Bildnachweis: Deutsche Bahn AG

Digitales Bauen: Tunnel-Einblicke in fünf Dimensionen

Bauen ohne ärgerliche Zeitverzögerungen und extreme Kostensteigerungen – das will das Bundesverkehrsministerium bei großen Infrastrukturprojekten zur Regel machen. Mit digitalen Arbeitsmethoden soll Planen und Bauen deutlich effizienter werden. Alle Schritte von der Projektplanung über die Genehmigung, Ausführung und Inbetriebnahme bis zum Betrieb des Bauwerks werden mithilfe eines Datenpools für alle am Bau Beteiligten transparent und nachvollziehbar gemacht. Eines der ersten Pilotprojekte für das „Building Information Modeling“ (BIM) im Infrastrukturbereich ist der Rohbau des Tunnels Rastatt im Zuge der Neu- und Ausbaustrecke Karlsruhe – Basel.

Am 25. Mai ist Premiere. Mit der traditionellen Tunnelfeier, zu der sich dieses Mal Bundesverkehrsminister Alexander Dobrindt und Bahnchef Rüdiger Grube angesagt haben, startet das Großprojekt Tunnel Rastatt in die entscheidende Phase: Die in den letzten Monaten installierte Tunnelbohrmaschine ist startklar und beginnt mit dem maschinellen Vortrieb für die erste der beiden rund vier Kilometer langen Tunnelröhren unter der Stadt hindurch. Auf den ersten Blick ein Projekt wie andere Großprojekte auch. Den Unterschied aber macht BIM aus. „Wir verfügen für das Tunnelprojekt über eine komplette integrierte Datenhaltung innerhalb einer Softwareanwendung. Die nutzen wir als transparentes und effizientes Projektsteuerungsinstrument“, sagt Dipl.-Ing. Sascha Klar vom Projektpartnermanagement der DB Netz AG für die Großbauaufgaben der Rheintalstrecke mit ein bisschen Stolz in der Stimme.

Soll-/Ist-Vergleich mit Terminen und Kosten
Was das bedeutet, macht er mit ein paar Klicks am Bildschirm deutlich. Auf der Mattscheibe ist ein Stück der Tunnelröhre als 3D-Modell erkennbar. Klar lädt ein zum virtuellen Spaziergang durch die Tunnelröhre, zeigt sie aus allen möglichen Perspektiven. Das ist der derzeitige Ausführungsstand. Doch mit ein paar weiteren Klicks blickt der Ingenieur in die Zukunft. Wie weit wird der Tunnelbau bis zum Jahresende fortgeschritten sein? Wie weit ist er beispielsweise ein Jahr weiter? Der Blick in die Gegenwart und der in die Zukunft beschränkt sich nicht auf die geometrische, dreidimensionale Umsetzung der Bauplanung in nachvollziehbare Optik. Er bietet zudem einen Blick in eine vierte und fünfte Dimension des Baugeschehens: auf den Baufortschritt und auf die Baukosten zu jedem Zeitpunkt der Bauausführung. Dieser Blick in die Zukunft mag jetzt, vor dem Start der Tunnelbohrmaschine, rein theoretisch sein. Doch mit dem Baufortschritt ergänzen sich die Soll-Daten des Projekts um die Ist-Werte des aktuellen Bauzustands. Das ist der eigentliche Nutzen von BIM: Die komplette Datensammlung des Projekts ermöglicht im großen Ganzen wie im technischen Detail jederzeit den konkreten Durchblick, ob Termine und Kosten auf der Baustelle eingehalten worden sind. Und das wiederum schafft die Chance, gegenzusteuern: Änderungsbedarf frühzeitig erkennen, Kostenentwicklungen korrigieren, Fehlentwicklungen stoppen.

Damit das funktioniert, „werfen wir für BIM alles in einen Topf“, sagt Klar etwas burschikos. In den Topf kommen sämtliche digitalisierten Daten des Projekts schon lange, bevor der erste Bagger anrollt und die erste Spundwand im Erdreich versenkt wird. Die Visualisierung aller Gewerke innerhalb eines Modells hilft Planungsfehler zu vermeiden. 3D ist eben anschaulicher als die 2D-Zeichnung. Zudem erleichtern die virtuellen Gänge durch das Projekt den Dialog mit Kommunalpolitikern und betroffenen Bürgern. Wieder ein paar Klicks: „Sehen Sie mal, hier können wir den Bürgern im Süden von Rastatt zeigen, wie sie von ihrem Garten aus künftig auf die aus dem Tunnel auftauchende Strecke gucken. Sie werden sehen, dass sie nur wenig davon sehen und weniger davon hören, denn hier entstehen neben dem Tunnel noch weitere Lärmschutzmaßnahmen an der Bestandsstrecke.“ Datenlieferanten sind die Projektbeteiligten von den Ingenieurbüros über die den Bau ausführenden Firmen hin zu den Projektsteuerern, Bauüberwachern und dem Bauherrn, im Falle des Tunnels Rastatt die DB Netz..

Qualifizierte Information für alle Partner am Bau
Im Pilotprojekt beschränkt sich die Datenflut auf den Rohbau. Immerhin stehen so Informationen für 35.000 Bauwerksobjekte verknüpft mit 3.000 Terminaktivitäten und 3.500 Positionen des Leistungsverzeichnisses für die Projektsteuerung digital zur Verfügung. Dieser Informationspool schafft einen qualifizierten, gleichen Wissensstand für alle und setzt alle von möglichen Veränderungen rechtzeitig in Kenntnis. Heute schon. Und es wird noch mehr: „Das volle Potenzial von BIM entfaltet sich erst, wenn nicht nur der Rohbau, sondern alle Gewerke zusammengefasst sind“, erwartet Klar. „Außerdem eröffnet uns die rasch voranschreitende Digitalisierung immer neue Möglichkeiten.“ Da lässt sich dann beispielsweise schon bei den virtuellen Rohbauplanungen klären, wie Komponenten des bahntechnischen Ausbaus in die neue Röhre hineinpassen. Und in der Ausführungsphase kann sich die Bauleitung via Tablet die Daten für jedes Detail anschauen, überprüfen und bearbeiten.

Die optimierte Projektplanung und -steuerung und damit einhergehende Termin- und Kostensicherheit verheißt erhebliche Einsparpotenziale. Bei Großprojekten für die Infrastruktur liegt die Nachtragsquote, also der Betrag, der bis zur Fertigstellung durch Nacharbeiten zusätzlich zum geplanten Investitionsvolumen fällig wird, häufig bei 20 bis 25 Prozent. Das wollen die Experten vom Bau, die im übrigen von einem vom Bund eingesetzten wissenschaftlichen Konsortium begleitet werden, gründlich abbauen – zugunsten des Steuerzahlers, der letztlich die Infrastrukturvorhaben bezahlt. Aus der Sicht der Bahn endet BIM nicht mit der feierlichen Inbetriebnahme. „Unsere Partner aus der Bauwirtschaft haben oft nur das eigentliche Projekt bis zum Abschluss der Bauarbeiten im Blick. Wir müssen aber auch sehen, dass wir ein Stück Infrastruktur in Betrieb nehmen, das wir beispielsweise bei einem Tunnel über einen Zeitraum nicht selten von mehr als 100 Jahren warten und instand halten müssen“, beschreibt Klar. BIM ermöglicht schon im Planungsstadium Simulationen von Bau- und Betriebszuständen sowie von Instandhaltungs- oder Sicherheitskonzepten. So lassen sich bei der Planung bereits Lebenszykluskosten, die rund zwei Drittel der Investitionen in ein Bauwerk ausmachen, spürbar senken, hoffen die BIM-Experten.

Vier Pilotprojekte im Aktionsplan des Ministeriums
Den Anstoß zu BIM hatte die Reformkommission Bau von Großprojekten gegeben, die das Bundesverkehrsministerium 2013 ins Leben gerufen hatte. Nach dem Abschlussbericht der Expertenrunde im vergangenen Jahr hatte das Ministerium einen „Aktionsplan Großprojekte“ erarbeitet, der als eine Handlungsempfehlung den vermehrten Einsatz von digitalen Arbeitsmethoden und die Pilotierung von zunächst zwei Schienen- und zwei Straßenprojekten vorsah. Es handelt sich um zwei Autobahnbrücken und neben dem Rastatter Projekt um die Filstalbrücke im Zuge der Bahn-Neubaustrecke Stuttgart – Ulm. Die Bahn möchte nach der laufenden Pilotierungsphase in spätestens fünf Jahren alle Neubauprojekte und auch die Instandhaltung der bestehenden Infrastruktur mit intelligenten Datenströmen nach BIM-Kriterien abwickeln und damit zum Gelingen ihrer Unternehmensstrategie DB2020 beitragen. Zur Vertiefung der Erkenntnisgewinne stehen vorerst bundesweit weitere Schienenprojekte an. Der Pilot in Rastatt gibt jedenfalls Anlass zu Optimismus. Bisher ist der Termin- und der Kostenrahmen vollständig eingehalten.

Bildnachweis: Deutsche Bahn AG

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