Computergestützte Planung im Bestand

Motivation

Das Planen im Bestand besitzt einen hohen Stellenwert in der Architekturpraxis in Deutschland. Bereits heute sind mehr als die Hälfte aller Tätigkeiten der Objektplanung in den Bereichen Sanierung, Umbau und Modernisierung angesiedelt. Die Auseinandersetzung mit dem Thema Planen und Bauen im Bestand als Tätigkeitsfeld des Architekten ist daher unerlässlich.
Betrachtet man aktuelle Computerprogramme für Architekten - insbesondere CAAD als planungsunterstützende Systeme – so ist festzustellen, dass die Bestandsplanung derzeit nicht adäquat unterstützt wird.
Die bisher übliche Trennung der Prozesse Bestandserfassung und Bestandsplanung in separate Teilaufgaben bilden einen Bruch im Arbeitsfluss der Bestandplanung. Die notwendige Informationsweitergabe mittels veralteter Datenformate und der damit einhergehende Informationsverlust bedingen einen Mehraufwand, der sich in Kosten, längerer Bearbeitungszeit und mangelnder Planungssicherheit widerspiegelt. Ein Zusammenspiel der verschiedenen Aspekte der Planung im Bestand auf Basis eines gemeinsamen digitalen Bauwerksmodells existiert derzeit nicht.

 

Situation Planen und Bauen im Bestand [Hommerich05]

Zielsetzung

Ziel des Vorhabens ist die kontinuierliche Weiterverarbeitung von Bestandsdaten im Planungsprozess auf Basis eines gemeinsam genutzen digitalen Gebäudemodells (Konzept des Building Information Modelling). Hierzu gilt es vorhandene IT-Werkzeuge auf deren Eignung hin zu untersuchen und anhand gefundener Defizite neue Werkzeuge zur Planung im Bestand zu konzipieren und prototypisch umzusetzen. Grundlage des Projektes bilden die Ergebnisse des Teilprojektes D2 des Sonderforschungsbereiches 524 zur planungsorientierten Bestandserfassung und zur Abbildung von Bestandsdaten in einem dynamisch anpassbarem Bauwerksmodell.
In der weiteren Bearbeitung sollen die Modelldaten auf Basis der Industry Foundation Classes (IFC) verwaltet und mit dem Konzept des dynamischen Bauwerksmodells kombiniert werden. Auf diese Weise soll ein durchgängiger Datenfluß im Lebenszyklus des Gebäudes – ausgehend von der Bestandserfassung wird die Datenfortschreibung in der Entwurfs- und Ausführungsplanung, der Durchführung sowie Gebäudeunterhaltung ermöglicht – sowie die Übertragbarkeit des digitalen Gebäudemodells in aktuelle und konzeptionelle Planungssysteme durch die IFC gewährleistet werden.

Anforderungen

Grundstruktur Gebäudemodell
In aktuellen CAAD-Systeme entspricht die Struktur des Bauwerksmodells in erster Linie einer Konstruktionsgliederung in Bauteile und Baugruppen. Das Raumgefüge/Gebäude entsteht durch Aneinanderreihung einzelner Bauteile. Die Bestandserfassung erdordert eine Gliederung nach Räumen und daran angrenzende, sichtbare Bauteiloberflächen. Bauteile und Baugruppen – Wände, Decken, Öffnungen – können erst mit Aneinanderreihung einzelnder Räume anhand ihrer Bauteiloberflächen identifiziert werden. Die Bestandsplanung selbst erfordert zusätzlich die Zuordnung von Schäden und Mängeln und entsprechende darauf anzuwendende Maßnahmen. Dabei sind insbesondere die Bauteile/Baugruppen zu berücksichtigen, die typische Schadensbilder aufweisen. Das Gebäudemodell muss somit allen drei Anforderungen – Abbildung von Bauteilen/Baugruppen, Abbildung von Raumelementen und Bauteiloberflächen sowie Abbildung von Eigenschaft und Maßnahmen – entsprechen.

Durchgängiges Datenmodell
Die Abbildung des Gebäudemodells erfolgt auf Grundlage der IFC. Für den Neubaubereich ist diese bereits umfassend formuliert. Die Abbildung von Konstruktionselementen erfolgt mittels abgeleiteter Klassen von IfcBuildingElement und von Raumelementen mittels IfcSpatialStructure-Element. Die Relationen der verschiedenen Elemente untereinander wird mittels abgeleiteter Klassen von ifcRelationship realisiert. Dort wo die spezifischen Anforderungen der Bestandsplanung derzeit nicht abbildbar sind, werden Erweiterungen vorgeschlagen (bspw. die Abbildung von Schäden als Ableitung von ifcElement oder Maßnahmen als ifcTask). Als Basis für das Datenmodell dient die im Rahmen des Teilprojektes D2 des SFB 524 entwickelte „Experimentalplattform FREAK“, welches ein dynamisches Bauwerksodell bereitstellt. Dieses erlaubt es laufzeitdynamisch Bauteil-Klassen, Objekte, Attribute und Relationen durch den Nutzer zu erstellen, zu manipuliert und mit Hilfe beliebiger Geometrien abzubilden. Im Rahmen der Forschungsarbeit wird dieses dynamische Bauwerksmodell für die Implementierung der IFC-Klassen bzw. deren vorgeschlagenen Erweiterungen verwendet.

Parallele Fortschreibung von Erfassung und Planung
In der gängigen Praxis erfolgt die Bestandserfassung im Vorfeld der Planung als vorangestellter, abgeschlossener Prozess. Dabei bleibt unberücksichtigt, dass erst mit Konkretisierung der Planungsziele die Art und der Umfang der benötigten Bestandsinformationen abgeleitet werden können. Die Bestanderfassung ist vielmehr planungsbegleitend, d.h eine Detaillierung der Bestandsdaten erfolgt erst mit aus dem Planungsstand resultierender Notwendig¬keit. Um diesem Anspruch gerecht zu werden, müssen Bestandsdaten und Planungsdaten zeitgleich im Bauwerksmodell abzubilden und jederzeit veränderbar bzw. erweiterbar sein. Hierzu sind Konzepte des Versions- und Konfigurationsmanagements in das Gesamtsystem zu integrierten.

 


Integration von "Fachwissen"
Im Zuge einer Sanierung sind verschiedene Maßnahmen (im Sinne einer Beseitigung von Schäden bzw. Behebung von Mängeln) vorzusehen. Diese werden als Elemente der Planung und damit als Klassen bzw. Objekte (ifcTask) im Bauwerksmodell behandelt. Die anzuwendenden Maßnahmen sind abhängig von der Art des Bauteils/Baugruppe und dem vorgefundenen Schadensbild bzw. dem Mangel. Hier soll eine Anbindung an bereits dokumentiertes Fachwissen (Online-Quellen, Referenzobjekte etc.) durch eine hinterlegte Datenbank dem Planer eine Unterstützung bieten.

Integration in eine CAAD-Umgebung
Der im Rahmen des Teilprojektes D2 des SFB 524 entwickelte Softwareprototyp „Experimentalplattform FREAK“ dient als eine Art „offener Werkzeugkasten“, bei dem einzelne Softwaretools (Clients) auf eine gemeinsame Datenbasis (das dynamische Bauwerksmodell, vorgehalten im Server) zugreifen. In der Experimentalplattform sind mittlerweile IT-Werkzeuge zur schrittweisen computergestützen Bestandserfassung entstanden. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit soll der „offene Werkzeugkasten“ durch Funktionalitäten zur Planung im Bestand erweitert werden. Hierzu ist eine Sofwareanbindung an ein CAAD-System (Autodesk Architectural Desktop) derzeit in der Entwicklung. Ziel ist die Kombination der bereits entwickelten IT-Werkzeuge zur Bestandserfassung und Modellverwaltung mit der vertrauten und bewährten Arbeitsumgebung eines Architekten. Die Geometrie wird dabei getrennt vom Bauwerksmodells als Attribut eines Objektes betrachtet und kann beliebig ausgetauscht bzw. verfeinert werden. Basis der geometrischen Repräsentation innerhalb der „Experimentalplattform FREAK“ bildet ein 3D-Oberflächenmodell bestehend aus Punkten, Linien und Polygonen mit deren Hilfe beliebig geformte Bauteilgeometrien sowohl in Gänze, als auch nur partiell – wenn das Bauteil noch nicht komplett erfaßt ist – abgebildet werden können. Die Geometrieerfassung erfolgt mittels händischer, tachymetrischer und photogrammetrischer Messungen in beliebiger Kombination.

  

Referenzen:
Hommerich, C., Hommerich, N., Riedel, F.: Zukunft der Architeken – Berufsbild und Märkte. Eine Untersuchung im Auftrag der Architektenkammer Nordrhein-Westfalen, 2005 (http://www.bakcms.de/bak/daten-dakten/architektenbefragungen/Zukunft_der...)

Veröffentlichungen

Donath, D., Braunes, J.:
Planungsbegleitende Bestandserfassung als Integration in CAAD.
In: Schriften der Bauhaus-Universität Weimar, Revitalisierung von Bauwerken, Veröffentlichungen des Sonderforschungsbereiches 524 "Werkstoffe und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken", Weimar, 2006, S.143-147

 

Braunes, J.:
CAAD integrierte Planung im Bestand auf Basis eines dynamisch anpassbaren Bauwerksmodells.
In: Forum Bauinformatik 2006, Verlag der Bauhaus-Universität Weimar 2006,
ISBN: 3-86068-291-1, pp. 251-260

Braunes, J., Donath, D.:
Computergestützte Planung im Bestand - von der digitalen Bestandserfassung zur Planungsunterstützung im CAAD
In: Gürlebeck, K., Hempel, L., Könke, C. (Hrsg.), Proceedings of the International Conference on the Applications of Computer Science and Mathematics in Architecture and Civil Engineering (IKM 2006)July 12-14 , CDROM Ausgabe
Weimar, 2006.

Leiter des Forschungsprojektes / Mentor der Arbeit
Prof. Dr.-Ing. Dirk Donath

Beteiligte Wissenschaftler
Dipl.-Ing. Jörg Braunes

Kontakt
Bauhaus-Universität Weimar
Fakultät Architektur
Professur Informatik in der Architektur
Belvederer Allee 1
D-99423 Weimar

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