Prozesse in der Bauwirtschaft komplett digitalisieren

Unter Einhaltung der Datensouveränität der beteiligten Akteure soll in dem Forschungs- und Entwicklungsprojekt iECO zum einen ein Digitaler Zwilling über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks geschaffen werden. Zum anderen soll der Datenraum als Grundlage für die Entwicklung von Advanced Smart Services dienen, um damit die Wertschöpfungskette im Bauprozess zu optimieren. IPROconsult ist maßgeblich an diesem Projekt beteiligt.

Die Digitale Transformation erfordert neben der Optimierung von operativen Prozessen vor allem die Etablierung von Services und der daraus resultierenden neuen Geschäftsmodelle. Besonders in der Baubranche mit einem unterdurchschnittlichen Digitalisierungsindex ist es notwendig, mit Partnern und spezifischen Entwicklungsprojekten den derzeitigen Rückstand in der Digitalisierung zu kompensieren. IPROconsult hat sich deshalb 2021 entschieden, mit verschiedenen Partnern das Gaia-X-Förderprojekt intelligent Empowerment of Construction Industry (iECO) erfolgreich auf den Weg zu bringen, um damit einen wichtigen und bundesweit sichtbaren Beitrag zur gebäudelebenszyklus-übergreifenden Digitalisierung zu leisten.

Das Konsortium fokussiert sich auf die Entwicklung eines Datenraums, welcher auf den Prinzipien von Gaia-X basiert. Damit soll unter Einhaltung der Datensouveränität der beteiligten Akteure zum einen ein Digitaler Zwilling über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks geschaffen werden. Zum anderen soll der Datenraum als Grundlage für die Entwicklung von Advanced Smart Services dienen, um damit die Wertschöpfungskette im Bauprozess zu optimieren. Neben den Teilnehmern aus der Bauwirtschaft ist die öffentliche Hand als wichtiger Partner eingebunden. Für die notwendigen Prüf- und Genehmigungsverfahren bei jedem Bauwerk sollen durch Funktionsweisen des Datenraums die notwendigen Grundlagen für digitale Genehmigungsprozesse geschaffen werden.

IPROconsult setzt als Generalplaner den Ausgangspunkt für jeden Gebäudelebenszyklus. Deshalb bringen wir unsere Expertise in den Phasen Planung und Genehmigung im Konsortium ein und leisten unseren Beitrag zur Etablierung der Gaia-X-Domäne „Planen/Bauen/Betreiben“. Das IPROconsult-Kernteam iECO um Dr. Kerstin Hartsch, Andrea Mujica, Ahmad Altahlawi, Stefan Langel, Christopher Müller, Björn Kenklies und Mischa Sethi hat sich in Zusammenarbeit mit der ahu GmbH im ersten Projektjahr intensiv mit der Erarbeitung möglicher Services für den iECO-Datenraum beschäftigt. Bei der Eruierung der möglichen Anwendungsfälle haben die positiven Auswirkungen der Services auf den Planungs- und Genehmigungsprozess sowie die Tragfähigkeit für zukünftige Geschäftsmodelle eine besondere Bedeutung. Resultierend wurden die priorisierten Anwendungsfälle „Regelchecker“ für den Bereich Planung und der „Planungs-Service Umwelt” für die Genehmigungsplanung innerhalb des Konsortiums ausgewählt.

Der iECO-Service „Regelchecker“ besteht aus drei Teilmodulen und einem zukunftsorientierten Ansatz zur Verarbeitung von BIM-Modellen und BIM-Informationen. In der Bauplanung hat sich der Informationsaustausch über Dateien seit Jahren etabliert und wird in OpenBIM-Projekten häufig durch IFC Step Physical Files durchgeführt. Der Nachteil dieser Methode ist, dass zusätzliche Informationen nur durch die Generierung weiterer IFC-Dateien möglich sind, beispielsweise über ein Autorensystem. Dadurch entstehen Nachteile in der Integrität von Informationen durch verschiedene Dateiversionen. Mit dem entwickelten Building Information Data Exchange Service (B.I.D.E.S.) nutzen wir die Vorteile einer graphbasierten Datenbank unter Berücksichtigung bestehender Standards von IFC. Dieser Ansatz ermöglicht die feingranulare Steuerung von Zugriffen, die fortlaufende Nachvollziehbarkeit von Änderungen, die Definition von Beziehungen zwischen Elementen und vor allem die stetige Erweiterung um zusätzliche Informationen. Dabei ist die Technologie darauf ausgelegt, große Datenmengen mit optimierten Zugriffszeiten zu verarbeiten, so dass diese ohne Einschränkungen prozessiert werden können.

Auch die Unabhängigkeit von Autorensystemen, die über Plugins an B.I.D.E.S. angeschlossen werden können, ist über den Service gegeben. Der Ansatz zur Verwendung von Graphdatenbanken wurde in weiteren Forschungsprojekten untersucht, jedoch auf Grund von hohen Konvertierungszeiten von IFC in die Datenbank als nicht marktreif befunden. Mit einer von Andrea Mujica und Ahmad Altahlawi entwickelten Methode ist es gelungen, die Konvertierungszeit von ursprünglich über 120 Minuten auf weniger als zwei Minuten bei dem Prototyp zu verkürzen und die Marktreife für diesen technologischen Ansatz nachzuweisen.

Auf Grundlage der beschriebenen Technologie setzt sich der „Regelchecker“ aus drei Hauptmodulen zusammen. Im Modul „Modellchecker” wird das ursprüngliche Modell auf Validität und Vollständigkeit für anschließende Prozesse und Methoden überprüft. Damit wird sichergestellt, dass ein Benutzer selbstständig Prüfkriterien definieren und diese Kriterien gemeinsam mit grundsätzlichen Modellinformationen in der IFC-Datei oder im B.I.D.E.S. prüfen kann. Im Anschluss stellt das Prüfmodul „Regelchecker Part 1“ dem Anwender/Planer eine Checkliste zur Verfügung, welche Normen und technische Regeln für das spezifische Projekt von Relevanz sind. Diese Vorauswahl dient dem Planer als Orientierung für Regelwerke bis Leistungsphase 4, so dass Verzögerungsrisiken im Genehmigungsprozess durch nicht berücksichtigte Bestimmungen minimiert werden.

Dem Anwender steht nach erfolgreicher Durchführung des Moduls eine Vorauswahl für das Hauptmodul „Regelchecker Part 2“ zur Verfügung. Nach Auswahl eines entsprechenden Paragrafen (im ersten Prototyp wurden § 26, § 28, § 29 der Sächsischen Bauordnung präsentiert) findet eine inhaltliche Prüfung auf die Einhaltung der Regelsätze statt. Dafür werden im Gegensatz zu etablierten Lösungen die Prüfungsalgorithmen nicht in einem proprietären Format durchgeführt, sondern auf Basis von Datenbankabfragen. Die daraus resultierenden technischen Möglichkeiten bilden die Grundlage für die selbstbestimmte Freigabe von Datensätzen bei der Verwendung von Services. Im Gegensatz zum marktüblichen Ansatz, bei dem Daten zu einem Service übertragen werden, findet im iECO-Service „Regelchecker“ die Übertragung notwendiger Logiken und Abfragen an B.I.D.E.S. und damit zu den Daten hin statt.

Mit dem „Planungs-Service Umwelt“ wird ein weiterer Demonstrator für den iECO-Datenraum durch IPROconsult in Zusammenarbeit mit der ahu GmbH entwickelt: Aufgrund des Klimawandels stellen Umwelteinflüsse ein zunehmendes Risiko für Bauprojekte dar, so dass eine vertiefte Verbindung zwischen BIM- und GIS-Systemen für Genehmigungsprozesse in der Bauplanungen erforderlich ist. Der sich derzeit in Entwicklung befindliche Advanced Smart Service ist für drei verschiedene Teilanwendungsfälle konzipiert. Im Teilanwendungsfall „Grundlagenermittlung“ stehen zukünftig Funktionalitäten zur Unterstützung der Planer bei der Beurteilung umweltrechtlicher Randbedingungen sowie für Standortbewertungen zur Verfügung. Diese umfassen unter anderem eine automatische Vorauswahl relevanter Geodatendienste der Geodateninfrastruktur Deutschlands für das Grundstück sowie die Visualisierung und erste räumliche Analysen der Umweltgeodaten. Die Ergebnisse der zu berücksichtigenden Umweltauflagen und -einflüsse unterstützen eine integrative Bauplanung und werden in einer erweiterbaren Informationstabelle gesammelt.

Im Teilanwendungsfall „Umweltfachgutachten“ können die notwendigen projektspezifischen Geodaten zu Umweltfachgutachten im Projektdatenraum hochgeladen und den weiteren Projektbeteiligten zur Verfügung gestellt werden. Abschließend stellt der Teilanwendungsfall Funktionalitäten zur Unterstützung bei der „Prüfung der Einhaltung der umweltrelevanten Randbedingungen“ zur Verfügung. Dies umfasst die gemeinsame Darstellung sowie Analysefunktionen der BIM- und GIS-Daten im baulich-räumlichen Bezug. Damit ist der Anwendungsfall ein Beispiel für einen domänenübergreifenden Service.

In den kommenden Monaten wird IPROconsult die entwickelten Prototypen schrittweise auf seinen Social-Media-Kanälen vorstellen und näher erläutern. Im dritten iECO-Konsortialtreffen wurde der entwickelte Prototyp „Regelchecker“ erstmals dem Projektträger sowie dem Konsortium präsentiert und die fachtechnische Umsetzung detailliert erläutert. Die entwickelten Grundlagen sind gleichzeitig ein wichtiger Bestandteil des Distributed Digital Twin, der allen Projektteilnehmern – unter Einhaltung der Gaia-X-Prinzipien – einen digitalen Zwilling über den gesamten Gebäudelebenszyklus zur Verfügung stellt. Auch hierbei werden Daten nicht an einen zentralisierten Dienst übertragen, sondern Daten und Informationen der Teilnehmer miteinander verknüpft, unabhängig vom Datenspeicherort.