Aussichtsplattform Wolkenhain: Vollack Hallen- und Stahlbau setzt auf BIM
120 Meter über dem Meeresspiegel thront die Aussichtsplattform Wolkenhain inmitten des Berliner Kienbergs. Vom Wahrzeichen der Internationalen Gartenausstellung 2017 hat der Besucher einen Blick bis ins Berliner Stadtzentrum und darüber hinaus. Nachts wird der obere Teil der Konstruktion, der einer Wolke ähnelt, verschiedenfarbig illuminiert.
Für das anspruchsvolle Bauwerk setzte das ausführende Unternehmen, die Vollack Hallen- und Stahlbau GmbH & Co. KG, ganz auf Building Information Modeling (BIM). Mithilfe der modellbasierten Planung und Ausführung gelang es dem Unternehmen, das komplexe Konzept der Stahlkonstruktion umzusetzen.
Am Anfang steht das 3D-Modell
Am Anfang eines BIM-Prozesses steht für Vollack Hallen- und Stahlbau stets das 3D-Modell. Im Projekt Wolkenhain hatte bereits der verantwortliche Architekt ein erstes 3D-Modell mit der Software Rhino erstellt. Vollack wurde nun die anspruchsvolle Aufgabe zuteil, die Konstruktion in Zusammenarbeit mit dem Statiker zu realisieren. Der Stahlbauer mit Niederlassungen in Karlsruhe und im thüringischen Mihla verantwortete die Planung, Fertigung und Ausführung des Bauwerks.
Die Konstruktion besteht aus 160 massiven Kugelknoten mit bis zu neun Anschlüssen, die die Verstrebung der Aussichtsplattform zusammenhalten. Die aus einer transluzenten Membran bestehende Wolke ruht auf schlanken, unregelmäßig angeordneten Stahlstützen. Diese sind den Stämmen eines Baumhains nachempfunden. Mithilfe der BIM-Software Tekla Structures von Trimble plante Vollack die gesamte Stahlkonstruktion. Aus dem erzeugten Modell wurden die Kugelschwerpunkte als X-, Y- und Z-Koordinaten ausgelesen und in einem speziellen Messprogramm der Werkstatt zur Verfügung gestellt. In einer extra angefertigten Vorrichtung wurden die Kugelknoten zusammengefügt. Die dabei einzustellenden Längen- und Breitengrade der Rohrabgänge kamen aus dem Modell. Jede Kugel hatte einen definierten Südpol und somit alle erforderlichen Winkelangaben. Vier bis fünf dieser Knoten wurden mit Verbindungsrohren zu einem Rahmen gefügt und mehrere Rahmen zu einem Segment. Alle Distanzen wurden dabei mit Laser vermessen. Fast jedes Teil der Konstruktion ist ein Unikat. Ohne die 3D-Planung in Tekla Structures wäre das anspruchsvolle Konzept des Wolkenhaines nur schwer umzusetzen gewesen. „Wir haben schnell gemerkt, dass aufgrund der komplexen Geometrie so viele Verbindungen an einem Punkt zusammentreffen würden, dass wir mit konventionellen Planungsmethoden keine Chance hätten, dieses Projekt zu realisieren“, erklärt Konstrukteur Jürgen Tasch, verantwortlich für die BIM-Planung des Projekts. „Ohne 3D-Software wäre es zwar denkbar, das Ganze mathematisch zu errechnen, aber in der Werkstatt ließe sich das so nicht mehr umsetzen.“
BIM-Koordination mit den Projektpartnern
Anhand des 3D-Modells konnte Vollack dem Bauherren und Architekten die Komplexität des Bauvorhabens aufzeigen und das Konzept für die Umsetzung genau erläutern. Das Tekla-Structures-Modell bildete dabei die Grundlage der regelmäßigen Baubesprechungen mit dem Auftraggeber. Die verbesserte Visualisierung des Projekts anhand des Modells ist nur einer von vielen Vorteilen einer 3D-Planung. „Vor allem das Änderungsmanagement ist um ein vielfaches effizienter“, erklärt Jürgen Tasch. „Zeichnungen werden direkt aus dem 3D-Modell generiert. Ändert sich die Planung, werden auch die Zeichnungen aktualisiert.“
Der größte Mehrwert von BIM liegt aber in der besseren Koordination mit den Projektpartnern. Vollack nutzte das Tekla-Structures-Modell als zentrales Ausführungsplanungsmodell für alle nachfolgenden Gewerke. Mit dem für die Geländerplanung zuständigen Nachunternehmen tauschte Vollack die Modellinformationen über das IFC-Format aus. Das vom Verband buildingSMART entwickelte, offene Austauschformat gilt als bevorzugtes Datenformat für die BIM-Koordination. 3D-DWG-Daten der Kugelknoten gingen an die Fremdfertigung, welche die Rohrverschneidungen mit Schweißnahtvorbereitungen verantwortete. Auch die Koordination mit den Partnern für Fahrstuhlbau, Fassadenbau und Membranbau wurde per STEP und DWG-Dateien über das Modell koordiniert.
Das BIM-Modell in der Fertigung und auf der Baustelle
Insbesondere die Fertigung profitierte im Projekt Wolkenhain von den klaren und eindeutigen Informationen des BIM-Modells. Das Team in der Werkstatt konnte über einen Laptop jederzeit auf das 3D-Modell der Aussichtsplattform zugreifen, um sich ein genaues Bild von komplexen Situationen zu machen und Fragen zu klären. Die NC-Daten wurden direkt aus dem Tekla-Modell an die Fertigung übergeben. Dank der 3D-Planung in Tekla Structures konnte der Stahlbauer die Zahl der Zeichnungen deutlich reduzieren. Das Modell ersetzte dabei beispielsweise zusätzliche Übersichtszeichnungen, da Positionsnummern, Längen, Gewichte und Material direkt aus der BIM-Software abgelesen werden konnten.
Vollack war es so möglich einen extrem hohen Vorfertigungsgrad zu erreichen und ein straffes Montagekonzept zu erarbeiten. Ein Großteil der Konstruktion konnte unter geschützten Bedingungen in der Werkstatt zusammengebaut und geschweißt werden. Auch dies erhöht die Planungssicherheit und ersparte dem Team auf der Baustelle viel Zeit und Nerven. Die vorgefertigten Teile wurden in 16 Segmenten mit Sondertransporten zur Baustelle gebracht und vor Ort montiert. Verdeckte Schraubverbindungen ermöglichten eine effiziente Montage. Witterungsanfällige Baustellenschweißungen konnten vermieden werden. „Mit 3D-Planung und BIM können wir alles so bauen, dass es auf der Baustelle nur noch zusammengesetzt werden muss. Jedes Teil passt, nichts kann vertauscht werden“, erklärt Konstrukteur Jürgen Tasch. Die modellbasierte Planung hilft dem Stahlbauer, sich bereits bevor das erste Teil konstruiert wird, Gedanken über die Baustelle und die spätere Ausführung zu machen. Das zahlt sich hinterher immer aus.
Vorreiter der Branche
Wenn es um das Thema Building Information Modeling geht ist Vollack Hallen- und Stahlbau einer der Vorreiter der Branche. Durch 3D-Modellierung und BIM kann das Unternehmen anspruchsvolle Projekte intelligent und effizient umsetzen und bietet seinen Kunden so echten Mehrwert. Im Projekt Wolkenhain traf Vollack auf engagierte Partner, die ebenfalls auf die Vorteile modellbasierter Planung und Ausführung setzen. Der Weg zu einem flächendeckenden Einsatz von BIM in Deutschland ist aber noch weit. Nicht alle Unternehmen der Branche stehen dem Thema bereits so aufgeschlossen gegenüber. Jürgen Tasch stößt noch häufig auf Skepsis seitens der Projektpartner.
„Wir führen unsere Partner langsam an das Projekt und seine Struktur heran. Die Menschen sollen überzeugt werden und sich nicht überredet fühlen“, erklärt Tasch. Dafür bringt er zunächst das Notebook zur Baubesprechung mit: Wo sich sonst Beteiligte komplexere Details des Projekts möglicherweise nicht mehr vorstellen können, gelingt es ihm, das Projekt zu veranschaulichen. Vollack schafft es, zu überzeugen, indem das Unternehmen seine Partner dort abholt, wo sie stehen. Das beginnt beispielsweise damit, auch Partner, die selbst nicht mit dem Modell arbeiten, über ein 3D-PDF-Dokument an dieses heranzuführen. So lernen sie das Projekt besser verstehen. Verlässt Tasch die Baubesprechung, wird aus der anfänglichen Skepsis am Ende meist eine Aufforderung, den „Laptop und das 3D-Modell nächstes Mal wieder mitzubringen“. Der erste Schritt zu einer gemeinsamen BIM-basierten Planung und Koordination ist dann oft geschafft.
Mehrwert für den ganzen Gebäudelebenszyklus
Von BIM-basierter Planung und Ausführung profitiert das gesamte Projekt. Dies gilt vor allem dann, wenn der Architekt bereits ein möglichst gut ausgearbeitetes Modell bereitstellen kann. Je mehr Informationen dem Stahlbauer am Anfang zur Verfügung stehen, umso genauer kann er das eigene, leistungsfähige Angebot gestalten. Was anfangs nach mehr Arbeit aussieht, ist in späteren Phasen des Projekts unbezahlbar. Die gesteigerte Effizienz im weiteren Verlauf des Projekts nutzt dabei allen Gewerken.
Vollack geht neue Wege, um in Kombination mit BIM moderne Technologien zu erproben – ob im Büro oder auf der Baustelle. In mehreren Projekten hat das Unternehmen bereits den Mehrwert von 3D-Laserscanning getestet. Die mit dem Laserscanner aufgenommene Punktwolke kann dabei in die BIM-Software zurückgeführt werden. Vor allem für die spätere Wartung und Instandsetzung von Bauwerken eröffnen sich hier spannende Möglichkeiten. Treten beispielsweise bei einer Brücke über die Jahre verschleißbedingte Schäden auf, kann mithilfe eines Laserscans schnell die Situation vor Ort aufgenommen werden. Existiert dann bereits ein 3D-Modell, lässt sich der Scan problemlos mit der ursprünglichen Konstruktion abgleichen. „Dadurch sehen wir direkt, wenn sich beispielsweise etwas verformt hat oder wie eine spezifische Stütze ersetzt werden kann“, erklärt Jürgen Tasch. „Das eröffnet ganz neue Möglichkeiten.“
Der Branche Mut machen
BIM-basierte Prozesse und Technologien bringen viele Chancen mit sich. Mit seiner langen digitalen Vorgeschichte hat der Stahlbau großes Potential, den Wandel mitzugestalten und sich neu zu erfinden. Konstrukteur Jürgen Tasch will der Branche daher Mut machen, sich aktiv in den Prozess einzubringen. „Als Stahlbauer haben wir das Know-how und die Erfahrung. Wir sind verantwortlich für die Ausführung. Deshalb sollten wir uns die BIM-Koordination nicht aus der Hand nehmen lassen, sondern uns aktiv einbringen“, bekräftigt er. „Wenn Menschen BIM als neue Technologie einmal erlebt und gute Erfahrung gemacht haben, dann sind sie begeistert.“
Vollack Hallen- und Stahlbau wird auch künftig als einer der Vorreiter der Branche vorangehen und die Möglichkeiten von BIM in komplexen Projekten immer wieder aufs Neue demonstrieren.
Dieser Artikel erschien erstmals in der metallbau, Ausgabe 12/2018.
Bildmaterial: Lichtschwärmer; Vollack Hallen- und Stahlbau