Erfolgsbeispiel BIM: Vom Ein-Mann-Betrieb zum innovativen Schreiner

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BIM, Digitalisierung und Erfolgsbeispiele

Über Building Information Modeling werden Projekte von Anfang bis zum Ende digital geplant – und dann umso schneller gebaut. Ein Schreiner aus Unterfranken hat mit der Methode die Welt erobert.

Schreinermeister Frank Ackermann
Schreinermeister Frank Ackermann ist mit dem Bau der Elbphilharmonie in Hamburg ins kalte Wasser gesprungen: Damals hat er zum ersten Mal digital geplant und gebaut. – © Stephan Minx

Die Schreinerei Ackermann liegt malerisch einsam zwischen Feldern und Weinbergen in Wiesenbronn. Die unterfränkische Gemeinde zählt gerade mal 1.000 Einwohner, und doch kann Frank Ackermann nicht über mangelnde Bewerber klagen. Der Schreinermeister, der den Betrieb in dritter Generation führt, beschäftigt heute 120 Mitarbeiter – und wird, trotz seiner abgeschiedenen Lage, für Projekte in aller Welt angefragt: von Paris bis nach Abu Dhabi.

Auf dem Betriebsgelände, das üppige 13.000 Quadratmeter umfasst, stehen modernste Geräte, manche im Warenwert eines Einfamilienhauses, sagt Ackermann und verweist auf eine fünfachsige CNC-Fräsmaschine. Mit der Maschine lassen sich Werkstücke frei beweglich von allen Seiten in einer einzigen Einstellung bearbeiten. Komplexere Bauteile wie ein Treppenkrümmling oder sphärische verformte Handläufe kann Ackermann so in hoher Präzision fertigen. „Um mit dem Gerät zu arbeiten, benötigt man eine genaue räumliche Vorstellung und exakte Maßangaben der Dimensionen“, sagt der Handwerkschef. „Das gelingt nur, wenn man das gesamte Projekt von Anfang bis Ende durchgedacht hat.“

Die Methode, die Ackermann dazu heranzieht, lautet Building Information Modeling, kurz BIM. Seit Anfang 2021 ist sie in allen öffentlichen Bauaufträgen Pflicht. Aus gutem Grund: Weil es sich meist um größere Projekte handelt, bei denen viele Akteure beteiligt sind, ist es wichtig, sich untereinander auszutauschen: in Echtzeit an einem einzigen dreidimensionalen Datenmodell. Schritt für Schritt wird es von allen mit Informationen bestückt und weiterentwickelt.

Bevor sie ans Werk schreiten, können die Baubeteiligten somit zunächst verschiedene Szenarien digital planen und sich – auch noch im Verlauf des Projekts – für die besten Möglichkeiten entscheiden. So gelingt es, Fehler und Risiken zu minimieren. „Mit der Methode legen wir den Grundstein für rationelleres Bauen, genauso wie es bei der Konstruktion von Autos und Maschinen bereits längst der Fall ist“, sagt Ackermann.

Von der Planung in die Produktion

Für den Schreinermeister fiel der Startschuss zum digitalen Arbeiten auf der Baustelle der Elbphilharmonie in Hamburg. „Um beim Projekt als Schreinerei mitarbeiten zu können, mussten wir mit allen Beteiligten, darunter Architekten und Bauingenieure, am digitalen Zwilling arbeiten“, erklärt er. Mit dem digitalen Zwilling als der nächsten Evolutionsstufe von BIM gelingt es, über eine 3-D-CAD-Software ein Abbild der Realität zu erzeugen, das den Informationsaustausch visualisiert. Dabei werden einzelne Elemente, wie eine Türöffnung, nicht nur über Länge und Höhe definiert, sondern sie ist verknüpft mit Zargen- und Türblattdetails, Materialangaben und sogar mit den Kostenpositionen. So können einzelne Bauteile – im Idealfall – direkt von der Planung in die Produktion gehen.

Statt wie üblich am Zeichenbrett zu planen, bewegten sich die Schreiner im 3-D-Modell der virtuellen Elbphilharmonie. Anschließend produzierten sie die einzelnen Elemente mit der Fräs­maschine: Es entstanden Freiformgebilde wie geschwungene Bänder. Für den Handwerksbetrieb aus dem kleinen Wiesenbronn war es nicht nur eine erste Erfahrung, sondern der Schritt in die weite Welt. Das japanische Unternehmen Nagata Acoustics, das beim Musiktheater an der Elbe die Akustik verantwortete, empfahl Frank Ackermann für den Bau des Konzertsaals Cité Musical in Paris. Kurz darauf wurde er nach Abu Dhabi bestellt: In der Metropole der Arabischen Emirate baute er die lichtdurchlässige Kuppel des Louvre aus Aluminium, Edelstahl, Holzwerk- und Kunststoffen. Ein wahres Kunstobjekt. „Ohne die vorherige Datenaufbereitung aller einzelnen Bestandteile hätte es sich nicht realisieren lassen“, sagt der Handwerkschef.

BIM: Darum geht´s

Der Methode Building Information Modeling (BIM) gehört die Zukunft: Bei öffentlichen Aufträgen ist sie seit Anfang 2021 ein Muss.

Building Information Modeling:
BIM ist eine Methode, um Informationen vor, während und nach einem Bauprojekt zwischen verschiedenen Interessensgruppen an einem Ort auszutauschen. Ein Ziel des frühen Informationsaustauschs via BIM ist es, Fehlerkosten durch Kollisionen zwischen Gewerken bereits digital zu verhindern. Auf Basis der durch BIM geschaffenen, enormen Datenbestände ist es möglich, zeitintensive Schritte der Planung zu automatisieren.

Digitaler Zwilling:
Bei Bestandsgebäuden lässt sich der digitale Zwilling über das digitale Aufmaß modellieren, bei neuen Bauprojekten entsteht er über die zusammenfließenden Informationen. Als Abbild des physischen Gebäudes ist er mit akkuraten Informationen angereichert, die es ermöglichen, bessere Entscheidungen und Eingriffe ins reale Gebäude vorzunehmen. Dem Konzept der digitalen Zwillinge liegt BIM als Methodik zugrunde.

Kein BIM ohne Digitale Prozesse

Voraussetzung für BIM ist es zunächst, alle Prozesse im Betrieb zu digitalisieren, um alle Daten digital verfügbar zu machen: für den eigenen Betrieb, aber auch für jeweilige Projektpartner. Um ein Bauprojekt mit der BIM-Methode in 3-D zu planen und zu bearbeiten, wird zuerst ein digitaler Zwilling erstellt. Dabei werden die reinen Informationen des Datenmodells dreidimensional aufbereitet. Ackermann verwendet dazu das CAD-Programm Rhinoceros 3D. Das Programm zerlegt die Daten in Einzelteile, dann gelangen sie über eine CAM-Software direkt in die CNC-Maschine. Später werden die damit produzierten Einzelteile nur noch zusammengebaut. „Damit entsteht ein komplett anderer Arbeitsablauf“, beschreibt der Schreinermeister. Haben er und sein Team vorher nach der Zeichnung geplant, arbeiten sie nun aus der Zeichnung heraus. „Die zu bearbeitenden Teile werden automatisiert so optimiert, dass der Verschnitt von Materialien erheblich reduziert wird.“ Gerade in Zeiten von knappen und teuren Materialien zahlt sich das digitale Arbeiten voll aus.

Natürlich hat nicht alles sofort wie am Schnürchen geklappt. Bei seinem Hamburger Erstlingsprojekt bezahlte Ackermann Lehrgeld. „Wir haben uns einfach nicht getraut, uns vollständig auf das neue digitale System einzulassen, und haben daher alles doppelt erstellt“, lacht der Handwerkschef, der keine Scheu davor kennt, neue Wege zu gehen. Experimentierfreudig ist bereits sein Großvater Georg Ackermann gewesen, der den Betrieb 1934 gründete, nachdem er zuvor als mobiler Monteur auf dem Motorrad die hölzernen Zahnräder der Mühlen instandgesetzt hatte. Der Entdeckergeist ist seither Firmenphilosophie – und hilft nun dabei, auch das digitale Bauen weiter nach vorne zu bringen.

Im Vergleich zu anderen europäischen Ländern, insbesondere Skandinavien, ist Deutschland noch deutlich im Hintertreffen. Einen Malus sehen viele im erhöhten Planungsaufwand. „Während wir für ein Projekt mit 200 Stunden rund 50 Stunden auf die Planung aufwenden mussten, fallen bei der 3-D-Planung mit BIM 80 Stunden für die Planung an – dafür sind es bei der Fertigung nur 70 Stunden“, rechnet Ackermann vor. Dann sind da aber auch noch die Investitionen in Hard- und Software, die insbesondere kleine Betriebe abschrecken. Dennoch finden immer häufiger Schritte hin zur 3-D-Modellierung statt, als ein wichtiger Bestandteil von BIM.

Restaurieren einer Kreuzblume

Der Münsterbauverein in Freiburg zieht die dreidimensionale Modellierung immer häufiger bei Restaurierungsarbeiten am heimischen Münster heran. Steinmetzmeister Uwe Zäh, Leiter des hauseigenen Handwerksbetriebs Münsterbauhütte, und sein Team haben dabei mit dem Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM für ein Projekt zusammengearbeitet. Um einen Negativabdruck einer historischen Kreuzblume zu erstellen – ohne die fragile Figur dabei zu berühren – wurde das Kunstwerk über Fotogrammetrie erfasst und vermessen, bis ins kleinste Detail. Bei dieser Technik erstellt eine herkömmliche Kamera überlappende Bilder. „Der Vorgang unterscheidet sich deutlich vom traditionellen Vermessen, bei dem für eine Kopie zunächst ein Negativabguss erstellt wird, der dann in einen positiven Gipsabguss überführt wird“, erklärt Steinmetzmeister Zäh.

Über das Verfahren der Fotogrammetrie, das übrigens auch für das digitale Aufmaß eines Raums verwendet wird, entsteht ein dreidimensionales BIM-Modell, das aus intelligenten Bauteilen besteht und aus dem sich Grundrisse, Ansichten, Schnitte, Ausschreibungen und Kostenschätzungen ableiten lassen. Beim Messvorgang werden Tiefeninformationen gleicher Punkte in mehreren Bildern trianguliert. Daraus entstehen sogenannte Punktwolken, die danach als Messdaten in ein spezielles Auswertungsprogramm oder in ein CAD-Tool gelangen.

Für eine 3-D-Visualisierung am digitalen Zwilling ist es jedoch auch möglich, ein Objekt, das sich wie die Kreuzblume hoch oben am Münster befindet, von einer Drohne über Fotogrammetrie vermessen zu lassen. Doch im Fall einer komplexen, stark strukturierten historischen Blume, ist es sinnvoll, die Aufnahmen am Boden zu machen. „Nur ein Mensch ist dazu in der Lage, alle Perspektiven dieser komplexen Figur einzufangen“, erklärt Alexander Reiterer, Leiter Objekt- und Formerfassung beim Fraunhofer-Institut IPM.

Über die Ansicht im Digitalen Zwilling können die Steinmetze der Münsterbauhütte viel präziser an der Kirche arbeiten als vorher. „Ein barocker Kapellenpfeileraufsatz von 1782 konnte so höchst originalgetreu bearbeitet werden“, sagt Zäh. Über Fotogrammetrie hat er den Pfeiler dreidimensional erfasst und über die Software AutoCAD bearbeitet. Am Ende kam der neue Pfeiler dann aus dem 3-D-Drucker, den sich Zäh als neues Gerät zugekauft hat. Das digitale Arbeiten verändert das Berufsbild eines Steinmetzes erheblich.

BIM-Holzhaus zum selberbasteln

Auch Ackermann, der mit seinem Betrieb jährlich zehn Millionen Euro Umsatz erwirtschaftet, ist kein Schreiner mehr im klassischen Sinn. Im Betrieb stehen Desktop-Computer für die Fertigungsmitarbeiter, die jedes Projekt in seiner gesamten dreidimensionalen Größe anzeigen. Für den Handwerkschef aus Unterfranken hat diese neue Art zu schreinern vieles verändert. Sein jüngstes Projekt ist ein BIM-Holzhaus. BIM steht dabei auch für „Bauen ist menschlich“, erläutert Ackermann, getreu seinem Motto: Kompliziertes einfach machen. Weil alle Bauteile bis ins letzte Detail vorgeplant und gefertigt sind, kann es sich sein Besitzer selbst zusammenstecken.

4 Gründe für BIM: Darum lohnt sich‘s

Was bei der Konstruktion von Autos und Maschinen schon längst der Fall ist, hält nun immer häufiger auch auf der Baustelle Einzug: Digitales Arbeiten nach der BIM-Methode hilft, Prozesse zu beschleunigen und Fehler zu vermeiden.

  1. Alle Baubeteiligten arbeiten an einem einzigen Modell. Baufortschritte können dabei eingesehen und während des gesamten Bauprozesses überwacht werden.
  2. Mehr Daten und Informationen rund ums Projekt erhöhen zunächst den Planungsaufwand, verkürzen jedoch die Zeit bei der Fertigung. Insgesamt entsteht ein schlankerer und schnellerer Bauprozess.
  3. Auf Basis der durch BIM geschaffenen, enormen Datenbeständen ist es möglich, zeitintensive Schritte der Planung zu automatisieren.
  4. Jeder Baubeteiligte ist im Bild, wann er welche Bauteile liefern oder fertigstellen muss. Doppelbestellungen oder das Anliefern überflüssiger Materialien werden darüber vermieden.

Innovation on Tour: Firmenporträt der Ackermann GmbH

© handwerk magazin/B3 Mediagroup Frank Baumer

Tipp: Mehr Videos aus der Reihe „Innovation on Tour“ finden Sie unter handwerk-magazin.de/innovation.