Arbeitspaket 8: Methoden für das Controlling komplexer Bauprozesse

Das Arbeitspaket AP8 beschäftigt sich mit Methoden für die Steuerung der instanziierten Bauprozesse und damit auch mit den Konsequenzen ungewollter Entwicklungen, wofür Simulation und Prognose wichtige Werkzeuge bilden. Dies schließt das Risikomanagement nicht nur mit ein, sondern bildet seine konsequente Anwendung.

In den folgenden Abschnitten sind die wesentlichen Zwischenergebnisse aus dem Arbeitspaket AP8 im Hinblick auf die folgenden vier Projektphasen zusammengefasst:

Phase 4: Validierung und Demonstration

Die im Arbeitspaket AP8 entwickelten Methoden und Softwarekomponenten wurden in verschiedenen Demonstrationsszenarien zum Bauprojektmanagement getestet und verbessert. In Zusammenarbeit mit den Arbeitspaketen AP 1, AP3, AP4 und AP6 wurden die Inhalte und Strukturen der unterschiedlichen Multimodelle nochmals präzisiert und die Fachmodelle entsprechend angepasst sowie die Softwarekomponenten für ihre Generierung (d.h. die Filterung, Verlinkung und den Export) überarbeitet.

Objektbuch zur strukturierten Beschreibung von Räumen und Bauelementen in GRANID, gibGreiner GmbH

Multimodellbasiertes Bauprojektmanagement
Grundlage für das multimodellbasierte Bauprojektmanagement bei Auftraggeber und Auftragnehmer ist die exakte Abstimmung der Kooperationsprozesse und der dabei ausgetauschten Multimodelle. In enger Zusammenarbeit mit den Arbeitspaketen AP 1, AP3 und AP4 wurden bei der Ausarbeitung der Demonstrationsszenarien deshalb nochmals die Anforderungen an die Multimodelle des Mefisto-Flugsteigs detailliert festgelegt und die Fachmodelle entsprechend überarbeitet bzw. die Softwarekomponenten für die Generierung (d.h. die Filterung, Verlinkung und den Export) der Multimodelle korrigiert. Besondere Aspekte die weitere Modell- und Softwareanpassungen erforderten, waren beispielsweise: (1) die Überarbeitung der Raumstrukturen und -attribute im Gebäudemodell für das Szenario Angebotscontrolling, (2) die Anpassung der Rohbauattribute für die Mengenermittlung und Kalkulation im Szenario Angebotsbearbeitung, (3) die Erweiterung der Filterfunktionen für das Erkennen von Planungsänderungen und das Schreiben von multimodellbasierten Nachtragsangeboten, (4) die Erweiterung der Filterfunktionen für den Export von Multimodellen für die Einholung der Angebote von Nachunternehmern im Szenario Ausführungsplanung und NU-Beauftragung, (5) die Erweiterung der Filter- und Vergleichsfunktionen für den Export und die Integration von Multimodellen zur Leistungsfeststellung im Szenario Leistungsfeststellung und Fortschrittscontrolling.

Risikomanagement und –simulation
Für die Kombination der entwickelten Risikomodelle mit anderen Fachmodellen und Nutzung für die Simulation der Projektrisiken wurde ein siebenstufiges Verfahren für die multimodell-basierte Risikosimulation erarbeitet. Für das Demonstrationsszenario „Risikomanagement und -simulation“ wurde dieses allgemeine Verfahren für die Durchführung einer Kostenprognose und einer Terminprognose unter Berücksichtigung von Pauschalrisiken weiter konkretisiert und durch entsprechende Softwareprototypen umgesetzt.
Die Komponenten für die Bearbeitung und Auswertung von Risikomodellen wurden in der M2A2 Multimodell-Plattform realisiert. Im ersten Schritt „Identifikation“ können die Risikomodelle auf der Grundlage entsprechender Kataloge erstellt werden. In den Schritten zwei und drei „Wahl der Domäne und Allokation “ können die Risiken mit ausgewählten Elementen der Fachmodelle verlinkt werden. Im Schritt vier wird ein neues Analysemodell für eine bestimmte Simulationsart auf der Grundlage einer Multimodell-Filteranfrage erstellt.
Für die Ermittlung der möglichen monatlichen Kosten in der Kostenprognose werden Kosten-Einzelrisiken entsprechend ihrer Zuordnung zu dem Terminplan nach Monaten sortiert und durch eine Monte-Carlo-Simulation in die Berechnung integriert. Für die Durchführung der Kostensimulation in Schritt 5 „Simulation“ wurde eine 4-Stufen-Risikosimulation für eine separate Simulation des Eintritts, der Häufigkeit, des Zeitpunktes und der Tragweite (Kosten) der Risiken entwickelt. Durch die Integration der zeitlichen Dimension kann für beliebige Betrachtungszeiträume (z. B. Monate, Jahre) das Risikopotenzial ermittelt werden.
Für die Terminprognose werden für bestimmte Bauphase Bauvorgänge des Terminmodells mit den verlinkten Terminrisiken und deren statistischen Parametern abgefragt und einer Tabelle hinzugefügt. Das tabellarische Ergebnis der Multimodell-Filteranfrage ermöglicht es, eine ereignisbasierte Monte-Carlo-Simulation der Termine z.B. mit unterschiedlichen Simulationskernen durchzuführen.
Im Schritt sechs werden die Ergebnisse der Risikosimulationen ausgewertet, um notwendige Änderungen in den Fachmodelle einzusetzen, so dass die negativen Einflüsse der Risiken vermeidet werden können. Dieses beschriebene sechsstufige Verfahren definiert einen Zyklus, der immer wieder im Lauf des Projektes durchgeführt werden soll.

Phase 3: Systementwicklung und Testen

Das Arbeitspaket AP8 befindet sich aktuell in der Projektphase. Bisher wurden in dieser Phase bereits verschiede Softwarekomponenten für ein Multi-Modell-basiertes Controlling entwickelt. Der Schwerpunkt lag in der Integration des Bauwerksmodells mit dem Objektbuch des Leistungsmodells. Auf dieser Basis werden derzeit die Themen Kosten und Termine sowie Risiken integriert. Darüber hinaus sind erste Prototypen entstanden, welche eine dynamische Risikosimulation ermöglichen.

Integration des Bauwerksmodells mit dem Objektbuch des Leistungsmodells, gibGreiner GmbH


Die obige Abbildung zeigt die Integration des Bauwerksmodells mit dem Objektbuch des Leistungsmodells in der Benutzeroberfläche von GRANID.

Softwarekomponenten für das Projektcontrolling
Vom Projektpartner GIB wurden Softwarekomponenten erstellt um die von Planern erstellten geometrischen Bauwerksmodelle und ihrer alphanumerischen Beschreibungen in Objektbücher zu übernehmen. Die dabei erstellten und weiter qualifizierten bauwerksbezogenen Leistungselemente ermöglichen die Integration unterschiedlicher Controllingaspekte (Kosten, Termine, Qualitäten) und bilden somit eine Grundlage für das multi-modell-basierte Projektcontrolling. Unterstützt wird dieser Integrationsprozesses durch die in den Arbeitspaketen AP1 und AP7 definierten Vorlagen für Bauwerksmodelle sowie durch verschieden im Arbeitspaket AP4 entwickelte Filter- und Mapping-Methoden für die Auswahl, Überführung und Prüfung der Bauwerksinformationen sowie für deren Einbindung in die Kosten- und Terminplanung.
Vom Projektpartner RIB wurde die Softwareanwendung iTWO um Komponenten zur modellorientierten Leistungsermittlung erweitert, mit denen Teile eines Multi-Modells dargestellt gefiltert und hinsichtlich ihres Fertigstellungsgrades bewertet werden können. Auf Basis der daraus entstandenen Ist-Daten und der in der Arbeitsvorbereitung festgelegten Soll-Daten wird das Kennzahlenmodell mit den zu verfolgenden KPI’s (key performance indicator) berechnet.
Darüber hinaus wurden schließlich auch Methoden für das Vergleichen von Multi-Modellen und für die Verwaltung von entsprechenden Modellvarianten betrachtet, welche u.A. bei Planungsänderungen und sich daraus ggf. ergebenden Nachträgen erforderlich sind. Erste Untersuchungen haben gezeigt, dass diese Funktionalitäten nur in Teilbereichen, z.B. bei Leistungsverzeichnissen und Terminplänen, durch die Erweiterung bestehender Softwarekomponenten erreicht werden können. Für das Nachtragszenario wurde deshalb auch der Einsatz weitere externer Softwarewerkzeuge, wie beispielsweise CAD-Systeme untersucht.

Softwarekomponenten für Risikomanagement und –simulation
Als Voraussetzung für die Umsetzung der entwickelten Konzepte zum Risikomanagment wurden in Zusammenarbeit mit dem Arbeitspaket AP1 die Spezifikationen für das Fachmodell Risiko abgeschlossen. Für den Austausch von Risikoinformationen wurden zwei XML-Formate für einen Risikokatalog mit allgemeinen Risiken sowie für eine Risikoliste mit den Risiken eines bestimmten Bauprojektes definiert. In den Katalogen und Listen können die Risiken mit entsprechenden Beschreibungen aufgeführt und mit verschiedenen Eintrittswahrscheinlichkeiten und Konsequenzen hinsichtlich der Kosten, Termine und Qualitäten des Projektes sowie möglichen Maßnahmen zur Beeinflussung der Risiken versehen werden.
Von den Forschungs- und Softwarepartnern wurden erste Softwarekomponenten erstellt, mit deren Hilfe Risiken erfasst, bewertet und in Verbindung mit den zu ergreifenden Maßnahmen überwacht werden können. Darüber hinaus wurden erste Prototypen für Überführung und die Aufbereitung von Multi-Modell-Informationen zur Simulation von Kosten-, Mengen- und Einzelrisiken nach der Monte-Carlo-Methode umgesetzt.
Darauf aufbauend wurde das Konzept für die Erfassung und Auswertung von Prozessrisiken überarbeitet und erste Ergänzungen von Spezifikationen und Softwarekomponenten erstellt. Diese umfassten im Wesentlichen die Erweiterung der Risikokataloge/listen um Prozessrisiken und die Anpassung der M2A2 Risiko-Komponenten sowie die Anbindung bzw. Umsetzung entsprechender Komponenten zur Monte-Carlo-Simulation der Prozessmodelle.

Phase 2: Ausarbeitung und Spezifikation

In Arbeitspaket AP8 wurden die Konzepte für das Controlling komplexer Bauprojekte weiter ausgearbeitet und die Verwendung von Multi-Modellen in verschiedenen Controlling-Szenarien konkretisiert.

Integration der Fachmodelle Bauwerk und Objektbuch im Projektcontrolling beim AG, gibGreiner GmbH


Die obige Abbildung zeigt das Konzept für die Einbindung von Bauwerksmodellen über zugehörige Objektbücher in das Projektcontrolling beim AG.

Multi-Modell-basiertes Controlling
it der Konkretisierung des Konzeptes zum Controlling komplexer Bauprojekte wurde aufgezeigt, wie durch die Verlinkung mehrerer Fachmodelle eine integrierte Datenbasis für das Controlling geschaffen werden kann. Im Fokus stand zunächst der Einsatz des Bauwerksmodells zu besseren Beschreibung des Bau-Solls in den Prozesse zur Ausschreibung, Leistungsmeldung und zum Nachtragsmanagement. Parallel hierzu wurden Lösungen entworfen, wie der Datenaustausch zwischen AG und AN mittels des Multi-Modell-Container im Controlling effizient gestaltet werden kann.
Für die prototypische Umsetzung der Konzepte wurden die Prozesse der Controlling-Szenarien (1) „Ausschreibung, Angebotserstellung und Vergabe von Bauaufträgen“, (2) „Ermittlung, Meldung und Kontrolle der Leistungserbringung“ und (3) „Nachtrag durch eine Planungsänderung“ weiter detailliert und deren Einflüsse auf Kosten- und Terminkennwerte untersucht. Parallel wurden für das Mefisto-Hochhaus und den Mefisto-Flughafen exemplarische Multi-Modelle zu ausgewählten Controlling-Aufgaben erstellt.
Aufbauend auf Szenarien wurden Methoden ausgewählt, um auf Basis der Multi-Modelle eine modellorientierte Angebotskalkulation, Leistungsermittlung und -meldung sowie ein Nachtragsmanagement durchführen zu können. So wurde beispielsweise für die modellorientierte Leistungsermittlung ein Verfahren ausgearbeitet, bei dem durch Filtermethoden der zu betrachtende Bauabschnitt im Multi-Modell dargestellt und über den Fertigstellungsgrad bewertet wird. Auf Basis der daraus entstandenen Ist-Daten und der in der Arbeitsvorbereitung festgelegten Soll-Daten wird das Kennzahlenmodell mit den zu verfolgenden KPI’s (key performance indicator) berechnet. Weiterhin wurde festgestellt, dass für ein effizientes Controlling insbesondere auch Methoden für die Gegenüberstellung von Multi-Modellen im Sinne eines Soll-Ist-Vergleiches zu entwickeln sind.

Risikomanagement und -simulation
In der zweiten Projektphase wurden die Konzepte für das Risikomanagement beim AG und AN überarbeitet und in einem Ansatz zusammengeführt. Ein Untersuchungsschwerpunkt der Risikomanagement-Konzepte bei AG und AN war zunächst die Simulation der geplanten Kosten unter Berücksichtigung unsichere Kostengrößen und Einzelrisiken. Im Anschluss daran wurden verschiedene Erweiterungen zur Berücksichtigung von Terminrisiken, zur mehrperiodischen und dynamische Risikosimulation sowie zum Austausch von AG- und AN-Risiken diskutiert.
Für Bewertung der Risiken wurden zunächst die Einsatzgebiete und der Umgang mit „unscharfen“ Informationen im Bereich des Controllings und Risikomanagement mittels stochastischer Verfahren und der Methode der Fuzzy Logic allgemein untersucht. Für die Erfassung und den Austausch dieser Risiko-Informationen in Multi-Modellen wurden die Anforderungen an ein weiteres Fachmodell Risiko zusammengestellt und entsprechende Softwarekomponenten konzipiert.

Phase 1: Anforderungen und Konzeption

Das Arbeitspaket AP8 beschäftigte sich in der ersten Phase mit der Konzeption eines modellbasierten partnerschaftlichen Projektcontrollings und Risikomanagements. Zunächst wurden die Anforderungen an das Controlling bei AG und AN erfasst und diese differenziert nach einzelnen Themengebieten zusammengestellt.

Regelkreis des Projektcontrollings (links), zwei Ebenen des Controlling (rechts), gibGreiner GmbH


Die obige Abbildung links zeigt den Regelkreis des Projektcontrollings welcher dem entwickelten Konzept zugrunde liegt. Werden die Prozesse der verschiedenen Controllingbereiche mit einbezogen, entstehen zwei Ebenen des Controllings deren Daten aufeinander aufbauen. Im Unternehmen laufen diese Prozesse jedoch parallel und überwiegend unabhängig wie aus der obigen Abbildung rechts zu entnehmen ist. Im Rahmen eines partnerschaftlichen Projektcontrollings müssen diese Prozesse darüber hinaus zwischen dem AG und AN abgestimmt werden.
Zur Untersuchung und weiteren Abstimmung der Controlling-Prozesse beim AG und AN wurden deshalb drei Controlling-Szenarien (1) für die „Ausschreibung, Angebotserstellung und Vergabe von Bauaufträgen“, (2) für die „Ermittlung, Meldung und Kontrolle der Leistungserbringung“ und (3) für „Nachtrag durch eine Planungsänderung“ ausgearbeitet. Die folgende Abbildung zeigt beispielhaft die operativen Prozesse des Szenarios „Nachtrag durch eine Planungsänderung“.

Prozesse des Szenarios -Nachtrag durch eine Planungsänderung, Institut für Bauinformatik, Technische Universität Dresden


Controlling komplexer Bauprojekte
Auf Basis der Szenarioanalysen und des Multi-Modell-Konzeptes im Arbeitspaket AP1 wurden die Controlling-Aufgaben von AG und AN auf der Mefisto Plattform neu bestimmt. Für ausgewählte Analyse- und Entscheidungsaufgaben des Termin- und Leistungscontrollings wurden daraufhin die inhaltlichen, funktionalen und technischen Anforderungen an die Fachmodelle sowie die entsprechenden Modellsichten von Leistungs-, Kosten-, und Terminmodellen im Multi-Modell untersucht. Die im Prinzip sehr ähnlichen Controlling-Aufgaben bei AG und AN weichen dabei häufig beträchtlich bzgl. Strukturen und Detaillierungsgrad voneinander ab.

Risikomanagement und -simulation
Als Grundlage für die Konzeption eine modellbasierten partnerschaftlichen Risikomanagements wurden zunächst die heutigen Risikomanagement-Ansätze bei AG und AN diskutiert. Darauf aufbauend wurden erste Konzepte für das Risikomanagement bei AG und AN unter Verwendung der zur Verfügung stehenden Multi-Modelle entwickelt.

Teilaufgaben des AP8

Anforderungen an das Controlling

Das Controlling von Bauvorhaben gestaltet sich für die zwei Sichten Auftraggeber und Auftragnehmer teilweise sehr unterschiedlich. In MEFISTO sollen diese zwei Sichten bzw. deren Prozesse objektiv strukturiert werden.

Erstellung eines Konzeptes für das Controlling komplexer Bauprozesse

Das Controlling für die Realisierung von Baumaßnahmen soll aus Sicht des Auftraggebers und Auftragnehmers betrachtet werden. Die für die jeweilige Sicht relevanten Methoden sind zu formulieren, und ein darauf abgestimmtes Kennzahlenmodell zu konzipieren. Je nach Sicht und Rolle eines Anwenders sollen die für ihn relevanten Controllingergebnisse visuell aufbereitet und zur Verfügung gestellt werden.

Erstellung eines Konzeptes für das Risikomanagement

Grundlage für das Risikomanagement ist eine Risikopotentialanalyse. Je nach Projekttyp sollen aus einer Wissensdatenbank Checklisten auf ontologischer Basis kontextabhängig generiert werden, die die Ermittlung des Risikopotentials sowohl aus Sicht eines Auftraggebers als auch aus der eines Auftragnehmers unterstützen. Des Weiteren sind die Ergebnisse aus dem Controlling in das Management der Chancen und Risiken einzubinden.

Navigationsmethoden für Controlling und Risikomanagement

Controlling und Risikomanagement sind zwei Methoden, die unterschiedlichen Informationen mit Hilfe einer Ontologie zu koordinieren. Dieser Informationsraum ist zu durchdringen und transparent sowie visuell aufbereitet dem Anwender zu präsentieren.

Erstellung eines Konzeptes für die Verwaltung der Maßnahmen

Sowohl aus der Verfolgung der Key Performance Indicators (KPIs) im Rahmen des Controllings, als auch aus dem Risikomanagement ergeben sich die zur Steuerung der Bauabwicklung erforderlichen Maßnahmen. Auch hier sollen Wissensdatenbanken kontextabhängig und rollenbezogen Vorschläge liefern. Die Maßnahmenverfolgung wird durch Workflowfunktionalitäten untersützt.

Implementierung der konzipierten Controlling- und Risikomethoden

Die in den Systemen bereits vorhandenen Datenmodelle sind, den Anforderungen entsprechend, anzupassen, und die Controllingmethodik für Auftraggeber und Auftragnehmer ist als Prototypkomponente zu implementieren.

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