BIM IM GEBÄUDEBESTAND –
HERAUSFORDERUNGEN IN DER SANIERUNG
Falk Cudok*, Felix Rehmann*, Rita Streblow*
*
Technische Universität Berlin/Einstein Center Digital Future
Institut für Digitale Vernetzung von Gebäuden, Energieversorgungsanlagen und Nutzenden
(T +49 30 314 79708, falk.cudok@tu-berlin.de)
This document is a Whitepaper containing the findings of the research project "BF2020 Begleitforschung
Energiewendebauen - Modul Digitalisierung" (FKZ: 03EWB004A).
The paper has been revised on May 11th 2023.
This document is published under Creative Commons BY-NC-ND license
(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).
Please cite this article as:
Falk Cudok, et. al., BIM im Gebäudebestand – Herausforderungen in der Sanierung, Whitepaper, 2023
Berlin, 2023, https://doi.org/10.14279/depositonce-17820
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ZUSAMMENFASSUNG
In diesem Whitepaper werden die spezifischen Anforderungen in der Anwendung und Ansätze der BIM-
Methode im Gebäudebestand, die im Workshop „BIM im Gebäudebestand – Herausforderungen in der
Sanierung“ im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitforschung Energiewendebauen (Modul
Digitalisierung) ermittelt worden sind, vorgestellt und diskutiert. Neben den Ergebnissen einer
Thesendiskussion, welche um die Aussagen aus der Literatur und aus den Vorträgen ergänzt worden ist,
werden in der Einleitung wichtige Technologien zur Gebäudebestandsaufnahme kurz vorgestellt.
In der Diskussion haben die Teilnehmenden den folgenden Thesen eindeutig (> 75%) zugestimmt:
• 1. These - Mit Hilfe der BIM-Methode können Sanierungsaufgaben effizienter durchgeführt
werden.
• 2. These - BIM im Bestand ist nicht Stand der Praxis.
• 4. These - Standardisierte Sanierungsprozesse sind möglich.
• 5. These - Maschinelles Lernen (ML) und Künstliche Intelligenz (KI) sind wichtige Technologien für
das automatisierte Erstellen von BIM-Modellen.
bzw. abgelehnt:
• 6. These - Informationsbeschaffung für die Erstellung eines BIM-Modelles ist für fast alle Gebäude
ohne mechanische Eingriffe (zerstörungsfreie Prüfung) möglich.
Bei der dritten These „Die Anwendung der BIM-Methode beim Bauen im Bestand ist wichtiger als im
Neubau.“ zeigte sich ein differenzierteres Meinungsbild.
Die Bewertung von zustimmenden bzw. ablehnenden Argumenten zu den Thesen hat ein Henne-Ei-
Problem in ähnlicher Weise wie bei der Anwendung der BIM-Methode im Neubau gezeigt. Auf Grund der
geringen Verbreitung, gibt es wenig zugängliches Wissen zur Anwendung, wenig belegte
Erfolgsgeschichten und es fehlt an notwendigen Daten und Erfahrungswerten, wodurch der Einstieg
schwierig und die Motivation gering ist.
Neben den Herausforderungen für die Anwendung der BIM-Methode im Allgemeinen bzw. im Neubau
ergibt sich für die Anwendung der BIM-Methode im Bestand die Notwendigkeit der Bestandsaufnahme.
Für die automatisierte Datenzusammenführung für das Erstellen bzw. Anreichern eines BIM-Modells
können Verfahren des Maschinellen Lernens bzw. der Künstlichen Intelligenz großes Potenzial haben.
Allerdings fehlt es hier an geschultem Personal (auch Lehrenden) und an Trainingsdaten.
Wie auch für die Anwendung der BIM-Methode im Allgemeinen bzw. im Neubau wird die BIM-Methode
als Kommunikationswerkzeug verstanden, die zu mehr Transparenz und besseren Ergebnissen auf Grund
der breiteren Datengrundlage führt.
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EINLEITUNG
Wie in der Veröffentlichung „ENERGIEEFFIZIENZ DURCH DIGITALES BAUEN MIT BIM“ erläutert, bietet die
Methode des Building Information Modeling (BIM) ein großes Potenzial zur Steigerung der Energie- und
Ressourceneffizienz in der Planungs- und Umsetzungsphase von Neubau- und Sanierungsprojekten, aber
auch im Betrieb von Gebäuden [1]. Insgesamt sind starke Überschneidungen bei der Anwendung der BIM-
Methode im Bestand und im Neubau zu erkennen. Auch die Definition der BIM-Methode ist unabhängig
von der Anwendung im Bestand oder im Neubau: „Building Information Modeling bezeichnet eine
kooperative Arbeitsmethodik, mit der auf der Grundlage digitaler Modelle eines Bauwerks die für seinen
Lebenszyklus relevanten Informationen und Daten konsistent erfasst, verwaltet und in einer
transparenten Kommunikation zwischen den Beteiligten ausgetauscht oder für die weitere Bearbeitung
übergeben werden.“ [2] Neben der hier vorgestellten Beschreibung gibt es eine Vielzahl von sehr
ähnlichen Formulierungen (bspw. [3]–[5]).
In der Praxis wird die BIM-Methode angewendet, um unter Verwendung von digitalen Modellen (CAD und
alphanumerischen Parametern) und daran gekoppelten digitalen Werkzeugen (bspw. automatische
Kollisionsprüfer, hydraulische Rohrströmungssimulation) die Zusammenarbeit der verschiedenen
Stakeholder (unterschiedliche Rollen und Fachdisziplin) zu strukturieren und zu unterstützen. Dabei ist es
das Ziel die steigenden Anforderungen an Gebäude und damit die steigende Komplexität handhabbar zu
machen. Bisher wird die BIM-Methode hauptsächlich im Neubau angewandt. Allerdings gehört die
Sanierung der Bestandsgebäude zu den zentralen Herausforderungen, um Klimaneutralität zu erreichen.
Eine Literaturrecherche zur BIM-Methode in der Gebäudebestandssanierung hat gezeigt, dass sehr wenig
Literatur zu diesem Thema vorhanden ist. Deshalb hat die wissenschaftliche Begleitforschung zur
Forschungsinitiative Energiewendebauen den Workshop „BIM im Gebäudebestand - Herausforderungen
in der Sanierung“ am 19.09.2022 mit Vertretenden aus der Forschung, sowie der Industrie und von
Behörden durchgeführt.
GRUNDLAGEN ZUR BESTANDSAUFNAHME
Der wesentliche Unterschied der Anwendung der BIM-Methode im Gebäudebestand im Vergleich zur
Anwendung im Neubau ergibt sich aus der Notwendigkeit der Bestandserfassung, um das notwendige
digitale Gebäudemodell als Grundlage der BIM-Methode zu erstellen. Für die Anwendung der BIM-
Methode im Neubau ergibt sich das Modell während der Planungsphase. Für Bestandsgebäude liegen
typischerweise keine Unterlagen oder wenige Unterlagen in Papierform vor. Digitale und
maschinenlesbare Dokumente zu Bestandsgebäuden sind nur in Ausnahmefällen vorhanden. Ein
Gebäudemodell enthält typischerweise geometrische Informationen und weitere attributive
Informationen wie bspw. Materialangabe.
Für die Aufnahme von geometrischen Informationen werden in der Veröffentlichung der
Bundesarchitektenkammer „BIM für Architekten – Digitalisierung und Bauen im Bestand“ [2] folgende
Methoden bzw. Technologien vorgeschlagen:
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• Handaufmaß und Messzeichnen: Hier wird das Aufmaß manuell mit Hilfe von
Entfernungsmesseinrichtungen wie typischer Distometer aufgenommen. Das Distometer erfasst
Entfernungen mit Hilfe eines reflektierten Laserstrahls bzw. dessen Laufzeit. Beim klassischen
Handaufmaß findet nachgelagert die Erstellung eines 3D-CAD-Modells auf Basis des Aufmaßes
statt. Im Fall des Messzeichnens wird automatisiert ein 3D-Modell erstellt. Dazu wird eine
Modellierungssoftware verwendet, die mit dem Messgerät kommuniziert. Auf Basis von
vorskizzierten Geometrien werden mit den gemessenen Werten direkt 3D-CAD-Modelle erstellt.
• Verwendung Tachymeter: Das Anwendungsprinzip ist der Anwendung vom Distometer ähnlich.
Im Gegensatz zum Distometer werden beim Tachymeter zusätzlich gesetzte Punkte zur
Orientierung eingemessen. Dadurch wird der Bezug der gemessenen Distanzen zueinander sehr
genau.
• Photogrammetrie: Dazu werden Fotos und einige Stichmaße
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aufgenommen. Mit einer
entsprechenden Softwareanwendung werden basierend auf den Fotos und den Stichmaßen
geometrische Modelle abgeleitet. Für die Ableitung der Modelle ist eine leistungsfähige Soft- und
Hardware notwendig.
• Laserscanning: Dieses Verfahren erfasst dreidimensionale Oberflächen indem die Laufzeit des
reflektierten Laserstahls ausgewertet wird. Resultat ist eine Punktwolke, welche die gescannte
Oberfläche detailreich wiedergibt. Für Darstellung und für Modellableitung ist eine
leistungsstarke Hard- und Software notwendig. Die Ableitung eines geometrischen Modells aus
einer Punktwolke ist aufwendig. In [2, S. 22] ist eine Faustformel für das zeitliche Verhältnis aus
Datenerfassung (Scanning-Prozess) zur Modellableitung mit 1 zu 8 angegeben (d.h. 1h
Datenaufnehmen, 8h Modell aus Daten ableiten). Mit Hilfe von Drohnen können mit dem
Laserscanning-Verfahren auch geometrische Informationen an unzugänglichen Orten erfasst
werden.
Herr Genswein hat in seinem Vortrag „Flucht nach vorne! Wie Flucht- und Rettungspläne zur Heizlast und
BIM führen können“ ein einfaches Verfahren zur Erstellung von Geometrie-Modellen auf Grundlage von
Flucht- und Rettungsplänen vorgestellt (siehe Anhang, S. 18 ).
Neben der Erfassung der geometrischen Informationen ist die Erfassung von weiteren Informationen
notwendig. Informationen zur Tragwerkskonstruktion und auch zu energetischen Gegebenheiten sind nur
teilweise aus den geometrischen Informationen der Oberflächen abzuleiten. Hier ist es zum einen
notwendig die Struktur und zum anderen deren Zustand zu ermitteln. Dazu können zerstörungsfrei und
auch minimalinvasive bzw. zerstörungsarme Verfahren eingesetzt werden. In [2, S. 25] werden folgende
zerstörungsfreie Verfahren, welche in der Bauwerksanalyse angewendet werden, aufgeführt.
Bauwerksmonitoring: Das Bauwerksmonitoring umfasst verschiedene (Langzeit-)Messverfahren mit
verschiedenen Zwecken am Gebäude. Es kann bspw. die Messung von vertikalen Bewegungen (Heben
und Senken) vom Boden mit Hilfe von hydrostatischen Setzungsmesssystemen ("elektronische
Schlauchwaage") oder über geodätische Messpunkte (Messprismen) vorgenommen werden [3].
Schmidt'sche Rückprallhammer: Der Schmidt'sche Rückprallhammer wird zur Ermittlung der
Betondruckfestigkeit eingesetzt. Dazu wird ein Schlagbolzen beschleunigt und auf den Prüfling
aufschlagen gelassen. Die Rückprallstrecke ist das Maß für die Rückprallenergie. Aus einer Tabelle, welche
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Stichmaß ist in der DIN 18202 "Toleranzen im Hochbau - Bauwerke" definiert als Abstand eines Punktes von einer Bezugslinie.
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dem Rückprallhammer zugeordnet ist, wird die Festigkeit des Prüflings abgelesen. [4] Die Anwendung des
Rückprallhammers und auch des im Folgenden erläuterten Potentialfeldmessgerätes werden den
klassischen Verfahren zugeordnet.
Potentialfeldmessgerät: Neben der optischen Begutachtung von Stahlbetonelementen werden
Potentialfeldmessgeräte eingesetzt um die Korrosion der Stahlbewehrung zu erkennen bzw. zu
untersuchen. Dieses Verfahren basiert auf der Potentialdifferenzmessung der unterschiedlichen
chemischen Potentiale der korrodierenden Stelle der Bewehrung (Anode) und des intakten Bereichs der
Bewehrung (Kathode). Sowohl die Durchführung als auch die Bewertung erfordern Erfahrung. Die
Messergebnisse werden durch eine Vielzahl von Faktoren wie die Betonfeuchte, die Dicke der
Betondeckung usw. beeinflusst. [5, S. 84–86]
Ultraschall: Mit Hilfe des Ultraschall-Echo-Verfahrens können großflächige vergleichende
Untersuchungen bezüglich der Eigenschaften des Betongefüges, einer Gefügeänderung oder -schädigung
und die Ortung von Inhomogenitäten ab einem Durchmesser von 10 cm durchgeführt werden. Es erlaubt
die Ermittlung des Wandaufbaus. Auch hier ist die Anwendung nur von sachkundigem Personal
auszuführen. [5, S. 77]
Infrarotthermografie: Ist ein Verfahren, welches verstärkt für das Auffinden von Wärmebrücken in der
Gebäudehülle Anwendung findet. Aber es kann auch zur Ortung von oberflächennahen Inhomogenitäten
eingesetzt werden. Mit Hilfe der Infrarotthermografie wird die Temperaturverteilung auf einer Oberfläche
ermittelt [5, S. 79]. Dabei wird die Intensität der Infrarotstrahlung, die von einem Punkt ausgeht, als Maß
für dessen Temperatur gedeutet [6].
Im Vortrag „Möglichkeiten und Grenzen der Bestandserfassung durch Laserscanning und
Radartechnologie“ (siehe Anhang) hat Herr Prof. Groß das Verfahren Ground Penetrating Radar (GPR)
vorgestellt.
Ground Penetrating Radar (GPR): Das Ground Penetrating Radar kann für die Bestimmung von
Wandaufbauten genutzt werden. Dazu werden Radarscans von Wänden erstellt und der jeweilige
Wandaufbau an Hand von den spezifischen Ausprägungen der Scans mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz
(bzw. der Algorithmen) ermittelt. Die GPR-Verfahren soll in Kombination mit dem Laserscanning
eingesetzt werden.
In den Tabellen „Untersuchungsverfahren zur Bauwerksdiagnostik (Auswahl)“ [7, S. 86], „Prüfverfahren
mit hohem technischem Aufwand und Geräteeinsatz“ [7, S. 101] und „Untersuchungsverfahren zur
(Stahl-) Betondiagnostik (Auswahl)“ [7, S. 328–329] sind weitere Untersuchungsverfahren für
Bestandsgebäude enthalten. Die Untersuchung von Bohrkernen, welche durch Kernbohrung dem Bauteil
entnommen werden, ist ein verbreitetes (minimal-)invasives Untersuchungsverfahren, welches
Aufschluss über den Aufbau und Zustand des Bauteils geben kann.
Digitale Technologien werden in Kombination zu den aktuellen Untersuchungsverfahren erforscht.
Beispielsweise wird untersucht, ob die Erstellung eines digitalen Zwillings, auf dessen Basis simulative
Vorhersagen über Eigenschaften bzw. Verhalten getroffen werden können, um diese mit dem Ergebnis
der aktuellen Untersuchungsverfahren abgleichen zu können. Des Weiteren werden Methoden des
Maschinellen Lernens bzw. der Künstlichen Intelligenz eingesetzt, um automatisiert Risse auf Basis von
Punktwolken aus dem Laserscanning-Verfahren zu erkennen. [2, S. 25]
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