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Der kombinierte Einsatz von Planungs- und Controllinginformationen

Mefisto: Zusammenführung von Projektinformationen in digitalen Fachmodellen

Mefisto ist ein Leitprojekt des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Forschungsprogramm »IKT 2020 – Softwaresysteme und Wissenstechnologien«. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Managementführungssystems für die partnerschaftliche, prozessgesteuerte und risikokontrollierte Abwicklung von Bauprojekten. Das Projekt zeigt Lösungen auf, wie heutige Planungs- und Controllinginformationen in Multimodellen kombiniert werden können und wie diese für die transparente Darstellung der Bauaufgaben, für die effektive Analyse der Projektrisiken und für das Management der Projektkooperation eingesetzt werden können.

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Ausgangspunkt des Forschungsprojektes sind die in der Bauprojektorganisation genutzten Planungs- und Controllingmodelle. Durch die gezielte Zusammenführung dieser Fachmodelle über die Grenzen von Unternehmen, Fachdisziplinen und Organisationshierarchien hinweg können die Integrität der Planung überprüft und die Konsequenzen ihrer Umsetzung weiterführend simuliert und analysiert werden.

Im Gegensatz zu den Integrationsansätzen des »Building Information Modeling« werden in Mefisto die Fachmodelle eines Bauprojektes, wie 3D-Bauwerksmodelle, Leistungsverzeichnisse sowie Termin- und Mengenmodelle, als gleichwertig betrachtet. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass die Fachmodelle auch zukünftig mit spezialisierten Softwareanwendungen erstellt und bei den Projektpartnern lokal gespeichert werden. Die Entwicklungen des Mefisto-Projektes konzentrieren sich deshalb auf vermittelnde Technologien in drei Bereichen:

  • Multimodelle und Multimodell-Container: Multimodelle bestehen aus mehreren verknüpften Fachmodellen, die mit spezialisierten Softwareanwendungen erstellt und ausgewertet und mit Hilfe von Multimodell-Containern ausgetauscht werden.
  • Mefisto-Plattform: Auf der Mefisto-Plattform werden die Fachanwendungen der Projektteilnehmer als Webservices vernetzt und der Austausch der Fach- und Multimodelle über zentrale Verwaltungsdienste koordiniert. 
  • Informationslogistik: Für den Einsatz der Multimodelle definiert die Mefisto-Plattform eine einheitliche Geschäftssystematik, mit der die Zugriffe auf die Fachmodelle geregelt und die Prozesse zur deren Erstellung und Nutzung koordiniert werden.

Kombination von Planungs- und Controllingmodellen
Grundidee des Multimodells ist es, Daten von ausgewählten Fachmodellen der Objekt- und Bauplanung sowie aus dem Projektcontrolling in einer Informationsressource zu kombinieren. In Mefisto wurde hierfür eine Reihe von Softwarekomponenten entwickelt, die es ermöglichen, unterschiedliche Fachmodelle durch Linkmodelle zu verbinden. Das Ergebnis sind konsistente Multimodelle, mit denen konkrete Projektzustände beschrieben werden und die somit als Grundlage für die Entscheidungsfindung und die Ausarbeitung weiterer Planungs- und Handlungsalternativen genutzt werden können.

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In einem Multimodell zur Angebotsbearbeitung können beispielsweise (1) die Elemente des 3D-Bauwerksmodells und (2) die daraus abgeleiteten Mengen mit (3) den Positionen eines Leistungsverzeichnisses und (4) den Teilleistungen einer Kalkulation sowie (5) den Vorgängen eines Terminplans verknüpft sein. Mit solch einem Multimodell können unterschiedliche Aspekte der Bauaufgabe transparent und nachvollziehbar dargestellt werden. Insbesondere die interaktive Visualisierung der Fachinformationen mit Bezug zum 3D-Bauwerksmodell bietet den Anwendern einen intuitiven Zugang, die enthaltene Planung zu verstehen und zu bewerten.

Die Softwareanwendungen auf der Mefisto-Plattform unterstützen die Verknüpfung der Fachmodelle in widerspruchsfreien Multimodellen durch neu entwickelte Modellierungs-, Visualisierungs- und Analysetechnologien. In der Interaktion mit dem Anwender ermöglichen diese zunächst die systematische Darstellung des mehrdimensionalen Verbundmodells auf unterschiedlichen Detailstufen und die Navigation seiner interdependenten Fachmodelle. Darüber hinaus werden verschiedene regelbasierte Methoden eingesetzt: Zum einen, um die Fachmodelle automatisch zu verlinken und zu ergänzen und zum anderen, um zusammengehörige Teile aus den verlinkten Fachmodellen herauszufiltern und für die Weiterverwendung in anderen Planungs- und Controlling-Bereichen zu übersetzen, zu verdichten oder anderweitig aufzubereiten.

Datenaustausch mit Multimodell-Containern

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Für den Austausch der Multimodelle zwischen unterschiedlichen Fachanwendungen und Projektbeteiligten wurde der Multimodell-Container entwickelt. In seiner Grundstruktur definiert dieser, wie Fachmodelle und zugehörige Linkmodelle in Abhängigkeit zueinander stehen. Innerhalb des Containers werden die Fachmodelle als unabhängige Informationsressourcen mit eigenem Dateiformat behandelt. Dieses ermöglicht den flexiblen Einsatz etablierter Dateiformate, wie beispielsweise des IFC-Standards für 3D-Bauwerksmodelle sowie von GAEB DA XML für Leistungsmodelle mit Leistungsverzeichnis. Darüber hinaus wurden in Mefisto eine Reihe von Ergänzungen zu bestehenden Standards sowie einige neue Dateiformate erarbeitet, um den Austausch der Linkmodelle sowie Baustellenmodellen, Kostenmodellen, Organisationsmodellen und Risikomodellen zu ermöglichen.

Auf der Mefisto-Plattform wird der Multimodell-Container als komprimierte Archiv-Datei ausgetauscht, welcher die zusammengehörigen Fach- und Linkmodelle einbindet. Darüber hinaus enthält der Container eine XML-basierte Beschreibung der Inhalte mit Metadaten zu den Gegenständen, Detaillierungen und Formaten sowie den Bearbeitern der einzelnen Fachmodelle. Diese Metadaten unterstützen zum einen die Verwaltung, die Suche und die gezielte Weiterverwendung der Fachmodelle auf der Plattform. Zum anderen können sie dafür genutzt werden, um Multimodell-Vorlagen zu definieren, welche die inhaltlichen und formalen Anforderungen an die noch zu erstellenden Fach- und Linkmodelle vorgeben.

Kooperation mit Multimodellen
In ihrer Gesamtheit spannen die Multimodelle eines Bauprojektes einen mehrdimensionalen Informationsraum interdependenter Fachmodelle auf, der von den Projektteilnehmern unabhängig bearbeitet werden kann. Jeder Projektteilnehmer hat die Möglichkeit, eigenverantwortlich neue Fachmodelle zu erstellen und diese mit bestehenden Modellen zu verknüpfen. Je nach Bedarf können die dabei erstellten Multimodelle lokal weiter gepflegt oder projektweit als Grundlage für die Ausarbeitung weiterer Fachmodelle veröffentlicht werden. Im Vergleich zu den häufig verfolgten zentralen Projekt- oder Produktmodell-Servern stellt dieser Ansatz einen Paradigmenwechsel dar.

Für die lokale Erstellung und Analyse der Multimodelle werden in Mefisto verschiedene Softwarekomponenten (MM-Plugins) entwickelt: Zum einen für bestehende Fachanwendungen wie iTWO (RIB Software AG), GRANID (gibGreiner GmbH) und SolidWorks (SolidWorks GmbH) und zum anderen für neue Analysewerkzeuge, wie den SiteSimEditor (Ruhr-Universität Bochum) und die M2A2 Multi-Model Assembly and Analyzing Platform (Technische Universität Dresden).

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Für den projektweiten Einsatz der Multimodelle bietet die Mefisto-Plattform zentrale Plattformdienste zur Koordination der Kooperationsprozesse (Informationslogistik) sowie zum Filtern und Transformieren der Multimodelle (Multimodell-Management).

Grundlage der Informationslogistik sind die Dienste zur Nutzer- und Multimodell-Verwaltung. Über diese können Projektteilnehmer aus ihren eigenen Fachanwendungen Multimodell-Container veröffentlichen und wieder auffinden. Ein zentraler Workflow-Dienst ermöglicht darüber hinaus die direkte Anfrage und die Lieferung von Planungs- und Controllinginformationen im Container. Die Planung, Ausführung und Überwachung dieser Workflows wird durch verschiedene Prozessmanagement-Technologien erreicht.

Die Geschäftssystematik der Mefisto-Plattform wird zuerst durch allgemeine Geschäftsprozessmodelle (Referenzmodelle) festgelegt. Mit Hilfe von Multimodell-Vorlagen spezifizieren diese die Anforderungen an die in einzelnen Projektphasen zu erstellenden Planungs und Controllingmodelle. In einem Bauprojekt können die Referenzmodelle angepasst, mit Terminplänen verknüpft und zur Instanzierung einzelner Workflows genutzt werden. Für die Koordination des Kooperationsprozesses über den Workflow-Dienst wird wiederum der Multimodell-Container verwendet: Dabei werden die für die Bearbeitung einer bestimmten Aufgabe erforderlichen Fachinformationen mitsamt der Aufgabenstellung in einem Aufgabencontainer versendet und im Gegenzug die Ergebnisse der Aufgabenbearbeitung wiederum als Ergebniscontainer geliefert.

Potenziale für den Einsatz von Multimodellen
Das Forschungsprojekt Mefisto erarbeitet technische Lösungskonzepte für eine multimodellorientierte Bauprojektabwicklung. Ihre Einsatzpotenziale wurden durch die beteiligten Praxispartner anhand zahlreicher Anwendungsszenarien untersucht.

Die Methoden und Werkzeuge zur Verknüpfung und kombinierten Bearbeitung von Fachmodellen bieten neue Möglichkeiten, Verbindungen unter den heute getrennten Planungs- und Controllingmodellen zu erfassen und zu synchronisieren. Besondere Bedeutung haben dabei die Filter- und Visualisierungsmethoden, welche die systematische Identifikation und Verfolgung der Modellabhängigkeiten und damit die transparente Darstellung komplexer Bauaufgaben ermöglicht.

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Große Potenziale für die weiterführende Nutzung modellbasierter Projektinformationen ergeben sich auch durch die Verfahren und Werkzeuge für den Aufbau von Simulations- und Analysemodellen. Auf der Grundlage der verlinkten Fachmodelle können umfassende Simulationsunter-
suchungen der Bauprozesse und Projektrisiken mit sehr viel weniger Aufwand durchgeführt werden. Weitere Möglichkeiten, die Multimodelle für die Untersuchung der Montageprozesse auf der Baustelle zu nutzen, werden im anschließenden Artikel von Thomas Hauber aufgezeigt.

Die Verfahren und Werkzeuge zum Prozessmanagement bieten schließlich die Grundlage für die Realisierung einer (multi-)modellbasierten Kooperation in der Baupraxis. Voraussetzungen für den effizienten Modelleinsatz im Unternehmen und im Bauprojekt sind abgestimmte Kooperationsprozesse sowie detaillierte Vereinbarungen zu Inhalt und Form der ausgetauschten Multimodelle. Vor diesem Hintergrund wurden in Mefisto detaillierte Geschäftsprozessmodelle und Multimodell-Vorlagen insbesondere für die Kooperationsprozesse zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer ausgearbeitet, wie z.B. für die Ausschreibung und Vergabe von Bauleistungen sowie die Nachtragsbearbeitung und die Leistungsmeldung. Es hat sich gezeigt, dass diese eine gute Grundlage bieten, zum einen für die Abstimmung der technischen und organisatorischen Schnittstellen und zum anderen für die Realisierung entsprechender Softwareanwendung zum Erstellen, Austauschen und Auswerten der Multimodelle.

Multimodell-Container Mefisto-Hochhaus, M2A2 Multi-Model Assembly und Analyzing Platform. (TU Dresden)

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Infos
Das Mefisto-Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Förderkennzeichen 01|A09001A gefördert. Wir bedanken uns für diese Unterstützung. Darüber hinaus weisen wir darauf hin, dass die im Artikel präsentierten Ergebnisse in Zusammenarbeit mit zehn weiteren Projektpartnern aus Forschung, Softwareindustrie und Bauindustrie entwickelt wurden. Weitere Informationen unter www.mefisto-bau.de


IFC (Industry Foundation Classes) ist ein vom buildingSMART e.V. konzipierter und zertifizierter Standard für den Austausch von Building Information Models (BIM). Weitere Informationen unter www.buildingsmart.de


GAEB steht für Gemeinsamer Ausschuss Elektronik im Bauwesen. Der GAEB fördert den Einsatz der Datenverarbeitung im Bauwesen unter Berücksichtigung der gemeinsamen Sprache aller am Bau Beteiligten.


GAEB DA XML soll dazu dienen, einen einheitlichen Standard für Bauinformationen zu vereinbaren, um den Datenaustausch bei der Ausschreibung, Vergabe und Abrechnung sowie bei der Durchführung von Baumaßnahmen zu unterstützen. Weitere Informationen unter www.gaeb.de

 

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