IoT und BIM für automatische Leistungserfassung

Im Rahmen eines Digipro-Projekts forscht ALLPLAN zusammen mit drei Partnern an einem System zur automatischen Leistungsermittlung mithilfe von IoT und BIM. DigiPro fokussiert die Digitalisierung von Produkten, Prozessen und Geschäftsmodellen in Unternehmen.

Im Rahmen des deutsch-niederländischen INTERREG-Programms Digipro läuft momentan ein Projekt, das unter Anwendung von IoT (Internet of Things) und BIM (Building Information Modeling) die Leistungserfassung auf der Baustelle automatisieren soll. Ein Konsortium aus den vier Unternehmen BuildersMind, mangineers, Nijhuis Bouw B.V. und ALLPLAN arbeitet dabei an einer Lösung für eine automatisierte Baustellenüberwachung, die den Baufortschritt in nahezu Echtzeit dokumentiert. In einer Alpha-Testphase konnten auf zwei Baustellen von Nijhuis Bouw in Enschede 2020 bereits vielversprechende Ergebnisse erzielt werden.

Die zentrale technische Innovation in dem Projekt liefert BuildersMind in Form einer mobilen (MACI) Tracking Box und des BuildersMind Kerns. Die MACI Box wird magnetisch an einer Baumaschine – in diesem Fall am Haken eines Autokrans – angebracht und sammelt und überträgt Bewegungsdaten vom Arbeitsgerät, die sie an einen Monitoring-Sevice weitergibt. Letzterer fusioniert die Daten, wertet sie aus und integriert sie in annähernder Echtzeit in die BIM-Plattform ALLPLAN Bimplus. Dort entsteht automatisch eine Überlagerung der gelieferten As-built- oder Ist-Daten mit den Planungs- beziehungsweise Soll-Daten eines BIM-Modells des Projekts, anhand derer der aktuelle Baufortschritt ermittelt und visualisiert werden kann.

Das System wurde mittlerweile in einer Alpha-Testphase auf den zwei Baustellen „Operahof“ und „de Laares“ in Enschede, die insgesamt 65 Einfamilienhäuser in Fertigteilbauweise umfassen, erfolgreich erprobt. Planungsseitig wurden hierzu in drei Schritten detaillierte BIM-Modelle durch mangineers erstellt. Im ersten Schritt erfolgte eine Visualisierung der Umgebung und Positionierung der Gebäude, wobei Nullpunkt und tatsächliche Geokoordinaten aufeinander abgestimmt wurden.

Ein 3D-Volumenmodell integrierte im zweiten Schritt die Kubaturen der Gebäude. In dieser Phase können bereits durch Anbindung des BuildersMind Systems einfache As-built-Informationen wie etwa Positionsdaten des Arbeitsgeräts integriert und erste Baufortschrittsinformationen (beispielsweise die Anzahl der verbauten Fertigteile) erfasst werden. Im dritten Schritt erfolgte eine weitere Detaillierung der 3D-Volumenmodelle auf Geschoss- und Bauteilebene. Diese hochdetaillierten Modelle bilden schließlich die Plandatenbasis für die automatische Baufortschrittserkennung der Fertigteilmontage.

In der Alpha-Testphase konnte das BuildersMind-System bislang bereits mehrere 100.000 Datensamples pro Einfamilienhaus erzeugen, mit deren Hilfe KI-basierte Module zur Bauteilerkennung trainiert wurden. Die Module liefern wiederum spezifische kognitive Services wie die Baufortschrittserkennung der Fertigteilmontage. Schon jetzt ist das System in der Lage, in annähernder Echtzeit eine detaillierte Leistungsermittlung mit verbauten Mengen und dazugehörigen Zeitpunkten automatisch zu erstellen. Ferner lässt sich aus diesen Informationen für Nachkalkulationen oder die Validierung von Aufwandswerten die tatsächliche Dauer von Arbeitsvorgängen ableiten.

Die Informationen werden via Bimplus an ein Dashboard ausgegeben, über das sie abgelesen werden können. Dieses wird in den Bimplus BIM-Viewer integriert.

Eine Weiterentwicklung des Proof of Concept soll zudem künftig noch eine Verfeinerung der Lokalisation im BIM-Modell auf Bauteilebene, die Integration eines 4D-BIM-Modells
sowie einen echtzeitnahen Soll-Ist-Abgleich und eine Erstellung von 4D-Baufortschritts-prognosen für die Fertigteilmontage ermöglichen.