Die Geschichte von BIM

In letzter Zeit hat das Building Information Modeling (BIM) im Bauwesen Wellen geschlagen. Bereits seit zwei Jahren schwärmt jeder auf Bau- und Konstruktionsmessen über BIM. Es handelt sich um ein Schlagwort, das für viele neu erscheinen mag, aber in Wirklichkeit entwickelt sich die Idee und Technologie hinter BIM bereits seit über 50 Jahren (Silva, 2011).

Das Konzept hinter BIM wird allerdings nicht einer einzigen Person zugeschrieben, sondern ist das Resultat einer langen Geschichte der Innovation von den Vereinigten Staaten, Mittel- und Nordeuropa bis hin nach Japan. Es ist auch interessant, dass ein Teil der Geschichte von BIM mit dem Kalten Krieg verbunden ist. All diese spannenden Geschichten gehen auf das Rennen um die perfekte kollaborative Lösungzur Trennung der 2D-CAD-Workflows zurück (Bergin, 2011).

Was ist BIM?

In einem früheren Artikel haben wir bereits ausführlich erklärt, was Building Information Modeling (BIM) eigentlich ist. Zum einfacheren verständnis diesen Artikels sei jedoch daran erinnert, dass die ideale BIM-Software in der Lage ist, die physikalischen und intrinsischen Eigenschaften eines Gebäudes als objektorientiertes Modell mit Datenbankanbindung darzustellen (Bergin, 2011).

Die meisten modernen BIMs können Motoren rendern, die Funktion einer bestimmten Taxonomie optimieren und die Programmumgebung zum Aufbau der Modellkomponenten optimieren. Moderne BIM-Modelle sind 3D mit orthografischen 2D-Plänen, die auch Schnitt- und Höhenansichten enthalten.

Bei der Entwicklung eines Infrastrukturprojekts werden Projektzeichnungen und Änderungen proportional zu den Änderungen am Modell angepasst. Ein Gebäudeinformationsmodell kann in einer Software entworfen werden, die parametrisch sein kann, aber nicht muss. Parametrik ist ein auf Algorithmen basierender Prozess, der die Darstellung von Parametern und Regeln ermöglicht, die zusammen das Verhältnis zwischen Designabsicht und Designreaktion definieren, kodieren und klären (Jabi, 2013).

Was bedeutet parametrisch?

Die parametrische Modellierung ermöglicht die Erstellung von Randbedingungen, wie z.B. die Höhe einer horizontalen Ebene, die dann mit der Höhe eines bestimmten Wandabschnittes verknüpft und parametrisch aufeinander abgestimmt werden kann.

Dadurch wird ein Datenbankmodell erstellt, das dynamisch mit der Geometrie verknüpft ist. Diese Entwicklung war die Lösung für den Mangel an berechenbaren Informationen, wie bereits in diesem Artikel diskutiert. Die parametrische Modellierung ermöglichte es der Industrie, Zeichnungen in mehreren Maßstäben und über fragmentierte Zeichnungsblätter hinweg zu ändern — der für die manuelle Überarbeitung erforderliche Aufwand nahm somit im Laufe der Zeit stetig ab.

Dadurch, dass langwierige Aufgaben in allen Bereichen automatisch durch Computertechnologie gelöst wurden verbesserte die Produktivität erheblich.

Zu Beginn handelte es sich bei BIM eher um eine Redewendung als um die eigentliche Technologie — Einschränkungen durch Computer und umständliche Benutzeroberflächen für BIM-Plattformen führten zu 2D-Linienzeichnungsprogrammen wie AutoCAD und Bentley Microstation. Es dauerte eine ganze Weile, bis die Berechenbarkeit in die Entwurfsmodellierung einbezogen wurde.

Der Verlauf der BIM Geschichte

1957 — Pronto, erste kommerzielle Software für die computergestützte Bearbeitung (CAM)
1963 — Sketchpad, CAD mit grafischer Benutzeroberfläche
1975 — Building Description System (BDS)
1977 — Graphical Language for Interactive Design (GLIDE)
1982–2D CAD
1984 — Radar CH
1985 — Vectorarbeiten
1986 — Really Universal Computer-Aided Production System (RUCAPS)
1987 — ArchiCAD
1988 — Pro/ENGINEER
1992 — Gebäude-Informationsmodell als offizieller Begriff
1993 — Building Design Advisor
1994 — miniCAD
1995 — Dateiformat Internationalen Foundation Class (IFC)
1997 — ArchiCADs Teamwork
1999 — Onuma
2000 — Revit
2001 — NavisWorks
2002 — Autodesk kauft Revit
2003 — Generative Components
2004 — Revit 6 update
2006 — Digitale Projekte
2007 — Autodesk kauft NavisWorks
2008 — Parametricist Manifesto
2012 — formit

Die Anfänge von BIM

Um die Geschichte von BIM- und BIM-Systemen nachvollziehen zu können, müssen wir auf die Anfänge des Computings zurückblicken und die konzeptionellen Grundlagen durchforsten. Computergestützte Konstruktion und Fertigung (dann Bearbeitung) entwickelten sich als zwei getrennte Technologien etwa zeitgleich bis in die 60er Jahre.

Damals ahnte noch niemand, dass CAM und CAD sich letztendlich miteinander verflechten und als starke Kräfte in der industriellen Welthervorgehen würden (American Machinist, 1999).

1957 wurde Pronto, die erste kommerzielle Software für die computergestützte Fertigung (CAM), von Dr. Patrick J. Hanratty entwickelt. Damals war es eine CNC-Bearbeitungstechnologie, die sich später zu dem entwickelte, was heute als computergestützte Fertigung bekannt ist.

Kurze Zeit später beschäftigte er sich mit computergenerierter Grafik und entwickelte 1961 DAC (Design Automated by Computer), das erste CAM/CAD-System mit interaktiver Grafik, das für die komplexen Matrizenformen von General Motors verwendet wurde. Nach einigen Misserfolgen, die im Wesentlichen durch eine unbeliebte Programmiersprache verursacht wurden, sagte Hanratty:

“Erzeugen Sie niemals etwas, das eng mit einer bestimmten Architektur verbunden ist. Und stellen Sie sicher, dass Sie sich immer die Möglichkeiten offen halten, mit anderen Systemen zu kommunizieren, sogar mit Ihren Konkurrenten.”

1962 schrieb Douglas C. Englebart eine Arbeit mit dem Titel “Erweiterung des menschlichen Intellekts”. Darin stellt er die Idee für zukünftige Architekten, und kreiert die Idee hinter objektbasiertem Design, parametrischer Manipulation und relationaler Datenbank (Bergin, 2011):

“Der Architekt beginnt als nächstes, eine Reihe von Spezifikationen und Daten für eine fünfzehn Zentimeter dicke Bodenplatte, dreißig Zentimeter dicke Betonwände und zweieinhalb Meter hohe Ausgrabungen einzugeben. Anschließend, erscheint das Modell auf dem Bildschirm. Die Struktur nimmt Gestalt an. Er untersucht diese und passt sie an. Diese Listen werden immer detaillierter erweitert, mit einer ineinandergreifenden Struktur, die die Entwicklung des Denkens darstellt, das dem aktuellen Design zugrunde liegt.”

Während dieser Zeit arbeiteten mehrere Designforscher an einer Technologie, die den Geographischen Informationssystemen (GIS) entspricht. Vor allem die Arbeit von Forscher Christopher Alexanders ist bemerkenswert und beeinflusste eine Gruppe von frühen Informatikern, an der objektorientierten Programmierung zu arbeiten. Ohne eine grafische Oberfläche waren die konzeptionellen Rahmenbedingungen jedoch zu diesem Zeitpunkt nicht realisierbar.

Der Aufbau des Modells

1963 wurde am MIT Lincoln Labs von Ivan Sutherland das erste computergestützte Design (CAD) mit einer grafischen Benutzeroberfläche, “Sketchpad”, entwickelt. Insgesamt war es wegweisend für die Interaktion von Mensch und Computerund ein großer Durchbruch in der Entwicklung der Computergrafik(Sutherland, 2003).

Konstruktionstechnisch wich Sketchpad soliden Modellierungsprogrammen — die rechnerische Darstellung der Geometrie wurde weiterentwickelt, die es ermöglicht, Konfigurationsinformationen anzuzeigen und aufzuzeichnen. In den 1970er und 1980er Jahren waren die beiden wichtigsten Methoden, die sich daraus ergaben, die Solid Construction Geometrie (SCG) und die Randdarstellung (B-rep). Dazu erforderte und stellte der gesamte Designprozess gleichzeitig die Herausforderung dar, den Computer so einfach wie möglich zu steuern.

Der Aufbau der Datenbank

1975 veröffentlichte Charles Eastman eine Arbeit, die einen Prototyp namens Building Description System (BDS)beschrieb. In der Arbeit ging es um die Idee des parametrischen Designs und hochwertige berechenbare 3D-Darstellungen mit einer “einzigen integrierten Datenbank für visuelle und quantitative Analysen”.

In Eastman’s Arbeit ging es im Grunde genommen um BIM, wie wir es heute kennen. Eastman entwarf ein Programm, das dem Benutzer Zugriff auf eine sortierbare Datenbank gab — Informationen konnten somit kategorisch nach Attributen (einschließlich Material und Lieferant) abgerufen werden; es wurden auch eine grafische Benutzeroberfläche, orthographische und perspektivische Ansichten verwendet. BDS war eines der ersten Projekte in der BIM-Geschichte, das diese Gebäudedatenbank erfolgreich erstellte; es beschrieb einzelne Bibliothekselemente, die abgerufen und einem Modell hinzugefügt werden konnten (Bergin, 2011).

Eastman kam zu dem Schluss, dass BDS die Effizienz von Entwurf und Analyse verbessern und die Kosten für das Design um mehr als die Hälfte senken könnte. BDS war das Experiment, das alle grundlegenden Probleme im Zusammenhang mit der Architekturplanung für die nächsten fünfzig Jahre identifiziert hat. 1977 gründete Charles Eastman GLIDE (Graphical Language for Interactive Design) im CMU Lab, was bereits die meisten Merkmale des modernen BIM-Konzepts beinhaltet.

Die 80er Jahre kamen und es wurden immer mehr Systeme entwickelt. Sie gewannen in der Branche immer mehr an Bedeutung und wurden teilweise sogar bereits bei Bauprojekten eingesetzt. Im Jahr 1986 wurde RUCAPS (Really Universal Computer Aided Production System) zur Unterstützung der Renovierung des Terminals 3 des Flughafens Heathrow eingesetzt. Es war das erste CAD-Programm in der Geschichte des BIM, das im Fertigteilbau eingesetzt wurde. Sie gilt als Vorläufer der heutigen BIM-Software (Eastman et al, 2008).

Auf dem Weg zu virtuellen Designs und Konstruktionen

Während die Entwicklungen in den Vereinigten Staaten und Großbritannien mit hoher Geschwindigkeit voranschreiten, schmuggelte ein Computer- und Programmiergenie im kommunistischen Ungarn trotz des Eisernen Vorhangs Apple-Computer, um Software zu entwickeln, die später den Lauf der Geschichte sowohl des BIM-Konzepts als auch des BIM-Marktes für immer ändern würde (Arnold, 2002).

1982 begann Gábor Bojármit der Entwicklung von ArchiCAD; dafür musste er den Schmuck seiner Frau verpfänden, um Apple-Computer zu schmuggeln. Mit ähnlicher Technologie wie das BDS veröffentlichte Bojár 1984 Graphisofts Radar CH für das Apple Lisa OS.

Dieses wurde später 1987 als ArchiCAD wieder eingeführt und machte ArchiCAD zur ersten BIM-Software, die auf einem PC verfügbar war (Bergin, 2011). Als ArchiCAD 1987 im Rahmen des virtuellen Gebäudekonzepts installiert wurde, vervollständigte Tekla knapp 2000 km nördlich seine kombinierte Grafik- und relationale Datenbank für die frühe Systemversion eines BIM.

Ein kurzer Rückblick: Im Jahr 1985 entwickelte Diehl Graphsoft Vectorworks in den USA eines der ersten CAD-Programme, aber auch eines der ersten 3D-Modellierungssoftwareprogramme und die erste plattformübergreifende CAD-Anwendung. Vectorworks war eines der ersten Programme, das die Fähigkeiten von BIM demonstrierte.

Zur gleichen Zeit (1985) wurde Parametric Technology Corporation (PTC) 1985 gegründet und veröffentlichte 1988 Pro/ENGINEER, die als die erste jemals vermarktete parametrische Modellierungssoftware in der BIM-Geschichte gilt. Nach der Trennung von PTC gründeten Irwin Jungreis und Leonid Raiz ihr eigenes Softwareunternehmen namens Charles River Software. Das Duo wollte eine Architekturversion von Pro/ENGINEER entwickeln, die komplexere Projekte als ArchiCAD bewältigen sollte.

Im Jahr 2000 gab es ein Programm namens Revit, ein erfundenes Wort, das Revision und Geschwindigkeit suggerieren sollte (ein Artikel kommentierte, dass es sich um ein Kofferwort von “Revise it!” handelte). Revit revolutionierte das BIM-Konzept.

Ein wichtiger Punkt, der in der Geschichte von BIM zu beachten ist, ist die Entwicklung des Building Design Advisoram Lawrence Berkeley National Lab im Jahr 1993. Es handelt sich um eine Software, die auf der Grundlage eines Modells Simulationen durchführt und Lösungsvorschläge macht.

In Australien wurde Mapsoft 1994 gegründet und entwarf die kostengünstige CAD-Software für Vermessungen. Damit war der Weg frei für miniCAD, die erste Vermessungs-CAD-Software, die auf einem Handheld-Computer läuft — dem DOS-basierten HP100LX. Es wird heute noch für Windows, Palms und andere ältere Taschencomputer verwendet.

Die Evolution von BIM: Begriffe und Definitionen

Robert Aish dokumentierte die Verwendung des Begriffs “Building Modeling” erstmals 1986 einer veröffentlichten Arbeit. In dieser Arbeit beschreibt er das, was wir heute als BIM und die Technologie dahinter kennen. Wenige Jahre später erschien die erste dokumentierte Verwendung des Begriffs “Building Information Model”in einem Artikel von G.A. Van Nederveen und F. Tolman im Dezember 1992 in der Automation in Construction.

Kultivierung einer kollaborativen Kultur

Moderne Architektur-, Ingenieur- und Baupraktiken bewegen sich in Richtung eines Trends der Zusammenarbeit. In den letzten zehn Jahren wurden Architekturdateien in die Systeme der Ingenieure integriert.

Diese Kultur der Zusammenarbeit hatte globale Auswirkungen auf die Branche — weg von der Ausschreibung hin zu Projekten, die ein Liefersystem integrieren, bei dem alle zusammenarbeiten, um zugängliche BIM-Modelle zu entwickeln.

1995 wurde das Dateiformat International Foundation Class (IFC)entwickelt, um den plattformübergreifenden Datentransfer zu ermöglichen — so dass eine Datei mit verschiedenen BIM-Programmen kompatibel ist. Im Jahr 1997 veröffentlichte ArchiCAD die erste Teamwork-Lösung für den Dateiaustausch.

Dies revolutionierte die Zusammenarbeit und erlaubte es mehreren Architekten, gleichzeitig an einem Gebäudemodell zu arbeiten. Updates bei Teamwork ermöglichten später den Fernzugriff auf Projekte über das Internet und die Zusammenarbeit und Koordination von Projekten in größerem Umfang.

1999 in Japan ermöglichte Onuma virtuellen Teams die Arbeit an BIM über das Internet und entwickelte ein datenbankgestütztes BIM-Planungssystem, das den Weg für eine zukünftige nahtlose plattformübergreifende Integration von BIM-Software und parametrischen Technologien ebnete. Im Jahr 2001 entwickelte und vermarktete NavisWorks eine 3D-Design-Review-Software namens JetStream, die eine Reihe von Tools für die 3D-CAD-Navigation, Zusammenarbeit und Koordination bot.

JetStream koordinierte grundsätzlich unterschiedliche Dateiformate und ermöglichte die Konstruktionssimulation und Problemerkennung. Als Revit 2004 sein Update Revit 6 veröffentlichte, ermöglichte dies die Zusammenarbeit größerer Architekten- und Ingenieurteams in einer integrierten Modellsoftware.

Da Autodesk an der Spitze der Branche angelangt war, wurde im Jahr 2002 erst Revit und später im Jahr 2008 NavisWork und andere kleinere BIM-Systeme aufgekauft. Ende 2012 entwickelte Autodesk formit. Formit ist eine Anwendung, die die Konzeption eines BIM-Modells auf einem mobilen Gerät ermöglicht.

Aktuelle BIM-Praktiken

Es gibt einige BIM-Anbieter die erwähnenswert sind. Obwohl sie nur geringe Marktanteile haben, hatten sie große Auswirkungen auf die Welt des Designs. Im Jahr 2003 entwickelte Bentley Systems Generative Components (GC), eine BIM-Plattform, die sich auf parametrische Flexibilität und Geometriemodellierung auf Basis von NURBS-Oberflächen (uneinheitliche rationale B-Splines) konzentriert.

Im Jahr 2006 veröffentlichte Gehry Technologies Digital Project, ein Programm, das dem von GC sehr ähnlich war. Sowohl Digital Project als auch GC lösten eine Revolution in der Architektur aus. Diese beiden Plattformen sind in gewisser Weise revolutionär, da sie besonders komplexe und provokante architektonische Formen erzeugen können, die den Weg für den Parametrismus ebneten. Patrick Schumacher prägte 2008 den “Parametrismus” und die Bewegung parametrischer Architekturstrukturen.

Er wies im Parametrischen Manifest darauf hin, wie wichtig es ist, die modernen BIM-Plattformen (DP und GC) im Wettbewerb der modernen Architekturszene zu beherrschen. Er sagte:

“Das aktuelle Stadium des Fortschritts innerhalb der Parametrik bezieht sich sowohl auf die kontinuierliche Weiterentwicklung der begleitenden computergestützten Designtechnologien als auch auf die Realisierung der einzigartigen formalen und organisatorischen Möglichkeiten, die sich daraus ergeben. Parametrisierung kann nur durch ausgefeilte parametrische Techniken erreicht werden. Schließlich werden rechnerisch fortgeschrittene Konstruktionstechniken wie Skripting (in Mel-Skript oder Rhino-Skript) und parametrische Modellierung (mit Tools wie GC oder DP) zu einer allgegenwärtigen Realität. Heute ist es unmöglich, in der zeitgenössischen Avantgarde-Szene zu konkurrieren, ohne diese Techniken zu beherrschen.”

Diese “parametristische” Sichtweise und die alten Marktwerte führen zu einer subtilen Generationsbewegung. Zum Beispiel kann ein “Einsteiger”-Designer, der mit der grundlegenden Bedienung einer Software vertraut ist, mehr Arbeit leisten als ein sehr erfahrener Architekt, der mit Programmoberflächen und -konzepten nicht vertraut ist.

Da es sich bei all diesen Fähigkeiten und Techniken um erlernbare Praktiken handelt, bieten Architekturschulen und sogar Softwareunternehmen Schulungen für bestimmte Software an. Ein “veralteter” Arbeiter zu sein, ist also nicht mehr als ein Mythos, da all diese technologischen Integrationen erlernt werden können.

BIM in der Zukunft

Da BIM mindestens 40 Jahre seines Gesamtkonzepts und seiner Technologie feiert, scheint es nur fair, dass wir das wichtige Potenzial erkennen, das es der Architektur-, Ingenieur- und Baubranche bringt. Wir erleben langsam die Integration von virtuellem Design und Konstruktion mit “nachhaltigen Designpraktiken, Mensch-Computer-Interaktion, Augmented Reality, Cloud Computing und generativem Design” (Bergin, 2011).

Diese Trends beeinflussen kontinuierlich und schnell die Entwicklung von BIM. Es ist eigentlich eine aufregende Zeit, um auf dieser Welt zu leben und die Entwicklung der Bautechnik zu erleben.

Dieser Artikel ist Teil einer Serie, die sich mit Building Information Modeling (BIM) beschäftigt. Ergänzen Sie dies mit Artikeln, in denen diskutiert wird, was BIM ist und welche Vorteile es für das Bauwesen hat, welche Rollen es in einem BIM-Projektzyklusgibt, welche Herausforderungen und Potenziale diese aufkommende Bautechnologie hat, welche Auswirkungen sie auf die Zukunft hat und welcher Mythos sie umgibt. Ergänzen Sie Ihr BIM-Wissen außerdem mit unserem kostenlosen eBook zur Produktivitätssteigerungauf der Baustelle und erweitern Sie Ihr Wissen über BIM- und IPD-Modelle des Baumanagements und der Bauabwicklung.