Statische Analyse im openBIM-Prozess : Entwicklung einer Methode und Realisierung in einem Software-Prototyp

Abstract

Der stetig wachsende Einfluss der Digitalisierung macht auch vor der Baubranche nicht Halt. Eine besondere Rolle nimmt hier Building Information Modeling (BIM) ein. Diese Methode ermöglicht die Abbildung von Bauwerksinformationen in einem digitalen Bauwerksmodell. Die openBIM-Methode garantiert dabei allen Beteiligten einen uneingeschränkten Zugang zu diesen Informationen. Die Vorteile der openBIM-Methode werden jedoch nicht von allen Beteiligten ausgeschöpft. Als wichtige Teildisziplin der Tragwerksplanung findet sich die statische Analyse derzeit völlig entkoppelt vom openBIM-Prozess wieder. Die Informationsbereitstellung der statischen Berechnungen erfolgt meist in Form von unstrukturierten Dokumenten, was die Zusammenarbeit mit anderen Projektbeteiligten und Behördenprüfungen erschwert. In dieser Arbeit soll die vorhandene Lücke der statischen Analyse im openBIM-Prozess geschlossen werden. Dazu wurde eine Methode entwickelt, die Informationen für und aus statischen Analysen in das offene Datenformat Industry Foundation Classes (IFC) integriert. Ein wesentlicher Aspekt bildet hier die Zusammenarbeit mit der Tragwerksplanung. Tragwerksmodell (tragende Elemente mit realer 3D-Geometrie) und Statikmodell (tragende Elemente abstrahiert als Linien und Flächen für die statische Berechnung) sind im openBIM-Prozess eng miteinander verbunden. Tragwerksmodell-Daten bilden die Grundlage eines Statikmodells und die statischen Berechnungen beeinflussen genauso die Elemente im Tragwerksmodell. Eine Interpretation der Tragwerksmodell-Daten ermöglicht es, diese Elemente sowie weitere Informationen, wie beispielsweise Belastungsdaten, automatisch in das Statikmodell überzuführen. Das Speichern des Statikmodells im IFC-Format wird derzeit nur eingeschränkt von kommerziellen Statik-Software-Produkten unterstützt. So können keine Ergebnisse aus einer statischen Berechnung mit den kommerziellen Statik-Software-Produkten im IFC-Format gespeichert werden. Daher wurde im Zuge dieser Diplomarbeit ein Software-Prototyp mit eigener FE-Berechnung entwickelt, um die Grenzen der kommerziellen Statik-Software-Produkte zu überwinden und die entwickelte Methode bestmöglich umzusetzen. Diese Arbeit zeigt, dass Informationen aus einer statischen Analyse im IFC-Format implementiert werden können. Mit einer indirekten Kopplung von Tragwerksmodell und Statikmodell lassen sich Informationen zwischen beiden Modellen effektiv austauschen und statische Analyseinformationen zur Kommunikation weiterverwenden. Die langfristige und sichere Archivierung von IFC-Dateien bietet optimale Bedingungen für die Dokumentation von statischen Analysen, was auch behördliche Überprüfungen deutlich erleichtert.

The constantly growing influence of digitalisation also impacts the construction industry. Building Information Modeling (BIM) plays a key role in this change. This method enables the depiction of building information in a digital building model. The openBIM method ensures unrestricted data access for the involved parties. However, the advantages of the openBIM method aren't being fully exploited by all involved parties. Structural analysis as an important sub-discipline of structural engineering is currently fully decoupled from openBIM processes. The information provision of structural analysis calculations usually takes place in form of unstructured documents, which leads to difficulties in collaboration and permit processes.This master thesis aims to close the existing gap of structural analysis in the openBIM process. For this purpose, a method was developed that integrates information for and from structural analysis in the open data format Industry Foundation Classes (IFC). A key aspect in this method plays the collaboration with structural engineering. The structural engineering model (load-bearing elements with real 3D geometry) and the structural analysis model (load-bearing elements abstracted as lines and surfaces for structural analysis calculation) are closely linked in the openBIM process. Structural engineering model data form the basis of a structural analysis model and the structural analysis calculations equally influence the elements contained in the structural engineering model. An interpretation of the structural engineering model data allows to transform these elements and other information, e.g. load information, automatically into the structural analysis model. Saving the structural analysis model in the IFC format is currently not fully supported by commercial structural analysis software. Hence, results, which are provided by commercial structural analysis software, can't be saved in the IFC format. Therefore, a software prototype with its own FE calculation was developed in this master thesis to overcome the limits of commercial structural analysis software and to implement the developed method in the best possible way.This master thesis shows that information from structural analysis can be implemented in the IFC format. With indirect coupling of the structural engineering model and the structural analysis model information can be effectively exchanged between both models and reused for communication. The long-term and safe archiving of IFC files offers optimal conditions for structural analysis documentation, which makes permit processes much easier.