Durch die Einführung digitaler Methoden des Building Information Modeling (BIM) bei der Planung der Ausrüstungstechnik von Bahninfrastrukturen, soll die Planungseffizienz als auch die Planungsqualität deutlich gesteigert werden. Ein erstes Konzept für die Erstellung eines Datenmodells für Gleisanlagen und Bahnausrüstungstechnik wurde durch die TÜV SÜD Tochter SIGNON Deutschland GmbH und den Projektpartnern bereits weitgehend ausgearbeitet.

 Das Forschungsprojekt „RIMcomb“ hat zum Ziel, neue computergestützte Methoden für die modellgestützte, gewerkeübergreifende Planung von Bahnanlagen mit Fokus auf die Ausrüstungstechnik zu entwickeln, um auf diese Weise sowohl die Planungseffizienz als auch die Planungsqualität deutlich zu steigern. Diese methodischen und strukturellen Änderungen vorhandener Planungs- und Ausrüstungsprozesse bilden die Grundlage für die zukünftige Art und Weise der Zusammenarbeit, der Projektkommunikation und des Daten- und Informationsaustausches innerhalb von Projekten.

In dem von der Bayerischen Forschungsstiftung gefördertem Forschungsprojekt RIMcomb arbeiten das TÜV SÜD Tochterunternehmen SIGNON Deutschland GmbH, die TU München, AEC3 und der TÜV SÜD Advimo zusammen.

Effizienzsteigerung durch die Methodik Building Information Modeling (BIM)

Als Ausgangspunkt für die Notwendigkeit der Einführung der Methodik Building Information Modeling (BIM) sind die während der Projektrealisierung auftretenden Probleme der Anlagenkollisionen, der Kostenerhöhungen und Terminverschiebungen, die sich zumeist aus der Beteiligung verschiedener Gewerke bei der Planung von Bahninfrastruktur in der Vergangenheit ergeben. Innerhalb der Planungs- und Realisierungsphasen des Projektes müssen verschiedene Planungs- und Arbeitsschritte innerhalb und zwischen den Gewerken zusammengeführt werden. Da die meisten Bahninfrastrukturprojekte (ca. 90%) auf den jeweils gewerkespezifischen Bestand aufsetzen, sind in Verbindung mit unzureichenden Bestandsdaten zumeist Ortsaufnahmen erforderlich. Dies betrifft sowohl die Gleislage, als auch die vor Ort installierten Objekte der Ausrüstungstechnik. Die Informationen werden heute manuell in die Planung übertragen (z.B. Position, Signaltyp, etc.). Schon diese Vorarbeiten sind sehr zeitaufwendig und arbeitsintensiv und beinhalten bereits ein Fehlerrisiko zu Beginn des Projektes.

Des Weiteren basiert die derzeitige Praxis der Planung der Ausrüstungstechnik zum überwiegenden Teil auf dem Anfertigen und dem Austausch von 2D-Plänen mit nur geringer Computernutzung, was in einen fehleranfälligen und ineffizienten Prozess resultiert.

Ein zusätzliches dabei auftretendes Problem bildet die Tatsache, dass die Planungsgrundlagen, sprich Bestandsdaten,  in der Regel nur in technischen Zeichnungen (2D-Plänen) vorgehalten werden. Die Planungsarbeit in den verschiedenen Gewerken erfordert aber die Nutzung unterschiedlichster Sichten, darunter eine topologische Darstellung des Gleisnetzes, eine abstrakte Darstellung von Gleisanlagen oder eine 3D-Darstellung von Konstruktionsdetails. Durch die rein zeichnungsbasierte Ablage von Planungsinformationen gehen jedoch die Zusammenhänge verloren. Änderungen an der Planung müssen daher manuell nachgeführt werden, was häufig zu Inkonsistenzen und damit zu Fehlern führt. Insbesondere für die Koordination der verschiedenen Fachplaner (Gewerke) mangelt es derzeit an adäquaten fachübergreifenden Datenmodellen und Softwarelösungen, so wie sie sich im Hochbau zumindest in größeren Vorhaben immer mehr etablieren.

Entwicklung eines ganzheitlichen IT-Ansatzes

Ziel von RIMcomb ist daher die Entwicklung eines ganzheitlichen IT-Ansatzes zur Unterstützung der kooperativen, gewerkeübergreifenden Planung der Ausrüstungstechnik von Bahninfrastruktur. Kern des verfolgten Ansatzes ist die Schaffung eines herstellerneutralen Datenmodells, das die Beschreibung von Gleisanlagen und Ausrüstungstechnik und das Ableiten von Sichten mit unterschiedlichen Abstraktionsstufen erlaubt – von der 2D-Darstellung der Gleistopologie bis hin zur hochdetaillierten 3D-Repräsentation. Hierfür sollen BIM-Methoden übertragen und angewendet werden. Auf Basis dieses Datenmodells soll eine Plattform konzipiert und entwickelt werden, die die Konsistenz der Repräsentationen sicherstellt und die kollaborative Planungsarbeit auf der Grundlage synchronisierter Fachmodelle erlaubt. Für den Abgleich der Fachmodelle sollen neuartige Methoden zur Übermittlung von Modelländerungen („Patching“) entwickelt werden. Darüber hinaus sollen Verfahren zur Beschreibung und Prüfung der bei der Planung von Ausrüstungstechnik geltenden Regeln entwickelt werden, um die Planung einer teilautomatisierten Überprüfung unterziehen zu können. Eine wichtige Planungsgrundlage ist die korrekte Erfassung des Bestandes. Ein weiterer wichtiger Forschungsgegenstand des Projekts ist daher die Weiterentwicklung von Methoden zur Erzeugung von semantisch angereicherten 3D-Modellen aus Punktewolken, die mittels Laserscanning oder Photogrammetrie gewonnen werden.

Die Arbeitspakete von RIMcomb

Das Projekt wurde aufgrund seiner Vielschichtigkeit in zeitlich aufeinander aufbauende Arbeitspakete (AP) unterteilt:

• AP1   Analyse der Planungsprozesse aller Ausrüstungsgewerke
• AP2   Erstellen eines Datenmodells für die elektr. Bahnausrüstungstechnik  
• AP3   Datenaufnahme und Modellgenerierung
• AP4   Automatisierte Plausibilitätskontrolle
• AP5   Methoden zur Konsistenzsicherung
• AP6   Datenplattform RIMcore
• AP7   Kopplung existierender Systeme

Erste Ergebnisse

Zum Frühjahr 2018 konnte bereits der nachfolgende Sachstand im Forschungsprojekt festgestellt werden.

Die Analyse von Planungs- und Instandhaltungsprozessen ist abgeschlossen. Es wurde ein Abbildungstemplate erstellt und mit Analyseergebnissen gefüllt. Dies wurde in Form einer Prozesslandkarte dokumentiert.

Das Konzept für die Erstellung eines Datenmodells für Gleisanlagen und Bahnausrüstungstechnik ist weitgehend ausgearbeitet. Bestehende Vorarbeiten in Form bereits existierender Datenformate wurden untersucht. Die Untersuchungen zum Datenumfang der Leit- und Sicherungstechnik befinden sich, aufgrund der sehr umfangreichen Dokumentationsgrundlage des Datenschemas PlanPro der DB AG aktuell noch in Bearbeitung. Grundsätzliche Anforderungen an das Datenmodell wurden festgelegt und hinsichtlich einer Erweiterung für das IFC-Format sowohl konzeptionell als auch schon anhand konkreter Beispiele erfolgreich überprüft. Weiterhin wurde untersucht, inwiefern sich IFC Alignment zur Positionierung von Elementen an der Gleisachse verwenden lässt. IFC steht hierbei für „Industry Foundation Classes“ und wird als einheitlich definiertes Datenaustauschformat zwischen verschiedenen Softwareprogrammen im Bauwesen genutzt. Für Spezialausrichtungen wie z.B. Road, Bridge oder Rail werden jeweils strukturangepasste Spezialformate entwickelt. Die Entwicklung von IFC Rail steht hierbei noch am Anfang und wird im Forschungsprojekt RIMcomb mit untersucht.

Für die Datenaufnahme und Modellgenerierung wurde ein Konzept ausgearbeitet. Hier wurden bereits Methoden zur Erkennung von Bahninfrastrukturobjekten sowohl aus Realdaten als auch aus digitalen Planunterlagen erarbeitet und erfolgreich prototypisch implementiert. Für die Erkennung von Objekten in 3D-Punktwolken wurde ein Konzept entwickelt und es wurden bereits erste Untersuchungen zur photogrammetrischen Erstellung der notwendigen Punktwolken untersucht und getestet.

Auf den bereits vorliegenden Projektstand erfolgt nunmehr und bis 2020 die weitere Themenbearbeitung in den Arbeitspaketen 4 bis 7. Der mit dem Projekt bereits feststellbare Wissensfortschritt und dessen stetige Weiterentwicklung im gemeinsamen Austausch wird von allen Projektbeteiligten als sehr gewinnbringend eingeschätzt. Bislang ermittelte Teilergebnisse können bereits bei der Einführung der BIM-Methodik für den Planungsbereich der SIGNON Deutschland GmbH wertschöpfend genutzt werden.

Insgesamt resultiert aus diesem innovativen Forschungsprojekt neben den positiven wirtschaftlichen Aspekten für die Projektarbeit auch ein fundierter Erkenntnisgewinn, aus dem sich strategische Maßnahmen und eine Vision für die Zukunft ableiten lassen.