12. Mai 2021

Building Information Modeling (BIM) und Augmented Reality (AR) bieten Qualitätssicherung im Bauablauf und unterstützen Wartungsarbeiten

BIM bietet nicht nur während der Entwurfs- und Planungsphase neue Möglichkeiten der Zusammenarbeit, Abstimmung und Fehlerminimierung. Auch zur Bauausführung ist das entstandene Building Information Model hervorragend geeignet, um die korrekte Herstellung des Werks zu überprüfen – und zwar mithilfe von AR-Technik.

Je früher ein Ausführungsfehler im Bauablauf erkannt wird, desto geringer ist der Aufwand zur Beseitigung des Mangels. Baubegleitende Qualitätsprüfungen sind ein wirksames und im Verhältnis kostengünstiges Instrument, um ein qualitätsvolles Bauergebnis zu erhalten und Fehlerkosten zu reduzieren.

In Deutschland ist das Baugeschehen jedoch trotz vielfacher gegenteiliger Bemühungen durch mangelhafte Bauplanung, -leitung und -ausführung von einem nicht unbeträchtlichen Fehlerkostenanteil gekennzeichnet. Dies liegt u. a. daran, dass an einem Bauprojekt viele unterschiedliche Akteure beteiligt sind, der Fachkräftemangel steigt und die Durchführung von Bauvorhaben immer komplexer wird. Und die Folgen sind enorm: Der entstandene Fehlerkostenanteil – z. B. im Jahr 2019 – lag im Schnitt bei rund 15,4 % des gesamten Branchenumsatzes [1]. Dies entspricht, bezogen auf den statistisch erfassten baugewerblichen Gesamtumsatz von 135 Mrd. Euro im Jahr 2019, einer Summe von 20,8 Mrd. Euro. Die daraus abgeleitete Notwendigkeit zur Verbesserung der baubegleitenden Qualitätssicherung macht neue Ansätze notwendig, Ausführungsleistungen effektiver zu überprüfen und Mängeln vorzubeugen.

Digitalisierung = Chance für eine bessere Bauqualität
Ein noch junger Ansatz liegt in der Digitalisierung. Derzeit bestimmt der technologische Fortschritt sowohl das Privatleben als auch die Arbeitswelt in nie gekannter Schnelligkeit. In der Baubranche stellt besonders BIM einen neuen, revolutionären Ansatz zur Digitalisierung dar. Viele Unternehmen werden dadurch vor neue Herausforderungen, aber auch vor neue Chancen gestellt. Durch die Verfügbarkeit strukturierter Informationen in einem intelligenten 3D-Bauwerksmodell – dem digitalen Zwilling – können neue Arbeitsmethoden und Softwarewerkzeuge entstehen, die Planungsergebnisse transparenter, Informationen gezielt verfügbar und Prozesse weitgehend automatisierbar machen.

Es hat sich gezeigt, dass BIM in erster Linie in den Leistungsphasen 3 bis 5 zum Einsatz kommt. Etwa 90 % der BIM-Nutzer arbeiten im Rahmen der Entwurfs-, Genehmigungs- und Ausführungsplanung mit der Arbeitsmethode. In der Phase der Bauausführung sind es hingegen nur noch 37 % [2]. Daher bietet BIM gerade in der Ausführungsphase noch viel Potenzial.

AR in der Ausführungsphase
Unter AR (Augmented Reality, deutsch: erweiterte Realität) versteht man im Allgemeinen die Anreicherung der Realität durch künstliche, virtuelle Inhalte. Es kommt zu einer Verschmelzung von Realität und Virtualität. Entscheidender Aspekt dabei ist, dass die Erweiterung der Realität nicht statisch ist, sondern kontinuierlich an den aktuellen Standort und die aktuelle Blickrichtung des Betrachters angepasst wird. Diese erweiterte Realität wird auf einem Endgerät dargestellt. Gängige Endgeräte für die Ausgabe sind z. B. Handheld-Geräte (Tablets oder Smartphones) und Head-Mounted-Displays (Datenbrillen) [3].

Mittels AR ist es möglich, das BIM-Modell aus der Planungsphase auf der Baustelle lagegetreu sichtbar zu machen und einen einfachen visuellen Soll-Ist-Abgleich zwischen virtuellem Modell (Soll) und ausgeführter Bauleistung (Ist) vorzunehmen.

Verschiedene Apps für Smartphone und Tablet, wie „Gamma AR“, „TwinBIM“ oder „Umbra 3D Composit“, ermöglichen die Darstellung des BIM-Modells auf der Baustelle mittels AR. Auf dem Bildschirm des mobilen Endgeräts wird die Kamerasicht der realen Umgebung gezeigt und um virtuelle Elemente aus dem BIM-Modell ergänzt (Bild 1).

Die digitalen Bauteile aus dem 3D-Modell werden mit den reellen, ausgeführten Objekten auf der Baustelle überlagert. Ausgeführte Leistungen können dadurch schnell und einfach hinsichtlich Einbauort, Ausrichtung, Größe oder Bauteiltyp abgeglichen werden. Sind alle Leitungen vollständig installiert worden? Befinden sie sich an der richtigen Stelle, in der richtigen Dimensionierung und Ausrichtung? Fehler können frühzeitig erkannt werden und ein langwieriges Suchen der Informationen zu Position, Größe, etc. aus diversen Unterlagen kann entfallen.

Informationen zu Bauteilen
Über das Anwählen eines digitalen Bauteils können weitere Informationen, die im Modell als Attribute hinterlegt worden sind, abgerufen werden (Bild 2). Eigenschaft en des Bauteils, wie Material oder Neigungswinkel, können abgeglichen werden. Wird ein Ausführungsfehler entdeckt, kann dieser über die App direkt an dem entsprechenden Bauteil dokumentiert werden. Die Apps bieten die Möglichkeit, ein Foto und eine (Sprach-)Notiz an das Bauteil anzuhängen. Zudem kann der Ausführungsstatus des Elements angegeben und notiert werden.

Die dokumentierten Ausführungsfehler werden dann auf einer Online-Plattform bereitgestellt und können einfach und transparent mit den zuständigen Personen besprochen werden. Durch die visuelle Darstellung kann mit allen am Bau Beteiligten unmissverständlich gesprochen und über Fehler diskutiert werden.

Auch Head-Mounted-Displays wie die „Microsoft Hololens“ ermöglichen die Darstellung des Modells mittels AR. Sie sind kostspieliger in der Anschaffung, können dafür aber aufgesetzt statt in der Hand gehalten werden. So stehen Mitarbeiter für eine Montage komplexer Elemente beide Hände zur Verfügung (Bild 3 und 4).

Wartung und Betrieb mittels AR
Nach Fertigstellung des Gebäudes kann AR zudem bzgl. Wartung und Betrieb des Gebäudes von großem Vorteil sein. Zu inspizierende Leitungen können lagegetreu aus dem Modell in die Umgebung eingeblendet werden. Die Leitungsführung wird somit z. B. hinter abgehangenen Decken oder Wänden sichtbar, wodurch sich Wartungs- und Reparaturarbeiten erleichtern lassen. Zudem lassen sich neben Positionsermittlungen auch Berechnungswerte aus der Planungs- bzw. Dokumentationsphase aufrufen.

Literatur:
[1] BauInfoConsult: Baukatastrophen „Made in Germany“: fast 21 Milliarden Euro Fehlerkosten in 2019, Pressemitteilung Oktober 2020

[2] Bundesarchitektenkammer: Bundesweite Befragung der Mitglieder der Architektenkammern der Länder – Bericht zum Thema BIM, 2017

[3] Dörner, R., Broll, W., Grimm, P. und Jung, B.: Virtual und Augmented Reality – Grundlagen und Methoden der virtuellen und augmentierten Realität, 2013

Autorin: Leonie Temme, FH Münster, Fachbereich Bauingenieurwesen