den Interviews mit den Softwareherstellern wurde ebenfalls deutlich, dass für eine Weiterentwicklung der Branchensoftware in Richtung BIM die konkreten Anforderungen der Anwender fehlen.

Dies bedeutet, dass zunächst Objekte für Außenanlagen identifiziert werden müssen, um diese dann in ihrer Detaillierungstiefe (Level of Detail - LOD) für verschiedene Planungsschritte und Darstellungsmaßstäbe sowohl geometrisch (Level of Geometry - LOG) als auch mit den jeweils erforderlichen Sachinformationen (Level of Information - LOI) zu beschreiben.

Auch alle befragten Experten sind sich einig: Erst wenn darauf aufbauend die erforderlichen Objektklassen im allgemeinen IFC-Standard implementiert sind, kann die Entwicklung der IFC-Schnittstellen in der Branchensoftware für Außenanlagen umgesetzt werden.

Diese Aufgabe ist nur unter Beteiligung aller Akteure, sowohl der Verbände und Hochschulen, der Hersteller als auch der Landschaftsarchitekten selbst, umzusetzen. Folgerichtig wird die Etablierung einer BIM-Arbeitsgruppe für die Landschaftsarchitektur sowohl von den Experten als auch einem Großteil der Fragebogenteilnehmer ausdrücklich gefordert. Auch eine stärkere Auseinandersetzung der Hochschulen mit der Thematik erscheint notwendig.

Fazit

Die Resonanz auf den Online-Fragebogen und die hohe Bereitschaft der Experten für die Durchführung eines Interviews verdeutlichen die Aktualität des Themas. Alle interviewten Experten gehen davon aus, dass BIM auch in der Landschaftsarchitektur Einzug hält. Dementgegen steht die im Fragebogen analysierte überwiegende Unsicherheit und Unwissenheit über die BIM-Thematik unter den deutschen Landschaftsarchitekten.

Hieraus entstehen viele Vorurteile gegenüber BIM. Genannt werden vermeintliche und tatsächliche Nachteile wie der eingeschränkte Kreativitätsprozess, die fehlenden Softwarelösungen sowie ungeeignete Austauschformate. Diese Bedenken sind zwar nicht haltlos, bei der Einführung von BIM wird jedoch eher von einer stufenweisen Entwicklung und Umsetzung ausgegangen. Erste BIM-Stufen können, wie die durchgeführten Tests zeigen, durchaus schon aktuell, auch in der Landschaftsarchitektur, umgesetzt werden.

Building Information Modeling sollte somit weder als Allheilsmittel noch als Unglücksbringer angesehen werden. Es muss ein transparentes und kommunikatives Berufsumfeld geschaffen werden, das eine objektive Beurteilung der Thematik ermöglicht. Dazu zählt vor allem die Etablierung einer branchenspezifischen BIM-Arbeitsgruppe, zum Beispiel bei der Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau (FLL). Die Methode BIM könnte als Anstoß dienen, bisherige Arbeitsweisen kritisch zu betrachten und könnte zu einer Optimierung aller Arbeitsprozesse der Bauabwicklung führen. Gleiches gilt auch für die Softwarelösungen und Austauschformate.

Für die Umsetzung von BIM auf einem höheren Level sind weitere Entwicklungen bei Softwaretools, Austauschformaten und Objektdatenbanken erforderlich, immer auf der Grundlage eines noch zu entwickelnden BIM-Objektkatalogs für die Außenplanung.

Wichtig ist ebenfalls eine Kompromissbereitschaft, die es zulässt, in der Anfangsphase auch Fehler zu machen. Hier muss ein gewisses Maß an Perfektionismus zunächst aufgegeben werden, um der Entwicklung der Methodik Raum zu gewähren. Viele Zeichner konnten in den 80er Jahren auch noch schneller mit der Hand zeichnen als mit einem CAD-Programm. Die Erfahrung und Übung mit der neuen Technik führte dann aber dazu, dass CAD-Programme in der heutigen Zeit unverzichtbar sind. Gleiches gilt für die zukünftige Entwicklung der BIM-Methode.


Literatur und Internet-Links

BUILDING SMART E.V.. www.buildingsmart.de (11.03.17)

BIMobjects. bimobject.com/de (11.03.17)

Borrmann, A. M. König, C. Koch u. J. Beetz, (2015). Building Information Modeling Technologische Grundlagen und industrielle Praxis. Berlin Heidelberg New York, Springer-Verlag.

Hausknecht, K. & T. Liebich (2016). BIM-Kompendium. Building Information Modeling als neue Planungsmethode. Fraunhofer-Informationszentrum Raum und Bau (IRB), Stuttgart, IRB Verlag.

Egger, M., K. Hausknecht, T. Liebich u. J. Przybylo (2013). BIM-Leitfaden für Deutschland - Information und Ratgeber - Endbericht. Berlin, Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS).

Eschenbruch, K., A. Malkwitz, J. Grüner, A. Poloczek u. CK. Karl, (2014). Maßnahmenkatalog zur Nutzung von BIM in der öffentlichen Bauverwaltung unter Berücksichtigung der rechtlichen und ordnungspolitischen Rahmenbedingungen. Berlin, Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS).

Temmen, S., K. von Luckwald, I. Brückner, M. Thieme-Hack (2017). Einführung und Nutzung von BIM ihn der Landschaftsarchitektur - Entwicklungspotentiale und Handlungsempfehlungen. Osnabrücker Beiträge zum Landschaftsbau 01/2017.

www.hs-osnabrueck.de/fileadmin/HSOS/Studium/Studienangebot/Studiengaenge/Bachelorstudiengaenge/AuL/Ingenieurwesen_Landschaftsbau/pdf/OBL_BIM_Info.pdf

Dr. Ilona Brückner
Autorin

Hochschule Osnabrück, ILOS

Hochschule Osnabrück
Autor

M. Eng. Management im Landschaftsbau

Prof. Dipl.-Ing. (FH) Martin Thieme-Hack
Autor

Hochschule Osnabrück, Fakultät A&L

Hochschule Osnabrück University of Applied Sciences
Autor

M. Eng. Management im Landschaftsbau

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