Mittels BIM lassen sich Fertigungshallen im Vorfeld bis ins kleinste Detail planen. - (Bild: Nemetschek)
Bei 35 Grad Celsius legt der Betriebsrat die Produktion still. Denn ab dieser Temperatur verbietet es die Arbeitsstättenverordnung, Räume als Arbeitsräume zu nutzen. Wenn die Sonne oder Maschinen die Fabrikhalle aufheizen, lässt die Produktivität der Mitarbeiter jedoch schon ab 26 Grad Celsius um bis zu zwölf Prozent nach, hat das Umweltbundesamt errechnet.
Arbeiten in der Halle nur 100 Mitarbeiter zum durchschnittlichen Bruttolohn im verarbeitenden Gewerbe von 4.092 Euro zuzüglich der Lohnnebenkosten für den Arbeitgeber, kostet diesen die sinkende Leistung jede Stunde 3.000 Euro.
Ähnlich teuer wird es, wenn Beschäftigte sich nicht konzentrieren können, weil es an ihrem Arbeitsplatz zu laut oder dieser schlecht beleuchtet ist. „Allein durch höhere Beleuchtungsstärken sinken Ermüdungserscheinungen. Die Fehlerquote ist kleiner und auch die Zahl der Arbeitsunfälle geht nachweislich zurück“, erklärt Daniel Hangst, Produktmanager beim Experten für Lichttechnik Herbert Waldmann GmbH & Co. KG.
Mit Building Information Modeling sicher planen
Wer Fertigungshallen am Zeichenbrett entwirft, stößt auf solche Probleme erst während des Betriebs der Produktionsstätte. Wer Gebäude dagegen mit Building Information Modeling (BIM) plant, kann schon vor Baubeginn berechnen, wie sich die Bauart der Halle und der Betrieb der Anlagen darin auf das Raumklima auswirken.
BIM-Architekten und -Planer erstellen zunächst ein dreidimensionales digitales Gebäudemodell. Aus diesem generieren sie später die für den Bau erforderlichen Pläne. In dem Modell hinterlegen sie zudem jedes Bauteil mit einer Fülle von Informationen – etwa zu dem Material, aus dem eine Wand oder Decke besteht, ihrer Feuerfestigkeit, ihrem Schallabsorptionsgrad oder Wärmedurchgangskoeffizient. „So werden aus ehemals einfachen 3D-Elementen informationshaltige und smarte Bauteile“, erklärt Sebastian Stratbücker, Gruppenleiter in der Abteilung Energieeffizienz und Raumklima am Fraunhofer IBP.
„So werden aus ehemals einfachen 3D-Elementen informationshaltige und smarte Bauteile.“
Sebastian Stratbücker, Gruppenleiter in der Abteilung Energieeffizienz und Raumklima am Fraunhofer IBP
Weil alle Bauteile zudem miteinander verknüpft sind, lässt sich mit dem Modell auch simulieren, wie sich Gestaltungsvarianten des Gebäudes auf die Lärmbelastung oder den Wärmehaushalt in einzelnen Räumen auswirken. „So können Planer ohne großen Mehraufwand mehrere Varianten durchspielen und das optimale Gebäude für die jeweilige Produktion konzipieren“, erklärt Gunther Wölfle, Geschäftsführer des BIM-Branchenverbands buildingSMART.
„Dennoch planen viele Architekten Fertigungs- oder Lagerhallen nur selten mit BIM, weil die Gebäude baulich oft nicht sehr komplex sind“, erklärt Kai-Stefan Schober, Partner und Bauexperte bei der Unternehmensberatung Roland Berger.
Anzunehmen, der Aufwand lohne sich nicht, ist aber ein Irrtum, findet Professor Christian Stoy, Leiter des Instituts für Bauökonomie an der Universität Stuttgart. „Denn selbst wenn sich die Planungskosten durch BIM verdoppeln sollten, habe ich einen gewaltigen Hebel, wenn meine Mitarbeiter in der neuen Halle über viele Jahre hin nur ein Prozent produktiver sind“, rechnet Stoy vor.
Building Information Modeling für Industrie 4.0
Die ersten Produktionsleiter der Robert Bosch GmbH haben diese Vorteile schon vor drei Jahren erkannt. „Damals waren die Kollegen aus der Fertigung diejenigen, die als erste digitale Gebäudemodelle für ihre Industrie-4.0-Anwendungen forderten“, erklärt Thomas Birkle, der bei dem Technologieunternehmen das weltweite Facility Management koordiniert. Seitdem hat Bosch 14 Bauprojekte mit BIM geplant. Vier davon hat der Konzern inzwischen abgeschlossen. Über die digitalen Zwillinge will Bosch zukünftig sämtliche digitalen Anwendungen in den Bauwerken verknüpfen. Mit den Modellen simulieren die Planer und Architekten des Konzerns mit externen Partnern aber auch den Energieverbrauch und das Raumklima in den Gebäuden.
„Digitale Modelle sind ein guter Ausgangspunkt, um zu untersuchen, wie sich Gebäude thermisch oder akustisch auf die Menschen auswirken, die ihre Räume nutzen“, findet auch IBP-Fachmann Stratbrücker. Vor allem, da sich das Modell einer Halle um Angaben zu ihrer geplanten Nutzung erweitern lässt – etwa um Daten zum Lärmpegel oder den Luft- und Wärmeströmen, der Anlagen, die darin betrieben werden sollen, genauen Informationen dazu, wo die Maschinen Luftauslässe haben, und wo Steuerstände und andere Arbeitsplätze geplant sind.
„Außerdem liegen belastbare Erkenntnisse dazu vor, bei welchen Temperaturen oder Lichtverhältnissen sich Menschen wohl fühlen und ihre optimale Leistung erbringen können“, ergänzt Stratbücker.
Brenzlige Situationen entschärfen – mit dem richtigen Brandschutz
Der Brandschutz verursacht beim Bau meist Mehrkosten. Mit Building Information Modeling lassen sich diese minimieren.
Im Brandfall helfen die Modelle außerdem, Leben zu retten.
In Deutschland brennt es im Schnitt alle drei Minuten. Von fünf betroffenen Unternehmen schafft nach der Katastrophe nur eines, an seine Marktposition vor dem Brand anzuschließen. Dennoch berücksichtigen Planer den Brandschutz meist erst, wenn sie die Genehmigung für die Inbetriebnahme des Gebäudes einholen müssen. Oft sind dann teure Umbauten erforderlich. So entsprechen Flucht- und Rettungswege in zwei von drei Neubauten nicht den gesetzlichen Vorgaben.
Mit Building Information Modeling (BIM) lassen sich diese Kosten vermeiden, weiß Matthias Bruhnke, EIPOS-Sachverständiger für gebäudetechnischen Brandschutz und BIM-Beauftragter bei der Würth GmbH & Co. KG in Künzelsau. „BIM-Modelle machen kritische Stellen in Bauwerken für die genehmigenden Beamten früh anschaulich. In Kombination mit Virtual-Reality-Lösungen können Mitarbeiter des Bauamts gemeinsam mit dem Planer und Brandschutzbeauftragten den Neubau schon vor Baubeginn regelrecht begehen und mehrere Lösungen durchspielen, um die aus Sicht des Brandschutzes optimale Variante zu finden“, erklärt Bruhnke. Außerdem ließen sich die Modelle mit Brandschutzsimulationstools kombinieren, um genau zu errechnen, wie groß Rauch- und Wärmeabzugsanlagen sein müssen.
„Wenn ich den Einbau überdimensionierter Technik vermeide, spare ich beim Bau und späteren Betrieb viel Geld“, weiß Bruhnke. Sollte es wirklich einmal brennen, helfen digitale Modelle, Leben zu retten. Denn dann kommt es darauf an, dass die Feuerwehr möglichst schnell detailliert über das Gebäude informiert ist. Der digitale Zwilling liefert den Feuerwehrleuten im Brandfall Informationen dazu, welche Wände oder Türen sie durchbrechen können, und hinter welchen Bauteilen sich explosionsgefährdete Leitungen befinden. Außerdem können sich die Löscher im Modell unbehindert durch Rauch und Dämpfe über den Verlauf der Rettungswege informieren, um ungehindert zu im Gebäude eingesperrten Personen zu gelangen.
Mit all diesen Daten lassen sich schon bei der Planung der Halle Zonen in ihr ermitteln, die bestimmten akustischen und thermischen Einflüssen ausgesetzt sind. „Auf dieser Grundlage kann ich einen Anforderungskatalog erstellen, der beschreibt, wie die Bereiche baulich zu gestalten sind, damit Mitarbeiter dort später ein förderliches Arbeitsumfeld haben“, fasst Stratbücker zusammen.
„Selbstverständlich wird selbst in einer optimal geplanten und gebauten Produktionshalle meist einer von fünf Mitarbeitern mit Umweltbedingungen wie der Akustik unzufrieden sein“, schränkt Stoy von der Uni Stuttgart ein. Für 80 Prozent der Mitarbeiter führe der Aufwand aber zu optimalen Arbeitsbedingungen. Davon profitiert letztlich auch der Arbeitgeber.
