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BIM beim Karawanken-Tunnel von Elea iC

Referenzgeschichte

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Asfinag und DARS (Autobahnunternehmen der Republik Österreich und in Slowenien) beauftragten Elea iC mit der Planung der zweiten Röhre für das Karawanken-Tunnelprojekt - einen 8,0 km langen, einröhrigen, bidirektionalen Autobahntunnel zwischen Österreich und Slowenien.

Er war ursprünglich als doppelröhriger Tunnel geplant, wurde allerdings wegen eines zu geringen Verkehrsaufkommens einröhrig gebaut. Nach der Inbetriebnahme wurde jedoch aufgrund des zunehmenden Verkehrsaufkommens, der Alterung des Tragwerks und unzureichender Sicherheitsvorkehrungen eine zweite Röhre erforderlich, um einen effizienten Betrieb des Tunnels in der Zukunft zu gewährleisten.

Ziel des Projekts: BIM erproben

Ziele des Projekts waren die Implementierung der BIM-Methode und die Sondierung der Vorteile und Herausforderungen dieser Arbeitsweise bei der Planung, Ausführung und beim Controlling. Außerdem:

  • Erarbeitung von umfassenden Auftraggeber-Informationsanforderungen, die der Kunde auch in künftigen Projekten verwenden wird
  • Erstellung eines umfassenden BIM Abwicklungsplans, den der Kunde auch in künftigen Projekten verwenden wird
  • 3D-Modellierung von Entwurfs- und Bestandsmodellen, 4D- und 5D-Modellierung, und modellbasierte Qualitätskontrolle
  • Die geologische und geotechnische Modellierung
  • Die Weiterverwendung von Modellen in der operativen Phase
  • Und die Weiterentwicklung des bestehenden CAFM-Systems (Computer Aided Facility Management).
BIM-Tunnelvisualisierung

Ca. 190 Teilmodelle werden disziplinübergreifend ausgetauscht und unter Verwendung der IFC- und BCF-Standards für interdisziplinäre Zusammenarbeit in fünf Koordinationsmodellen abgeglichen.

Besondere Herausforderungen

Das Besondere an diesem Projekt ist die Komplexität: mit Tunnel, Autobahn und mehreren Nebenstraßen, drei Brücken, Stützkonstruktionen, Portalgebäude, Versorgungseinrichtungen, Entsorgungsbereichen usw.  Außerdem ist die Projektorganisation komplex: Involviert sind zwei Kundenorganisationen, ein Betreuungsunternehmen, zehn derzeit in den BIM-Entwurfsprozess involvierte Planungsunternehmen. Und es kommt eine breite Palette an BIM-Software zum Einsatz (fünf verschiedene Tools für die Entwurfsgestaltung), was das Team dazu motiviert, an die Grenzen eines offenen BIM-Ansatzes zu gehen. 

Die Vorgehensweise

Jeder Fachbereich verwendet einen geschlossenen BIM-Ansatz, um einen möglichst effizienten Entwurfsprozess zu gewährleisten. Um die Interoperabilität zu verbessern und die Qualität der BIM-Ergebnisse sicherzustellen, wird eine tunnelspezifische Datenstruktur auf der Basis bestehender IFC-Standards entwickelt, die für erweiterte BIM-Anwendungen (z. B. 4D-, 5D-Modellierung, CAFM usw.) geeignet ist.

Verwendet wird Autodesk Revit in Kombination mit Dynamo und speziellen Add-Ons für tunnelspezifische Anforderungen. Dies ermöglicht eine effizientere Modellierung spezieller, längsgerichteter Segmenter und Details.

Der Austausch von 4D- und 5D-Modellen zwischen verschiedenen Softwarelösungen (Planungsteam, Bauüberwachung und zukünftiger Auftragnehmer) stellt eine weitere Herausforderung dar und wird mithilfe von maßgeschneiderten Lösungen bewerkstelligt.

Planung und Entwurf

Das Team verbesserte den Projektabwicklungsprozess insgesamt durch ein besseres Verständnis der speziellen Kundenanforderungen (z. B. die Nutzung von Projektinformationen in der operativen Phase, Kostentransparenz – verbessertes Projekt-Controlling usw.). Die Analyse der Anforderungen führte zu einem neuen und besseren Konzept für die allgemeine Projektabwicklung, dokumentiert im umfassenden BIM Abwicklungsplan.

Dank des Einsatzes von BIM in frühen Planungsphasen konnte der Entwurf allen Projektbeteiligten visuell dargestellt und vermittelt werden. Es war das erste Mal, dass alle geplanten Einrichtungen, die geologischen Bedingungen und die Infrastruktur (verteilt auf drei verschiedene Projektkoordinatensysteme – das österreichische und das slowenische nationale Koordinatensystem und ein lokales Koordinatensystem) in einem einzigen Modell zusammengeführt werden konnten. Die erste Quantifizierung und Kostenschätzung (4D- und 5D-Modelle) wurde zu diesem Zeitpunkt erstellt, was für ein besseres Verständnis des Projekts sorgte.

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BIM-Projektmodell

Zusammengefügtes Modell

Tunnelstrukturmodell

Detailkonstruktion

Das Team verbesserte die Genauigkeit der Projektdokumentation durch regelmäßige Qualitätsprüfungen (Identifikation von Abweichungen zwischen Teilmodellen, Bewertung, Kommunikation und Umsetzung von Entwurfsänderungen). Die Strukturmodelle wurden auch für die Bewehrungsdetaillierung verwendet. Das sparte Zeit, da mehrere Planer die Bewehrung zeitgleich im gleichen Modell modellieren konnten. 

  • Entwurfsänderungen bei der Zusammenarbeit und Entwurfsentwicklung wurden unter Verwendung des BFC-Standards für die modellbasierte Kommunikation effizienter in Modelle anderer Fachbereiche (und letztlich in Zeichnungen, die aus Modellen abgeleitet wurden) implementiert.
  • Das 5D-Modell, welches aus ca. 160 Teilmodellen zusammengesetzt war, wurde verwendet, um die von verschiedenen Fachbereichen angegebenen Mengenangaben zu überprüfen und präzise Kostenschätzungen zu erstellen.
  • Kostenschätzungen wurden dem Kunden in mehreren Berichten, Tabellen und Simulationen vorgelegt.
  • Instandhalter waren frühzeitig eingebunden und konnten dank der 3D-Modelle die Planung der vorhandenen Ausrüstung entsprechend optimieren.

Integrierte Analyse und Simulation

Autodesk Navisworks Manage wurde eingesetzt, um alle Teilmodelle zusammenzuführen und die Elemente mit dem in Microsoft Project erstellten Zeitplan zu verknüpfen. Dadurch entstand ein umfassendes 4D-Modell, das zur Analyse und Optimierung der zeitlichen Abfolge aller Aktivitäten genutzt wurde.

Der gleiche Zeitplan und die gleichen Teilmodelle wurden verwendet, um ein 5D-Modell in RIB iTWO zu erstellen und die Kosten zu schätzen.

Ein geologisches 3D-Modell in Kombination mit Revit-Tunnelmodellen diente als Basis für Analysen des Tunnelausbruchs und der Tragwerksplanung. Es wurde eine spezielle Lösung entwickelt, die die direkte Verknüpfung zwischen dem geologischen Modell und den numerischen Modellen ermöglichte.

BIM-Projektmodell

Kommunikation und Zusammenarbeit

Interne Zusammenarbeit – geschlossener BIM-Ansatz: Jeder Fachbereich, der Revit nutzt, setzte auch Revit Server ein, was das gleichzeitige Arbeiten an ein und demselben Modell ermöglichte.

Fachbereichsübergreifende Zusammenarbeit – offener BIM-Ansatz: IFC- und BCF-Standard wurden verwendet, um das Modell fachbereichsübergreifend weiterzugeben. Der Grund dafür ist, dass zehn Planungsunternehmen an der Entwurfsentwicklung beteiligt sind und eine Vielzahl an Erstellungstools verwendet wurden (RevitCivil 3D, Allplan, ArchiCAD, Urbano). Es wird eine gemeinsame Datenumgebung (ownCloud und BIM Collab) genutzt, um Dateien fachbereichsübergreifend auszutauschen und IFC-Referenzmodelle, BCF-Daten Entwurfsmodelle, Koordinationsmodelle, 4D- und 5D-Modelle zu verknüpfen und zu synchronisieren. Alle anderen Dokumente (Zeichnungen, Berichte usw.) wurden ebenfalls auf der gleichen Plattform ausgetauscht und verwaltet. 

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Durch das Erfassen der vorhandenen Teile des Tunnels via Laserscanning konnten die Anforderungen für künftige Ausbrüche, Nachprofilierung und Verfüllung analysiert werden. Zudem wurden LiDAR-Daten an anderer Stelle verwendet, um präzise DGMs (Digitale Geländemodelle) zu erstellen. Auch wurde Augmented Reality im Tunnel eingesetzt, um die ihn umgebende geologische Beschaffenheit besser zu verstehen.

Mithilfe von VR-Modellen wurde die Kommunikation mit mehreren wichtigen Beteiligten eindeutig verbessert. Entwürfe und Planstände sind an jedem Ort mit Internetanbindung direkt zugänglich; die Basis dafür ist eine stabile cloud-basierte Lösung. Das Modell wurde während des Ausbruchs in der Bauphase regelmäßig aktualisiert, um alle Standortinformationen für mögliche zukünftige Bedürfnisse in einem Modell zusammenzufassen.


Leistungen

Neben herkömmlichen Leistungen (Zeichnungen, technische Berichte usw.) gehören nun auch die folgenden Leistungen zum Angebotspaket: 

Planungsphase

  • BIM-Abwicklungsplan (BAP)
  • 3D-Teilmodelle (je Fachbereich) im IFC-Standardformat
  • Koordinationsmodelle und Qualitätsberichte
  • 4D- und 5D-Modelle in Form von verschiedenen Arbeitsblättern, Berichten und Simulation

Bauphase

  • Bestandsmodelle im IFC-Standardformat mit verknüpfter Bestandsdokumentation, erforderlich für das Gebäudemanagement (zentrale Ablage für Bestandsdaten)
  • Koordinationsmodelle und Qualitätsberichte
  • 5D-Modelle für Fortschrittsberichte und Controlling durch den Auftragnehmer und die Bauüberwachung

Eine der Hauptanforderungen, die durch den BIM Abwicklungsplan in den Modellierungsprozess und die Ergebnisse implementiert wurden, ist eine konsistente Definition von LoD (Level of Detail, Detailstufe) und LoI (Level of Information, Gehalt an Informationen). Die Klassifizierung von Tunnelbauelementen und Attribut-Tabellen wurde in Zusammenarbeit mit dem Kunden (der Bauüberwachung und FM-Abteilung) erstellt und auf einem speziellen, projektspezifischen Eigenschaftssatz in Modellen integriert. Die Attribut-Tabellen werden im Laufe der Projektabwicklung weiterentwickelt und in die Modelle eingearbeitet.

Ergebnisse

  • Konsistenz und Genauigkeit der Planungsdokumentation (Modelle, Zeichnungen, Leistungsverzeichnisse, Kostenschätzungen, Zeitpläne, Fortschrittsberichte usw.)
  • Verbesserte Kommunikation zwischen Projektbeteiligten (gemeinsame Datenumgebung, modellbasierte Überprüfung, Visualisierungen, modellbasierte Kommunikation)
  • Verbesserte Kostenschätzung und -kontrolle, optimierter Bauprozess und Änderungen vor Ort für die Optimierung des Facility Managements

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