Annäherung von Detaillierung und Tragwerksplanung: ein bautechnischer Quantensprung

Von Angus W. Stocking, L.S.
- 14. Okt 2015 - 5 min-LEKTÜRE
Rutherford + Chekene übernahmen die Tragwerksplanung für das Jan Shrem and Maria Manetti Shrem Museum of Art der Universität von Kalifornien, Davis (UC Davis). Mit freundlicher Genehmigung von SO–IL/Bohlin Cywinski Jackson

„Die Ansicht, dass Tragwerksplaner spezielle 2D-Zeichnungen für Konstrukteure und Baufirmen anfertigen müssen, wird irgendwann verschwinden, denke ich“, erklärt David Bleiman, der CEO und President von Rutherford + Chekene. „Jeder in der Branche, der sich ein paar Gedanken macht, würde dem zustimmen. Die nächste Frage lautet: Wie gelangen wir dorthin? Und vor allem, wie schnell?“

Bauunternehmer und Eigentümer sind sich bewusst, dass die Gebäudedatenmodellierung (Building Information Modeling, BIM) neue Möglichkeiten zur Zusammenarbeit und Kostensenkung geschaffen hat. Das bedeutet allerdings noch lange nicht, dass sie ihre Arbeitsweise entsprechend geändert haben. Daher haben sich Firmen für geotechnische Tragwerksplanung wie Rutherford + Chekene (R+C) zum Ziel gesetzt, ihren Kunden aus der Baubranche die langfristigen Vorteile neuer Ansätze in der Projektabwicklung zu vermitteln.

Eine naheliegende Möglichkeit, bei der Tragwerksplanung anhand von BIM Effizienzgewinne zu erzielen, besteht darin, 3D-Modelle direkt an Baufirmen weiterzuleiten, was die 2D-Detaillierung überflüssig macht. Diese Veränderung erfordert neue Arbeitsabläufe, neue Schulungen und Überzeugungsarbeit –doch wer soll das bezahlen?

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R+C entwickelte die Kriterien für eine erdbebensichere Bauweise für den Flughafenkontrollturm des San Francisco International Airport. Mit freundlicher Genehmigung von John Swain Photography.

Als leitender Tragwerksplaner bei zahlreichen Projekten von R+C hat Bleiman sich eingehende Gedanken über die Notwendigkeit von Veränderungen gemacht. Gerne nimmt er die Rolle des Wegbereiters an, indem er gemeinsam mit Gebäudeeigentümern, Architekten, Generalunternehmern und Stahlbaufirmen an neuen Anwendungen für die 3D-Tragwerksplanung sowie Kommunikationsmethoden arbeitet.

In der Praxis bedeutet dies, dass er auf Branchenveranstaltungen wie Autodesk University über seine Konzepte spricht. Zudem implementieren er und sein Team bei R+C gerade neue Arbeitsabläufe für einige Projekte. „Manchmal möchten wir unseren Kunden zeigen, wie die Zukunft aussehen wird“, führt er aus. „In einigen Fällen sind sie bereit, dafür zu zahlen. Doch das ist selten. Ich freue mich auf den Tag, an dem damit keine höheren Kosten verbunden sind. Die vollständige Annäherung von Tragwerksplanung und Detaillierung wird erst dann erfolgen, wenn neue Arbeitsabläufe genauso viel oder weniger kosten wie heutige Verfahren.“

Warum also finanzielle Risiken eingehen, um Veränderungen voranzutreiben? Bleiman erklärt, er und sein Team würden ihren langfristigen Wettbewerbsvorteil verlieren, wenn sie kurzsichtig handelten und nur auf den unmittelbaren Gewinn schauten: „Was ist der Unterschied zwischen Strategie und Taktik? Strategie bedeutet: wo wir auf lange Sicht sein möchten. Wenn wir an der Spitze stehen wollen, müssen wir dies ernst nehmen.“

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Das Bewehrungsprojekt von R+C für die Replacement Central Energy Facility in Stanford. Mit freundlicher Genehmigung von Rutherford + Chekene.

Beginnen Sie bei der Bewehrung

Im Zuge der Annäherung der konstruktiven Detaillierung und Tragwerksplanung weist Bleiman auf die Bewehrung als Ansatzpunkt hin. „Die Detaillierung von Baustahl ist nach wie vor genau auf den Arbeitsablauf der einzelnen Fertigungshallen abgestimmt, weswegen es für Tragwerksplaner schwierig ist, kompatibel zu sein. Doch die Standards für die Detaillierung von Bewehrung sind in allen Bereichen überraschend einheitlich – es mag geringfügige Abweichungen geben, Anpassungen sind jedoch problemlos möglich.“

Bei der Zusammenführung der Tragwerksplanung und Bewehrungsdetaillierung wurden bereits große Fortschritte erzielt. In Europa fertigen Tragwerksplaner z. B. viel detailliertere 3D-Modelle an, die direkt an Baufirmen weitergegeben werden können. „Sie erstellen damit bereits Schraubenverbindungen!“, so Bleiman. „Soweit sind wir noch nicht. Eine neue Generation von Ingenieuren muss ausgebildet werden. Zudem müssen wir lernen, wie sich Haftungsfragen mit Blick auf diesen Detaillierungsgrad regeln lassen. Es zeigt jedoch, dass das Konzept funktioniert.“

Bleiman begrüßt das Engagement der Baubranche für Investitionen in eine kompatible Fertigung von Bauelementen, wie sie die Software-Lösungen Autodesk Advance Steel und Autodesk Revit ermöglichen. „Im Allgemeinen ist die Software jetzt ziemlich gut und kann für eine ausreichend detaillierte Modellierung eingesetzt werden“, stellt er fest. „Wir müssen nur die entsprechenden Arbeitsabläufe entwickeln.“

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UC Merced Science and Engineering 2, Merced, Kalifornien. Mit freundlicher Genehmigung von M. Gale, Rutherford + Chekene.

So weist Bleiman z. B. darauf hin, dass konstruktive Bewehrungsdetails integraler Bestandteil der BIM-Betonplanung sein könnten, beispielsweise um eine bessere und frühere Analyse der Tragfähigkeit von Betonsäulen zu ermöglichen. Das wäre effizienter und würde automatisch erfolgen. Zudem könnte es die Gesamtmasse der Tragwerksteile in dem endgültigen Tragwerksentwurf reduzieren. „Die Bewehrung in Hochleistungsgebäuden ist aufgrund der Anforderungen an das Erdbebenverhalten extrem kompliziert und dicht. Die Gestaltung in 3D sorgt für bessere Passgenauigkeit“, ergänzt Bleiman. „Da wir so oder so eine detailliertere Bewehrungsmodellierung anstreben, ist es sinnvoll, wenn Baufirmen diese Arbeit ebenfalls nutzen.“

Für Veränderungen gerüstet

Bleiman sieht keinen wirklichen Widerstand gegen die Idee der Annäherung von Tragwerksplanung und konstruktiver Detaillierung. Er glaubt nicht einmal, dass Tragwerksplaner sie in Zukunft Konstrukteuren aufbürden müssten. „Es gibt Konstrukteure, die bereits 3D-Modellierung nutzen und neue Maßstäbe setzen“, berichtet er. „Vor langer Zeit besuchte ich ihm Rahmen eines Projekts, bei dem R+C gezielt neue Verfahrensweisen für die integrierte Projektabwicklung einführte, die Werkstatt des Rohrleitungskonstrukteurs. Wir hatten 3D-Modelle für die Kollisionserkennung geliefert, und es stellte sich heraus, dass sie seit Jahren 3D nutzten. Um genau zu sein, wandelten sie für ihre Zwecke 2D- in 3D-Zeichnungen um. Es war nicht bloß Theorie – ihre Modelle gingen direkt an die Maschinen, die die Rohrleitungen herstellten. Das öffnete mir die Augen. Sie waren uns in verschiedener Hinsicht voraus, und wir hatten es nicht einmal bemerkt.“

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R+C-Junior-Partner Alan Kren bei der Renovierung des Fährgebäudes von San Francisco Anfang der 2000er Jahre. Mit freundlicher Genehmigung von Rutherford + Chekene.

Bereits jetzt setzt ein Großteil der Baustahl- und Fertigteilindustrie in Europa 3D-Modelldaten für Fertigungsverfahren ein, eine Entwicklung, die neuerdings auch im Stahlbewehrungsbau zu beobachten ist. Trotzdem ist nicht alles eitel Sonnenschein, und es gibt auch keine universale Bruderschaft der Bauunternehmer. Insbesondere besteht eine Lücke zwischen den Plänen, die die Tragwerksplaner liefern, und dem, was Bauunternehmer sich wünschen. Die Lösung ist jedoch ein zweischneidiges Schwert.

„Bauunternehmer beschweren sich seit Jahren darüber, dass Zeichnungen von Tragwerksplanern unvollständig sind“, erläutert Bleiman „Und sie haben natürlich recht. Aktuell stellen wir eher Anweisungen bereit. Es kostet sie Geld, diese zu verstehen, und hat Änderungsaufträge zur Folge. Andererseits verdienen sie an Änderungsaufträgen. Je vollständiger und detaillierter unsere Zeichnungen werden, führt dies dazu, dass Bauunternehmer und Konstrukteure zunehmend austauschbar sind, was sich auf ihre Geschäftsmodelle auswirken wird. Manchmal sollte man sich eben sehr genau überlegen, was man will!“

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