Software: Konstruktionsprogramme unterstützen Stahl- oder Metallbauer – von der Akquisition über die Konstruktion, Planung und Bestellung bis zum Teile-Zuschnitt. Was können die einzelnen Programme und was nicht, worauf sollte man achten, und was sind die Trends?
Metallbaubetriebe stehen in Bezug auf die Produktivität, Qualität und Terminsicherheit immer wieder vor Herausforderungen: Änderungen und Folgeänderungen, Zeit- und Materialverschwendung aufgrund von Fehlern, Termin- und Budgetüberschreitungen gehören zum Alltag und mindern die Produktivität auf Baustellen. Eine konsequente Digitalisierung von Prozessen kann Abläufe und Qualitäten am Bau entscheidend verbessern – das sind Ergebnisse zahlreicher Studien. Einen großen Anteil daran hat die digitale Planung. CAD- und BIM-Planungswerkzeuge können Prozessabläufe von der Akquisition über die Entwurfs-, Genehmigungs- und Ausführungsplanung bis zur Fertigung und Montage optimieren und Fehlerquoten senken.
Die digitale Planung hat viele Vorteile
Schon mit einfachen 2D-CAD-Systemen lassen sich Abläufe beim Planen und Konstruieren beschleunigen, Grundrisse, Ansichten, Schnitte, Details oder Stücklisten schneller und effizienter erstellen. Das etwas aufwendigere 3D-CAD generiert alle für die Fertigung und Montage erforderlichen Unterlagen weitgehend automatisch aus dem digitalen 3D-Modell – und kann noch mehr: „Smarte“ Bauteile, automatisierte Metallverbindungen und metallbauspezifische Editierfunktionen verringern den Arbeitsaufwand, beispielsweise bei Änderungen oder bei der Entwicklung von Varianten zur Optimierung der Konstruktion.
Komplexe Konstruktionen lassen sich einfacher auf Bauteil-Kollisionen oder bautechnische Ungereimtheiten untersuchen. Einige Programme, wie etwa Apollon von CAD-Plan, können die Ergebnisse statischer Berechnungen unmittelbar in die CAD-Konstruktion übernehmen oder statische Belastungen simulieren. So lassen sich Tragkonstruktionen einfacher optimieren. Sobald die Konstruktion feststeht, werden Stücklisten für die Kalkulation, Bestellung oder Montage ermittelt. Visualisierungen vermitteln dem Kunden einen anschaulichen Eindruck seines Objekts, unterstützen die Akquisition und beugen Missverständnissen bei der Fertigung und Montage vor.
2D oder 3D?
Für einfache Konstruktionen (Geländer, Hoftore, Vordächer etc.) lohnt sich der Mehraufwand für eine 3D-Modellierung eher nicht. Daher haben auch reine 2D-Systeme ihre Berechtigung. Allerdings stellen komplexere Konstruktionen besondere Anforderungen: Müssen beispielsweise Hinterschneidungen, Durchdringungen, Ausklinkungen, Bohrungen oder Aufkantungen bis ins Detail korrekt nachgebildet werden, sollte das CAD-Programm auf einem 3D-Volumenmodell basieren.
CAD-Software, die wahlweise eine zwei- oder dreidimensionale Konstruktion erlaubt und anstelle von 2D-Linien oder 3D-Grundkörpern mit objektorientierten Bauteilen arbeitet, ist technisch „up-to-date“. Die Bauteildatenbank sollte alle gängigen Plattenprofile, Sonderprofile, Träger, Platten, Wand- oder Deckenprofile, Verbindungselemente, Schraub- und Schweißverbindungen enthalten.
Wichtig ist, dass auch die Einzelbearbeitung von Stahlbauprofilen möglich ist, Anschlüsse automatisch ausgeführt werden und das Programm möglichst viele stahlbauspezifische, sowohl normkonforme als auch herstellerspezifische, sowie individuell erweiterbare Bauteilkataloge enthält. Neben aus Standard- und Sonderprofilen zusammengesetzten Kombiprofilen sollten auch gebogene Profile und das Manipulieren von Bauteilen möglich sein, um Einschnitte, Durchbrüche oder Kantungen darstellen zu können. Werden Profile miteinander verbunden, sollten automatisch die zulässigen Normverbindungen und Anschlüsse ermittelt werden. Können Stahl-Normprofile automatisch getauscht werden, zum Beispiel HEA 160 gegen HEA 200, inklusive automatischer Anpassung der Anschlussdetails, erspart das manuelle Arbeit und vermeidet Fehler.
Das Programm sollte neben der Gesamt-Stückliste auch einen Bauteil-Auszug ermöglichen. Gleiche Profilierungen oder Längen sollte das Programm automatisch erkennen. Natürlich sollte die Stückliste auch Gewichtsangaben enthalten. Über Zusatzfunktionen wie die Kollisionskontrolle oder eine Anbindung an Statik-Software verfügen nur einige Lösungen, ebenso wie über Schnittstellen zur ERP-Branchensoftware. Für die Praxis der meisten Metallbaubetriebe wichtig sind eine automatische Stückliste, ein DXF-/DWG-Im- und Export für den Austausch geometrischer Daten und die rechnergestützte Fertigung. Immer wichtiger wird auch eine IFC-Schnittstelle, die eine Zusammenarbeit an BIM-Projekten ermöglicht.
Mit smarten Bauteilen konstruieren
Die Mehrzahl aktueller metallbauspezifischer CAD-Lösungen basiert auf einem dreidimensionalen Datenmodell. Die 3D-Konstruktion besteht dabei aus Bauteilen, die konstruktive Elemente umfassend beschreiben (Profil, Material, Preis, technische Kenngrößen etc.). Die CAD-Bauteile können mit benachbarten Bauteilen interagieren und sich bei Änderungen selbstständig anpassen. So werden Bohrungen in allen betroffenen Bauteilen automatisch neu gesetzt, sobald sich der Anschluss ändert oder verschoben wird, Stirnplatten passen sich automatisch an, wenn das Trägerprofil geändert wird und anderes mehr. Gleichartige Profile oder Anschlüsse lassen sich in der gesamten Konstruktion mit wenigen Mausklicks austauschen, sofern es die Statik erfordert.
Während Konstruktionen mit allgemeinen, branchenneutralen CAD-Lösungen aus „dummen“ 2D-Linien oder Flächen respektive aus 3D-Grundkörpern wie Quader, Zylinder oder Kugel zusammengesetzt werden, enthält Metallbau-CAD spezifische Bauteile wie Platten, Stützen, Träger, Verbindungselemente, Schraub- oder Schweißverbindungen etc. Alle Bauteile sind in der Regel parametrisiert, das heißt, die geometrische Grundform ist für ein gewähltes Bauteil festgelegt, die Abmessungen können frei definiert werden. Über Dialogfenster lassen sich beispielsweise bei Schweißverbindungen die Nahtart, Schweißnahtdicke, Nahtoberfläche, der Nahtverlauf oder zur Schweißung von Stirnplatten die Schweißnahtdicken für Flansch und Steg auswählen. Entsprechende Funktionen stehen auch für Schraubverbindungen bereit. Alle in der Zeichnung verwendeten Profile und Verbindungselemente, inklusive deren Abmessungen und sonstige Parameter, werden automatisch mit Positionsnummern versehen und in Form von Stücklisten ausgegeben.
Auf dieser Grundlage kann anschließend kalkuliert (Gewicht, Kosten etc.) und bestellt werden. Mithilfe der bemaßten und beschrifteten CAD-Zeichnungen lassen sich alle Einzelbauteile konventionell herstellen. Alternativ können die Daten an numerisch gesteuerte Maschinen wie Laserschneidanlagen oder Bearbeitungszentren übergeben werden. Zusatzprogramme berechnen alle Bauteile mit allen Arbeitsschritten im jeweils erforderlichen Format und übertragen diese Daten an die CNC-Maschine. Diese schneidet, sägt, fräst oder bohrt daraus die jeweiligen Bauteile auf den Millimeter genau.
Welche Vorteile hat BIM?
Im Architektur- und Baubereich liegt BIM eindeutig im Trend. Die Planungsmethode „Building Information Modeling“ kann die Produktivität steigern, Planungsqualitäten verbessern und Arbeitsabläufe effizienter gestalten. Planungsalternativen lassen sich schneller, beispielsweise unter dem Kostenaspekt, analysieren und bewerten, Gebäude, Bauteile, die Statik und Haustechnik auf Kollisionen gewerkübergreifend überprüfen. Gebäudeentwürfe lassen sich einfacher statisch, bau- und haustechnisch, bauphysikalisch oder energetisch optimieren.
Das dreidimensionale BIM-Gebäudemodell kann sukzessive für die Planung detailliert ausgearbeitet werden, sodass man es vielfältig nutzen und nach Mengen-, Kosten- oder Terminkriterien auswerten kann. Auf diese Weise entsteht eine umfassende Informationsgrundlage für die Planung, Realisierung und vor allem für die zeitlich längste Phase – die Gebäudenutzung.
BIM fordert Unternehmen jedoch auch neue Arbeits- und Denkweisen ab. So ist die Erstellung eines BIM-Datenmodells aufwendiger als bei der zeichnungsorientierten Arbeitsweise. Es setzt mehr Informationen voraus (Bauteilaufbau, Materialien, Fügetechnik etc.), die zum Planungszeitpunkt häufig noch nicht feststehen. Darüber hinaus setzt die Arbeit mit der BIM-Software eine enge gewerk- und disziplinübergreifende Zusammenarbeit und Abstimmung voraus. Absprachen und Vorgaben müssen eingehalten und Arbeitsschritte koordiniert werden. Das betrifft beispielsweise die Struktur oder Detaillierung des Modells, die durchgängig und einheitlich sein muss.
Welche Programme gibt es?
Branchenspezifische Konstruktionsprogramme sind ebenso im Stahl- und Metallbau wie im Industrie-, Hallen-, Fassaden- oder Treppenbau einsetzbar. Lediglich für die Planung individuell gestalteter Treppen oder Freiformfassaden sollte man zu CAD-Lösungen greifen, die darauf spezialisiert sind. Sie haben den Vorteil speziell auf den jeweiligen Bereich zugeschnittener Funktionen.
Der tabellarische Produktvergleich zeigt anhand ausgewählter Produktbeispiele, was aktuelle CAD-Programme für den Metallbaubereich können und wie sie sich unterscheiden. Ob die Software den individuellen Leistungsanforderungen und spezifischen Aufgabenschwerpunkten gerecht wird, lässt sich nach einer Vorauswahl – beispielsweise anhand dieses Produktvergleichs – am besten am konkreten Projekt feststellen. Die meisten Anbieter offerieren dazu Demo-/Testversionen oder zeitlich limitierte Vollversionen.
Weitere Programme und Anbieter sind, ohne Anspruch auf Vollständigkeit: Bocad (www.bocad.com), DIG-CAD Stahlbau (www.llh-software.de), GCB-Steel 3D (www.gcb-steel.de), HiCAD (www.isdgroup.com/de), ProSteel (https://de.bentley.com), SolidSteel (www.klietsch.com), SOFiCAD Stahlbau 2D (www.sofistik.de), Tenado Metall (www.tenado-metall.de), Tekla Structures (www.tekla.com/de), Virtual Steel (www.virtualsteel.de), TopSolid'Steel (www.west-gmbh.de).
Konstruktionsprogramme für den Metallbau kosten zwischen 1.000 und 5.000 Euro – und mehr, je nach Softwarekonzept und Ausbaustufe. Handelt es sich um eine branchenspezifische Applikation (Aufsatz) auf eine allgemeine CAD-Software (zum Beispiel AutoCAD), kommt in der Regel zum angegebenen Kaufpreis der Applikation der Preis der Basis-CAD-Software hinzu. Steht ein aktueller Windows-fähiger PC zur Verfügung, fallen neben der Software gegebenenfalls Kosten für einen Großformatdrucker für DIN A0-Pläne an (ab 2.000 Euro). Hinzu kommt ein LCD-Monitor mit einer Bilddiagonale ab 21 Zoll und einer Full-HD-Auflösung mit 1.920 x 1.080 Bildpunkten (ab 100 Euro).
Neben dem Software-Kaufpreis sollte man auch Kosten für Schulungen sowie für einen Wartungsvertrag einkalkulieren, der Software-Updates/Upgrades und gegebenenfalls weitere Leistungen beinhaltet.
