Der Ersatzneubau einer Neckarbrücke in Stuttgart läuft auf einem durchgängig digitalisierten Prozess. Maßgebend für die gelungene Integration von BIM und GIS ist die Firma Geoplex und der Digitale Zwilling der Landeshauptstadt.
Quelle: LHS Stuttgart/MLP + DKFS
Einzelbilder des Flugs über den Entwurf der Wilhelmsbrücke innerhalb des Digitalen Zwillings. Hier am Beispiel des späteren Gewinnerentwurfs. LHS Stuttgart/MLP + DKFS
Wie in vielen deutsche Städten liegt auch in Stuttgart in den Brücken eine große städtebauliche Herausforderung. Die Stadt am Neckar hat viele alte und zum Teil auch marode Überquerungen über den als Bundeswasserstrasse klassifizierten Fluss. Als verbindende Elemente prägen sie die Identität einer Stadt, in der Automobilregion sind sie auch ein Feld hitziger politischer Diskussionen und Konfliktfelder, schließlich soll die neue Wilhelmsbrücke eine Fußgänger- und Fahrradbrücke bleiben. Vor diesem Hintergrund entschied man sich in der Stadt, die Mittel der Digitalisierung optimal einzusetzen, und das auf möglichst vielen Ebenen. Es galt, nicht nur einen fairen, effizienten und schnellen Wettbewerb zu entwickeln, sondern auch Verwaltung und Planung zu beschleunigen und auch eine exzellente Ingenieursleistung zu stimulieren.
Ein Steilpass also auch für das städtische Tiefbauamt, der auch prompt angenommen wurde. „Die Idee, den bisher auf den althergebrachten Gipsmodellen basierten Ausschreibe- und Wettbewerbsprozess durchgängig zu digitalisieren, fiel sofort auf fruchtbaren Boden“, sagt Silvia Deist, Leiterin des Sachgebiets Geodaten und BIM innerhalb des Tiefbauamtes der Stadt.
Für den Digitalen Zwilling wurde der Detaillierungsgrad in dem Gebiet rund um die Brücke per spezieller Datenaufnahme verdichtet und erweitert, etwa mit einer Modellierung von Bäumen, Straßenbeleuchtung, Oberleitungsmasten und Ampelanlagen. Quelle: Landeshauptstadt Stuttgart
Brücke mit Symbolwert
An der Stelle der traditionsreichen Wilhelmsbrücke wurde schon 1835 eine Verbindung zwischen Altstadt und Neckarvorstadt (Bad Cannstatt) gebaut. Nach mehreren Umbauten und Umwidmungen entstand das aktuelle Bauwerk im Jahr 1946 in der damals schon nicht mehr topaktuellen, genieteten Stahlbauweise. 2023 entschied man sich für einen Neubau und gleichzeitig dafür, einen möglichst vollumfänglichen BIM-Prozess zu implementieren.
Während Entwurf und ingenieurstechnische Planung von Brücken schon digitalisiert sind, sieht es bei der Integration von GIS und BIM noch anders aus. Hier steht die Verbindung der Planungs- und Verwaltungsbereiche im Vordergrund, weshalb es in ganz Deutschland noch viel Optimierungspotenzial gibt. Gefragt sind integrierte Ansätze, bei denen die Themen wie Stadtbild, Architektur, multimodaler Verkehr (auch die Binnenschifffahrt), Bürokratie, Klima und manches andere zusammenkommt. Die Wilhelmsbrücke ist daher auch ein Prüfstein für die Integration von BIM und GIS. Diese wird zwar schon lange und viel diskutiert, die Praxis beginnt aber gerade erst bestehende Lösungen in die Umsetzung zu bringen. Dabei wird von der städtischen Verwaltung auch allgemein eine stärkere abteilungsübergreifende Zusammenarbeit erwartet.
Viele Ebenen der Nutzung
Dies wurde in Stuttgart bravourös gemeistert. Der Realisierungswettbewerb sah zwölf Einreichungen vor. Dass BIM bei Brücken ingenieurstechnisch längst weit verbreitet und erprobt ist, merkte man allein daran, dass alle zwölf Wettbewerber keinerlei Probleme hatten, ihre Modelle ins Stadtmodell zu integrieren. Gefordert war ein Modell nach dem Standard IFC 4.3. Die hochgeladenen Modelle waren entweder bereits georeferenziert oder konnten im eingesetzten Planungsmodul (PlexMap Planer) von den Ingenieur:innen/Architekt:innen manuell platziert werden. „Im Rahmen der Ausschreibung kamen so gut wie keine Rückfragen zum technischen Prozess“, beschreibt Frederik Hilling, Geschäftsführer von Geoplex.
Was auch daran liegt, dass die PlexMap-Plattform des Unternehmens barrierefrei funktionierte. Die IFC-Daten der Brücke konnten also verlustfrei in den urbanen digitalen Zwilling integriert werden. Dafür bietet PlexMap eine breite Palette an Möglichkeiten, die „teilweise sogar über das hinausgeht, was derzeit noch in vielen Projekten an der Stelle gefordert ist“, so Hilling. Das Stadtmessungsamt, wo PlexMap bereits seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt wird, hatte dem Tiefbauamt die Lösung empfohlen, was sich im Nachhinein bewährte. „PlexMap eignet sich auch sehr gut für unseren Anwendungsfall“, resümiert Deist.
Stuttgart darf daher als Leuchtturmprojekt gelten. Ausschreibungen und Wettbewerbe im Bereich Brücken werden von vielen Bauherren der Öffentlichen Hand zwar bereits digital ausgeschrieben, in der Branche ist allerdings bekannt, dass in den wenigsten Fällen dann auch ein durchgehend digitaler Prozess folgt.
Interessant ist auch das Management des Wettbewerbs und die digitale Präsentation der Entwürfe im Digitalen Zwilling. Geoplex kreierte dafür einen 3D-Rundflug über die jeweiligen Brücken, der für alle Teilnehmenden gleich war. Die entsprechenden Filme wurden dann im Rahmen der Präsentationen gezeigt. Wobei Stuttgart im Nachhinein gesehen sogar zu defensiv kalkuliert hatte. „Das Interesse war so groß, dass in vielen Situationen individuelle Sichten und Visualisierungen gewünscht wurden, die konnten allerdings nicht ausgeführt werden, weil die nötige IT-Infrastruktur vor Ort noch fehlte. Das werden wir beim nächsten Mal sicher anders machen und den Interessenten mehr Platz geben für individuelle Erklärungen, detailliierte Erörterungen oder schlicht ein spielerisches Erleben des neuen Bauwerks“, so Deist. Dafür spielen auch moderne digitale Displays oder interaktive Bildschirme eine große Rolle, also die Nachfolger des analogen Gipsmodells.
Um die Entscheidungsgrundlage für die Jury zu anonymisieren, bekam jeder Wettbewerbsteilnehmende nach Abgabe der Planung eine von PlexMap automatisch erstellte Chiffre-Nummer, die in den Ausschreibungsunterlagen vermerkt wurde. Der Gewinner hatte, so weiß man inzwischen, die „Tarnzahl“ 1011. So entstand ein fairer Wettbewerb, der nicht nur regelkonform war, sondern auch objektiv den besten Entwurf würdigte.
Auch die für ein solches Projekt notwendige Datenintegration wurde erfolgreich umgesetzt. Der Digitale Fachzwilling „Wilhelmsbrücke“ baute auf den Daten des Stadtmessungsamtes (Geobasiszwilling) auf, es wurden jedoch noch weit mehr projektspezifische und detailliertere Daten integriert. Dazu wurden beispielsweise Drohnen- und Spezialbefliegungen durch das Team im Sachgebiet von Silvia Deist durchgeführt. Zum Beispiel wurden so Bäume in Höhe und Kronendurchmesser originalgetreu abgebildet, was nicht nur für den ästhetischen Gesamteindruck der Brückenarchitektur und die visuelle Qualität bei der Juryentscheidung wichtig war, sondern auch für objektive Bewertungen von Sichtachsen. „Es ist sehr wichtig zu wissen, wie sich die Brücken aus verschiedenen Perspektiven in die Umgebung integrieren“, so Deist.
Alle Daten wurden in das Gauß-Krüger-Koordinatensystem transformiert, das im Tiefbauamt der Landeshauptstadt Stuttgart für alle Planungen genutzt wird. Auch Leitungsdaten aus dem Untergrund wurden beispielsweise berücksichtigt. So kann der Digitale Fachzwilling auch für den Abriss der alten Brücke genutzt werden.
Abschied vom Gipsmodell
„Die Wettbewerbe können nun komplett neu gedacht werden“, so Deist. Die frühere Nutzung der Gipsmodelle ist nicht nur einfach altmodisch, er ist auch wirtschaftlich kritisch. Das Bauen und Erstellen von Negativen, die Vervielfältigung, die Einpflege von Änderungen, der logistische Aufwand von Transport, Aufbau und Lagerung erfordern viel Personal, Raum, Rohstoffe und eben auch finanzielle Ressourcen.
Gewonnen hat die Arbeitsgemeinschaft bestehend aus den Architekturbüro Mayr, Ludescher und Partner, Beratende Ingenieure (Stuttgart) und der DKFS (Aachen) mit einer Deckbrücke aus zwei Stahlhohlkastenquerschnitten.
Jürgen Mutz, Amtsleiter des Tiefbauamts und erster Betriebsleiter der Stadtentwässerung Stuttgart, war selbst Teil der Jury und freute sich über die Entscheidung: „Wir hatten einen starken Wettbewerb mit tollen Beiträgen. Die Entwürfe der Preisträger haben eine hervorragende Qualität. Mit der Jury des Preisgerichts sind wir durch konstruktive Diskussionen zügig und einstimmig zu einer Lösung gekommen. Wir werden so schnell wie möglich in die Planung einsteigen, um eine neue Wilhelmsbrücke in Bad Cannstatt zu bauen.“
Auch Prof. Dr.-Ing. Stephan Engelsmann, Vorsitzender des Preisgerichts, war begeistert: „Das Tiefbauamt Stuttgart hat mit dem Wettbewerb für die Wilhelmsbrücke in Bad Cannstatt Vorbildfunktion übernommen. Die mit Preisen ausgezeichneten Arbeiten der entwerfenden Ingenieure stellen herausragende Beiträge zu Stadt- und Infrastrukturplanung dar.“
Gelobt wurde der Preisträger auch für die Einbindung des Bauwerks in das geografische Umfeld. Prof. Christa Reicher, Gestaltungsbeirätin der Landeshauptstadt Stuttgart, hob „sowohl das Brückenbauwerk selbst als auch die gestalterische Qualität des Neckarufers“ hervor, die der Entwurf hochwertig vollziehe. Auch auf ästhetischer Seite also ein gelungener Brückenschlag zwischen CAD und GIS. „Das gesamte Projekt hat sehr gut funktioniert“, sagt Deist. Die Stadt will das innovative Vorgehen daher weiter ausbauen.
www.stuttgart.de
www.geoplex.de