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BIM in der Fertigteilindustrie

• Abb. 1 Fertigteilhalle: Stützen, Binder, Paneele.

• Abb. 2 3D Bewehrung einer hochbewehrten Stütze.

• Abb. 3 Elementplan: Ausschnitt aus automatisch...

• Abb. 4 Elementplan: Layout Editor zur Erstellung...

• Abb. 5 Übertragung von komplexen Elementen und...

• Abb. 6 Balkonplatte, geneigte Flächen und Kanten...

• Abb. 7 Hochbewehrte Stütze, Schnittführung und...

BIM, das „Building Information Modelling“ beschreibt einen integrierten Gesamtprozess für das Planen, Bauen, und Nutzen von Bauwerken. Als Erweiterung des klassischen CAD schafft BIM die Grundlage, um alle Beteiligten zeitnah mit konsistenten Informationen zu versorgen. In kaum einem anderen Bereich der CAD Anwendungen spielt BIM eine so große Rolle wie bei der Planung von Fertigteilen. Planung, Produktion, Lieferung und Montage liegen häufig in einer Hand, so dass eine integrierte Lösung auch sofort direkten Nutzen bringt.

Werke mit Umlaufanlagen und Robotern

BIM bedeutet zunächst 3D-Konstruktion. Darüber hinaus, dass weitere nicht geometrische Informationen, wie beispielsweise die Oberflächenbeschaffenheit eines Fertigteils, beschrieben werden können. Damit sind nachfolgende Arbeiten direkt und ohne erneute Dateneingabe zu realisieren. Der Vorteil ist offensichtlich: kein neuer Dateninput, keine Fehlerquelle, sofortige Berechnungen.

Die Vorzüge dieser 3D Anwendungen haben sich bei flächigen Fertigteilen, Decken und Wänden, die hochautomatisiert gefertigt werden, bereits durchgesetzt. Das CAD System Allplan Precast liefert als Ergebnisse der Planung nicht nur Pläne, sondern die kompletten Informationen für die Produktion und die Abrechnung. Damit sind die Grundlagen für einen integrierten Prozess geschaffen.

BIM und Pläne

Heute wie in Zukunft werden weiterhin Pläne gebraucht. Wie bei der Anwendung mit Decken und Wänden werden daher Funktionen für eine automatisierte Planerstellung erforderlich.

Gleichgültig ob mit Decken, Wänden oder konstruktiven Fertigteilen gearbeitet wird, im ersten Planungsschritt wird ein 3D Modell erstellt (Abb. 1).

Die Fertigteilwerke gehen meist so vor, dass das Gebäude als Fertigteilmodell mit den einzelnen Fertigteilen erstellt wird. Häufig werden die Einbauteile für die Montage mit konzipiert um sofort sicherzustellen, dass die Montage störungsfrei abläuft. In weiteren Schritten werden nun die Schal- und Bewehrungspläne für die einzelnen Fertigteile erarbeitet. Allplan Precast bietet hier eine einzigartige Technologie – den „Elementplan“.

Mit der Elementplantechnologie genügt ein Klick auf das Fertigteil und der Plan ist nahezu perfekt und vollautomatisch vorhanden. Ansichten, Schnitte, Maße, Stempelfeld, Kennzeichnungen (Abb. 2 und 3).

Damit alle Typen von Fertigteilen ihr typisches Layout haben, gibt es einen graphischen Layout Editor mit dem sich beliebige und individuelle Planvorlagen einfach gestalten lassen.

Graphischer Planlayouter

Für einen bestimmten Fertigteiltyp, beispielsweise eine Stütze, wird ein allgemein gültiges Planlayout mit Schnitten, Ansichten, Maßketten, Beschriftung, Legenden und Stempelfeld definiert (Abb. 4). Dazu werden Festlegungen zum Aussehen des Planes getroffen. Mit dieser einmaligen Vorbereitung hat man die Gewähr, dass man lesbare und bauspezifische Pläne erhält, zumal sich wahlweise Geometrie, Bewehrung, Einbauteile usw. getrennt schalten lassen. Bei einfachen Bauteilen muss der automatische Plan nicht nachgearbeitet werden und selbst für die komplexesten Bauteile wird ein sauberes firmenspezifisches Layout erstellt, das dann mit aller Liebe zum Detail weiter ausgearbeitet werden kann.

CAD im CAD – BIM darf keine Einbahnstraße sein

Die Bewehrungskonstruktion und die Einarbeitung der Einbauteile erfolgt in diesem Planlayout. Einfach deshalb, weil die Bewehrungskonstruktion in einer 3-Tafel-Projektion mit Ansichten und Schnitten wesentlich leichter fällt als in einer Isometrie. Ein Bügel ist im Schnitt leicht einzugeben, die Verlegung besser in der Ansicht. Letztendlich entsteht aber ein 3D Bewehrungskorb. Wenn also ein weiterer Schnitt erforderlich wird, ist dieser automatisch richtig. Gleichgültig wo man arbeitet, im Modell oder im Elementplan, die Informationen werden gleichzeitig in jeder Darstellung mitgeführt.

BIM mit Allplan Precast ist also keine Einbahnstraße wo man zum Ändern ins Modell muss, da die Modifikationsmöglichkeiten beim automatisch generierten Plan zu rudimentär sind. Dieses Programm ist „CAD im CAD“, das in beiden Richtungen funktioniert und konsistente Pläne und Daten liefert.

Bewährte 2D Techniken im 3D Modell

Etwas zu kopieren ist in 2D absolut problemlos. Das Kopieren mit aufwändig konstruktiver Bewehrung um eine Fensteröffnung - vielleicht noch in einer schräg stehenden Wand - ist in 3D mühsam bis nicht praktikabel. Es müssten Abstände und Winkel sowie die exakte Lagentiefe ermittelt werden, und dies ist den meisten Planern mit Recht zu aufwändig. Es gibt daher eine Übertragungsfunktion, die dies in einem Schritt erledigt, und die Bewehrung samt Einbauteile lagerichtig einpasst (Abb. 5).

Eine Balkonplatte, deren Oberseite in unterschiedliche Richtungen und Neigungen entwässert wird, ist selbst in 2D nur aufwändig zu konstruieren. Viel einfacher ist dies im Modell, wenn es einen Ebenen-Modellierer gibt, der sich automatisch mit den vertikalen Körpern verschneidet, oder umgekehrt vertikale Körper sich automatisch bis zu dieser Ebene ausdehnen (Abb. 6). Derartige Funktionen machen Vorteile von 2D mehr als wett und leisten einen wertvollen Beitrag zu gesicherter Qualität und Effizienz.

Mutterpausen – bewährte Praktiken neu belebt

Sie kennen noch die Mutterpausentechnik? Durch CAD überholt, gewinnt diese jetzt mit BIM quasi wieder an Bedeutung.

Die Automatisierung der Planerstellung heißt zunächst, dass für jedes Fertigteil ein automatischer Plan erstellt wird. Beim Einsatz von Schalungsrobotern im Bereich Decken und Wände ist dies selbstverständlich, bei konstruktiven Fertigteilen benötigt man andere Grundlagen.

Gleiche Fertigteile müssen auf einem Plan inklusive der Stückzahl erfasst sein. Dies bedeutet, dass Allplan Precast die Fertigteile prüft und feststellt, ob die Geometrie, die Bewehrung, die Einbauteile und Attribute wie Betongüte genau übereinstimmen. Ist dies der Fall werden diese Fertigteile auf einem einzigen Elementplan mit der Stückzahl dokumentiert.

Sicherlich wird einmal ein Fertigteil aus einer solchen Gruppe geändert werden müssen. Jetzt stellt das Programm sicher, dass die Beschriftung auf dem Übersichtplan, und die Stückzahlen auf den Elementplänen automatisch richtiggestellt werden. So wird gewährleistet, dass Gebäudemodell und Montageplan sowie die einzelnen Pläne für Fertigteilproduktion mit Beschriftung und Stückzahlen immer übereinstimmen. Änderungsmanagement wird so leicht gemacht.

Bei einer Änderung im Modell wird stets ein neuer Plan generiert. Gibt es für dieses Fertigteil bereits einen manuell aufbereiteten Plan, wäre es ärgerlich, wenn nun diese Arbeit zunichte gemacht würde, daher konserviert Allplan diese manuellen Ergänzungen weitgehend. Der Planer kümmert sich nur um Anpassungen, die beispielsweise bei der Bewehrung erforderlich werden.

Allplan Precast leistet noch mehr, ein derart aufbereiteter Plan kann ohne weiteres auf ein ähnliches Fertigteil übertragen werden, so dass man wie früher bei der Mutterpause nur noch geringfügige Änderungen vornehmen muss, um für das neue Fertigteil einen korrekten Plan zu haben. Die Nachteile der früheren Mutterpause gibt es natürlich nicht.

Organisation

BIM schafft die Grundlage, um alle Beteiligten zeitnah mit konsistenten Informationen zu versorgen. Mit Allplan Precast wird die Konstruktionsarbeit geleistet. Neben den in Papierform verfügbaren Plänen und Stücklisten, also den üblichen Ergebnissen der Planungsarbeit, sind somit auch virtuelle Fertigteile entstanden. Schön zu betrachten und zu begutachten, aber wer kann damit umgehen? Da sich PDF etabliert hat, und jeder zumindest einen PDF Viewer auf seinem Rechner hat und damit umgehen kann, ist dies ein geeignetes Werkzeug.

PDF Daten können ohne weiteres von Allplan importiert, strukturiert und exportiert werden. Mehr noch, Allplan speichert die Daten in Original Adobe Technik, so dass jeder „nicht CAD Anwender“ die 3D-Modelle nicht nur betrachten kann, sondern er kann in diesen Modellen z.B. auch messen, Notizen einbringen, oder selbst Schnitte legen.

Die Werke nutzen PDF 3D um Ihre Angebote transparenter zu machen. Der Qualitätsbeauftragte nutzt PDF 3D um im Werk das virtuelle Fertigteil mit dem entstehenden Fertigteil abzugleichen (Abb. 7). Besonders innovative Kunden haben einen Bildschirm in der Produktion und arbeiten nur noch mit PDFs als Plan und Modell.

ERP im Fertigteilwerk – von der Konstruktion zur Montage

Heute sind es die klassischen ERP Systeme (Enterprise Resource Planning), die die Aufgaben im Vertrieb, der Arbeitsvorbereitung, der Produktion sowie der Lieferung und Montage unterstützen. Der Daten- und Informationsfluss zwischen den unterschiedlichen Systemen in Konstruktion, Produktion und ERP basiert aber meist auf sehr einfachen Datenschnittstellen, und dem Transfer von Datenfiles.

Die Zukunft ist aber ein kontinuierlicher Informationsfluss und Datenabgleich, mit der Vereinfachung der betrieblichen Organisation und Eliminierung von Fehlerquellen. Und wenn man schon virtuelle Fertigteile hat, werden in Zukunft Aufgaben wie die Lieferplanung, die Produktions- und Montageplanung nicht mehr alphanumerisch über Kolonnen von Zahlen gelöst, sondern graphisch, da jetzt sämtliche Informationen zu einem Fertigteil sichtbar und verfügbar sind. Mit dem PP Manager werden diese Aufgaben graphisch wie alphanumerisch abgewickelt, erste Erfahrungen von Pilotkunden zeigen, dass dies der richtige Weg ist.

Zusammenfassung

BIM im Bauwesen ist noch weitgehend eine Vision; da interdisziplinär gearbeitet wird, verhindern auch Haftungsfragen ein rasche Entwicklung. Im Fertigteilwerk dagegen ist BIM heute schon Mission. In hoch automatisierten Werken mit Decken- und Wandproduktion profitiert man von den Vorzügen integrierter Lösungen, und es gibt mit Allplan Precast keinen Grund, dies nicht auch auf konstruktive Fertigteile auszudehnen.

Gunther Wildermuth