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De­sign Thinking im In­ge­nieur­we­sen

Geht das?

 

Gruner Roschi AG
Manuel Frey, B. Eng. Gebäudeklimatik
Manuel[punkt]Frey [ät] gruner[punkt]ch

Einsatz der BIM-Methode im Rahmen der Gebäudeoptimierung

An einem Workshop mit einigen Kollegen bin ich vor kurzem mit der Frage konfrontiert worden, ob Design Thinking sich mit dem klassischen Ingenieurwesen vereinbaren lässt? Die Frage hat mich erst einmal stutzig gemacht. Daher möchte ich in diesem Artikel meine Sichtweise zum Ingenieurwesen darstellen und bezogen auf mein Fachgebiet der Gebäudesimulation aufzeigen, dass Design Thinking eine Grundvoraussetzung ist und zum Wesen eines Ingenieurs gehört – nicht erst, seitdem der Begriff Design Thinking in aller Munde ist.

 

Was tut ein Ingenieur

«Wo man ihm ein Rätsel schenkt, steht der Ingenieur und denkt» ist eine bekannte Redewendung, welche die Vorgehensweise im Arbeitsalltag eines Ingenieurs gut erklärt. Hierzu passt auch die Herleitung des Begriffs Ingenieur vom lateinischen Wort ingenium, was «sinnreiche Erfindung» oder «Scharfsinn» bedeutet und den Ingenieur als kreativ und mit Innovationsgeist versehen beschreibt.

Dies spiegelt sich auch in meiner täglichen Arbeit wider, in der es um die Lösung von neuen Problem- und Fragestellungen mit teilweise noch nicht vorhandenen Werkzeugen geht. Dabei beschreite ich immer wieder neue Wege, um ans Ziel zu kommen. Meine wesentliche Aufgabe besteht darin, möglichst wirkungsvolle und effektive Lösungen im Kontext des Kosten-Nutzen-Verhältnisses zu erarbeiten. Lässt sich dies nun schon als Design Thinking bezeichnen?

Was ist De­sign Thinking?

Nun, Design Thinking ist mehr als einfach nur eine gute Lösung für ein Problem zu finden. Es ist ein Ansatz, der zum Lösen von Problemen und zur Entwicklung neuer Ideen führen soll und an der Universität Stanford am Hasso Plattner Institut entwickelt und erforscht wird.

Dabei geht Design Thinking von der Annahme aus, dass Probleme leichter oder besser gelöst werden, wenn Menschen aus verschiedenen Disziplinen nach einer definierten Methode zusammenarbeiten. Diese Methode bedingt ein kreatives Umfeld, in dem gemeinsam Fragestellungen entwickelt werden, die auf die Bedürfnisse von Menschen eingehen. Daraus werden Konzepte erarbeitet, die immer wieder (iterativ) auf ihre Tauglichkeit überprüft und optimiert werden.

Umsetzung von De­sign Thinking

Die Umsetzung dieser Design Thinking Methode ist in mehrere Phasen gegliedert.

Als erstes muss das Problem oder Ziel klar definiert und die daraus entstehende Aufgabenstellung verstanden und analysiert werden. Darauf aufbauend werden Lösungs-Ideen entwickelt und mögliche Lösungswege z.B. mit digitalen Simulationsmodellen berechnet sowie die Ergebnisse visualisiert. Die visualisierten Simulationsergebnisse werden im Projektteam bewertet und gegebenenfalls durch eine oder mehrere Iterationen optimiert. Dabei wird ein Soll-Ist-Vergleich durchgeführt und etwaige Zielkonflikte bereinigt, die aus den jeweiligen Bedürfnissen der einzelnen Parteien im Planungsteam resultieren.

Abschliessend wird der erarbeitete Lösungsvorschlag in das Gesamtprojekt implementiert.

De­sign Thinking im Arbeitsalltag von Gruner

Die gerade beschriebenen Teilschritte der Methode Design Thinking erinnern mich wiederum an meinen eigenen Arbeitsalltag. Dabei arbeite ich mit unterschiedlichen Akteuren zusammen, um ein sinnvolles und nachhaltiges Gebäude zu planen, welches den Nutzeransprüchen vollumfänglich gerecht wird und dabei im Zeit- und Kostenrahmen bleibt. Da jedes Gebäude einzigartig ist und somit nur gewisse Grundmerkmale sich von Gebäude zu Gebäude transferieren lassen, handelt es sich jedes Mal um eine Einzelanfertigung und dementsprechend um eine Prototypenentwicklung.

Folgend möchte ich unseren Ansatz des Design Thinking aufzeigen. Im Rahmen einer Prototypenentwicklung wird ein gemeinsames digitales Bauwerksmodell erstellt, das als Grundlage für die Gebäude- und Anlagesimulation dient. Anhand dieses digitalen Modells werde ich den Einsatz der BIM-Methode in der Digitalisierung von zukunftsfähigen Arbeitsprozessen innerhalb der Gruner Gruppe sowie mit externen Projektpartnern im Planungsteam genauer beschreiben.

Was bedeutet Digitalisierung für Gruner?

Zukunftsfähige Digitalisierung heisst für mich in diesem Fall, Datenstrukturen und -qualitäten zu definieren und den Datenaustausch über alle internen und externen Prozesse so zu organisieren, dass die Projektbearbeitung sowie das Qualitäts- und Zeitmanagement verbessert und ein betriebswirtschaftlicher Mehrwert erzielt wird. Hierfür setzt die Gruner Gruppe die Methode Building Information Modeling, kurz BIM, ein. BIM ist eine Methode, die den geometrischen Architekturmodellen unter anderem zusätzliche Informationen über die Gebäudenutzung und die Qualität der Bauteile sowie der gebäudetechnischen Anlagen hinzufügt. Diese sind über einen gemeinsamen Datenaustausch allen Projektbeteiligten zugänglich.

Sie ermöglichen die Zusammenarbeit am digitalen Bauwerksmodell. Der Einsatz eines digitalen Gebäudemodells hilft in jeder Planungsphase, Risiken vorausschauend zu minimieren und damit einen Beitrag für eine zielorientierte und nachhaltige Planung mit hoher Planungssicherheit und -qualität zu leisten. BIM ist aber mehr als nur das gemeinsame Arbeiten an einem digitalen Bauwerksmodell. Für mich optimiert BIM gesamtheitlich den Planungsprozess mit dem Ziel, einen Mehrwert für den Gebäudenutzer während der gesamten Lebensdauer des Gebäudes zu generieren. Folgend möchte ich einen Teilaspekt dieses Planungsprozesses aus dem Blickwinkel eines Simulationsingenieurs im Team Bauklimatik der Gruner Gruppe beschreiben.

 

Aus der Sicht eines Simulationsingenieurs

Als systemischer Ansatz bedient sich die Bauklimatik dynamischer Simulationen mit dem vorrangigen Ziel, Konzepte frühzeitig auf Machbarkeit und Effizienz zu prüfen, Innovationen zu entwickeln und eine transparente Entscheidungsgrundlage für die Projektierung bereitzustellen. Dabei wird zunehmend eine höhere Anforderung an die Ergebnisqualität und -quantität bei gleichzeitig immer kürzerer Bearbeitungszeit gestellt.

Konkret werden schon in frühen Projektphasen ein Detailierungsgrad und eine Ergebnisqualität von den Projektbeteiligten gefordert, welche in der Vergangenheit erst zu einem späteren Projektierungszeitpunkt erbracht werden musste.

 

Mehr und bessere Ergebnisse durch dynamische Simu­lat­ion­en

Der Einsatz von dynamischen Simulationen unter Einbezug parametrisierter digitaler Gebäudemodelle erlaubt uns schon früh, der Anforderung an die Ergebnisqualität und -quantität gerecht zu werden. Dabei wird ein sogenannter digitaler Zwilling des realen Gebäudes erstellt, um mit diesem virtuell am Computer «experimentieren» zu können. Die Erstellung oder Modellierung erfolgt dabei aufbauend auf einem gemeinsamen digitalen Gebäudemodell. Dies spart Zeit und Kosten und erhöht die Ergebnisqualität und -quantität massiv, da alle Informationen direkt mit dem Architekturmodell abgestimmt werden können. Somit entsteht ein ganzheitlich durchgängiger und transparenter Bearbeitungsprozess, der die Fehleranfälligkeit signifikant reduzieren hilft.

Gesamtheitlich optimieren

Dieses gerade beschriebene «Experimentieren» ist eigentlich die rechnergestützte Abbildung von unterschiedlichen Lösungsansätzen, welche im Projektteam gemeinsam entwickelt werden. Dabei werden von Teammitgliedern unterschiedlicher Disziplinen wie Architekten, Bauingenieure, Fassadenplaner, Bauphysiker, Gebäudetechnikplaner, Projektmanager und Kostenplaner in Zusammenarbeit mit dem Bauherrn z.B. die Fragestellung des sommerlichen Wärmeschutzes in einem Gebäude diskutiert und Varianten zum optimalen Erreichen desselben erarbeitet. Die Aufgabe des Simulationsingenieurs ist es, die unterschiedlichen Vorstellungen und Bedürfnisse der einzelnen Beteiligten zusammenzufassen und die Ergebnisse wieder ins Projektteam zurück zu speisen. Hierfür werden Designaspekte des Architekten ebenso berücksichtigt wie die Materialisierung der Baukonstruktion durch den Bauphysiker und/oder die vorhandenen Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen des Gebäudetechnikplaners. Dabei gilt es, ein gesamtheitliches Optimum unter Einbezug aller Fragestellungen zu finden und nicht nur, die jeweiligen Einzelaspekte getrennt voneinander zu optimieren. Die getrennte Optimierung von Einzelaspekten kommt leider immer noch viel zu häufig vor, besonders wenn das Planungsteam keine gemeinsam definierten Ziele verfolgt und/oder Kommunikationsstrategien nutzt. Damit das Ziel einer ganzheitlichen Optimierung erfolgreich erreicht werden kann, erfordert dies die gemeinsame Entwicklung von Lösungsstrategien sowie die Abbildung mitunter diametral unterschiedlicher Einzelbedürfnisse, unter Berücksichtigung von kreativen und innovativen Lösungswegen.

Da ich ein Verfechter von teambasierten Lösungsstrategien unter Einbezug von digitalen Werkzeugen bin, möchte ich Sie ermutigen, diese ebenfalls auszuprobieren. In meinem nächsten Artikel werde ich den Einsatz der BIM-Methode bei uns im Haus im Rahmen der thermisch-energetischen Gebäudeoptimierung anhand eines detaillierten Praxisbeispiels aufgreifen.

Habe ich Ihr Interesse geweckt? – Kontaktieren Sie mich.

Gruner Roschi AG
Manuel Frey Manuel[punkt]Frey [ät] gruner[punkt]ch