Der Weg der U-Bahn-Linie U5 zu einem 100% BIM-Projekt

Der Neubau der 24 km langen Hamburger U-Bahn-Linie U5 ist die Aufgabe einer Generation! Das Projekt muss so aufgestellt sein, dass schon heute die Anforderungen der Zukunft berücksichtigt sind. Die HOCHBAHN setzt auf BIM und führt diese Methodik seit 2022 verpflichtend für neue U5-Planungen ein.

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Der Weg der U-Bahn-Linie U5 (Hamburg) zu einem 100% BIM-Projekt

Das U-Bahn-Netz in Hamburg soll in den nächsten Jahren so erweitert werden, dass es auf Jahrzehnte die Stadt attraktiver und lebenswerter macht. Die Freie und Hansestadt Hamburg hat die Hamburger Hochbahn AG (HOCHBAHN) mit der Planung und Realisierung dieses wichtigsten Hamburger Infrastrukturprojektes beauftragt.

Die U-Bahn-Linie U5 ist mit 24 km nahezu vollständig unterirdischem Streckenverlauf mit 23 Haltestellen in einem Realisierungszeitraum bis Ende der 30er Jahre das größte kommunale Schienenverkehrsprojekt Deutschlands. Die U-Bahn-Linie U5 soll vollautomatisch und in einem sehr dichten Takt – bis zu technisch möglichen 90 Sekunden – verkehren.

Die Komplexität und Aufgabenstellung dieses Projektes sind gewaltig. Mit Blick auf die Entwicklungen im Bereich BIM, welche bereits seit 2015 bei der Hochbahn immer mehr in den Fokus rückt, muss diese Arbeitsweise auch bei diesem Projekt Einzug finden. Dabei interpretiert die HOCHBAHN BIM nicht nur als zwingend objektorientierte 3D-Anwendung, sondern umfassender als „Besser Informationen Managen“. Dieser Informationsaustausch über mehrere Anwendungen umfasst somit beispielsweise auch Tabellensheets oder Geoinformationen (GIS). Dabei ist stets sicherzustellen, dass die Daten mit den notwendigen Informationen angereichert sind.

Durch die Komplexität, Projektgröße und Laufzeit des Projektes „Neubau U-Bahn-Linie U5“ ist es notwendig, dieses in mehrere einzelne Unterprojekte aufzuteilen, die teilweise zeitlich versetzt geplant und umgesetzt werden. Für die Realisierung sind verkehrstechnisch sinnvolle und bautechnisch zweckmäßige Teilinbetriebnahmen essenziell. Im Zuge des Projektverlaufes veränderte sich der Zuschnitt der Unterprojekte bereits mehrfach. Weitere Veränderungen sind wahrscheinlich.

Die U5-Teilprojekte werden in Paketen bearbeitet, die sich an den Leistungsphasen der HOAI orientieren. Vor dem Hintergrund der Mittelbereitstellung durch die Freie und Hansestadt Hamburg als Fördermittelgeber und des Vergaberechtes können die Planungsleistungen nicht von einer Planungsgemeinschaft über alle Planungsphasen erbracht werden. Vielmehr sind im Planungsverlauf mehrere Ausschreibungen notwendig, die zuletzt Abschnitte von < 5 km und nur zwei Leistungsphasen umfasste.

Im Projekt U5Mitte wird parallel die überarbeite Vorplanung finalisiert. Für den sogenannten Abschnitt „U5M1.000“ wurden die Entwurfs- und Genehmigungsplanungen bereits gestartet. Das Planfeststellungsverfahren soll für diesen Abschnitt 2024 eröffnet werden.

Es ist vorgesehen, Entwurfs- und Genehmigungsplanungen weiterer Abschnitte der U5 Mitte ab 2023 zu beginnen.

Ziel für die Arbeitsmethodik BIM

Durch die Aufteilung der U5 in mehrere – zeitlich gestaffelte – Teilabschnitte konnten und mussten bisher in jedem Teilprojekt unterschiedliche Schwerpunkte gesetzt werden. Die Anwendungen der 2016 begonnenen Planungen der U5 Ost haben i. W. noch den Charakter von Piloten. Ab Beginn der Entwurfs- und Genehmigungsplanungen der U5 Mitte im Jahr 2022 sind ausschließlich BIM-Planungen zugelassen. Dieser Schritt wurde im Rahmen der Vorplanung durch die Erstellung eines umfassenden Bestandsmodells strategisch vorbereitet.

Die HOCHBAHN verspricht sich durch die Einführung der BIM-Methodik im Projekt Neubau der U-Bahn-Linie U5

  • Integration von Wissen aus bestehenden Einzelprojekten in einer Quelle. In diesem Zuge strahlen im U5-Projekt erzielte Vorteile auch auf das Gesamtunternehmen aus (z. B. Planungs- und Informationsrecherchen im Geoportal),
  • ein vereinfachtes Datenmanagement, da Daten und Informationen allen Beteiligten schneller zur Verfügung stehen,
  • eine erhöhte Planungssicherheit, welche bei so komplexen Bauwerken und unter Berücksichtigung der anliegenden Bauwerke essenziell ist
  • frühzeitige Fehleranalysen, da Kollisionen zwischen Gewerken – auch im dreidimensionalen Raum – frühzeitiger erkannt werden,
  • Bessere Kooperation mit anderen Bauvorhaben durch Daten/Modellaustausch (u. a. Projekte des Deutschlandtaktes 2030, Umbau Hauptbahnhof Hamburg)
  • die Vermeidung von unnötigen Doppelarbeiten oder Arbeiten auf Grundlage von falschen Informationen,
  • dass durch das CDE-Interne Aufgabenmanagement die Nachverfolgung von Aufgaben effizienter gestaltet wird
  • schnellere Einarbeitung von neuen Mitarbeitern durch eine einfachere Informationsbereitstellung

Das Bestandsmodell als Basis für weitere Planungen

Das vorgenannte Bestandsmodell dient als Grundlage für sämtliche Planungen. Es ermöglicht den Zugriff auf alle notwendigen Informationen zentral aus einer Quelle und ermöglicht die bestmögliche Basis für kommende kluge Entscheidungen. Beispielsweise umfasst das Grundlagenmodell neben den ALKIS-Daten mit verdichteten tachymetrischen Messungen und Laserscans auch insgesamt über 8.000 PDF-Pläne zu trassennahen Bauwerken, die mit dem Modell verknüpft wurden und so zielgerichtete Auswertungen ermöglicht. Unplausible Eintragungen im Modell können durch direkten Zugriff auf die Datengrundlage ohne nennenswerten Rechercheaufwand verifiziert werden. Gleichzeitig werden auch fehlende Erkenntnisse über notwendige Bauwerksgrundlagen oder Unsicherheiten über ggf. problematische Fundamentierungsverhältnisse in Tunnelnähe offensichtlich.

Das Grundlagenmodell wurde von Anfang an darauf optimiert, dass eine Weiterverwendung in kommenden Leistungsphasen durch andere Planungsbeteiligte möglich ist.

Die darauf aufbauenden Planungen der Bauwerke und Haltestellen basiert somit bereits auf fundierten Grundlagen. Die 3D-Planungsergebnisse werden durch modellbasierte Terminplanungen (4D) verstärkt und durch eine modellbasierte Kostenplanung (5D) auch monetär greifbar.

Intelligente Datenstrukturen unverzichtbar – ein Geoportal als zentrale Datenplattform

Während die modellbasierte Planung direkt mit dem Ingenieurbüro getestet wird, ist das Projekt in Gänze so ausgedehnt, dass die ausschließliche Fokussierung auf modellbasiertes Arbeiten die Kapazitäten bestehender Softwarelösungen überschreitet, was sich durch inakzeptable Ladezeiten bis hin zu Systeminstabilitäten auswirkt.

Vor diesem Hintergrund setzt die HOCHBAHN unter anderem parallel auch auf GIS-Lösungen, welche im normalen Betriebsalltag bereits standardmäßig eingesetzt werden, in Bauprojekten jenseits der Verkehrsmodellierung jedoch oft – wenn überhaupt – nur eine untergeordnete Rolle spielen.

Die Schaffung des internen Geoportals zum Abrufen und Verarbeiten von Planunterlagen oder der Bereitstellung von ALKIS-Kacheln, Orthofotos, Projektfotografien und auch Grundstücksdaten war ein notwendiger und sinnvoller Schritt. Durch den Aufbau dieses Portals schaffte sich die HOCHBAHN ein wertvolles Werkzeug, mit dem unterschiedlichste Anwendungsfälle, wie z.B. die automatische Erstellung von Flurstücksbetroffenheiten oder die georeferenzierte Ablage von Plänen ermöglicht wurden. Standards für die Georeferenzierung von pdf-Unterlagen und eine Verknüpfung mit weiteren Datensilos der HOCHBAHN (z. B. Bestandsplanserver) ermöglichen die kontinuierliche Erweiterung.

Das Geoportal soll mittelfristig zur zentralen Einstiegsmaske in die Plandatenwelt des Projektes weiterentwickelt werden und je nach Anwenderwunsch zu weiteren Anwendungen weiterleiten.

Nicht zuletzt fallen für die Nutzung des Geoportals keine userspezifischen Lizensierungskosten an, so dass Lizenzen für BIM-Spezialsoftware auf heavy-user reduziert werden können.

Der Wechsel zu 100% BIM

Bisher setzte die HOCHBAHN zunächst darauf, die konventionelle Planung durch die BIM-Methode gezielt zu unterstützen und so die Planung weiter zu verbessern. Darüber hinaus lieferten die pilotierten Anwendungen in einzelnen Planungsbereichen wertvolle Erkenntnisse für spätere Standardprozesse.

So sinnvoll dieser Weg am Anfang des Transformationsprozesses von der konventionellen 2D/3D-Planung hin zur objektorientierten Planung zum damaligen Zeitpunkt auch war, so bedeutet dies gleichzeitig eine doppelte Planung im konventionellen 2D-Umfeld und einer experimentellen/teilweisen Planung mit Modellen. Zwar wurde so ein großer Erkenntnisgewinn der verschiedenen Anwendungsfälle erreicht, dies jedoch teilweise nur in einem beschränkten Umfeld sowie mitunter auch nur nachlaufend als Nachmodellierung der 2D-Planung. So wurden beispielsweise bisher nicht alle Haltestellen mit Modellen geplant, und teilweise wurden hilfreiche Erkenntnisse aus der Modellierung nur auf Planerseite genutzt, um die konventionelle 2D-Planung zu verbessern, ohne dass die HOCHBAHN in den Prozess der Modellierung mit eingebunden wurde.

Gleichzeitig sieht sich die HOCHBAHN auf ihrem bisherigen Weg bestätigt und schwenkt deshalb ab 2022 auf die vorrangige BIM-Planungsmethodik um.

Die von der HOCHBAHN festgelegten Vorgaben für die modellgestützte Planung sind die folgenden:

  1. der weit überwiegende Teil aller Lieferleistungen sind in 3D, 4D und 5D zu planen
  2. der Datenaustausch und das Aufgabenmanagement soll über eine gemeinsame CDE erfolgen
  3. auf die Attribuierung der Objekte soll zurückgegriffen werden. Neben der Kollisionsprüfung von Modellen gegeneinander, also z.B. dem Rohbau gegen das TGA-Modell einer Haltestelle, um z.B. die Durchbruchsplanung zu erstellen, werden auch Raumbücher, Türlisten, und die CO2-Footprintanalyse modellgestützt durch Attribute eingepflegt.
  4. Das Geoportal soll als zentraler Zugangspunkt für Projektbeteiligte dienen und als Schnittstelle zwischen den gebündelten georeferenzierten Datensätzen aus 2D, 3D, Gutachten etc. fungieren
  5. Ableitung von Entschädigungszahlungen aus Flurstücksbetroffenheiten sollen durch GIS-Anwendungen halbautomatisiert unterstützt werden

Ein besonderer Schwerpunkt in der Aufsetzung der BIM-Strategie war, dass durch den Wechsel von 2D zu objektorientierten 3D-Planungen bisher vermeintlich klare Vorgänge schriftlich definiert werden mussten. Dies gilt insbesondere für die Neuaufstellung der CAD-Richtlinien (neu: Objektkataloge und Attribuierungen, sowie AIAs (Auftraggeber Informationsanforderungen) und BAPs(BIM-Abwicklungsplan)). Dieser Prozess war zeitintensiv, da die aus der HOAI-Welt gelebten Planungsschritte nun exakter definiert werden mussten (u.a. notwendige Inhalte und Genauigkeiten bei der Modellierung zu überdenken, Prüfläufe für Modelle, erwartete Verknüpfungen von Modellen und Plänen in der CDE und dem Geoportal).

Im Rahmen der weiteren Ausformulierung dieser Ziele wurden interne Interviews innerhalb der HOCHBAHN mit sämtlichen Gewerken bzw. deren verantwortlichen Abteilungen geführt. In diesen Interviews wurden auch mehrere Anwendungsfälle (AwF) wie beispielsweise Mengenermittlungen, Bauabläufe und Kollisionsprüfungen durchgesprochen und für jedes Gewerk festgelegt, für welche Teile der möglichen Leistung auf eine modellbasierte Ermittlung abgesehen werden kann.

Die festgelegten Anwendungsfälle basieren soweit möglich auf bereits eingeführten oder in Einführung befindlichen Standards (u. a. von BIM4Infra sowie BIM.Hamburg) und Bezeichnungen. So ist beispielsweise „AwF 50: Koordination der Fachgewerke“ der Dreh- und Angelpunkt bei der Leistungsüberwachung der einzelnen Gewerke.

Neben den üblichen Kollisionskontrollen zwischen „realen“ Objekten wie Türen oder Lüftungen mit dem Rohbau oder der Architektur werden im Projekt auch nicht-reale Objekte gefordert, wie z.B. Flucht/ und Rettungswege oder Zuwegungen von Bauwerken/Bereichen für die Feuerwehr oder zur Wartung.

In Bereichen mit Schnittstellen zum Bestand werden als Anwendungsfall u.a. die realisierten Signalsichtweiten der Zugfahrenden mit dem Bauablauf verschnitten.

Ein weiterer besondere Anwendungsfall, der bearbeitet werden wird, ist die CO2-Footprintanalyse anhand der Modelldaten. Für die Klimabilanzierung sind insbesondere die gewählten Bauverfahren, Materialgüten und Kubaturen entscheidend und werden besonders sorgfältig geprüft. Für die beiden für CO2-Emissonen wesentlichen Baustoffe – Beton und Stahl – wurden durch die HOCHBAHN bereits umfängliche Studien angestoßen. Im Rahmen der vertiefenden Planungen setzt die HOCHBAHN auf eine schnelle Auswertung des CO2-Fussabdrucks direkt aus den Modellen, verschnitten mit hinterlegten Daten (z. B. ökobaudat). Davon verspricht sich das Unternehmen eine sehr viel schnellere Berechnung von klimagünstigen Varianten als auf herkömmliche Weise. Die Klimabilanzierung wird auch im Rahmen der Variantenabwägungen einbezogen.

Beschaffung einer workflowbasierten CDE

Nachdem eine SharePoint-basierte Datenhaltung nicht vollends überzeugen konnte, wurde eine CDE in Form einer workflowbasierten Projektplattform ausgeschrieben. Intensive Marktsondierungen und eine Anforderungsmatrix aus dem Projekt i. V. m. Bewertungsinterviews führten zur Auswahl des wirtschaftlichsten Anbieters. Die CDE ist nunmehr in mehreren Projekten mit unterschiedlichen Zielrichtungen im Einsatz.

  • U5 Ost: insbesondere 2D Planprüfläufe der Genehmigungs- und Ausführungsplanung einschl. vollintegrierte Einbindung der Technischen Aufsichtsbehörde (TAB) als Genehmigungsbehörde
  • U5 Mitte: 3D Prüfläufe und Prüfung von Koordinationsmodellen im Rahmen der Vorplanung
  • U5 Mitte ab 2022: Umstellung aller Planprüfläufe

Fazit

Auch mit der Arbeitsmethodik BIM lösen sich Konflikte und Probleme nicht von selbst. Hierfür bedarf es auch weiterhin der Fachkunde ausgeprägter Spezialisten. Mit der veränderten Planungsmethodik kann die Planung jedoch in vielfältiger Weise verbessert werden und Konflikte werden früher erkannt. Die Automatisierung von Prozessen und die Datenverknüpfung führt zu zügigeren und konsistenten Planungsergebnisse.

Es muss jedoch auch festgehalten werden, dass noch bei weitem nicht alle Marktteilnehmer ‚BIM-fähig‘ sind. Die notwendigen (neuen) Softwarepakete einschl. dem Schulungsbedarf von Mitarbeitenden, die zusätzlich entstehenden IT-Kosten für Lizensierung und Betreuung der IT-Landschaft und auch fehlende projektübergreifende Standards sind hierfür nur einige Aspekte.

Auch softwareübergreifende Schnittstellen stellen sich zumeist sehr komplex dar. Der Datenaustausch insbesondere zu (zwingend notwendigen) Spezialanwendungen ist – wenn überhaupt – nur mit unangemessen hohem Aufwand möglich.

Vor diesem Hintergrund wird deshalb auch in einem 100%-BIM-Umfeld die 2D Planableitung aus Modellen b. a. w. eine sehr zentrale Rolle einnehmen.

Nichtsdestotrotz befinden wir uns im Infrastrukturbau gerade in einem Veränderungsprozess, bei dem die HOCHBAHN vorneweg mit teilhaben will. Wir sind überzeugt, dass sich dieser Weg in wenigen Jahren auszahlen wird.

Ansprechpartner
Tjabbo van Lessen,
E-Mail: Tjabbo.van_Lessen@Hochbahn.de