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In letzter Zeit hat das Building Information Modeling (BIM) im Bauwesen Wellen geschlagen. Bereits seit zwei Jahren schw盲rmt jeder auf Bau- und Konstruktionsmessen 眉ber BIM. Es handelt sich um ein Schlagwort, das f眉r viele neu erscheinen mag, aber in Wirklichkeit entwickelt sich die Idee und Technologie hinter BIM bereits seit 眉ber 50 Jahren (Silva, 2011).

Das Konzept hinter BIM wird allerdings nicht einer einzigen Person zugeschrieben, sondern ist das Resultat einer langen Geschichte der Innovation von den Vereinigten Staaten, Mittel- und Nordeuropa bis hin nach Japan. Es ist auch interessant, dass ein Teil der Geschichte von BIM mit dem Kalten Krieg verbunden ist. All diese spannenden Geschichten gehen auf das Rennen um die perfekte kollaborative L枚sungzur Trennung der 2D-CAD-Workflows zur眉ck (Bergin, 2011).

Was ist聽BIM?

In einem fr眉heren Artikel haben wir bereits ausf眉hrlich erkl盲rt, was Building Information Modeling (BIM) eigentlich ist. Zum einfacheren verst盲ndnis diesen Artikels sei jedoch daran erinnert, dass die ideale BIM-Software in der Lage ist, die physikalischen und intrinsischen Eigenschaften eines Geb盲udes als objektorientiertes Modell mit Datenbankanbindung darzustellen (Bergin, 2011).

Die meisten modernen BIMs k枚nnen Motoren rendern, die Funktion einer bestimmten Taxonomie optimieren und die Programmumgebung zum Aufbau der Modellkomponenten optimieren. Moderne BIM-Modelle sind 3D mit orthografischen 2D-Pl盲nen, die auch Schnitt- und H枚henansichten enthalten.

Bei der Entwicklung eines Infrastrukturprojekts werden Projektzeichnungen und 脛nderungen proportional zu den 脛nderungen am Modell angepasst. Ein Geb盲udeinformationsmodell kann in einer Software entworfen werden, die parametrisch sein kann, aber nicht muss. 聽ist ein auf Algorithmen basierender Prozess, der die Darstellung von Parametern und Regeln erm枚glicht, die zusammen das Verh盲ltnis zwischen Designabsicht und Designreaktion definieren, kodieren und kl盲ren (Jabi, 2013).

Was bedeutet parametrisch?

Die parametrische Modellierung erm枚glicht die Erstellung von Randbedingungen, wie z.B. die H枚he einer horizontalen Ebene, die dann mit der H枚he eines bestimmten Wandabschnittes verkn眉pft und parametrisch aufeinander abgestimmt werden kann.

Dadurch wird ein Datenbankmodell erstellt, das dynamisch mit der Geometrie verkn眉pft ist. Diese Entwicklung war die L枚sung f眉r den Mangel an berechenbaren Informationen, wie bereits in diesem Artikel diskutiert. Die parametrische Modellierung erm枚glichte es der Industrie, Zeichnungen in mehreren Ma脽st盲ben und 眉ber fragmentierte Zeichnungsbl盲tter hinweg zu 盲ndern鈥娾�斺�奷er f眉r die manuelle 脺berarbeitung erforderliche Aufwand nahm somit im Laufe der Zeit stetig ab.

Dadurch, dass langwierige Aufgaben in allen Bereichen automatisch durch Computertechnologie gel枚st wurden verbesserte die Produktivit盲t erheblich.

Zu Beginn handelte es sich bei BIM eher um eine Redewendung als um die eigentliche Technologie鈥娾�斺�奅inschr盲nkungen durch Computer und umst盲ndliche Benutzeroberfl盲chen f眉r BIM-Plattformen f眉hrten zu 2D-Linienzeichnungsprogrammen wie AutoCAD und Bentley Microstation. Es dauerte eine ganze Weile, bis die Berechenbarkeit in die Entwurfsmodellierung einbezogen wurde.

Der Verlauf der BIM Geschichte

1957鈥娾�斺�奝ronto, erste kommerzielle Software f眉r die computergest眉tzte Bearbeitung (CAM)
1963鈥娾�斺�奡ketchpad, CAD mit grafischer Benutzeroberfl盲che
1975鈥娾�斺�夿uilding Description System (BDS)
1977鈥娾�斺�奊raphical Language for Interactive Design (GLIDE)
1982鈥�2D CAD
1984鈥娾�斺�奟adar CH
1985鈥娾赌斺赌奦别肠迟辞谤补谤产别颈迟别苍
1986鈥娾�斺�奟eally Universal Computer-Aided Production System (RUCAPS)
1987鈥娾赌斺赌夹谤肠丑颈颁础顿
1988鈥娾赌斺赌奝谤辞/贰狈骋滨狈贰贰搁
1992鈥娾�斺�奊eb盲ude-Informationsmodell als offizieller Begriff
1993鈥娾�斺�夿uilding Design Advisor
1994鈥娾赌斺赌妋颈苍颈颁础顿
1995鈥娾�斺�奃ateiformat Internationalen Foundation Class (IFC)
1997鈥娾�斺�夾rchiCADs Teamwork
1999鈥娾赌斺赌奜苍耻尘补
2000鈥娾赌斺赌奟别惫颈迟
2001鈥娾赌斺赌奛补惫颈蝉奥辞谤办蝉
2002鈥娾�斺�夾utodesk kauft Revit
2003鈥娾�斺�奊enerative Components
2004鈥娾�斺�奟evit 6 update
2006鈥娾�斺�奃igitale Projekte
2007鈥娾�斺�夾utodesk kauft NavisWorks
2008鈥娾�斺�奝arametricist Manifesto
2012鈥娾赌斺赌奻辞谤尘颈迟

Die Anf盲nge von BIM

Um die Geschichte von BIM- und BIM-Systemen nachvollziehen zu k枚nnen, m眉ssen wir auf die Anf盲nge des Computings zur眉ckblicken und die konzeptionellen Grundlagen durchforsten. Computergest眉tzte Konstruktion und Fertigung (dann Bearbeitung) entwickelten sich als zwei getrennte Technologien etwa zeitgleich bis in die 60er Jahre.

Damals ahnte noch niemand, dass CAM und CAD sich letztendlich hervorgehen w眉rden (American Machinist, 1999).

1957 wurde Pronto, die erste kommerzielle Software f眉r die computergest眉tzte Fertigung (CAM), von Dr. Patrick J. Hanratty entwickelt. Damals war es eine CNC-Bearbeitungstechnologie, die sich sp盲ter zu dem entwickelte, was heute als computergest眉tzte Fertigung bekannt ist.

Kurze Zeit sp盲ter besch盲ftigte er sich mit computergenerierter Grafik und entwickelte 1961 DAC (Design Automated by Computer), das erste CAM/CAD-System mit interaktiver Grafik, das f眉r die komplexen Matrizenformen von General Motors verwendet wurde. Nach einigen Misserfolgen, die im Wesentlichen durch eine unbeliebte Programmiersprache verursacht wurden, sagte Hanratty:

鈥淓rzeugen Sie niemals etwas, das eng mit einer bestimmten Architektur verbunden ist. Und stellen Sie sicher, dass Sie sich immer die M枚glichkeiten offen halten, mit anderen Systemen zu kommunizieren, sogar mit Ihren Konkurrenten.鈥�

1962 schrieb Douglas C. Englebart eine Arbeit mit dem Titel 鈥淓rweiterung des menschlichen Intellekts鈥�. Darin stellt er die Idee f眉r zuk眉nftige Architekten, und kreiert die Idee hinter objektbasiertem Design, parametrischer Manipulation und relationaler Datenbank (Bergin, 2011):

鈥淒er Architekt beginnt als n盲chstes, eine Reihe von Spezifikationen und Daten f眉r eine f眉nfzehn Zentimeter dicke Bodenplatte, drei脽ig Zentimeter dicke Betonw盲nde und zweieinhalb Meter hohe Ausgrabungen einzugeben. Anschlie脽end, erscheint das Modell auf dem Bildschirm. Die Struktur nimmt Gestalt an. Er untersucht diese und passt sie an. Diese Listen werden immer detaillierter erweitert, mit einer ineinandergreifenden Struktur, die die Entwicklung des Denkens darstellt, das dem aktuellen Design zugrunde liegt.鈥�

W盲hrend dieser Zeit arbeiteten mehrere Designforscher an einer Technologie, die den entspricht. Vor allem die Arbeit von Forscher Christopher Alexanders ist bemerkenswert und beeinflusste eine Gruppe von fr眉hen Informatikern, an der objektorientierten Programmierung zu arbeiten. Ohne eine grafische Oberfl盲che waren die konzeptionellen Rahmenbedingungen jedoch zu diesem Zeitpunkt nicht realisierbar.

Der Aufbau des Modells

1963 wurde am MIT Lincoln Labs von Ivan Sutherland das erste computergest眉tzte Design (CAD) mit einer grafischen Benutzeroberfl盲che, 鈥淪ketchpad鈥�, entwickelt. Insgesamt war es wegweisend f眉r die und ein gro脽er Durchbruch in der Entwicklung der Computergrafik(Sutherland, 2003).

Konstruktionstechnisch wich Sketchpad soliden Modellierungsprogrammen鈥娾�斺�奷ie rechnerische Darstellung der Geometrie wurde weiterentwickelt, die es erm枚glicht, Konfigurationsinformationen anzuzeigen und aufzuzeichnen. In den 1970er und 1980er Jahren waren die beiden wichtigsten Methoden, die sich daraus ergaben, die Solid Construction Geometrie (SCG) und die Randdarstellung (B-rep). Dazu erforderte und stellte der gesamte Designprozess gleichzeitig die Herausforderung dar, den Computer so einfach wie m枚glich zu steuern.

Der Aufbau der Datenbank

1975 ver枚ffentlichte Charles Eastman eine , die einen Prototyp namens beschrieb. In der Arbeit ging es um die Idee des parametrischen Designs und hochwertige berechenbare 3D-Darstellungen mit einer 鈥渆inzigen integrierten Datenbank f眉r visuelle und quantitative Analysen鈥�.

In Eastman鈥檚 Arbeit ging es im Grunde genommen um BIM, wie wir es heute kennen. Eastman entwarf ein Programm, das dem Benutzer Zugriff auf eine sortierbare Datenbank gab鈥娾�斺�奍nformationen konnten somit kategorisch nach Attributen (einschlie脽lich Material und Lieferant) abgerufen werden; es wurden auch eine grafische Benutzeroberfl盲che, orthographische und perspektivische Ansichten verwendet. BDS war eines der ersten Projekte in der BIM-Geschichte, das diese Geb盲udedatenbank erfolgreich erstellte; es beschrieb einzelne Bibliothekselemente, die abgerufen und einem Modell hinzugef眉gt werden konnten (Bergin, 2011).

Eastman kam zu dem Schluss, dass BDS die Effizienz von Entwurf und Analyse verbessern und die Kosten f眉r das Design um mehr als die H盲lfte senken k枚nnte. BDS war das Experiment, das alle grundlegenden Probleme im Zusammenhang mit der Architekturplanung f眉r die n盲chsten f眉nfzig Jahre identifiziert hat. 1977 gr眉ndete Charles Eastman GLIDE (Graphical Language for Interactive Design) im CMU Lab, was bereits die meisten Merkmale des modernen BIM-Konzepts beinhaltet.

Die 80er Jahre kamen und es wurden immer mehr Systeme entwickelt. Sie gewannen in der Branche immer mehr an Bedeutung und wurden teilweise sogar bereits bei Bauprojekten eingesetzt. Im Jahr 1986 wurde RUCAPS (Really Universal Computer Aided Production System) zur Unterst眉tzung der Renovierung des Terminals 3 des Flughafens Heathrow eingesetzt. Es war das erste CAD-Programm in der Geschichte des BIM, das im Fertigteilbau eingesetzt wurde. Sie gilt als Vorl盲ufer der heutigen BIM-Software (Eastman et al, 2008).

Auf dem Weg zu virtuellen Designs und Konstruktionen

W盲hrend die Entwicklungen in den Vereinigten Staaten und Gro脽britannien mit hoher Geschwindigkeit voranschreiten, schmuggelte , um Software zu entwickeln, die sp盲ter den Lauf der Geschichte sowohl des BIM-Konzepts als auch des BIM-Marktes f眉r immer 盲ndern w眉rde (Arnold, 2002).

1982 begann G谩bor Boj谩rmit der Entwicklung von ArchiCAD; daf眉r musste er den Schmuck seiner Frau verpf盲nden, um Apple-Computer zu schmuggeln. Mit 盲hnlicher Technologie wie das BDS ver枚ffentlichte Boj谩r 1984 Graphisofts Radar CH f眉r das Apple Lisa OS.

Dieses wurde sp盲ter 1987 als ArchiCAD wieder eingef眉hrt und machte ArchiCAD zur ersten BIM-Software, die auf einem PC verf眉gbar war (Bergin, 2011). Als ArchiCAD 1987 im Rahmen des virtuellen Geb盲udekonzepts installiert wurde, vervollst盲ndigte Tekla knapp 2000 km n枚rdlich seine kombinierte Grafik- und relationale Datenbank f眉r die fr眉he Systemversion eines BIM.

Ein kurzer R眉ckblick: Im Jahr 1985 entwickelte Diehl Graphsoft Vectorworks in den USA eines der ersten CAD-Programme, aber auch eines der ersten 3D-Modellierungssoftwareprogramme und die erste plattform眉bergreifende CAD-Anwendung. Vectorworks war eines der ersten Programme, das die F盲higkeiten von BIM demonstrierte.

Zur gleichen Zeit (1985) wurde Parametric Technology Corporation (PTC) 1985 gegr眉ndet und ver枚ffentlichte 1988 Pro/ENGINEER, die als die erste jemals vermarktete parametrische Modellierungssoftware in der BIM-Geschichte gilt. Nach der Trennung von PTC gr眉ndeten Irwin Jungreis und Leonid Raiz ihr eigenes Softwareunternehmen namens Charles River Software. Das Duo wollte eine Architekturversion von Pro/ENGINEER entwickeln, die komplexere Projekte als ArchiCAD bew盲ltigen sollte.

Im Jahr 2000 gab es ein Programm namens Revit, ein erfundenes Wort, das Revision und Geschwindigkeit suggerieren sollte (ein Artikel kommentierte, dass es sich um ein Kofferwort von 鈥淩evise it!鈥� handelte). Revit revolutionierte das BIM-Konzept.

Ein wichtiger Punkt, der in der Geschichte von BIM zu beachten ist, ist die Entwicklung des am Lawrence Berkeley National Lab im Jahr 1993. Es handelt sich um eine Software, die auf der Grundlage eines Modells Simulationen durchf眉hrt und L枚sungsvorschl盲ge macht.

In Australien wurde Mapsoft 1994 gegr眉ndet und entwarf die kosteng眉nstige CAD-Software f眉r Vermessungen. Damit war der Weg frei f眉r miniCAD, die erste Vermessungs-CAD-Software, die auf einem Handheld-Computer l盲uft鈥娾�斺�奷em DOS-basierten HP100LX. Es wird heute noch f眉r Windows, Palms und andere 盲ltere Taschencomputer verwendet.

Die Evolution von BIM: Begriffe und Definitionen

Robert Aish dokumentierte die Verwendung des Begriffs 鈥淏uilding Modeling鈥� erstmals 1986 einer ver枚ffentlichten Arbeit. In dieser Arbeit beschreibt er das, was wir heute als BIM und die Technologie dahinter kennen. Wenige Jahre sp盲ter erschien in einem Artikel von G.A. Van Nederveen und F. Tolman im Dezember 1992 in der Automation in Construction.

Kultivierung einer kollaborativen Kultur

Moderne Architektur-, Ingenieur- und Baupraktiken bewegen sich in Richtung eines Trends der Zusammenarbeit. In den letzten zehn Jahren wurden Architekturdateien in die Systeme der Ingenieure integriert.

Diese Kultur der Zusammenarbeit hatte globale Auswirkungen auf die Branche鈥娾�斺�妛eg von der Ausschreibung hin zu Projekten, die ein Liefersystem integrieren, bei dem alle zusammenarbeiten, um zug盲ngliche BIM-Modelle zu entwickeln.

1995 wurde das entwickelt, um den plattform眉bergreifenden Datentransfer zu erm枚glichen鈥娾�斺�妔o dass eine Datei mit verschiedenen BIM-Programmen kompatibel ist. Im Jahr 1997 ver枚ffentlichte ArchiCAD die erste -L枚sung f眉r den Dateiaustausch.

Dies revolutionierte die Zusammenarbeit und erlaubte es mehreren Architekten, gleichzeitig an einem Geb盲udemodell zu arbeiten. Updates bei Teamwork erm枚glichten sp盲ter den Fernzugriff auf Projekte 眉ber das Internet und die Zusammenarbeit und Koordination von Projekten in gr枚脽erem Umfang.

1999 in Japan erm枚glichte Onuma virtuellen Teams die Arbeit an BIM 眉ber das Internet und entwickelte ein datenbankgest眉tztes BIM-Planungssystem, das den Weg f眉r eine zuk眉nftige nahtlose plattform眉bergreifende Integration von BIM-Software und parametrischen Technologien ebnete. Im Jahr 2001 entwickelte und vermarktete NavisWorks eine 3D-Design-Review-Software namens , die eine Reihe von Tools f眉r die 3D-CAD-Navigation, Zusammenarbeit und Koordination bot.

JetStream koordinierte grunds盲tzlich unterschiedliche Dateiformate und erm枚glichte die Konstruktionssimulation und Problemerkennung. Als Revit 2004 sein Update Revit 6 ver枚ffentlichte, erm枚glichte dies die Zusammenarbeit gr枚脽erer Architekten- und Ingenieurteams in einer integrierten Modellsoftware.

Da Autodesk an der Spitze der Branche angelangt war, wurde im Jahr 2002 erst Revit und sp盲ter im Jahr 2008 NavisWork und andere kleinere BIM-Systeme aufgekauft. Ende 2012 entwickelte Autodesk formit. Formit ist eine Anwendung, die die Konzeption eines BIM-Modells auf einem mobilen Ger盲t erm枚glicht.

Aktuelle BIM-Praktiken

Es gibt einige BIM-Anbieter die erw盲hnenswert sind. Obwohl sie nur geringe Marktanteile haben, hatten sie gro脽e Auswirkungen auf die Welt des Designs. Im Jahr 2003 entwickelte Bentley Systems Generative Components (GC), eine BIM-Plattform, die sich auf parametrische Flexibilit盲t und Geometriemodellierung auf Basis von NURBS-Oberfl盲chen (uneinheitliche rationale B-Splines) konzentriert.

Im Jahr 2006 ver枚ffentlichte Gehry Technologies Digital Project, ein Programm, das dem von GC sehr 盲hnlich war. Sowohl Digital Project als auch GC l枚sten eine Revolution in der Architektur aus. Diese beiden Plattformen sind in gewisser Weise revolution盲r, da sie besonders komplexe und provokante architektonische Formen erzeugen k枚nnen, die den Weg f眉r den Parametrismus ebneten. Patrick Schumacher pr盲gte 2008 den 鈥淧arametrismus鈥� und die Bewegung parametrischer Architekturstrukturen.

Er wies im Parametrischen Manifest darauf hin, wie wichtig es ist, die modernen BIM-Plattformen (DP und GC) im Wettbewerb der modernen Architekturszene zu beherrschen. Er sagte:

鈥淒as aktuelle Stadium des Fortschritts innerhalb der Parametrik bezieht sich sowohl auf die kontinuierliche Weiterentwicklung der begleitenden computergest眉tzten Designtechnologien als auch auf die Realisierung der einzigartigen formalen und organisatorischen M枚glichkeiten, die sich daraus ergeben. Parametrisierung kann nur durch ausgefeilte parametrische Techniken erreicht werden. Schlie脽lich werden rechnerisch fortgeschrittene Konstruktionstechniken wie Skripting (in Mel-Skript oder Rhino-Skript) und parametrische Modellierung (mit Tools wie GC oder DP) zu einer allgegenw盲rtigen Realit盲t. Heute ist es unm枚glich, in der zeitgen枚ssischen Avantgarde-Szene zu konkurrieren, ohne diese Techniken zu beherrschen.鈥�

Diese 鈥減arametristische鈥� Sichtweise und die alten Marktwerte f眉hren zu einer subtilen Generationsbewegung. Zum Beispiel kann ein 鈥淓insteiger鈥�-Designer, der mit der grundlegenden Bedienung einer Software vertraut ist, mehr Arbeit leisten als ein sehr erfahrener Architekt, der mit Programmoberfl盲chen und -konzepten nicht vertraut ist.

Da es sich bei all diesen F盲higkeiten und Techniken um erlernbare Praktiken handelt, bieten Architekturschulen und sogar Softwareunternehmen Schulungen f眉r bestimmte Software an. Ein 鈥渧eralteter鈥� Arbeiter zu sein, ist also nicht mehr als ein Mythos, da all diese technologischen Integrationen erlernt werden k枚nnen.

BIM in der聽Zukunft

Da BIM mindestens 40 Jahre seines Gesamtkonzepts und seiner Technologie feiert, scheint es nur fair, dass wir das wichtige Potenzial erkennen, das es der Architektur-, Ingenieur- und Baubranche bringt. Wir erleben langsam die Integration von virtuellem Design und Konstruktion mit 鈥渘achhaltigen Designpraktiken, Mensch-Computer-Interaktion, Augmented Reality, Cloud Computing und generativem Design鈥� (Bergin, 2011).

Diese Trends beeinflussen kontinuierlich und schnell die Entwicklung von BIM. Es ist eigentlich eine aufregende Zeit, um auf dieser Welt zu leben und die Entwicklung der Bautechnik zu erleben.

Dieser Artikel ist Teil einer Serie, die sich mit Building Information Modeling (BIM) besch盲ftigt. Erg盲nzen Sie dies mit Artikeln, in denen diskutiert wird, was BIM ist und welche Vorteile es f眉r das Bauwesen hat, welche Rollen es in einem BIM-Projektzyklusgibt, welche Herausforderungen und Potenziale diese aufkommende Bautechnologie hat, welche Auswirkungen sie auf die Zukunft hat und welcher Mythos sie umgibt. Erg盲nzen Sie Ihr BIM-Wissen au脽erdem mit unserem kostenlosen eBook zur Produktivit盲tssteigerungauf der Baustelle und erweitern Sie Ihr Wissen 眉ber BIM- und IPD-Modelle des Baumanagements und der Bauabwicklung.