„Der ‚Digitale Zwilling‘ ist ein Abbild der Realität“

Der nächste Schritt nach BIM

THIS im Gespräch mit Lutz Bettels, Vice President und Regional Executive bei Bentley Systems Germany GmbH, über Building Information Modeling, digitale Zwillinge, und zu lösende Probleme bei der Digitalisierung

THIS: Hallo, Herr Bettels. Wir treffen uns auf dem 4. Anwendertag von Building Smart. Eines der Kernthemen, über die Sie hier gesprochen haben, ist das Thema ‚Digital Twin‘. Worum geht es dabei?

Lutz Bettels: Das Konzept des Digitalen Zwillings kann man als eine Weiterentwicklung der BIM-Methodik ansehen. Bei Building Information Modeling erstellt man vor dem eigentlichen Bauprozess ein digitales 3D-Modell, mit dem man idealisiert beschreibt, wie ein Gebäude auszusehen hat. Dieses Modell lässt sich natürlich noch mit weiterführenden Informationen ergänzen, wie etwa dem zeitlichen Ablauf des Bauprozesses oder mit hinterlegten Kosten zu den einzelnen Bauphasen.

Man kann an dieses Modell auch zusätzliche Daten und Informationen anhängen, die es erlauben, den aktuellen Zustand dieses Modells mit der Realität abzugleichen. Dann wird aus einem BIM-Modell ein ‚Digitaler Zwilling‘, ein virtuelles Abbild der Realität.

THIS: Wie kann man diese Methode als ganz normaler Bauunternehmer in seine Abläufe einbringen?

Lutz Bettels: Wenn man als Bauunternehmer ein BIM-Modell vom Planer bekommt, und es geht in die Bauausführungsphase hinein, kann man an diesem Modell Informationen fortschreiben, die die Bauphase betreffen. Etwa: Wie ist der Status des Bauteils? Ist es nur geplant? Ist es schon bestellt? Ist es gebaut? Ist es abgenommen?

Solche Informationen werden während der Bauphase ans BIM-Modell angehängt, sodass man zu jedem Zeitpunkt im Bauprozess zu jedem Objekt des Gebäudes oder des Bauwerkes sehen kann, in welchem Zustand es sich befindet.

THIS: Ein Soll-Ist-Abgleich?

Lutz Bettels: Genau – der Digitale Zwilling ist ein Abbild der Realität in einem virtuellen Modell. Dafür braucht es aber auch eine Feedbackschleife mit der Realität. Das heißt, ich muss eigentlich permanent Prozessdaten hinzufügen, um digital sozusagen meinen Zustand auch herstellen zu können.

Das hilft dem Bauunternehmer letztendlich in der Fortschrittskontrolle und in der Risikobewertung seines Bauprojektes. Es hilft natürlich auch, seine Abläufe zu optimieren, Kosten zu sparen, frühzeitig zu bestellen, rechtzeitig abzurechnen, und diese ganzen Geschichten. Man kann früher regulierend eingreifen und eventuell aufkommende Probleme wesentlich früher beheben, oder sogar noch beheben, bevor sie auftreten. Und hier profitiert der Bauunternehmer vom Digitalen Zwilling.

Grundlage dafür ist, dass man natürlich ein erstes digitales Modell des Projekts haben muss, in dem die verschiedenen Bauteile und deren Eigenschaften beschrieben sind, so dass sich dann an diese Bauteile die Prozessinformationen, also die während des Bauablaufs entstehenden Informationen, anhängen lassen.

THIS: Wie bringt man diese Ist-Daten, diese Baufortschritte, in das bestehende Modell ein?

Lutz Bettels: Dazu muss das Modell letztendlich in einer Form vorliegen, auf die man sehr leicht zugreifen kann. Aus unserem Verständnis heraus ist das dann eine sogenannte Cloud-Lösung, auf die man mit einem beliebigen Client und einem beliebigen Front-End zugreifen und darüber auch Daten zurückspielen kann.

THIS: Wie sieht das dann in der Praxis aus?

Lutz Bettels: Ein Beispiel dazu: Ein Bauleiter auf der Baustelle führt ein Bautagebuch, in dem er Änderungen und Baufortschritte nachhält. Nun hat er ein Formular auf seinem mobilen Gerät, in das diese Änderungen eingetragen werden. Wurde ein neues Teil verbaut, hängt an diesem Bauteil beispielsweise eine Kennung, entweder als QR-Code oder als RFID-Chip.

Darüber lässt sich das Bauteil identifizieren und über das mobile Endgerät erfassen. Das wird dann wieder zurückgespiegelt auf das digitale Modell in der Cloud, auf den digitalen Zwilling. Nun können andere Leute, die irgendwo ganz woanders sitzen, sozusagen in Echtzeit oder zeitnah diese Veränderung mitbekommen und auswerten, und auf Basis dessen dann Entscheidungen fällen, etwa eine Abnahme durchführen oder eine Rechnung schreiben.

THIS: Es geht also um ein permanentes Feedback?

Lutz Bettels: Ja, man erfasst aktuelle Daten und hängt sie an den Digitalen Zwilling. Ob die Daten manuell erfasst und eingetippt werden, oder ob man die Bauteile automatisiert mithilfe von RFID-Chips erfasst, spielt keine Rolle für den eigentlichen Ablauf.

THIS: Diese Technik ist aber nicht sehr verbreitet?

Lutz Bettels: Sie ist noch nicht so verbreitet, wie sie es sein könnte und sollte. Denn der Nutzen ist hoch, wenn Bauteile selbstständig bzw. aktiv Daten liefern, denen man nicht mehr hinterherlaufen muss. Wenn entsprechende Bauteile auf die Baustelle kommen, wird dieser RFID-Chip automatisch gelesen. Man weiß also, wann die Bauteile kamen, wo sie zwischengelagert wurden, wo sie sich auf der Baustelle befinden. Und diese Daten kann man dann automatisch mit dem Gebäudemodell verknüpfen, und schreibt damit einen Digitalen Zwilling letztendlich automatisiert fort.

THIS: Bauleiter, Polier oder Vorarbeiter legen also nicht selbst Hand ans Modell?

Lutz Bettels: Nein. Die haben ihr Tablett oder iPad, oder kriegen im Idealfall – wenn alles automatisch im Hintergrund abläuft – gar nichts mit. Man muss nur das Bauteil eindeutig identifizieren können. Das Bauteil braucht ein sogenanntes Asset-Tag – also eine Kennung – die hilft, dieses Bauteil zu identifizieren, und dort Informationen dranzuhängen. Das kann im einfachsten Fall das Bauteil sein – diese Brandschutztür ist verbaut worden, die ist abgenommen worden, die ist freigegeben worden. Der Mann auf der Baustelle muss also nicht wissen, was ein BIM-Modell oder ein Digitaler Zwilling ist. Sondern er erfasst die Informationen, die er vielleicht bisher manuell in irgendwelchen Baustellencomputern oder Formularen aufgenommen hat, nun mit einem Gerät, das die Daten automatisch an die richtige Stelle funkt.

THIS: Wie sieht es mit Drohnen oder mit Laser-Scannern aus?

Lutz Bettels: Das funktioniert ähnlich – mit dem Unterschied, dass man aus dem Drohnenflug oder Laser-Scan Punktwolken erhält, dass man hier eigentlich nur einen Klumpen an Punkten oder einen Klumpen an Geometrie hat. Die Kunst ist dann, diesen Klumpen so aufzuteilen, dass daraus wieder einzelne Objekte entstehen. Da gibt es zwei Methoden. Zum einen hilft es natürlich, wenn man ein BIM-Modell hat, mit dem man die neuen Geometrie-Daten vergleichen kann, wenn man über eine Erkennung sagen kann: okay, das Bauteil ist jetzt wirklich da. Das ist sehr komplex.

Eine andere Möglichkeit ist, dass man weiß, wo das Bauteil verortet ist, dass also an einer bestimmten Stelle beispielsweise ein Heizkessel sein sollte. In dem Moment, wo an der Position ein Stückchen Geometrie entsteht, weiß ich, das muss im Heizkessel sein. Dann lässt sich der Status auch automatisch ändern, etwa auf „verbaut“.

THIS: Klingt ein bisschen wie Zukunftsmusik…

Lutz Bettels: Das klappt in vielen Bereichen schon ganz gut, doch es klappt noch nicht überall. Aber sicherlich ist das Ziel, über diese Datenerfassung, über Drohnen, über Fotogrammetrie oder Laser-Scanning wieder 3D-Modelle zu erzeugen, die wieder aus einzelnen Komponenten bestehen. Das ermöglicht dann, automatisch den Baufortschritt zu kontrollieren, ihn mit meiner Bauteildatenbank abzugleichen, und anschließend etwa Abrechnungen oder Rechnungsstellungen auszulösen.

THIS: Dann ist der eigentlich einfachere Weg immer noch der: man macht ein Protokoll, man macht die Abnahme, klemmt vielleicht noch ein Foto dran und schreibt seinen normalen Bericht.

Lutz Bettels: Es ist die Kombination aus beidem. Letztendlich ist der Digitale Zwilling die Sammlung und Auswertung von sämtlichen Informationen, die ich kriegen kann. Das ist nicht nur grafisch, das ist nicht nur Datenbank-technisch, sondern betrifft einfach alles, was ich an Informationen habe – Planungsinformationen, Ausführungsinformationen; später, im Betrieb, natürlich auch beispielsweise Wartungshistorien. Man sammelt einfach die Information und verlinkt sie mit dem Objekt.

Je nachdem, wie bzw. wofür man seinen Digitalen Zwilling nutzen möchte, holt man sich dann den Teil der Daten, den man braucht, um eine bestimmte Aufgabe zu lösen, etwa Baufreigabe, Wartungsarbeiten, was auch immer.

THIS: Also das Objekt ist nicht in dem Moment abgeschlossen , wo der Bauunternehmer den Schlüssel übergibt?

Lutz Bettels: Nein. Den Digitalen Zwilling kann ich auch in der Betriebsphase nutzen. Die Vorteile liegen also nicht nur beim Bauunternehmer, sondern auch beim Betreiber. Wenn der am Ende der Bauphase einen digitalen Zwilling übergeben bekommt, der digital das reale Objekt vollständig beschreibt, lässt sich der dann in der Betriebsphase natürlich auch weiterschreiben.

Ein Digitaler Zwilling ist immer zweckgebunden. Es gibt – also grundsätzlich, ganz grob – einen planerischen Zwilling, einen Bauausführungs-Zwilling und einen Betriebs-Zwilling. Je nach Situation wird der Digitale Zwilling anders genutzt.

THIS: Wenn das Bauprojekt abgeschlossen ist, gibt es sicherlich viele Daten, die ich nachher für den Betrieb nicht mehr brauche ...

Lutz Bettels: Richtig.

THIS: Kann ich die abspecken? Der zeitliche Verlauf, der beschreibt, wie ein Dach aufgebaut wurde, ist ja, wenn das Dach dann steht, nicht mehr von Relevanz.

Lutz Bettels: Prinzipiell kann man Daten auch löschen. Die Frage ist nur: Warum sollte man das tun? Speicherplatz ist heute nicht mehr das Thema.

Es ist eigentlich vom Konzept her vorgesehen, diese Daten auch zu behalten. Ein guter Grund, das auch zu tun, ist beispielsweise die Haftungsfrage. Wenn der Unternehmer das Bauwerk übergibt, ist er ja noch für ein paar Jahre in der Haftung, in der Gewährleistung. Wenn in dieser Zeit ein Schadensfall auftritt, kann es sehr wohl von Relevanz sein, den Bauablauf nachvollziehen zu können; es sind ja stets viele Ausführende beteiligt. Da kann diese Historie sehr wohl helfen.

Und das ist ja auch der Vorteil des ‚Digitalen Zwillings‘. Man hat nicht nur das derzeitige Abbild, sondern man hat auch die ganze Historie – von Planung über Bauphase bis hin zum Betrieb.

THIS: Gut, für solche Fälle ist eine rückwirkende Darstellung sicherlich hilfreich.

Lutz Bettels: Auch für eine Darstellung in die Zukunft – Thema ‚Predictive Maintenance‘, also vorausschauende Wartung.

Wenn alle relevanten Daten in den ‚Digitalen Zwilling‘ integriert sind, lassen sich in einem gewissen Rahmen auch Vorhersagen treffen, wann was kaputtgeht oder ausgetauscht werden sollte. Auf dieser Basis lassen sich vorbeugende Maßnahmen ergreifen, die größere Schäden verhindern.

THIS: Wie kann sich ein Bauunternehmer im Mittelstand mit nur geringen Erfahrungen im Bereich Digitalisierung diesem Thema nähern?

Lutz Bettels: Die einfachste Form eines Digitalen Zwillings ist die 4D-Planung: Man hat ein 3D-BIM-Modell, hängt dann da seinen Bauzeitenplan dran, und führt die Information des Bauzeitenplanes in diesem 4D-Modell fort. So lässt sich zu jedem Zeitpunkt auswerten, wo man in der Bauausführung steht. Das ist eigentlich die einfachste Form eines Digitalen Zwillings für einen Bauunternehmer.

THIS: So ein Bauzeitenplan ist ja nichts Neues ...

Lutz Bettels: Das stimmt, aber man sieht heute immer noch das BIM-Modell und den Bauzeitenplan getrennt. Man hat das BIM-Modell in der Cloud, den Bauzeitenplan in MS Project oder Primavera – und diese beiden Dinge sind nicht miteinander verbunden. Das BIM-Modell würde erst dann zum Digitalen Zwilling werden, wenn BIM-Modell und Bauzeitenplan miteinander verknüpft sind, sodass man jederzeit im 3D-Modell auf ein Objekt klicken und dadurch über den Bauzeitenplan die Information des Verbaustatus bekommt. Genauso umgekehrt.

THIS: Es wäre mir neu, dass MS-Project direkt mit einem BIM-Modell kommunizieren könnte ...

Lutz Bettels: Um diese zwei Datenköpfe – 3D-Modell und Projektplanung – miteinander zu verknüpfen, braucht es ein weiteres Werkzeug. Das ist das, was wir sozusagen als Digital-Twin-Services bezeichnen, als iTwin-Services. Das ist im Prinzip ein Cloud Service, wo man aus verschiedensten Datentöpfen diese Daten aggregieren und miteinander verknüpfen kann.

THIS: Als Bauunternehmer mit einem BIM-Modell möchte ich nun meinen in MS Project hinterlegten Bauzeitenplan integrieren und frage mich: was kostet solch eine Lösung? Kann ich das mieten, muss ich gleich ein großes Software-Paket kaufen?

Lutz Bettels: Das Vorteilhafte an unseren Cloud-Lösungen ist, dass es sich nicht um ein klassisches Lizenzmodell handelt, sondern um eine Subskription – man zahlt, wenn man es nutzt. Nutze ich es mehr, muss ich mehr zahlen, nutze ich es weniger, muss ich weniger zahlen. Und wenn ich es gar nicht nutze, muss ich es gar nicht zahlen. Das heißt, iTwin-Services ist letztendlich auch ein Subskriptionsmodell, wo man ein Projekt anlegen kann; abgerechnet wird eine Kombination aus Anzahl Nutzer und der Menge der Daten; letztendlich zahlt man nur, wenn man es wirklich auch nutzt.

THIS: Wenn also ein Bauunternehmer nur drei Projekte im Jahr hat, für die er die Dienste braucht, steigt er dreimal ein und dreimal aus?

Lutz Bettels: Genau. Natürlich bieten wir auch für Großunternehmen entsprechende Cloud-Services an. Aber wie ich sagte, funktioniert der Digitale Zwilling auch im Kleinen.

Wer lokal auf seinem Rechner ein BIM-Modell hat, wo er dann jeden Abend aus einer Excel-Tabelle ein paar Daten einspielt, die von der Baustelle kommen, hat schon einen Digitalen Zwilling.

Entscheidend für den Nutzen des Digitalen Zwillings ist, dass man keine statischen Modelle mehr hat, sondern die Informationen dynamisch fortschreibt. Welche Technologie man dann verwendet – ob lokales Modell auf dem Rechner, ob Cloud-Service – ist dann eigentlich zweitrangig.

Bentley Systems Germany GmbH

www.bentley.com/de

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