Gescheiterter Plan für Aufbereitungsanlage wird zu mehrfach patentiertem Projekt dank BIM-Workflow

Wir sprechen mit Guo Yanbing, Geschäftsführer von Energy Liaoning, einer Tochtergesellschaft der China State Construction Engineering Corporation (CSCEC), und Guo Rong, Vorsitzende von LeCheng Energy, über den 510.000 m² großen GFA Shenyang Urban Waste Industrial Recycling Park. In Gemeinschaftsarbeit verwandelte das Vater-Tochter-Duo die gescheiterten Pläne für einen Industriepark in ein mehrfach patentiertes Projekt, das seinem Kunden eine Finanzierung in Höhe von 244 Mio. US-Dollar sicherte.

Sämtliche Medien wurden mit freundlicher Genehmigung von LeCheng Energy zur Verfügung gestellt, sofern nicht anders angegeben.

Ausgezeichnetes BIM-Aufbereitungsanlagenprojekt, „Liaoning Province Second BIM Technology Application Competition“ (Zweiter Wettbewerb: BIM-Technologieanwendung, Provinz Liaoning) in Shenyang, China.

Rong, Ihr Vater hat Sie dazu inspiriert, für den Umweltschutz einzutreten. Erzählen Sie uns mehr davon.

Rong: Mein Vater hat sich auf die Gebiete Umweltmanagement und Prozessdesign spezialisiert. Er hat mir schon als Kind von den Prozessen der Umweltschutztechnik erzählt. Bei diesen Gesprächen hat sich bei mir eine Leidenschaft für den Umweltschutz entwickelt. Vor zwölf Jahren habe ich mein Studium für Stadtplanung begonnen – in dem Glauben, es gehe dabei um Umweltschutz. Tatsächlich ist das Gegenteil der Fall (lacht). Doch es hatte auch etwas Gutes, denn dadurch habe ich die All-in-One 3D Software von SketchUp kennengelernt. Als ich an meinem Abschlussprojekt arbeitete, fiel meinem Vater auf, dass sich SketchUp auch gut für seine Umweltschutzprojekte eignen würde (2D-CAD-Software ist in seiner Branche nach wie vor der Standard).

Meine SketchUp-Kenntnisse und mein Sinn für ästhetisches Design ergänzen die Talente meines Vaters. Heute arbeiten wir zusammen an wichtigen und sinnvollen Projekten, die wirtschaftlichen Nutzen bieten und die Umwelt schützen. Die Arbeit macht mir sehr viel Spaß.

Erzählen Sie uns mehr über das Projekt für die Aufbereitungsanlage.

Yanbing: In diesem Industriepark wird Abfall der Stadt Shenyang verwertet: 1.200 Tonnen Überschussschlamm aus allen anderen Aufbereitungsanlagen in Shenyang, 500 Tonnen Flussschlamm und 4.000 Tonnen Bauschutt pro Tag. Dieser Park verarbeitet die größte Menge an Klärschlamm in ganz China. Das Ziel ist es, den Abfall zu verwendbarem Baumaterial zu verwerten, anstatt ihn auf der Mülldeponie zu entsorgen oder zu verbrennen. Beide Optionen schaden der Umwelt und erfordern finanzielle Mittel.

Dieser Park hat eine unglaubliche Produktionsrate von 1.200.000 roten Backsteinen pro Tag, die aus dem Abfall entstehen. Im Gegensatz zu den meisten unrentablen Aufbereitungsanlagen wird dieses 244-Millionen-Dollar-Projekt voraussichtlich in vier bis fünf Jahren kostendeckend arbeiten.

Worauf lag der Gestaltungsfokus bei diesem Projekt?

Rong: Wir haben uns hauptsächlich auf eine unbedenkliche Abfallaufbereitung konzentriert. Bei unserem Patent „Dehydrationstechnik“ werden beispielsweise alle organischen Abfälle hohen Temperaturen und hohem Druck ausgesetzt und weiterverarbeitet, um die Zellwände umfassend aufzubrechen. Anschließend durchläuft der Abfall einen Ablagerungsprozess, bei dem Wasser und Klärschlamm getrennt werden. Das Wasser kann dann wiederaufbereitet werden. Der Schlamm wird zur Pulverform verarbeitet, aus der die Backsteine entstehen.

Die Fertigungsanlage für dehydratisierten Klärschlamm mit sechs desodorierenden Türmen außerhalb der Anlage zur Reinigung der Abluft.

Wie lange hat es gedauert, bis das Projekt abgeschlossen werden konnte?

Yanbing: Das Projekt begann im Juli 2019 mit fünf Unternehmen, die auf unterschiedliche Bereiche spezialisiert waren: Architektur, Thermodynamik, Baumaterialien, Prozessfertigungsanlagen und Stadtplanung. Alle verwendeten unterschiedliche Softwares für ihre Bereiche.

Die Nutzung unterschiedlicher Softwares in einem Projekt führte zu deutlichen Diskrepanzen zwischen Entwurf und Konstruktion. Zudem waren die 3D-Prozesse zu komplex für klassische 2D-CAD-Softwares.

Hinzu kamen schwache Maßnahmen für den Umweltschutz, sodass der ursprüngliche Entwurf für die Aufbereitungsanlage neben einer niedrigen Produktionsrate auch schwerwiegende Verschmutzungen zur Folge gehabt hätte. Um das Projekt zu retten, ließ unser Kunde Zhongcheng Group alle Arbeiten vorübergehend unterbrechen und veröffentlichte im März 2020 eine Stellenausschreibung für eine:n BIM-Berater:in.

Rong: Wir übernahmen das Projekt im April 2020 und brachten die bestehenden Pläne mit einem BIM-Workflow in SketchUp zusammen.

Ein Projekt dieser Größenordnung würde normalerweise sechs bis zwölf Monate in Anspruch nehmen. Wir schafften es dank einer Verdopplung der Produktionskapazität in einem Monat, da wir für den gesamten Prozess eine einzige Software verwendeten – die All-in-One 3D Software von SketchUp.

Dank der 3D-Modellierung war es ein Leichtes, Genehmigungen einzuholen, weil Gestaltungsideen, Methoden und Bauverfahren viel leichter vermittelt werden konnten.

Alle Projektbeteiligten (Kund:innen, Architekt:innen, Ingenieur:innen, Bauunternehmen, Objektleiter:innen und Anlagenhersteller:innen) konnten ihre Ideen und Anliegen zu diesem Projekt am 3D-Modell leicht erklären und vermitteln.

Verraten Sie uns, inwieweit sich der Einsatz von SketchUp von einem klassischen 2D-CAD-Workflow unterscheidet.

Yanbing: Üblicherweise erstelle ich zuerst einen Entwurf auf Papier, dessen Scan ich als Grundlage für mein Modell in SketchUp verwende. Normalerweise muss jeder Entwurf berechnet werden, aber mit SketchUp brauche ich keinen Rechner! Der Entwurf lässt sich leicht bearbeiten, weil sämtliche Berechnungen automatisiert sind.

Die Visualisierung des Projekts in 3D ermöglicht uns ein präzises Projektmanagement. Probleme können zeitnah behoben werden, weil wir das Modell effizient und zeitsparend überarbeiten können. Wenn wir etwa ein Rohr mit niedrigerem Wasserdurchfluss im Modell festlegen, benachrichtigt das Plugin die Mitarbeiter:innen, weil eine Änderung an den Voreinstellungen vorgenommen wurde. Eine weitere Benachrichtigung wird verschickt, wenn etwas außerhalb des Projektzeitplans liegt.

Ein kundenspezifisches Plugin für LeCheng, BIM5D, zeigt diverse Informationen des Plans in Echtzeit an. Das Kontrollpersonal erhält eine Benachrichtigung, wenn etwa der Wasserdurchfluss niedriger als gewöhnlich ist.

Modellierung, Konstruktion und technisches Design können getrennt voneinander verwaltet und dennoch zusammengesetzt werden. Die Arbeit mit 2D ist sehr manuell. Alle Teile sind unabhängig voneinander. Mit der All-in-One 3D Software von SketchUp sind alle Hindernisse beseitigt. Die Software vereinfacht die Zusammenarbeit zwischen Entwurf und Konstruktion auf einer einzigen Plattform. Umsetzungen können auch aus der Ferne überprüft werden. Wenn Mitarbeiter:innen bauseits Fotos für das Backoffice machen, wissen sie genau, was wir benötigen.

Mit SketchUp sind alle Hindernisse beseitigt. Die Software vereinfacht die Zusammenarbeit zwischen Entwurf und Konstruktion auf einer einzigen Plattform – ein BIM-Workflow lässt sich mit SketchUp viel eher realisieren.

Der Projektplan wird über das kundenspezifische Plugin „BIM5D“ von LeCheng automatisch angepasst, wenn Änderungen am Modell vorgenommen werden.

Sie haben im Laufe dieses Projekts zehn Patente angemeldet! Welche Rolle hat die 3D-Modellierung bei diesem Prozess gespielt?

Rong: Für alle Prozesse brauchen wir bestimmte Visualisierungen und Parameter. Ohne 3D-Visualisierung wäre es nicht möglich, neue Techniken zu entwickeln, da wir die begrenzten Möglichkeiten der Gestaltung nicht sehen könnten. Wir geben Parameter wie Durchflussmenge, Temperatur, Druck und Leistung als dynamische Komponenten ein, um die Einschränkungen zu erfassen und von dort ausgehend zu planen.

Die theoretischen Daten und die tatsächliche Lage werden über das Modell immer wieder miteinander verglichen und korrigiert, um die Gestaltung des gesamten Systems zu verifizieren. Auf diese Weise erhalten wir ein Ergebnis der Produktionskapazität. Das System kann anschließend weiter optimiert werden, um die Produktionsrate noch effizienter zu gestalten.

Dynamische Komponenten werden als Eigenschaften der Materialien (Medium), Wassersäule, Haltedruckhöhe (Net Positive Suction Head, NPSH), Durchflussmenge, Leistung, Rohrumfang, Rotationsgeschwindigkeit und Frequenz eingegeben, um bei der Visualisierung zu unterstützen und eine patentierte Innovation zu realisieren.

Yanbing: Wenn man ein Erfindungspatent anmeldet, müssen die innovativen Methoden klar und deutlich dargelegt werden, damit das Gremium die Inhalte entsprechend nachvollziehen und beurteilen kann. Mit SketchUp konnten wir unsere Prozesse anhand von Fotos oder Videos einfach verständlich darlegen. Im Rahmen der Anforderungen wurden SketchUp LayOut-Zeichnungen verwendet.

Mit klassischen 2D-CAD-Zeichnungen hätten wir warten müssen, bis die Bauphase abgeschlossen ist, um mit entsprechenden Fotos ein Patent anzumelden. Zeit ist essenziell: Wenn wir Baumaterialien einkaufen, dringen diese Informationen nach draußen. Mit SketchUp mussten wir während der Patentanmeldungen keine Iterationen vornehmen.

Viele Patentanträge werden nicht genehmigt, weil 2D-CAD-Zeichnungen für das Gremium nur schwer verständlich sind. 

Die Funktion des desodorierenden Turms wird dem Hersteller anhand des Modells erklärt. Vorschläge zu technischen Parametern, Materialien, Funktionen, Flächen, Fertigungstechnologien, Installationsmethoden und Bauzeiten werden nach einer Vor-Ort-Begutachtung in das Modell integriert.

Zwei Arten von Zeichnungen, die in LayOut erstellt wurden. Farbige Zeichnungen dienen dem Bauteam als Orientierung, die monochrome Version wird zur Bewertung eingereicht.

Inwieweit diente Ihr Arbeitsprozess als Anreiz für Investor:innen?

Yanbing: Da wir den Park in 3D entwarfen, war die Gestaltung für Investor:innen leicht verständlich und wir konnten ihnen unsere Ziele glaubhaft vermitteln. Alle Bereiche konnten in Echtzeit besprochen werden. Die tatsächlichen Kosten wurden automatisch berechnet, im Gegensatz zu den manuellen Berechnungen konventioneller CAD-Zeichnungen.

Trotz der enormen Größe des Parks und obwohl wir bis zu den Schrauben ins Detail gehen mussten, kamen wir auf nur 200 Seiten an Zeichnungen – inklusive Materialangaben, Verträgen und Anlagenmanagement. Eine detaillierte Stückliste (Bill of Materials, BOM) bot unserem Kunden volle Transparenz und Kontrolle des Budgets. 30 Mio. US-Dollar aus dem Budget wurden in unsere zehn patentierten Prozesse umverteilt, um die Betriebskosten zu senken. Das war unsere höchste Kosteneinsparung, da es sich um jährliche Kosten handelt. Mit der Verdopplung der Produktionsrate konnten wir die Kosten um weitere 40 % senken. Darüber hinaus sicherte die Projekteffizienz dem Kunden eine Finanzierung in Höhe von 244 Mio. US-Dollar aus Investitionen.

Da wir den Park in 3D entwarfen, war das Gestaltungskonzept für Investor:innen leicht verständlich und wir konnten ihnen unsere Ziele glaubhaft vermitteln ... Wir konnten über 30 Mio. US-Dollar aus Investitionen einsparen, also etwa 40 % der Projektkosten.

Foto der Anlage (links) und SketchUp-Modell (rechts).

Mussten für dieses Projekt Erweiterungen entwickelt werden?

Rong: Die eigenen Tools von SketchUp waren für dieses Projekt geeignet. Wir verwendeten Profile Builder 3 für Einbauten und Komponenten wie Bänder und Pfeiler. Wir haben außerdem zwei Plug-ins entwickelt, eines für die Berechnung der BOM und eines für das Projekt-/Anlagenmanagement. 

Erzählen Sie uns, inwieweit VR/AR Ihr Projekt unterstützt hat.

Yanbing: Wir haben uns in den letzten drei bis vier Jahren mit VR-Technologien vertraut gemacht. Üblicherweise verwenden wir VR in der Phase der Projektplanung mit unseren Kund:innen und wenn die Baustelle noch unbebaut ist. Die Kund:innen und das Projektmanagementteam nutzen es einmal wöchentlich, um die Lage bauseits zu kontrollieren.

In der Bauphase kommt AR zum Einsatz, wenn fixe Zuordnungen gelten, die die Bauarbeiten überprüfen sollen. Bei großen Flächen wie diesem Projekt ist die Überprüfung bauseits mit AR viel schneller und leichter erledigt, weil alles viel direkter erfolgt als mit komplexen 2D-Konstruktionszeichnungen.

Wenn sich Mitarbeiter:innen bei einer Sache unsicher sind, überprüfen sie diese ganz einfach mit ihrem Handy und gehen wieder an die Arbeit. Für unser Projektmanagementteam lässt sich alles papierlos abwickeln, weil keine 2D- oder Papierzeichnungen erforderlich sind. Bei Bedarf kann das Team die Zeichnungen einfach in Echtzeit per WeChat (Messaging-App) schicken und die Bauarbeiter:innen schicken ein Foto vom tatsächlichen Fortschritt zurück.

Nutzung der AR-Funktion der mobilen SketchUp-Viewer-App auf der Baustelle.

Wenn sich Mitarbeiter:innen bei einer Sache unsicher sind, überprüfen sie diese ganz einfach mit ihrem Handy und gehen wieder an die Arbeit. Für unser Zeit- und Flächenmanagementteam lässt sich alles papierlos abwickeln, weil keine 2D- oder Papierzeichnungen erforderlich sind.

Wir freuen uns auf jeden Fall schon darauf, Vermessungen mit der Robotic Total Station und Trimble XR10 Mixed Reality auszuprobieren, um hocheffiziente Lösungen mit Null-Fehler-Quote umzusetzen.

Leo Zhang, Customer Success Manager bei SketchUp, führt LeCheng auf der Baustelle die Möglichkeiten von Mixed Reality (MR) vor. 

Dieses Video wurde von Trimble XR10 mit HoloLens aufgenommen. Es zeigt, wie das tatsächliche Modell vor Ort erscheinen wird.

Wie gehen Sie vor, wenn es um die Wartung und Betreuung von abgeschlossenen Projekten geht?

Yanbing: Unser Leistungsversprechen gegenüber den Kund:innen lautet, Frühwarnsignale zu nutzen und Unterstützung zu bieten, anstatt später zu reagieren und im Störfall etwas zu reparieren. Sicherheitsprobleme in Fabriken sind üblicherweise auf mangelhafte Wartung zurückzuführen. Wenn wir erst reparieren, wenn ein Problem auftritt, führt das zu einer verzögerten Produktion. Wenn wir jedoch die Wartungsperiode absehen können, können wir abschätzen, wann es beim Wasserdurchfluss zu Problemen kommen könnte. Wir können die entsprechenden Teile vorbereiten und die Wartungsarbeiten im Voraus planen, ohne den Produktionsplan zu beeinträchtigen.

Mitarbeiter überwachen die Anlage bauseits.

Die meisten Unternehmen können keine hochwertigen Reparaturarbeiten oder Wartungsunterstützungsdienste anbieten, da sie nicht genau wissen, wo sich die jeweiligen Teile befinden. Das gilt insbesondere für installierte Rohrisolierungen, die von außen nicht einsehbar sind.

Ein Bildschirm zeigt den Standort nicht einsehbarer Einheiten an und ermöglicht dadurch eine präzise Wartung.

Der Vorteil von der All-in-One 3D Software von SketchUp ist, dass wir mithilfe eines automatischen IP-Standortes Koordinaten einbetten können. Das Wartungsteam muss nur den QR-Code scannen, um Angaben zu Materialspezifikationen, Reparaturanleitungen und Quellen für Ersatzteile angezeigt zu bekommen. Auch Reparaturen außerhalb des Standortes lassen sich leicht bewerkstelligen, da auch Mitarbeiter:innen, die nicht vor Ort waren, wissen, welche Tür zu öffnen ist oder wie die beschädigte Einheit zu reparieren ist. 

Ohne SketchUp könnten wir die konkrete Stelle ohne die Person, die für den Bau zuständig war, nicht finden. Es wäre viel manuelle Arbeit involviert, die zeitaufwändig und kostenintensiv ist. 

Bei Ausgabe einer Störungsmeldung wird ein QR-Code generiert. Der QR-Code bietet unter anderem Zugang zum Wartungshandbuch sowie Informationen zur Fehlerquelle, zur Anordnung doppelter Teile und zur Navigation zur Einheit. Auf diese Weise können schnelle Reparaturen erfolgen und Betriebskosten gesenkt werden.

Inwieweit hat SketchUp Ihre Arbeitsweise verändert?

Yanbing: Die meisten Leute verwenden SketchUp ausschließlich zu Gestaltungszwecken. Ich setze es außerdem für eine detaillierte Kostenkontrolle und fürs Projektmanagement ein. Wenn ich auf das letzte Jahrzehnt zurückblicke, sind das wohl die größten Vorteile für mich. Anlagen müssen im Allgemeinen jahrzehntelang benutzbar sein. Das ist unsere größte Herausforderung, denn es handelt sich um kostspielige Investitionen. Die Eigentümer:innen können sich keine großen Probleme leisten. Natürlich können Anlagen umgebaut werden, aber auch dafür sind beträchtliche Summen notwendig, da Informationen zum Ursprungsmodell abgerufen werden müssen. 

Wir verwenden den BIM-Workflow in SketchUp. Die Informationen sind somit von Anfang an eingebettet und es fallen keine weiteren Kosten an.

Wir können eine lebenslange Garantie auf unsere Anlagen bieten. Sicherheit ist unser wichtigster Faktor und unser größtes Leistungsversprechen.

Dynamische Komponenten mit Informationen, die im Modell eingebettet sind.

In der Bauindustrie herrscht ein harter Wettbewerb – viele Entscheidungen werden auf Grundlage des Preises getroffen. Mein Ansatz sieht so aus, dass ich Wartungsdienste für einen Zeitraum von etwa 30 Jahren anbiete, die kostenlose Ersatzteile gegen eine Jahresgebühr umfassen. Mit diesen regelmäßigen Jahreseinnahmen können wir Geschäftskapazitäten und Arbeitskräfte einfach verwalten, wettbewerbsfähig bleiben und unseren Kund:innen höchste Sicherheit garantieren.

Über LeCheng Energy

LeCheng Energy ist ein führender chinesischer Energiedienstleister und Energielösungsanbieter im Wärme- und Kältesektor. Das auf Energietechnik, Umwelttechnik, Verfahrenstechnik und Metallurgie zur Erhaltung der Umwelt spezialisierte Unternehmen hat sich der Nutzung sauberer und erneuerbarer Energien verschrieben. Dabei unterstützen ein BIM-Workflow in SketchUp und andere Trimble-Technologien eine optimale Präzisions- und Qualitätskontrolle.