Digitale Arbeitsmethoden in der Architektur

4. Januar 2021

Der Einsatz digitaler Arbeitsmethoden ist bei Architekten, Ingenieuren und Fachplanern seit vielen Jahren üblich. Allerdings müssen diese digitalen Arbeitsmethoden ständigen Innovationsprozessen unterworfen werden und mit der zunehmenden Komplexität mittlerer und großer Bauvorhaben mithalten. Eigentlich sollte es selbstverständlich sein, so effektiv wie möglich zu handeln. Viele Planer arbeiten jedoch auch im CAD-Bereich immer noch nach den Regeln und Verhaltensweisen der zweidimensionalen Darstellung, weil diese bereits seit Jahrzehnten etabliert sind. Dabei kann die Software heute viel mehr und dieses Plus an Möglichkeiten kann den Arbeitsprozess deutlich produktiver machen.

Bereits beim Entwurf von Gebäuden ist dreidimensionales Arbeiten für den Architekten und Planer der Normalfall. Die ersten kreativen Striche mit dem 6B-Bleistift lassen erkennen, dass bereits bei sehr früheren Überlegungen konsequent dreidimensional gedacht und gearbeitet wird. Auch die Verfeinerung der ersten Entwürfe geschieht mit dreidimensionalen Mitteln: Mit den Möglichkeiten des Modellbaus werden die ersten Ideen geprüft und verfeinert.

Die dann folgenden genaueren Pläne und Genehmigungsplanungen werden innerhalb der Baubranche oftmals wieder in 2D abgebildet. Dies ist zum Teil den von den Bauämtern als Genehmigungsbehörde geforderten Plandarstellungen geschuldet und teilweise der Macht der Gewohnheit. Drei Viertel aller Architekten geben bei der Frage nach der angewendeten Planungsmethode an, anhand zweidimensionaler Zeichnungen zu planen. Sie arbeiten mit ihrer CAD-Software auf die gleiche Art und Weise mit der früher mit Tuschestiften am Zeichenbrett agiert wurde. Sie verwenden ihre CAD-Software wie ein digitales Reißbrett. Ihre Zeichnungen sind elementorientiert und bestehen aus einzelnen Strichen, Kreisbögen, Schraffuren und Beschriftung. Weniger als die Hälfte der Planer im Baubereich setzen 3D-Modelle im Arbeitsalltag ein.

Im Vergleich dazu gilt es im Maschinenbau oder in der Automobilindustrie als unvorstellbar, während der Konstruktionsphase auf eine komplette Dimension zu verzichten. Die Produktentwicklung moderner Fahrzeuge und Maschinen ist ohne eine dreidimensionale Entwurfs- und Planungsphase nicht vorstellbar.

Auch wenn einige wenige Architekturbüros komplett auf die CAD Planung verzichten, kann heute nur noch konkurrenzfähig arbeiten, wer seine computergenerierte Planung sowohl mit professionellen Bauherren als auch mit Fachplanern in Form normierter digitaler Daten austauschen kann.

Der Vorteil der 3D-Planung ist, das lehren die Erfahrungen des Maschinenbaus und der Automobilindustrie, groß. Ein dreidimensionales Bauwerksmodell beschleunigt die späteren Arbeitsschritte. Grundrisse, Schnitte und Ansichten von Gebäuden lassen sich leicht aus den 3D-Daten ableiten und auswerten. Der Vorteil wird von vielen Planern nicht erkannt, denn nicht wenige Architekten nutzen 3D-Modelle nur zu Präsentationszwecken bei Bauherren und Investoren oder als Illustration in Architekturwettbewerben. Diese 3D-generierten Computermodelle dienen  ausschließlich der visuellen Darstellung und können aufgrund der fehlenden zuverlässigen Datenbasis nicht als Grundlage für die vertiefende Planung herhalten. Solche Animationen sind mit echten 3D-Gebäudemodellen nicht zu vergleichen.

Vorteile der bauteilorientierten 3D-Planung

Die Komplexität von Bauvorhaben nimmt stetig zu. Das liegt an der rasanten technischen Entwicklung und zunehmend höheren gesetzlichen Bestimmungen. Zudem führt die fortschreitende Komplexität zu einer Spezialisierung im Bau- und Planungsprozess. Dem Bau eines Gebäudes geht eine umfangreiche und detaillierte Detailplanung voraus. Architekten, Bauingenieure und viele Fachplaner tauschen nach der Entwurfsphase eine große Zahl von Werkplänen aus, bis letztlich eine Fassung vorliegt, die an den Baustellen die Vorlage für die Realisierung des ursprünglichen Entwurfs ist. Das bauteilorientierte 3D-Modell macht, im Gegensatz zur zweidimensionalen Plandarstellung,  die Kommunikation unter den Architekten und Ingenieuren und deren Zusammenarbeit transparenter.

Die durchgängige Anwendung einer bauteilorientierten, dreidimensionalen Gebäudeplanung erschafft zudem Mehrwerte. Bauteilorientierte Pläne bestehen nicht nur aus Linien und Kreisbögen, sondern aus Elementen, aus denen neben der Höhe des Bauteils viele weitere Informationen enthalten sind. Diese Informationen beschreiben unter anderem allgemeine Eigenschaften wie die Wanddicke, Wandmaterialien und Oberflächen, sie können aber auch Angaben zu Wärmedurchgangskoeffizienten, technischen Einbauten und Energieeinträgen beinhalten. Daraus lassen sich bauphysikalische Eigenschaften heraus lesen, die Basis für EnEV- und Schallschutznachweise sind.

Bibliotheken für Standartbauteile haben das Potential das Planen und Konstruieren deutlich zu beschleunigen. Mit beliebig vielen Informationen versehene Standartbauteile können projektübergreifend genutzt werden. Je nach Art der Plandarstellung, ob als Werkplan oder als Bewehrungsplan, können die Bauteilinformationen als automatisch erzeugte Bauteilbeschreibung neben dem Bauteil platziert und zusätzlich als Raumbücher oder Massentabellen generiert werden.

Innovative internationale Architekturbüros arbeiten bereits in frühesten Entwurfsmodellen mit computergenerierten Formen. Ein 3D-Modell kann vom ersten Gebäudeentwurf über die Werkplanung bis hin zum vollständigen Bauwerk inklusive Raumbuch, über die Haustechnik und Möblierung unter Einbeziehung aller Fachplaner ständig fortgeschrieben, verändert oder erweitert werden. Innerhalb des 3D-Modells lassen sich sämtliche Bauherrenanforderungen, die für jeden Fachplaner Basis seiner eigenen Leistungen sind, raumbezogen mitschreiben. Was früher in Papierform schriftlich festgehalten werden musste kann heute direkt und rechtssicher im 3-Modell notiert werden.

Mehr Transparenz mit der Bauteilmethode

Ein permanenter Datenaustausch aller Planungspartner stellt sicher, dass jeder Fachplaner zu jedem Zeitpunkt mit einem identischen Planungsstand arbeitet. In der Regel arbeiten alle Fachplaner gleichzeitig oder mit nur geringem zeitlichem Abstand am Projekt und erzeugen große Datenmengen, die jederzeit allen Planungsbeteiligten zur Verfügung stehen müssen. Die 2D-Arbeitsweise kann niemals alle Gebäudeinformationen mit der gleichen Zuverlässigkeit transportieren wie die Bauteilmethode. Bei komplexen Bauvorhaben wird es mit der 2D-Arbeitsweise schnell unübersichtlich, weil neben den Plänen auch beschreibende Raumbücher und Leistungsverzeichnisse geführt werden müssen. Planungen müssen aber auch über Länder- und Sprachgrenzen hinweg funktioniert. Nur mit der 3D-Bauteilmethode lassen sich Änderungen ohne Zeitverlust zuverlässig allen Planungspartnern mitteilen. Kollisionen oder räumliche Probleme können visuell, ohne „Umwege“ wie dem Erstellen von Deckenspiegeln, Schnitten oder Detailzeichnungen, identifiziert werden. Einbau- oder Wartungsszenarien sind durch die 3D-Darstellung bereits in jeder Planungsphase möglich.

Daten bilden den Lebenszyklus eines Gebäudes ab

Die Vorteile einer »digitalen Kette« zwischen allen Planungsbeteiligen und zwischen allen Phasen der Planung sowie eines vollständigen 3D-Gebäudemodells sind mehr als Theorie. Investoren und Bauherren verlangen zukünftig nicht nur eine mangelfreie Errichtung ihres Bauwerks, sondern zusätzlich sämtliche Gebäudedaten die für die Bewirtschaftung des Neubaus notwendig sind. Weil diese Daten nach HOAI als Besondere Leistungen anzusehen sind, die nicht automatisch vom Architekten geschuldet werden, kann nach aktueller Rechtsprechung eine separate Vergütung verhandelt werden.

Diese Gebäudedaten sind zukünftig Grundlage für die Bewirtschaftung und Instandhaltung über die vollständige Standzeit eines Gebäudes hinaus.  Umbauten, Sanierungen und Erweiterungen werden in das bei der Erstplanung generierte Datenvolumen integriert. Der Energieverbrauch eines Gebäudes und die Lebensdauer von Bauteilen werden mit sogenannten „smarten Technologien“ (Smart Home) langfristig überwacht und während der Gewährleistungsfristen mit den Planungsvorgaben abgestimmt. Architekten und Planer werden nicht nur bei Bauschäden in Regress genommen, sondern auch, wenn die geforderten Leistungsdaten des mangelfrei geschuldeten Bauwerks nicht mit den tatsächlichen Werten übereinstimmt. Auch der Abriss eines Gebäudes und die Verwertung der Baumasse wird aufgrund der Datenlage kalkuliert werden.

Architekten und Ingenieure müssen Innovationsführer bleiben, sonst erleben sie, dass ihre Leistungen in Ländern entstehen, deren Lohnkosten konkurrenzlos sind. Die intime Kenntnis aller DIN-Normen schützt nicht davor Planungsleistungen an fremde Länder zu verlieren. Digitale Daten kennen keine Ländergrenzen und lassen sich durch moderne Bibliotheken und Werkzeuge überall erzeugen.

Planer müssen sich aktiv den neuen Marktforderungen stellen und bestehende lösungsorientierte und ausgereifte Planungswerkzeuge in ihrer gesamten Wertschöpfungskette kompetent einsetzen. In der dreidimensionalen, digitalen Arbeitsmethoden steckt ein erhebliches Potenzial zur Steigerung von Qualität und Effizienz im gesamten Bau- und Nutzungsprozess. Dieses darf nicht ungenutzt bleiben.

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