Beim Ersatzneubau eines Brückenbauwerks an der A3 werden Teile der BIM-Methode neu auf Basis von VESTRA INFRAVISION entwickelt. Kein großes Bauprojekt, aber dafür innovativ für die Digitalisierung des Bauwesens.
Die Brücke „In den Birken“ unterführt die Bundesautobahn A3 nur wenige Meter nördlich des Autobahnkreuzes Hilden. Sie stammt im Kern aus dem Jahr 1936 und wurde im Jahr 1967 beidseitig verbreitert. Aufgrund des schlechten Bauwerkszustands besitzt die Brücke eine begrenzte Restnutzungsdauer bis Ende 2026. Daher sind ein Ersatzneubau und Anpassungen der angrenzenden Verkehrsanlage der Bundesautobahn A 3 auf einer Länge von rund 130 m vorgesehen.
Die Autobahn GmbH des Bundes hat sich als Bauherrin gemeinsam mit der Firma Max Bögl Stiftung & Co. KG dazu entschieden, das Vorhaben als Pilotprojekt umzusetzen. Planung, Ausführung und Projektabwicklung beruhen dabei konsequent auf der BIM-Arbeitsmethode.
Das Beispiel verdeutlicht, dass nicht die Größe eines Projekts ausschlaggebend für die Weiterentwicklung von Methoden und Werkzeugen ist, sondern die gezielte Analyse der eingesetzten Workflows und der daraus gewonnenen Erkenntnisse. „Für die beteiligten Planer stellte das Projekt einen zunächst herausfordernden, letztlich jedoch erfolgreichen Einstieg in die BIM-basierte Projektbearbeitung dar. Maßgeblich hierfür war die enge fachliche Zusammenarbeit mit AKG Software“, sagt Rüdiger Boos, Inhaber der Bürogemein- schaft Boos + Kröll Ingenieure.
Die Brücke befindet sich am nördlichen Ende des Autobahnkreuzes Hilden, wo sich A3 und A46 treffen. Besondere Herausforderung für BIM: Fahrbahnoberfläche und die Achse des Brückenbaus liegen nicht orthogonal zueinander. Foto: AKG Software
BIM-Qualifizierung und Projektverantwortung
Im Rahmen des Projekts leistet die Firma Boos + Kröll Ingenieure als Nachunternehmer der Firma Max Bögl die Planung der Verkehrs- und Entwässerungsanlagen. Für die BIM-konforme Planung setzen Boos + Kröll Ingenieure auf das CAD-System VESTRA INFRAVISION. Mitarbeitende des Ingenieurbüros haben erfolgreich am „Certification Program“ der inovi gmbh teilgenommen und das international anerkannte buildingSMART-/VDI-Zertifikat erworben.
Die BIM-/OKSTRA-konforme Modellerstellung erfolgte auf Basis des von der Firma Max Bögl in Abstimmung mit allen beteiligten Planungsbüros konzipierten BIM-Abwicklungsplans (BAP) einschließlich Modellierungsrichtlinie und Merkmalsliste, die wiederum auf den Auftraggeber-Informationsanforderungen (AIA) der Autobahn GmbH des Bundes aufbaute.
Übergreifende Zusammenarbeit
„Dieses Projekt verdeutlicht den Mehrwert einer engen Zusammenarbeit zwischen Software-Anwendern und -Herstellern“, resümiert Manuela Tielmann, BIM-Expertin bei AKG Software. Im Rahmen des Vorhabens konnte Boos + Kröll Ingenieure beim Einsatz und Verständnis der BIM-Methodik gezielt unterstützt werden. Gleichzeitig wurde das Projekt genutzt, um bestehende Planungsprozesse vertieft zu analysieren und daraus wertvolle Erkenntnisse zur Weiterentwicklung der Software und der angewendeten Methodik zu gewinnen.
So verdeutlichte das Projekt erneut die Grenzen der Querprofilorientierten Ableitung von Körpern in Bereichen mit komplexer Geometrie, insbesondere im Übergang zwischen Verkehrsanlage und Bauwerk. Vor diesem Hintergrund wurde ein alternativer Ansatz zur Modellierung des Brückenbereichs innerhalb des Straßenkörpers untersucht.
Herausforderung Querprofile
Eine planerische Herausforderung bei der Modellierung des Oberbaus der Autobahn stellte insbesondere der Kreuzungswinkel des Bauwerks von 125,7 gon zur Autobahnachse dar. Der benötigte Ausschluss des Brückenbauwerks aus dem Deckenbuch und damit aus den Querprofilen sowie dem dreidimensionalen Modell führte zu einem erhöhten Modellierungsaufwand, da eine Vielzahl zusätzlicher Stationen und Deckenbuchspuren anzulegen war.
Teilmodell „Oberbau Autobahn“ und ausgeschnittener Brückenbereich im VESTRA-BIM-Viewer. Großer Pluspunkt: Die Möglichkeit des Schneidens von Körpern ist auch für weitere Anwendungsfälle gegeben! Körper, die in ihrer Größe unterhalb der Übermessungsregel nach VOB Teil C liegen, werden aus Erd- und Oberbaukörpern nicht ausgeschnitten. Volumenkörper, die oberhalb der Übermessungsregel liegen, werden aus Erd- und Oberbaukörpern ausgeschnitten. Die Schnittmengenberechnung gewährleistet zudem eine nachvollziehbare und differenzierte Mengenermittlung. Foto: AKG Software
Eine vollständig fehlerfreie Umsetzung war in diesem Projekt jedoch nicht erreichbar, da die Fahrbahnachse der Autobahn und die Bauwerksachse schief zueinander verlaufen. Infolge dieser geometrischen Randbedingung treten an der Schnittstelle Berechnungsungenauigkeiten in den Querprofilen auf, die sich in einer fehlerhaften bzw. eingeschränkt nutzbaren 3D-Darstellung manifestieren.
In VESTRA werden die dreidimensionalen Körper aus den Querprofilen der Straße abgeleitet. Dabei entstehen die Körper durch die Verbindung der Querschnittflächen benachbarter Stationen, wobei die Querprofile grundsätzlich senkrecht zur jeweiligen Bezugsachse ausgerichtet sind. Diese Vorgehensweise entspricht den Anforderungen der Bauabrechnung und stellt eine regelkonforme Datenübergabe nach REB sowie OKSTRA sicher. Gleichzeitig weist diese Methodik jedoch auch Einschränkungen auf. Insbesondere müssen für sämtliche Objekte die Schnittkanten zum Bauwerksmodell explizit ermittelt werden. Im vorliegenden Beispiel erweist sich daher das gezielte Schneiden der Volumenkörper als der geeignetere Ansatz, da hierdurch ein effizienteres Vorgehen sowie ein robusteres und weniger fehleranfälliges Modellergebnis erzielt werden können.
Der Brückenbereich wurde also direkt aus einem durchgängigen Straßenkörper ausgeschnitten. Der Oberbau der Straße wurde zunächst ohne Berücksichtigung des Bauwerks vollständig modelliert und der Brückenkörper anschließend geometrisch aus dem Straßenkörper entfernt. Bereits rund sechs Monate nach Identifikation dieser Problemstellung wurde in VESTRA eine erste Funktionalität zur Verschneidung von Körpern implementiert. Diese ermöglicht es, Körper miteinander zu verschneiden und Differenzkörper zu erzeugen, um z. B. den Brückenbereich gezielt aus dem Straßenkörper auszuschneiden. Die neue Funktion verbessert die Effizienz und Genauigkeit der Körpermodellierung erheblich und stärkt damit die BIM-basierte Planung von Verkehrsanlagen.
Attribute bis auf unterster Ebene
Ein weiterer Schwerpunkt der Projektbegleitung lag auf dem Umgang mit Attributen innerhalb der Modelle. In der eingesetzten Software wird grundsätzlich das Prinzip verfolgt, Attribute möglichst auf einer übergeordneten Ebene des Datenmodells (Datencontainer) zu definieren und an untergeordnete Objekte zu vererben. Dadurch wird sichergestellt, dass ein Attribut innerhalb eines Datenstrangs nur einmal – am jeweiligen Elternobjekt – gepflegt werden muss. So wird beispielsweise das Attribut „Straßenname“ an der Achse hinterlegt und an die zugehörigen Unterobjekte wie Horizonte, Stationsbereiche und Stationen vererbt. Diese Vorgehensweise entspricht dem IFC-Datenschema und führt zudem zu einer Reduzierung der Dateigröße der exportierten IFC-Modelle. In der Praxis zeigte sich jedoch, dass derzeit nur wenige IFC-Viewer diese Form der Attributvererbung vollständig unterstützen. Insbesondere werden Elternattribute bei der Auswahl untergeordneter Objekte häufig nicht angezeigt.
Vor diesem Hintergrund wurde für das vorliegende Projekt die Anforderung formuliert, die Attribute beim IFC-Export zusätzlich bis auf die unterste Objektebene zu vererben. Dieser Anpassungsbedarf konnte kurzfristig umgesetzt werden. Für die Übergabe der IFC-Daten wurde ein erster Prototyp bereitgestellt, der die erweiterte Attributvererbung ermöglicht.
Diese Funktionalität wurde schließlich in den regulären Funktionsumfang aufgenommen und in VESTRA eingebaut. Für das vorliegende Verkehrsanlagenmodell erwiesen sich die standardmäßig verfügbaren VESTRA-Attribute dabei größtenteils als ausreichend. Lediglich eine überschaubare Anzahl zusätzlicher Attribute mit weitergehenden Informationen, z. B. zu Materialien oder Herstellerangaben, war erforderlich. Zudem wurden einzelne Attributbezeichnungen an die projektspezifischen Vorgaben angepasst.