Gründe für die Ineffizienz der Bauindustrie und das Datenmonopol der Konzerne. Lobbyistenkriege und die Entwicklung von BIM. Teil 6
Der Grund für das fehlende Produktivitätswachstum und die weit verbreiteten Spekulationen im Baugewerbe liegt in der Qualität der Daten, die von den am Bauprozess Beteiligten verwendet werden. Was ist das Hauptproblem mit Daten im Bauwesen? Vor allem das mangelnde Vertrauen und die fehlende Transparenz in 3D-7D-Systeme, die zu Risiken im Zusammenhang mit menschlichen Fehlern und der Schaffung von mehreren Schichten von Bürokratie in den Kerngeschäftsprozessen von Bauunternehmen führen.Um Daten zu speichern und zwischen verschiedenen Baubeteiligten zu übertragen, muss man CAD-Unternehmen oder Organisationen vertrauen, die die Entwicklung des IFC-Formats kontrollieren. Diese Situation lässt sich mit den Anfängen des Internets vergleichen, als es noch keine sichere Verschlüsselung im Netz gab und die Nutzer sich beim Schutz ihrer Daten auf die Systemadministratoren (Dritte) verlassen mussten.
Heute vertrauen wir beim Datenaustausch zwischen verschiedenen 3D-7D-Systemen Konzernen die Speicherung unserer Daten an. Um ihren Einfluss in der Baubranche zu behaupten, monopolisierten Konzerne die Speicherung und Verarbeitung von Daten. Infolgedessen erhöhen die gängigen CAD- und ERP-Anbieter ständig die Preise für die Nutzung ihrer Produkte, und der Durchschnittsnutzer ist gezwungen, auf jeder Stufe der 3D-7D-Datenreise eine “Provision” zu zahlen: Verbindung, Import, Export und Manipulation der Daten, die der Nutzer selbst erstellt hat.
Durch Monopole und den Kampf von Lobbyisten um die Macht über Daten ist die Bauindustrie zu einem veralteten System mit geringer Produktivität geworden, in dem ein gewisser Prozentsatz an Spekulation als unvermeidlich angesehen wird. Um die gestufte Struktur von Misstrauen, Kontrolle und Druck abzubauen, brauchen Bauunternehmen transparente Geschäftsprozesse und neue komfortable Datenspeicherformate.
Ich entschuldige mich im Voraus bei den Lesern für die Länge dieses Teils. Leider ist es unmöglich, auf die Probleme bei der Verwendung von 3D-7D-Daten im Bauwesen einzugehen, ohne alle in diesem Artikel genannten Themen zu behandeln. In separaten Teilen wird dieses Material zusätzlich auf der LinkedIn-Plattform und auf einer Open-Data-Site veröffentlicht — opendatabim.io
Artikel auf Medium: Lobbyist Wars and the Development of BIM. Part 6: Reasons for speculation in the construction industry. Corporate monopolies over data.
Disclaimer
In den Kommentaren unter den ersten Artikeln der Lobbying Games-Reihe (Teil 1 und Teil 2) wurde mir Marketingarbeit für die Autodesk Corporation vorgeworfen. In den Kommentaren unter den neuesten Artikeln (Teil 4 und Teil 5) dagegen deuteten Mitarbeiter dieses Unternehmens auf meine Arbeit gegen Autodesk an.
Für das Schreiben von Artikeln habe ich keine der in den Artikeln aufgeführten Unternehmen kontaktiert. Vertreter der genannten Firmen kontaktierten mich, stellten mir ihre Fragen und schrieb Anregungen und Kommentare, nachdem die Artikel veröffentlicht wurden. Ich vertrete die Interessen von keinem der Unternehmen — und absolut alles, was hier geschrieben wird, ist meine persönliche Meinung, basierend auf meinen Erfahrungen und verarbeiteten Informationen.
Kampf um Daten im Bau
Ursachen für die geringe Produktivität im Baugewerbe
Die Bauindustrie ist eine der am stärksten regulierten und zersplitterten Branchen der Welt, in der fast jedes Bauprojekt ein einzigartiges Gemeinschaftsprodukt einer großen Zahl unterschiedlicher Teilnehmer ist.
Der Lebenszyklus eines jeden Bauprojekts wird von einer Vielzahl von Fachleuten mit unterschiedlichen Qualifikationen und Kompetenzen beeinflusst: Budgetierung, Architektur, Tragwerksplanung, Ausführung, Kalkulation, Beschaffung, Kontrolle und Betrieb. Und jeder am Bauprozess Beteiligte hat einen Teil der 3D-7D-Daten, für die er verantwortlich ist.
Für jemanden, der in der Architektur und im Design tätig ist, ist ein 3D-Modell des zukünftigen Projekts wichtig. Für denjenigen, der später die Abläufe auf der Baustelle überwacht, ist vor allem das Timing der 4D-Elemente wichtig: die Reihenfolge, in der die Projektelemente bestellt, geliefert und auf der Baustelle montiert werden. Für jemanden, der sich mit Einkauf, Kalkulation und Budgetierung befasst, sind 5D-Informationen wichtig: Technik, Materialien, Arbeitsstunden und Produktartikel, die sich hinter den 3D-Elementen des Projekts verbergen. Die Leistung der 6D-7D-Elemente ist nur für die Fachleute von Interesse, die nach Abschluss der Bauarbeiten mit dem Betrieb der Gebäude befasst sein werden.
Aufgrund der Vielzahl von Geschäftsprozessen und Datenverwaltungssystemen, die bei Bauprojekten zum Einsatz kommen, überschneiden sich die Kompetenzen von Fachleuten aus verschiedenen Bereichen (Abteilungen), was zu einem erhöhten Einfluss des menschlichen Faktors, zur Duplizierung von Informationen und zur Schaffung von interner Bürokratie führt.
Die Fähigkeiten der 3D-7D-Spezialisten und die Qualität der zwischen den verschiedenen Systemen (CAD, MEP, ERP, CDE, ECM, CPM) ausgetauschten Informationen wirken sich letztendlich direkt auf die Qualität und die Kosten des Bauprojekts sowie auf den Gewinn und die Wirtschaftlichkeit des Bauunternehmens aus.
Aufgrund des geschlossenen Charakters der proprietären Daten in den Systemen und der mangelnden Transparenz der Geschäftsprozesse für alle Beteiligten werden Bauprojekte zu einem Versuch, die verschiedenen 3D-7D-Informationen der Ingenieure zu einem gemeinsamen Puzzle zusammenzufügen.
Der Mangel an Datentransparenz bei der Erstellung dieses Puzzles und das Fehlen einer guten Kommunikation zwischen den einzelnen Fachleuten haben dazu geführt, dass das Baugewerbe heute als eine der ineffizientesten Branchen in Bezug auf die Produktivität gilt.
In den letzten 20 Jahren, in denen computergestützte CAD-Konstruktion, neue Bautechniken und Materialien Einzug gehalten haben, ist die Produktivität des gesamten Baugewerbes nur um 21 % gestiegen, während die Gesamtproduktivität aller Wirtschaftszweige um 70 % (im verarbeitenden Gewerbe um 96 %) zugenommen hat.
Die Hochleistungssektoren der Wirtschaft sind heute das Bankwesen und der Handel, wo Ingenieure hauptsächlich mit 1D-Zahleneigenschaften (Vertragssumme) und 4D-Zeiteigenschaften (Vertragszeit) arbeiten. Die Interaktion zwischen diesen Daten und den Geschäftsprozessen in dieser Branche ist fast vollständig automatisiert, und der menschliche Faktor wird in den nächsten Jahrzehnten auf Null reduziert werden.
Zusätzlich zu den 1D- und 4D-Eigenschaften arbeitet die Maschinenbauindustrie mit 3D-Geometrie, 5D-Kosten und zusätzlichen 6D- und 7D-Betriebsparametern. Die gute Datenkonnektivität, die in den 1990er Jahren entwickelt wurde, und die hohe Typisierung von Elementen durch PLM-Plattformen (Product Lifecycle Management) ermöglichen es Maschinenbauern, das gleiche Produkt, das einmal in 3D modelliert und in 4D-7D konfiguriert wurde, jahrelang in Serie zu produzieren.
Erfolgreiche Wirtschaftszweige haben es geschafft, den menschlichen Faktor in der Informationsverarbeitung zu eliminieren. Der Schwerpunkt der Ingenieure in diesen Branchen liegt heute auf autonomen Systemen, die ohne menschliches Eingreifen funktionieren: autonomes Fahren, Roboterkomplexe für die maschinelle Fertigung im Maschinenbau und Blockchain-Technologie, Smart contracts und DEFI (dezentrales Finanzwesen) im Bankensektor.
In der Baubranche ist der Faktor Mensch nach wie vor ein großer Produktivitätsrückstand, da Mitarbeiter mit unterschiedlichen Qualifikationen mit verschiedenen Formaten und undurchsichtigen Daten arbeiten, die mit Software verschiedener Anbieter erstellt wurden.
Die Folgen des Mangels an transparenten, interoperablen Daten im Bauwesen
Das Hauptinteresse des heutigen Baugewerbes, das noch nicht alle Daten in einer einzigen Plattform gesammelt hat, konzentriert sich auf die 4D-Zeit- und Kostendaten der 5D-Elemente im Projekt. Diese Daten werden während des Baus vieler Projekte im Laufe des Lebens eines Bauunternehmens gesammelt, und die Verfügbarkeit dieser Daten ist ein wichtiger Wettbewerbsvorteil für jedes Bauunternehmen. Diese 4D-5D-Daten werden in ERP-Systemen (oder Excel) verwendet, um Budgetierungsdaten (Investitionssumme), Material- und Arbeitsstundenbeschaffung, Arbeitskalkulationen und Schätzungen der einzelnen Prozesse zu erstellen.
Bis Mitte der 2000er Jahre konnten 4D-5D-Daten nur in teuren (zehn- oder oft hundertmal teurer als CAD-Software) ERP-Systemen (oder in mehrstufigen Excel-Tabellen) verarbeitet werden, und diese Daten waren fast völlig unabhängig von den Daten in Form von nicht verwandten 2D-Zeichnungen aus den Konstruktionsabteilungen.
Das Fehlen automatischer (geometrisch verifizierter) zuverlässiger Volumendaten hat die Voraussetzungen für Spekulationen und die Verschleierung echter Daten in 4D-5D-Systemen geschaffen. Die wichtigste Methode, um im Baugewerbe Geld zu verdienen, ist die Spekulation auf den Preis von Material und Arbeit. Überhöhte Preise für Arbeiten und Materialien werden durch graue Buchhaltung in internen geschlossenen 5D-Systemen (Excel, ERP, EPM) ermittelt, indem ein Prozentsatz über dem durchschnittlichen Marktpreis des Materials oder des Arbeitsumfangs berechnet wird. Die Bauunternehmer haben sich darauf verlegt, minderwertige Baumaterialien zu kaufen, nur um Geld zu sparen, was den Interessen der Kunden schadet.
Wer mit dem Bauen beginnt, gibt sich der Plünderung hin.
Samuel Johnson (1709–1784)
Deshalb werden die Abteilungen für Kostenvoranschlag, Kalkulation und Budgetierung heute auch innerhalb des Bauunternehmens sorgfältig gegen unbefugten Zugriff gesichert.
Ohne die “graue” 5D-Buchhaltung zu verbergen, ist es heute fast unmöglich, auf dem umkämpften Baumarkt zu überleben, und diese Undurchsichtigkeit wurde indirekt und direkt von den Unternehmen geschaffen und aufrechterhalten, die die 3D-7D Systeme entwickeln, in denen diese Daten erstellt und übermittelt werden.
Der aktuelle Trend zu 3D-Modellen und das Aufkommen automatisierter Artikelvolumendaten zwingt Manager großer Unternehmen dazu, Daten aus 3D-Modellen mit Daten aus dem bestehenden 5D-Klassifikator (Kostenelemente) in ERP-Systemen (Excel) zu kombinieren. Bauunternehmen müssen daher Dateninteroperabilität schaffen und die Verknüpfungen zwischen den einzelnen CAD-, ERP-, EPM- und ECM-Systemen spezifisch für ihre Zwecke konfigurieren.
Die Hauptquelle für Stammdaten (Master Data) in allen 4D-7D-Informationsverarbeitungssystemen sind heute Volumendaten, die durch CAD-Elementmodellierung erstellt werden, wobei die Informationen über geschlossene proprietäre Formate (RVT, DGN, PLN usw.) oder über das unvollständige offene Format IFC übertragen werden. Die Undurchsichtigkeit dieser Formate blockiert die Automatisierung des Austauschs und macht es fast unmöglich, an einem gemeinsamen Projektpuzzle im gleichen interoperablen Datenformat zu arbeiten.
Der Zugang zu teuren, vollständigen 3D-7D-Datenverarbeitungssystemen sowie die Qualität und Transparenz der Daten bestimmen daher die Kosten von Bauprojekten, die Rentabilität und damit das Überleben von Bauunternehmen auf dem Baumarkt.
Aufgrund der Komplexität des Datenexport- und -importprozesses kann dieser zeitaufwändige Prozess nicht von einfachen Spezialisten in den Abteilungen 3D-Konstruktion und 5D-Kalkulation durchgeführt werden. CAD- und ERP-Systeme können nur von Fachleuten richtig kombiniert werden, die mit den internen Geschäftsprozessen des Unternehmens vertraut sind und gleichzeitig ein gutes Verständnis für CAD- und ERP-Systeme haben. Anders als im Bankwesen oder im Maschinenbau steigt daher in der Bauindustrie die Zahl der Manager, die mit dem Transfer von Informationen zwischen verschiedenen Systemen (CAD-ERP, FEM-CAD-HVAC, ERP-CPM, ERP-EPM) befasst sind, um “neue” Daten zu übertragen und zu kontrollieren.
In einer solchen zwangsbürokratischen, vielschichtigen Struktur des Bauprojektmanagements gewährleistet nur eine vielschichtige Kontrolle durch zusätzliche Manager ein qualitativ hochwertiges Bauergebnis ohne Rechtsstreitigkeiten oder finanzielle Verluste. Die Folge dieser Kontrolle ist ein übermäßiger Druck auf allen Ebenen der Projektabwicklung, wo Ingenieure Daten rechtzeitig und in hoher Qualität über geschlossene, proprietäre Produkte importieren, übertragen und exportieren müssen.
CAD-Unternehmen, die die wichtigsten 3D-Modellierungslösungen liefern, bieten der Bauindustrie ein BIM-Konzept an, bei dem der Austausch und die Kontrolle von Informationen von Managern des neuen Zeitalters (BIM-Manager und BIM-Koordinatoren) übernommen werden sollen, die Daten aus CAD-Programmen extrahieren und Interoperabilität zwischen verschiedenen 3D-7D-Systemen (CAD und ERP, EPM, ECM) herstellen können.
Die Basis dieses neuen CAD-BIM-ERP-Konzepts in der Bauindustrie hat CAD von den Machern von MCAD-Lösungen aus dem etablierten CAD-BOM-PLM-Konzept in der Maschinenbau entlehnt.
Woher kommt BIM und wofür wurde es entwickelt?
In den frühen 2000er Jahren verfügte die Maschinenbauindustrie bereits über fortschrittliche Systeme zur Verarbeitung von Daten aus MCAD-Software. Aufgrund des Wettbewerbs zwischen den zahlreichen Datenverarbeitungssystemen, die in den 90er Jahren aufkamen, haben sich PDM- und PLM-Lösungen zu den wichtigsten Plattformen entwickelt, die heute die Informationen von CAx (Computer-aided technologies) sammeln: CAD, MCAD, CAID, CAPP, CIM, CAE, SCADA.
Das Konzept der Stückliste (BOM — A Bill of Materials) spielt eine wichtige Rolle im Datenmanagement des Maschinenbaus. Hierbei handelt es sich um eine Materialliste oder Spezifikation, bei der die Stücklisten der obersten Ebene das Fertigerzeugnis darstellen, das eine Unterbaugruppe oder ein Fertigelement sein kann. Die Spezifikationen, die die Knotenpunkte beschreiben, werden als modulare Stücklisten bezeichnet. Die Verwendung von Stücklisten für das Projektmanagement verringert das Risiko von Fehlern und Nacharbeit, da die Wiederverwendung veralteter Daten vermieden wird.
Stücklistenmanagement (BOM-Management) — umfassendes Produktstrukturmanagement, das die vollständige digitale Assoziativität von Design, Lieferkette, Produktion, Vertrieb und Service gewährleistet.
Einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung dieser Systeme leistete die Automobil- und Maschinenbauindustrie, die mit dem Aufkommen der ersten 3D-CAD-Software ihre Konstruktionsprozesse mit der 4D-7D-Produktion und dem Betrieb verbinden musste. Eine wichtige Rolle in diesen Systemen spielten in den 1990er Jahren die Daten, die von den Nutzern des PTC-Produkts Pro/ENGINEER erzeugt wurden, das Mitte der 1990er Jahre zur wichtigsten Konstruktionssoftware für die gesamte Maschinenbauindustrie geworden war: Zu den Kunden zählten BMW, Fiat, Ferrari, Toyota, Hyundai, PSA und Volkswagen, Caterpillar, John Deere und andere wichtige Akteure der globalen Industrie.
Die Software Pro/ENGINEER von PTC war der Wegbereiter für die parametrische CAD-Volumenmodellierung und das Konzept eines einzigen Datenmodells für das gesamte Projekt und revolutionierte den MCAD-Markt (Mechanical Computer-Aided Design). Die parametrische, feature-basierte Modellierung, die von Pro/ENGINEER abgeleitet ist, hat die Branche ein Vierteljahrhundert lang dominiert, und alle führenden MCAD-Systeme (CATIA, NX, SolidWorks, Inventor und Solid Edge) sind zu ideologischen Nachfolgern von Pro/Engineer geworden.
Hinter PTC und dem Produkt Pro/ENGINEER standen der Mathematikprofessor Samuel Geisberg und sein Student Leonid Reitz von der Leningrader Staatsuniversität (St. Petersburg), die in den 1970er und 1980er Jahren aus der Sowjetunion nach Amerika emigrierten (die neue Repatriierung erfolgte infolge des Sechstagekriegs 1967).
Nachdem er PTC verlassen hatte, gründete Leonid Reitz, der Ende der 1980er Jahre den geometrischen Kern von Pro/Engineer geschaffen hatte, 1997 ein neues Start-up-Unternehmen, Revit, das das Beste von MCAD Pro/ENGINEER übernahm und darauf abzielte, die Bauindustrie in der parametrischen Modellierung mit dem modularen Konzept der Stücklisten zufriedenzustellen.
Während die Maschinenbauer bereits mit PDM- und PLM-Plattformen arbeiteten, verfügten die Bauunternehmen in den späten 1990er Jahren nur über 2D-CAD-Lösungen und separate 5D-ERP-Lösungen. Die CAD-Daten, die hauptsächlich in Autodesks 2D-Produkt Autocad erstellt wurden, waren für die 5D-Daten, die in den Abteilungen für Kostenvoranschlag, Kalkulation und Budgetierung erstellt wurden, nahezu unbrauchbar.
Nach dem Erfolg der MCAD-Entwickler versuchte die Autodesk Corporation erfolglos, ihr parametrisches Modellierungsprodukt auf dem bestehenden Autocad-Produkt (AutoCAD Architectural Desktop) und mit dem angepassten IFC-Format aufzubauen. Nach erfolglosen Versuchen, das MCAD-Startup Solidworks (von ehemaligen PTC-Ingenieuren) zu kaufen, erwirbt Autodesk 2002 das Startup Revit von dem ehemaligen PTC-Mitarbeiter Leonid Reitz für 133 Millionen US-Dollar.
Revit, mit seinem Maschinenbau-Hintergrund, war ein radikal neues CAD-System im Portfolio von Autodesk und gab dem Unternehmen die Möglichkeit, das Thema BOM-PDM-PLM-ERP endlich für die gesamte Baubranche zu öffnen.
Um die Ankunft einer neuen Ära von Daten und neuen Prozessen in der Baubranche einzuläuten, haben die Autodesk-Vizepräsidenten das Whitepaper BIM verfasst. Nach der Logik des neuen BOM-BIM-Konzepts sollen nun alle bisher in verschiedenen ERP-Systemen gespeicherten Informationen in die CAD-Software (Revit) übertragen werden, wo den 3D-Modell Elementen innerhalb der CAD-Software neue (meist textuelle) Eigenschaften hinzugefügt werden.
Bereits 10 Jahre nach der Veröffentlichung des BIM-Whitepapers eroberte Revit im Jahr 2010 schnell den CAD-Markt auf der ganzen Welt (mit Ausnahme einiger europäischer Länder).
Aber seit dem Kauf des Startups Revit im Jahr 2002 war Autodesk in den nächsten 10 Jahren leider nicht in der Lage, das BIM-Konzept zu einem fertigen 4D-7D-Datenprodukt oder einem funktionierenden Analogon der PDM- und PLM-Produkte von PTC zu entwickeln. Die großen Unternehmen auf dem CAD-Markt (Autodesk, Nemetschek, Bentley) sind in die Fußstapfen der MCAD-Lösungen der 1990er Jahre getreten und haben mit der Arbeit an programmübergreifenden closed BIM-Umgebungen begonnen, in denen der Kunde keine Lösungen von Drittanbietern benötigt.
Gleichzeitig sehen sich die Verantwortlichen in den Konstruktionsabteilungen, nachdem sie die ersten BIM-BOM-”Superdaten” (Geometrien, Texteigenschaften von Elementen und Spezifikationen) erhalten haben, gezwungen, bestehende ERP- und CAD-Systeme mit BIM-BOM-Daten selbst zu verknüpfen, ohne auf Lösungen von Autodesk zu warten.
Ab mitte der 2010er Jahre versuchen Tausende von Privatinvestoren aus der ganzen Welt, in den Markt für BIM und PropTechs (Immobilientechnologie) einzusteigen. Fortgeschrittene Manager in großen Bauunternehmen (mit Programmierkenntnissen) gehen in Start-ups, wo sie planen, veraltete 5D-ERP-ECM-Lösungen im Bauwesen in den bereits eingerichteten Geschäftsprozessen von Bauunternehmen vollständig zu ersetzen, indem sie eine Datenverbindung zu CAD herstellen.
Heutzutage gibt es dank des Goldrauschs, der durch das Wachstum der Daten in der Baubranche entstanden ist, jeden Tag neue proprietäre (meist auf den Ideen der Community und Open Source-Lösungen aufgebaute — dazu im nächsten Teil) Startups, die mit Daten aus CAD-Systemen arbeiten möchten.
Allein im Jahr 2020 wurden 19,9 Milliarden US-Dollar in PropTechs-Startups investiert (zum Vergleich: Autocad wurde für 1 US-Dollar und 10 % des Umsatzes an Autodesk verkauft und Revit für 133 Millionen US-Dollar).
Das Fehlen von Standardlösungen auf dem Markt und das wachsende Datenvolumen im Bauwesen haben zu einem ungleichen Wettbewerb zwischen CAD-Unternehmen, großen Bauunternehmen und Start-ups um das Recht geführt, die Daten von jährlich 10 Billionen Dollar an neuen Bauaufträgen zu besitzen und zu verarbeiten.
Monopolbildung im Datenmarkt
Leider sind die Entwickler jeder CAD-BIM-BOM-PDM-PLM-ERP-Lösung mit Legacy-Code von dem Kernprodukt (Archicad, Revit, Tekla Structures) konfrontiert, der in den 90er Jahren geschrieben wurde, bei dem selbst die erfahrensten Entwickler Hunderte von Stunden mit dem Testen und Debuggen einer Codezeile verbringen.
Legacy-Code ist ein Frankenstein’sches Monster von einem Code, der noch irgendwie funktioniert, aber schlecht, und neuer Code mit Potenzial kann wegen des Chaos in der Legacy-Code-Basis nicht entwickelt werden.
Die Probleme externer Dienste, die mit dem in den 1990er Jahren gekauften Legacy-Code interagieren, sind für große Unternehmen, die im Besitz der Daten sind und sich auf die Entwicklung ihrer eigenen, “wirklich bewährten”, geschlossenen 3D-5D-BIM-Tools konzentrieren, nicht von Belang.
Mit einem transparenten und interoperablen Datenzugriff können alle Informationen aus Projekten nahtlos übertragen und durch externe Dienste, Datenbanken und ERP-Systeme automatisiert werden. Doch dann würde ein solches Closed-BIM-Ökosystem keinen Sinn mehr machen und 3D-CAD-Lösungen würden sich auf Funktionen zur Geometrieerstellung beschränken, was Unternehmen und Investmentfonds nicht zulassen können.
Die Unternehmen wiederum sind gezwungen, solche geschlossenen Umgebungen zu schaffen, weil sie stabile Quartalsergebnisse erzielen müssen. Die wirklichen Herren der großen Unternehmen, die das Öl des neuen Zeitalters fördern — die Daten — sind die Investoren in den großen fünf Investmentfonds, die sich um das vierteljährliche Wachstum sorgen und nicht zulassen können, dass die Unternehmen ihr Monopol auf wertvolle Daten verlieren.
Daher ist die Aufrechterhaltung eines Datenmonopols das Kernstück der Politik der großen Anbieter von 3D-Lösungen, was es ihnen ermöglicht, die Lizenzmodelle zu ändern und die Preise für ihre Produkte zu erhöhen. Die befragten Unternehmen (aus einem Brief von Architekten an Autodesk) behaupten, dass ihre Kosten für die Lizenzierung von Autodesk-Produkten allein zwischen 2015 und 2019 um 70 Prozent gestiegen sind.
Anbieter von CAD-Lösungen sind nicht bereit, „ihre“ Daten kostenlos zu übertragen, und um die Illusion des Zugangs und der Konnektivität zu diesen Daten zu erzeugen, haben sie ihren Kunden ziemlich komplizierte Arten der Speicherung von Informationen und des Zugriffs auf sie auferlegt, die es ihnen ermöglichen die Initiative bei der Verarbeitung von Stammdaten auf ihre Seite proprietärer Lösungen zu ergreifen.
Speicherung von Informationen in CAD-Software
Die CAD-Konzerne der Welt beweisen der Bauindustrie mit aggressivem Marketing (bis zu 50 % des Firmenbudgets), dass 3D-7D-Datenerstellungswerkzeuge in ihren Programmen gut implementiert sind (werden) (Archicad-Nevaris, Autodesk-BIM360, Renga-PilotBIM, Bentley-OpenBuildings).
Um den großen Markt der Anwendungen von Drittanbietern und Investoren in BIM- und PropTechs-Startups nicht zu verärgern, sind die Anbieter von CAD-Lösungen “gezwungen”, über API-Abfragen, ODBC oder Plug-ins von Drittanbietern Konnektivität zu ihren proprietären Daten in 3D-Lösungen herzustellen.
Daten in Closed BIM-Lösungen werden über Datenbanken übertragen, und alles, was in der Baubranche mit 3D-7D-Daten zu tun hat, wird ebenfalls in ein Datenbankformat übertragen, was heute allgemein als BIM-Datenarbeit bezeichnet wird. Daher arbeiten die meisten 4D-7D-Datenverwaltungssysteme heute mit relationalen Datenbankmanagementsystemen (RDBMS): MS SQL, MySQL, PostgresSQL, Oracle, MS Access.
SQL (Structured Query Language) ist eine deklarative Programmiersprache, die zur Erstellung, Änderung und Verwaltung von Daten in einer relationalen Datenbank (RDBMS) verwendet wird.
Um eine Verbindung zu externen Diensten (Datenbanken) und deren internen Diensten aus der Closed-BIM-Umgebung zu ermöglichen, versuchen die Entwickler von CAD-Software, Daten in das SQL-Tabellenformat zu übersetzen.
Datenspeicherung in SQL
Der Hauptvorteil von SQL-Tabellen gegenüber anderen Arten der Informationsspeicherung besteht darin, dass sie sehr große Datenbanken mit hohen Abfragegeschwindigkeiten unterstützen. SQL lässt sich auch perfekt in Webanwendungen und andere Datenverwaltungstools integrieren. In 4D-7D- und ERP-Systemen werden Daten seit langem in tabellarischen SQL-Datenbanken gespeichert, aber CAD-Daten in Form von 3D-Geometrie wurden bis vor kurzem nur für die Arbeit mit der Visualisierung geschärft und hatten es schwer, in tabellarischer und textueller Form gespeichert zu werden.
Eine der ersten Implementierungen der Speicherung geometrischer Informationen in Tabellenform mit der Erstellung einer SQL-Datenbank war das Projekt Postgres.
Postgres — Pioniere der Datenspeicherung von CAD in SQL
Ein motivierendes Beispiel für die Postgres-Entwickler in den frühen 1980er Jahren war der Bedarf an Datenbanken zur Unterstützung von CAD-Tools (Computer-Aided Design) für die Mikroelektronikindustrie.
In einem Beitrag aus dem Jahr 1983 erläuterten Stonebraker (Gründer des Open-Source-Projekts Postgres) und seine Studenten, wie die CAD-Industrie neue Datentypen wie Polygone, Rechtecke und Textstrings unterstützen musste sowie “effiziente räumliche Suche, Entwurfshierarchien und Mehrfachdarstellungen” in denselben physischen Strukturen.
Leider erfolgte die Open-Source-Initiative der Postgres-Projektentwickler 20 Jahre vor CAD-Programmen mit der Möglichkeit, diese Daten zu erstellen. Und da Postgres immer ein Open-Source-Projekt war, war es lange Zeit nur für die Forschung und nicht für die Produktion gedacht.
Obwohl PostgreSQL heute das beliebteste unabhängige Open-Source-Datenbanksystem und das viertbeliebteste Datenbanksystem ist, bevorzugen die meisten CAD-Softwareentwickler heute die Verwendung von SQLite- und Microsoft SQL-Datenbanken.
Revit — Datenbank in grafischer Darstellung
Die Abkürzung BIM (Building Information Modeling) ist eine Marketing-Erfindung der Autodesk Corporation; es bezieht sich auf die Datenverarbeitungstechniken, die bei der Arbeit mit der Revit 3D-Lösung entstehen.
Das Produkt Revit, das wichtigste Programm der letzten 20 Jahre für die Planung und Erstellung von BIM-Daten, ist im Wesentlichen eine Datenbank mit Modellelementen in grafischer Darstellung (eine Reihe von Datenströmen), wodurch ein BIM-Informationsmodell entsteht.
Wenn man Revit Server verwendet, kann man feststellen, dass das Programm mit den Projektdaten im db3-Format kommuniziert, was auf die Verwendung einer relationalen Datenbank — SQLite — für die Kommunikation mit einigen Backend-Diensten hinweist.
Von allen Integrationsmöglichkeiten mit externen Diensten erlaubt Autodesk nur den Zugriff auf proprietäre RVT-Daten über Plug-ins, API-Konnektivität oder ODBC-Uploads.
ODBC (Open Database Connectivity) ist eine API-Software-Schnittstelle für den Zugriff auf Datenbanken.
Die Öffnung des unvollständigen API-Zugangs zu Revit-Funktionen hat die Entwicklung von Lösungen ausgelöst, die das Arbeiten mit Revit über API-Abfragen ermöglichen: Grasshopper, Dynamo, pyRevit, Forge.
API (Application programming interface) — eine Beschreibung der Möglichkeiten, wie ein Computerprogramm mit einem anderen Programm kommunizieren kann.
Der Zweck solcher Plug-ins und des ODBC-Treibers besteht darin, die Daten so erscheinen zu lassen, als ob der Benutzer auf eine SQL-Datenbank zugreifen würde.
Erstellung der ArchiCAD- und Tekla-Werkzeug-API
Das virtuelle Bauprojekt in ArchiCAD ist heute eine Datenbank, in die man per ODBC-Treiber SQL-Abfragen macht und alle notwendigen Projektinformationen in Tabellen strukturiert abrufen kann. Die Möglichkeit, SQL-Abfragen in ArchiCAD auszuführen, ist seit der Version 7.0 2001 verfügbar.
Die ArchiCAD-Datenbank (wie auch das Revit-Produkt) verwendet ein proprietäres Format, so dass die Bereitstellung eines ODBC-Zugangs einen erheblichen Entwicklungsaufwand erfordert.
Die ArchiCAD-Datenbank besteht aus Tabellen der Ebenen 2–3 mit einem komplexen Indexierungsschema. Das Öffnen eines Objektcontainers in ArchiCAD ermöglicht die Bearbeitung seiner Komponentenskripte, was ohne Grundkenntnisse der ArchiCAD-internen Programmiersprache GDL (Graphical Graphics Description Language) kein guter Anfang ist. Erfahrene Programmierer können nur durch C/C++ Programmierung und unter Verwendung der unvollständigen API von ArchiCAD lesend und schreibend auf Projektdaten zugreifen.
Die Archicad-Entwickler haben auch an einem ODBC-SQL-ArchiCAD-Projekt gearbeitet, das die Möglichkeit bietet, Schnittstellen zu anderen CAD-Programmen herzustellen. Diese Interaktionen sollten dazu beitragen, dass Architekten, Planer, Designer und Kostenschätzer mit Hilfe von CAD-Software in einem einzigen System zusammenarbeiten. Aber das Projekt wurde aufgegeben, vielleicht wegen der offensichtlichen Einschränkungen bei der Arbeit mit anderer CAD-Software. Der aktuelle Plan der Archicad-Entwickler ist es, eine Art BIMcloud-API bereitzustellen, über die auf Projektdaten im IFC-Format zugegriffen werden kann.
Die Tekla-Datenbank (Tekla Structures) ist, wie bei anderen großen CAD-Lösungen auch, nicht direkt zugänglich. Im Jahr 2020 entwickelte Tekla eine offene API auf dem Microsoft.NET-Framework, die es Entwicklern von Drittanbietern nun ermöglicht, ihre eigenen C#-Anwendungen zu schreiben, um mit Daten aus der Tekla Structures-Software arbeiten. Aber wie die Revit-API oder Archicad-ODBC funktioniert die Tekla-API als ein reduzierter Satz von Werkzeugen zur Beeinflussung des Programms.
Das Problem der Interoperabilität von Daten im Baugewerbe
Durch die Verwendung proprietärer Formate erlauben CAD-Anbieter heute keinen Zugriff auf 3D-Daten, die der Anwender selbst in den Programmen erstellt hat. Die direkte Übertragung vollständiger Informationen aus dem 3D-Modell in 4D-7D-Lösungen ist heute nicht möglich, und um zumindest einen gewissen Zugang zu den Daten zu ermöglichen, bieten die Unternehmen über Tools Konnektivität zu “unstrukturierten Datensätzen” an: ODBC, Plug-ins, Dienste mit API-Anbindung (an interne Programmfunktionen) und unvollständiges IFC-Datenformat.
Nicht funktionierende Datenverbindungen über Plug-Ins und APIs
Wenn Informationen über Plug-ins und APIs entladen werden, werden in der Regel nur Systemparameter (base quantities) und Elementeigenschaften ohne Geometrie entladen, was eine Offline-Nutzung der Daten in anderen 4D-7D-Systemen (z.B. ERP, ECM, EPM) unmöglich macht.
Welche Daten in der Phase der 4D-7D-Systeme benötigt werden, wird in den folgenden Artikeln näher erläutert.
Im Allgemeinen bieten die ODBC-Tools und APIs der Hersteller keinen vollständigen Zugriff auf die Daten, und der Sinn dieser Tools besteht darin, den externen Benutzer von der Datenbank mit allen Eigenschaften der Elemente, die während des Entwurfsprozesses erstellt wurden, zu isolieren.
Unternehmen, die Macht über Daten haben, sind nicht bereit, die Kontrolle über ihre Kunden zu verlieren, aus diesem Grund sind die meisten Fachleute, die versuchen, Volumeninformationen von Modellen zu erhalten, jetzt gezwungen, ihre eigenen Plug-ins zu entwickeln, um eine Verbindung zu den Daten in 3D-Lösungen und Excel-Tabellen herzustellen, um die resultierenden Daten (ohne Geometrie) mit bestehenden 4D-7D-Lösungen zu verknüpfen.
Nach der Konfiguration mit ODBC- oder Plug-in-Datenexport gibt es keine Garantie dafür, dass im nächsten Jahr, wenn eine neue Version des CAD-Programms herauskommt oder die API-Bibliotheken aktualisiert werden, die Kommunikation mit den internen Datenbanken des CAD-Programms nach denselben Regeln funktioniert wie in früheren Versionen.
Infolgedessen leidet das Baugewerbe unter dem Datenmonopol der Unternehmen, was dazu führt, dass geschützte Informationen über Elemente, die in proprietärem Format gespeichert sind, sich in milliardenschweren Fehleinschätzungen der Bauzeiten und -kosten niederschlagen.
Die Hegemonie von Autodesk über die Daten wird von Entwicklern europäischer CAD-Unternehmen aufgeweicht, die nach dem kometenhaften Aufstieg von Revit das verschüttete IFC-Projekt von Autodesk wiederbeleben — ein de jure transparentes und interoperables Datenformat.
Im nächsten — siebten Teil werden wir ausführlicher über das IFC-Projekt, die Lösung von opendatabim.io, bestehende und vorgeschlagene Lösungen für dieses Problem sprechen.
Kommentare, Klarstellungen oder Kritik sind willkommen.
Die Diagramme im Artikel sind in guter Qualität unter dem Link (Miro-Board) verfügbar:
