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Digitales Planen und Bauen

Erfahrungen aus der BIM-Pilotierung bei der DB Netz AG

Personen bei der Planung am großen Wand-Bildschirm und Stelltisch ähnlichem Bildschirm
Kollaboratives Arbeiten mit BIM (Quelle: DB Netz AG)

Seit Beginn des Jahres 2020 arbeitet die DB Netz AG in neuen Projekten mit Building Information Modeling. Die Pilotierung der Methodik hat hierfür die Voraussetzungen geschaffen und wichtige Erkenntnisse für die Entwicklung von Standards zur Anwendung im Regelprozess geliefert.

Building Information Modeling (BIM) ist eine digitale Arbeitsmethodik zur optimierten Planung, Ausführung und Bewirtschaftung von Bauwerken. Im Zentrum der Methodik stehen die aktive Vernetzung und die kollaborative Zusammenarbeit aller Beteiligten auf Basis anschaulicher und transparenter Informationen, die über ein mit Zeitplänen, Kostendaten und weiteren Informationen angereichertes Bauwerksdatenmodell bereitgestellt werden. Mit BIM will die DB Netz AG die Digitalisierung der Infrastruktur vorantreiben, um die aktuellen und zukünftigen Herausforderungen im Projektgeschäft zu bewältigen. BIM liefert hierbei einen wichtigen Beitrag, um die Ziele der Ausbaustrategie der DB Netz AG „schneller und effektiver mehr Kapazität auf die Schiene zu bringen“ zu erreichen.

Die Herangehensweise der DB Netz AG steht hierbei im Einklang mit der übergreifenden BIM-Strategie der Deutschen Bahn, die die grundsätzlichen Rahmenbedingungen für die Implementierung von BIM im Vorstandsressort Infrastruktur vorgibt und die ­übergeordnete Zielstellung formuliert: „Infrastruktur besser planen, bauen und betreiben – bessere Infrastruk­tur planen, bauen und betreiben!“

Deutschlandkarte mit Aus- und Neubaustrecken
Die Pilotierung von BIM erstreckt sich über 13 geförderte Bedarfsplan- und zusätzlich 7 Bestandsprojekte (Quelle: DB Netz AG)

Vorgehen zur Pilotierung

Mit dem Stufenplan „Digitales Planen und Bauen“ hat die Bundesregierung bereits 2015 die Weichen gestellt, um ab 2020 neue Infrastrukturprojekte des Bundes mit Hilfe der BIM-Methodik planen und bauen zu können. Um die Einführung von BIM zu unterstützen, wurden im Rahmen des Zukunftsinvestitionsprogramms (ZIP) von 2016 bis 2019 Bundesmittel bereitgestellt, um die Anwendbarkeit und den Nutzen von BIM in Schieneninfrastrukturprojekten anhand von 13 Bedarfsplanprojekten sowie 7 Projekten aus dem Bestandsnetz zu erproben und auszuwerten. Die Pilotphase bei der DB Netz AG wurde hierbei durch das Konsortium BIM4RAIL im Auftrag des Bundes wissenschaftlich begleitet.

Die Pilotierung von BIM erfolgte anhand von definierten Anwendungsfällen. Der inhaltliche Schwerpunkt der Anwendungsfälle lag dabei auf den Themenkomplexen Planung und Bau sowie im Ausblick auf dem Betrieb der Infrastrukturanlagen. Die Pilotierung der Anwendungsfälle wurde 2019 abgeschlossen.

Parallel zur Pilotierung wurde bei der DB Netz AG ein zentrales Implementierungsprojekt aufgesetzt. Hiermit wird die Zielsetzung verfolgt, auf Basis der Erfahrungswerte aus den Pilotprojekten Standards für den flächendeckenden Einsatz der BIM-Methodik zu entwickeln.

Erkenntnisse der Pilotierung

Aus der Pilotierung lassen sich deutliche Vorteile der BIM-Methodik gegenüber der konventionellen Planung erkennen. Für die Anwendung und Weiterentwicklung von BIM wurden die nachfolgenden Erkenntnisse abgeleitet:

Anforderungen des Zielniveaus 2020 werden erreicht

Die Anforderungen, die der Bund an die Auftraggeber zur Erreichung des Zielniveaus 2020 im Stufenplan stellt, werden erreicht. Als Kernelemente des Zielniveaus 2020 sind die Spezifikation von Auftraggeber-Informationsanforderungen (AIA), die Erarbeitung eines BIM-Projektabwicklungsplans (BAP), die Leistungserbringung unter Verwendung von digitalen Fachmodellen, die Nutzung einer gemeinsamen Datenumgebung (CDE) sowie die modellgestützte Planungskoordination mittels Virtual Design Reviews (VDR) definiert. Alle Punkte wurden bereits in den Pilotprojekten umgesetzt und sind zur standardisierten Anwendung in den zukünftigen Projekten der DB Netz AG vorgesehen.

Modell einer Strecke mit Fußgängerbrücke und Tunnel
In Pilotprojekten werden die vorhandenen Daten zu digitalen Bestandsmodellen zusammengeführt (Quelle: DB Netz AG)

Gemeinsame Datenplattformen ­verbessern die Zusammenarbeit

Durch den Einsatz einer CDE in den Pilotprojekten wurden die Daten nur einmal erfasst und konnten durch die Beteiligten einfacher und schneller genutzt werden. Durch den Einsatz einer gemeinsam genutzten Datenplattform ergab sich eine effizientere Kommunikation zwischen den Projektbeteiligten, was dazu beitrug, dass die Komplexität der Projekte besser beherrscht werden konnte. Durch die Einführung und Nachhaltung digitaler Workflows und Freigabeprozesse auf der CDE konnte die Zusammenarbeit in den Pilotprojekten weiter optimiert werden.

Digitale Bestandsmodelle liefern ­verlässlichere Planungsgrundlagen

Um digital mit BIM planen zu können, wird auch eine digitale Planungsgrundlage in ausreichender Genauigkeit benötigt. Bereits heute liegen einige der erforderlichen Grundlagendaten wie zum Beispiel Bestandspläne, Trassendaten, Geländemodelle, Luftbilder, Umweltkarten, Informationen zur Bebauung und zum Leitungskataster digital vor.

Brückenmodell über das Meer
Visualisierungen liefern den Projektbeteiligten ein realistisches Bild der Planung (Quelle: DB Netz AG)

In den Pilotprojekten wurden die Daten in digitalen Bestandsmodellen zusammengeführt. Wo der Datenbestand lückenhaft oder nicht ausreichend genau war, wurden vorhandene analoge Daten digitalisiert oder Projektbereiche nachvermessen und modelliert. Die Nutzung und kontinuierliche Pflege der Bestands­modelle liefert eine deutlich bessere und belastbarere Planungsgrundlage als in konventionellen Projekten.

Visualisierungen steigern die Akzeptanz

Für die Kommunikation im Projekt und die Beteiligung von Stakeholdern wurden Visualisierungen in Form von hochauflösenden Renderings, Filmsequenzen oder ganzen Modellen, durch die frei navigiert werden kann, eingesetzt. Beteiligte und Betroffene bekamen so ein realistisches Bild von der Planung, beispielsweise während der frühen Öffentlichkeitsbeteiligung.

Beim modellbasierten Trassen- und Variantenvergleich wurden spezielle Softwareprogramme getestet, die eine interaktive Trassierung im dreidimensionalen Raum mit einem hohen Automatisierungsgrad ermöglichen. Termin- und Kosteninformationen sowie verschiedene Simulationen, wie zum Beispiel zum Schallschutz oder zur Signalsicht, konnten so in einigen Projekten bereits frühzeitig zur Bewertung von Varianten herangezogen werden. Mit dieser Arbeitsweise konnten Varianten schnell auf neue Randbedingungen angepasst, ganzheitlich bewertet und miteinander verglichen werden.

Fiktives Luftbild mit diversen Strecken
Mit dem digitalen Trassen- und Variantenvergleich können Konflikte zwischen den Einzelplanungen frühzeitig erkannt werden (Quelle: DB Netz AG)

Mit dem beschriebenen Vorgehen können Vor- und Nachteile einzelner Varianten auch für technisch weniger versierte Stakeholder nachvollziehbar und verständlich anhand der Modelle dargestellt werden. Dies trägt im Projektverlauf erheblich zur Transparenz und Steigerung von Akzeptanz bei.

BIM kann die konventionelle Arbeitsweise in der Planung ersetzen

Die breite Anwendung von BIM in der Planungsphase von Eisenbahninfrastrukturprojekten während der Pilotierung und die erzielten Ergebnisse zeigen deutlich, dass BIM in der Planungsphase als Stand der Technik angesehen werden und die konventionelle Arbeitsweise ersetzen kann.

Exemplarisch sei hier die 3D-Modellierung als ein zentrales Element der BIM-basierten Projektabwicklung angeführt, die heute bereits durchgängig in allen Leistungsphasen angewendet werden kann. Können Einsatzzwecke mit dem 3D-Modell noch nicht abgedeckt werden, besteht weiterhin die Möglichkeit, Pläne aus den 3D-Modellen abzuleiten.

Modellgestützte Prüfung und ­Koordination führt zu mehr Planungsqualität

Die einzelnen Fachmodelle, die in den Pilotprojekten durch die Fachplaner der Gewerke erstellt wurden, wurden in regelmäßigen Abständen durch den BIM-Gesamtkoordinator in Koordinationsmodellen zusammengeführt und bildeten die Grundlage für die kontinuierliche, modellgestützte Planungskoordination.

Konflikte zwischen den einzelnen Fachplanungen wurden so transparent und konnten zur Korrektur adressiert werden. Durch die Vorgabe entsprechender Standards konnten einzelne Prüf- und Qualitätssicherungsprozesse anhand der Modelle bereits automatisiert durchgeführt werden. Die frühe Erkennung und Auflösung von Konflikten und Fehlern durch die modellgestützte Prüfung und Koordination erhöht die Qualität der Planung, was in den weiteren Projektphasen zu einer Erhöhung der Termin- und Kostensicherheit führt und zur Risikominimierung beiträgt.

BIM fördert die Kollaboration

Durch die Vorgaben von Datenanforderungen in den AIA sowie die Präzisierung der Anforderungen im BAP fand in den Piloten bereits zu Anfang des Projekts ein Dialog und eine gemeinschaftliche Klärung des Auftragsumfangs zwischen Auftragnehmer und Auftraggeber statt. Darüber hinaus unterstützte der Einsatz der CDE und die modellgestützte Planungskoordination die Kollaboration zwischen allen Projektbeteiligten.

Die genannten Beispiele belegen, dass BIM eine digitale, zukunftsfähige Arbeitsmethodik ist, die neue Prozesse fördert und fordert. Wenn weiterhin die Bereitschaft aller Projektbeteiligten besteht, die Formen der Zusammenarbeit zu verbessern und Werte wie Offenheit, Transparenz sowie Ziel- und Lösungsorientierung zu leben, sind die Voraussetzungen für eine erfolgreiche Projektabwicklung mit BIM gegeben und es besteht die Chance zu einer nachhaltigen, positiven Veränderung des Projektgeschäfts.

Durchgehende BIM-Anwendung erhöht Effizienzgewinn

Die Pilotierung hat gezeigt, dass durch die Anwendung von BIM in der Planungsphase bereits hohe Effizienzgewinne durch die Automatisierung von Arbeitsschritten erzielt werden können. Beispielhaft seien hier die Verwendung von parametrischen Bauteilen, vordefinierten Skripten oder automatisierter Prüfregeln genannt. Es gilt jedoch zu beachten, dass viele Anwendungsfälle eng miteinander verbunden sind oder aufeinander aufbauen. Daher ist es wichtig, dass die BIM-Methodik möglichst durchgängig bei Planung und Realisierung angewendet wird und die Datenanforderungen aus dem Betrieb berücksichtigt werden. So können die angestrebten Verbesserungen durch BIM weiter ausgebaut und vollständig über den kompletten Lebenszyklus von Eisenbahninfrastrukturanlagen ausgeschöpft werden.

Fazit und Ausblick

Insgesamt lässt sich aus der Pilotierung von BIM bei der DB Netz AG folgende Schlussfolgerung ziehen: Der Einsatz von BIM in Schieneninfrastrukturprojekten ist möglich. Die erprobten BIM-Anwendungsfälle waren umsetzbar und konnten abgeschlossen werden. Dabei konnte die Vorteilhaftigkeit der BIM-Methodik gegenüber der konventionellen Vorgehensweise eindeutig festgestellt und von der wissenschaftlichen Begleitung des Bundes bestätigt werden.

Auf Basis der Erfahrungen und Erkenntnisse aus der Pilotierung wurden die Grundlagen für die Einführung der BIM-Methodik im Regelprozess für alle neu startenden Projekte bei der DB Netz AG ab dem Jahr 2020 entwickelt.

Bei der zukünftigen Weiterentwicklung der BIM-Methodik liegt der Fokus auf der Vertiefung der Anwendungsfälle im Bau und der zunehmenden Einbindung des Anlagenbetriebs. Des Weiteren müssen konsequent Kompetenzen bei den Mitarbeitern im Bereich BIM aufgebaut werden. Mit dem regelmäßigen Einsatz von BIM in Infrastrukturprojekten ist die grundsätzliche Voraussetzung geschaffen, die Methodik immer besser zu adaptieren und effizienter zu machen. Dies wird nur in Zusammenarbeit mit den relevanten Stakeholdern gelingen. Hier sind insbesondere die Planungs- und Bauindustrie zu nennen, aber auch die Behörden, insbesondere das Eisenbahn-Bundesamt, mit dem bereits eine umfangreiche Initiative zur gemeinsamen Nutzung der BIM-Methodik gestartet wurde.

Mit der zunehmenden Weiterentwicklung von BIM-Standards bei der DB wie auch in der gesamten Branche steigt neben der Qualität der Anwendung auch die Kostensicherheit bei der Realisierung von Infrastruktur­projekten, während weitere positive Auswirkungen auf die Durchlaufzeit der Projekte erwartet werden.


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