BIM als Schlüssel zu mehr Effizienz in der Straßenerhaltung

Pionierarbeit im Projekt BIM SE in Baden-Württemberg

Profilfräse im Einsatz: Sanierung der L 1152 zwischen Reichenbach an der Fils und Schorndorf-Schlichten im Pilotprojekt BIM SE (Foto: STRABAG AG)

Östlich von Esslingen am Neckar liegt die Landesstraße 1152 und damit der Schauplatz eines ambitionierten Pilotprojekts, das für die Planung, Vergabe und Umsetzung von Straßenbau-Projekten bundesweit Schule machen könnte. Hier, auf der Strecke zwischen Reichenbach an der Fils und Schorndorf-Schlichten, hat STRABAG in Kooperation mit dem Verkehrsministerium Baden-Württemberg auf bisher drei Pilotabschnitten in der Praxis erprobt, was beide Partner in den vergangenen gut zwei Jahren entwickelt haben: Die Basis für einen Standard zur durchgehend modellbasierten Planung und Realisierung von Straßenerhaltungsmaßnahmen. Ziel des Projekts BIM SE (Straßenerhaltung) ist es, über die Nutzung des Building Information Modelling (BIM) die Kosten- und Terminsicherheit, sprich: die Effizienz, bei künftigen Straßensanierungsprojekten systematisch zu steigern.

Bei der BIM-basierten Realisierung von Bauprojekten lassen sich bereits vor Baubeginn und transparent für alle Beteiligten sämtliche Arbeitsschritte, Zeiten und Kosten aus einem digitalen dreidimensionalen Bauwerksmodell ableiten. Die parallele Umsetzung in diesem virtuell erzeugten digitalen Zwilling verbessert nachhaltig die Planungssicherheit und Effizienz am Bau. Während sich BIM im Hochbau mittlerweile zu einem weit bereiteten Standard entwickelt hat, ist die Methode in der Straßenerhaltung noch komplettes Neuland. Bei Sanierungen bestehender Straßen kommt es in der Praxis noch vielfach zu Planänderungen mit entsprechenden Folgen für Budget und Termine – nicht zuletzt aufgrund unzureichender, meist analoger Datenbasis.

Das soll sich nun – zunächst in Baden-Württemberg – ändern: Mit dem Projekt BIM SE nehmen das Land und die STRABAG eine Vorreiterrolle ein. Entwicklungsziel ist ein BIM-basiertes Straßenerhaltungsmanagement, also ein digitales System, aus dem die öffentlichen Vergabebehörden in Zukunft direkt Rahmenverträge für neue Straßenerhaltungsmaßnahmen ableiten können. Basis dafür ist – anders als bei Neubau-Projekten – eine grundlegende Erfassung des IST-Zustands. Es gilt also, den Bestand absehbar sanierungsbedürftiger Straßen schon im Vorfeld umfassend digital zu erheben und dokumentieren.

Umfangreiche Bestandsanalyse als Basis
Um den Verlauf, die Breite und die Höhenlage des zu erneuernden Streckenabschnitts hinreichend genau zu erfassen, sollte eine digitale Vermessung per Kamera-Drohne oder Mobile Mapping System mit Laserscanner noch um eine konventionelle Vermessung ergänzt werden. Dies ergab die umfangreiche Erprobung im Projekt BIM SE auf der L1152. Die aus den Orthofotos der Drohne oder den 360-Grad-Bildern des Mobile Mappings erzeugten 3D-Punktwolken mit georeferenzierten Passpunkten können durch die tachymetrische Aufnahme der Fahrbahnfläche überprüft werden.

Zur digitalen Erfassung des Straßenaufbaus, also der Stärke der vorhandenen Asphaltschichten, dienten mobile Georadar-Messungen: Da das Messgerät von einem Quad gezogen wurde, waren dazu Straßensperrungen nicht erforderlich. Ergänzend wurden Bohrkernproben des Straßenbestands entnommen und untersucht, um zum einen das Georadar zu kalibrieren und zum anderen etwaige Schadstoffbelastungen festzustellen.

Vom digitalen Bestandsmodell zum Leistungsverzeichnis
Die erhobenen Daten (3D-Punktwolke und Asphaltschichten-Analyse) bilden die Grundlage für die Modellierung des IST-Zustands in der BIM-Software (im Projekt BIM SE: iTWO civil).
Mit dem erzeugten 3D-Bestandsmodell und der Bewertung der Bohrkernuntersuchung lässt sich nun entscheiden, wie tief der Asphaltbestand abgefräst werden muss und welche Schichtdicken neu einzubauen sind. Daraus werden im digitalen Modell alternative Sanierungsmaßnahmen generiert, zwischen denen es zu entscheiden gilt. Auf Basis des gewählten Sanierungskonzepts wird virtuell die Geometrie der neuen Oberfläche optimiert und in der Folge das Deckenbuch als digitales 3D-Modell erzeugt.
Damit wiederum lässt sich in der BIM-Software die neue Straßenoberfläche mit Deck- und Binderschicht als Volumenkörper generieren. Mögliche Planungsfehler werden so noch vor der Umsetzung erkannt und vermieden.

Im nächsten Schritt werden den Volumenkörpern im Modell Eigenschaften (Schichtdicke, Asphaltart etc.) in Kombination mit Tätigkeiten (z.B. Asphalteinbau, Asphaltausbau) zugeordnet. Mit der Ergänzung dieser sogenannten Attribute lassen sich daraus die einzelnen Arbeitsschritte mit zugehörigen Mengen detailliert ableiten. In der BIM-Software (im Projekt: RIB iTWO) entsteht daraus ein modellbasiertes Leistungsverzeichnis mit Massenermittlung.

5D-Modell ermöglichst volle Kosten- und Terminkontrolle
Aus der digitalen Verknüpfung des 3D-Modells mit den Informationen zu Kosten und Zeit erweitert sich der digitale Zwilling zum umfassenden 5D-Modell (bei STRABAG: BIM 5D®). Aus zuvor definierten Kalkulationsbausteinen, orientiert an den Volumenkörpern mit Attributen, lassen sich aus dem Modell die Baukosten ableiten. Werden den einzelnen Positionen aus dem Leistungsverzeichnis die zugehörigen kalkulierten Stundensätze zugewiesen, lässt sich daraus in BIM SE-Projekten die Bauzeit bestimmen. Auf dieser Grundlage (Ausführungsmodell) wird der Bauzeitenplan erstellt, der wiederum eine Termin-Kosten-Kalkulation ermöglicht.

Damit haben Auftraggeberschaft und bauausführende Firma schon im Vorfeld der Bauphase sämtliche Instrumente in der Hand, um baubegleitend das Budget und die Termine zu kontrollieren. Bei Planänderungen im Verlauf der Umsetzung können das Modell direkt aktualisiert und der Bauablauf transparent für alle Beteiligten unmittelbar angepasst werden. Das entsprechend modifizierte Ausführungsmodell ist zugleich die Grundlage für das Abrechnungsmodell.

As-Built-Modell als Datengrundlage für künftig Sanierungsprojekte

Nach Fertigstellung des Bauprojekts werden sämtliche Informationen zu den neu eingebauten Asphaltschichten in einem As-Built-Modell gebündelt, das als solide Datenbasis für fällige Erhaltungsmaßnahmen in der Zukunft von Straßenmeistereien und Vergabebehörden genutzt werden kann.
Für ihre Pionierarbeit zur Digitalisierung im Straßenbau wurden die beteiligten Einheiten der STRABAG-Gruppe nach Abschluss der ersten Projektphase im Herbst 2018 mit dem BIM-Award des BIM-Clusters Hessen ausgezeichnet.

 

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23.02.2021