Andreas Pilot im Gespräch: Das BIM Studio und seine Rolle zwischen Forschung und Praxis

BIM soll der Architektur neue Wege der Interdisziplinarität und Vernetzung verschiedener Fachdisziplinen eröffnen. Was aber bedeutet das für den konkreten Entwurfsprozess? Und auf welche digitalen Methoden kommt es dabei an? Dazu sprechen wir mit Andreas Pilot, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachbereich Architektur der TU Darmstadt und Leiter des BIM Studios.
 

Herr Pilot, Sie haben 2019 am Fachgebiet „Entwerfen und Gebäudetechnologie“ der Technischen Universität Darmstadt das Building Information Modeling Studio mitgegründet. Wie kam es dazu und was möchten Sie mit der Einrichtung erreichen?

Unser Fachgebiet „Entwerfen und Gebäudetechnologie“ ist sehr interdisziplinär ausgerichtet. Hier gibt es bereits viel Fachwissen zu analogen Prototypen und real gebauten Demonstratorbauten. Daher lag es für die Fachgebietsleiterin Anett Joppien und mich nah, auch digitale, modellbasierte Methoden der Zusammenarbeit zu integrieren. Dabei konnten wir jeweils auch auf unsere BIM-Erfahrungen aus der Berufspraxis komplexer Projekte, wie dem Neubau der DFB-Akademie oder der Kreisklinik Groß-Umstadt zurückgreifen. Im BIM Studio möchten wir die zukünftigen Generationen von Architekt:innen für eine kollaborative Teamführung ausbilden, um baukulturelle Qualitäten auch realisieren zu können.

Die Arbeit im BIM Studio ist durch die Vernetzung unterschiedlicher Fachbereiche geprägt, von Ingenieurwissenschaften wie Maschinenbau, Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Elektrotechnik und Informatik bis hin zu Geistes- und Humanwissenschaften. Was bedeutet das für Ihre Forschung?

Im BIM Studio ist genau diese Interdisziplinarität der Schlüssel. Mit unseren BIM-Forschungsmodulen und -projekten möchten wir eine modellbasierte interdisziplinäre Zusammenarbeit optimal gestalten. Es gibt Themenfelder, bei denen andere Fachdisziplinen bereits einbezogen werden können, bevor der eigentliche Entwurfsprozess beginnt. Ein gutes Beispiel für die modellbasierte Integration während des Entwerfens zeigt das Forschungsmodul „Lichttopografie“, bei dem eine Methode entwickelt wurde, um Über- und Unterschreitungen erforderlicher Beleuchtung durch eine dreidimensionale Darstellung im Modell abzulesen.

Können Sie weitere Beispiele nennen, wie die Erkenntnisse des BIM Studios bisher in die Praxis umgesetzt wurden?

Ein ausgezeichnetes wie auch überraschendes Beispiel stellt der Austausch zwischen Aufzugsplanung und Architektur dar. Aufzüge werden häufig nachrangig behandelt. Kommen sie allerdings zu spät ins Spiel, sind oft umfangreiche Änderungen erforderlich, denn hier gibt es viele Schnittstellen zu anderen Fachdisziplinen.

Wir haben erforscht, wie es z.B. gelingt, bereits vor dem Entwurf von Hochhäusern zu wissen, wie groß der Platzbedarf für die vertikale Erschließung im Kern des Gebäudes ist. Auf diese Weise kann flexibel auf veränderte Nutzungsszenarien reagiert werden. Eine Büro-, Hotel- oder Wohnnutzung ergibt jeweils unterschiedliche Personenströme im Gebäude und stellt damit auch andere Anforderungen an die vertikale Erschließung. Solche Szenarien haben wir anhand des Projekts „Future Hybrid Highrise Rotterdam“ ausschließlich über 3D-Modelle beschrieben und mit der Bedarfs- und Aufzugsplanung ausgetauscht. Auf Grundlage der daraus resultierenden modellbasierten Platzbedarfsermittlung konnten wir in einen informierten Entwurfsprozess starten. Auf Grundlage der Forschungsergebnisse ist mittlerweile der weltweit erste Open-BIM-Standard für Aufzugstechnik entstanden.

Digitale Methoden werden in der Architektur seit Jahrzehnten angewandt. Was genau ist die Besonderheit von BIM und welche Potenziale hat die BIM-Methode für die Digitalisierung des Bauwesens?

Digitalisierung bedeutete in der Architektur lange Zeit, analoge Planung computerbasiert zu imitieren. 2D-Pläne zeichnet man auch heute am Computer immer noch in Analogie zu Tuschestiften mit einer „Stiftstärke“ in Millimetern – einer von vielen Anachronismen, die allesamt einen erheblichen Aufwand mit sich bringen. Demgegenüber stellt BIM tatsächlich einen Paradigmenwechsel dar. 3D-Modelle werden ohne die Imitation von Pappe und Kleber, sondern digital, objektorientiert und parametrisch erzeugt. Nach und nach erfolgt dies immer automatisierter bis hin zur Modellerstellung durch Künstliche Intelligenz mittels Texteingabe.

Darüber hinaus eignen sich BIM-Modelle als Grundlage für viele verschiedene Anwendungsfälle, was bei 2D oder alphanumerischen Beschreibungen oft nicht der Fall ist. Virtuelle Begehungen, energetische Simulationen, Berechnungen oder Kollisionsprüfungen sind dafür nur einige Beispiele.

Um BIM-Modelle im Planungs- und Bauprozess zu visualisieren, bieten sich sowohl Augmented-Reality- als auch Virtual-Reality-Anwendungen an. Wie unterscheiden sich beide Methoden mit Blick auf ihre Anwendungsfälle?

Augmented Reality (AR), also die Überlagerung digitaler Informationen mit realen Räumen, spielt beim Entwerfen und Planen bisher eine untergeordnete Rolle. Im Ausführungsprozess oder im Bestand, wenn also bereits reale Gebäudeteile vorhanden sind, bietet AR aber spannende Möglichkeiten.

Ziel für uns im BIM Studio war es, dass Studierende Ihre Entwürfe immersiv erleben und den Lehrenden Führungen durch ihre Gebäude geben können. Um diese Anwendungsfälle umzusetzen, nutzen wir Virtual Reality (VR). Auch die standortübergreifenden Entwurfs- und Planungsbesprechungen in VR waren erfolgreich und wir haben sie zum Anlass genommen, in Kooperation mit der Hochschuldidaktischen Arbeitsstelle der TU Darmstadt, das erste interdisziplinäre VR-Lab als Modellprojekt zu implementieren.

Der Einsatz künstlicher Intelligenz hat in vielen Bereichen die Möglichkeiten der Digitalisierung erweitert. Welche Rolle spielt KI innerhalb von BIM und welche Form könnten die Entwicklungen in den nächsten Jahren annehmen?

Die Entwicklung im KI-Bereich ist rasant. Ein Schwerpunkt wird sicherlich die Reduktion von sogenannter „digitaler Fleißarbeit“ sein. Aktuell ist es bereits möglich, 3D-Modelle durch Handskizzen, Textprompts oder Punktwolken mit Hilfe von KI aufbauen zu lassen. Umgekehrt ist KI auch in der Lage, 3D-Modelle zu analysieren und zu bewerten. Wichtig ist aus meiner Sicht, dass die Architektenschaft nicht wie bei CAD oder BIM darauf wartet, welche digitalen Möglichkeiten entwickelt wurden und dann Einsatzmöglichkeiten ausprobiert. Architekt:innen sind jetzt gefordert, proaktiv zu definieren, welche Formen von KI sie benötigen.

Der Bau und die Nutzung von Gebäuden verursachen enorme Mengen von CO₂-Emissionen. Welchen Beitrag kann BIM leisten, um Gebäude nachhaltig zu bauen und zu betreiben?

Mit Modellen lassen sich energetische Konzepte für Entwürfe simulieren und bewerten. Damit können CO₂-Emissionen verringert werden – und zwar in allen Phasen, vom Entwerfen, Planen, Bauen bis zum Betrieb und Rückbau. BIM bietet dabei das Potenzial, pauschale Vorannahmen über die Wirksamkeit bestimmter Energiekonzepte durch bauteilorientierte Betrachtungen abzulösen. Das ist besonders wichtig mit Blick auf die Wiederverwendbarkeit von Bauteilen und Materialien.