Die Zukunft am Bau hat längst begonnen – auch, wenn sie noch nicht für alle sichtbar ist. Aber die Digitalisierung wandelt die Baubranche mit Methoden und Technologien wie BIM, KI, AR & VR, Robotik, IoT und 3D-Druck und lässt sie zu einer Hightech-Branche werden. Für die es dringend Fachkräfte braucht. Von Christoph Berger

Der Hauptverband der Deutschen Bauindustrie veröffentlichte im April dieses Jahres Ergebnisse einer durch das Institut für Demoskopie Allensbach durchgeführten Umfrage zum Image der Bauwirtschaft in Deutschland. Dabei kam heraus, dass gerade mal 50 Prozent der Teilnehmenden den Begriff Innovation mit der Branche verbinden, nur 24 Prozent tun dies im Bezug auf die Digitalisierung. Dabei, so heißt es in der Studienzusammenfassung, werde die Bauwirtschaft gerade aufgrund der fehlenden Fachkräfte sowie der Dramatik bei der Klimakrise regelrecht zu Innovationsleistungen gezwungen. Dazu gehörten auch die Digitalisierung und die Automatisierung – die Bauwirtschaft muss modern sein und befindet sich auf dem besten Weg dorthin. Mehr Investitionen in Technologien, vernetzte Bauprozesse und BIM-Standards sind unter anderem weltweite Trends für die Bauindustrie, die René Wolf, CEO der RIB Software Gruppe, im Rahmen eines Vortrags am Tag der Deutschen Bauindustrie aufzählte. Darin betonte er ebenso das „Muss“ als Voraussetzung für den Wandel – gerade vor dem Hintergrund, dass die Branche in den letzten 20 Jahren nur 1 Prozent Produktivitätssteigerung pro Jahr hätte erzielen können: „Wir brauchen eine nachhaltige Produktivitätsspritze, ein verbessertes Kosten- und Risikomanagement, neue, nachhaltige und kundenzentrierte Geschäftsmodelle und mehr Attraktivität auf dem Arbeitsmarkt. Die Digitalisierung aller Prozesse kann und muss zu einem Booster der Produktivität in unserer Branche werden. Hinzu kommt: Mit Hilfe von digitalen Werkzeugen und angepassten Prozessen können wir geschätzt bis zu 50 Prozent der CO2-Emissionen in der Branche einsparen. Diese hält leider mit 38 Prozent- Anteil am weltweiten CO2-Ausstoß derzeit einen Negativrekord.“ Zudem würden sich die Unternehmen eine kooperative und flexible Projektkoordination über mehrere Standorte hinweg wünschen, ebenso einen unternehmensübergreifenden Zugriff auf ein zentrales Bauprojektmodell und beispielsweise eine mobile und digitale Leistungsmeldung direkt von der Baustelle. Bei all diesen Anforderungen helfe Software, sie stelle aber mehr als nur neue digitale Tools dar.

Software, Cloud, BIM und ESG

Für Wolf besteht die Digitalisierung im Wesentlichen aus vier Elementen: Software, Cloud, BIM und ESG. Bausoftware ist und bleibt dabei der Eckfeiler der Digitalisierung, alle Kernprozesse würden über sie abgebildet, von der Akquisition bis hin zum Controlling. Wer sich zudem auf seine wirtschaftliche Kernkompetenz fokussieren wolle, komme an der Cloud nicht vorbei. Die Technologie ermögliche es, Informationen in Echtzeit abzurufen, verhindere eine informationelle Fragmentierung und stehe damit für Agilität. Zu BIM sagte Wolf, dass die Methode im Bewusstsein aller Bauakteure angekommen sei und in alle bauspezifischen Normierungen Eingang finde. Zum Beispiel sei BIM im Fernstraßenbau als Regelprozess und ab 2025 flächendeckend im Straßenbau anzuwenden. Er merkte aber auch an, dass viele Unternehmen bei der Umsetzung von BIM noch am Anfang stünden.

Das BIM-Portal des Bundes

Am 11.10.2022 wurde das Portal für Building- Information-Modeling (BIM) freigeschaltet. Es unterstützt öffentliche Auftraggeber bei der BIM-gerechten Definition ihres Informationsbedarfs sowie andere Auftragnehmer bei der qualitätsgesicherten Übermittelung entsprechender Informationsmodelle.

Die korrekten BIM-Begriffe

Was ist eine BIM-Reifegradstufe? Welche Aspekte umfasst ein Fachmodell und wofür ist eigentlich ein BIM-Koordinator zuständig? Die VDI 2552 Blatt 2 „Building Information Modeling – Begriffe“ erläutert und regelt Ausdrücke bei der Anwendung der BIM-Methodik zwischen den an Planung, Bau und Betrieb von Bauwerken Beteiligten.

BIM-Anwendung klar definiert

Mit der VDI/DIN-Expertenempfehlung können Auftraggeber*innen von BIMProjekten Anforderungen an ihr Vorhaben verständlich und standardisiert festlegen. Das Dokument haben 30 BIMExpert* innen aus Wissenschaft und Wirtschaft gemeinsam erarbeitet. VDI/ DIN EE 2552 Blatt 12.1 „Struktur zur Beschreibung von BIM-Anwendungsfällen“ ist beim Beuth Verlag erhältlich.

Letzteres bestätigt auch BIM-Experten Matthias Uhl, laut dem der Digitalisierungsgrad der Bauindustrie in Abhängigkeit von der Unternehmensgröße anderen Branchen hinterherhinkt. Der CEO der in Österreich ansässigen Die Werkbank IT GmbH sagt: „BIM stellt eine der größten Chancen der letzten Jahrzehnte dar. Vom Entwurf bis hin zum Betrieb des Bauwerks lassen sich Prozesse und Schritte effizienter, günstiger und transparenter abbilden.“ Und im vom Beratungsunternehmen Dr. Wieselhuber & Partner veröffentlichten „Trendometer 2022: Bau-/Bauzulieferindustrie“ heißt es, dass erst mit integrativen Gebäudemodellen, die in einem frühen Stadion der Planung bereits die verschiedenen zu optimierenden Parameter (z.B. Ressourceneinsatz in Erstellung und Betrieb) berücksichtigen, Nachhaltigkeit mehr als eine Worthülse werde.

Sichere Datenräume mit voller Kontrolle

Die in der Bauwirtschaft noch weit verbreiteten Datensilos aufzubrechen, die eine effiziente Zusammenarbeit der einzelnen Akteure eines Bauprojekts immer wieder verhindern, ist erklärtes Ziel des im Gaia-X-Förderwettbewerb angesiedelten Leuchtturmprojekts „Intelligent Empowerment of Construction Industry“, kurz: iECO. Im europäischen Gaia-X-Projekt geht es darum, eine vernetzte und sichere Dateninfrastruktur zu schaffen: Unternehmen sowie Nutzerinnen und Nutzer sollen Daten sammeln und miteinander teilen können – und zwar so, dass sie darüber die Kontrolle behalten. Das gilt demnach auch auch für iECO: Das Projekt hat einen gemeinsamen Datenraum für die Bauwirtschaft zum Ziel, um die bereits angesprochene Produktivitätslücke zu schließen. Dazu soll ein fälschungssicherer Digitaler Zwilling geschaffen werden, der den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes beinhaltet.

„Die Digitalisierung aller Prozesse kann und muss zu einem Booster der Produktivität in unserer Branche werden.“ René Wolf, CEO der RIB Software Gruppe

Es geht damit also um den Aufbau eines Ökosystems, um Kollaboration bei Beibehaltung der eigenen Datenhoheit. Und um Cloud-Technologie. Schließlich sollen so eine erhöhte Effizienz erreicht und optimierte Prozesse geschaffen werden, genauso wie die Zusammenarbeit entlang der Wertschöpfungskette Bau verbessert werden. „Damit sorgen wir für eine viel engere Integration der Abläufe in der Bauindustrie. Mit dem Digital Twin, der Vernetzung wichtiger Komponenten auf der Baustelle und der Schaffung eines gemeinsamen Datenraums gehen wir weit über bereits existierende Prozesse und Lösungen hinaus. Es geht um die logische und notwendige Fortführung des Building Information Modelling (BIM)“, erläutert Korbinian Röhrl, Project Delivery Manager bei A1 Digital, einem iECO-Projektpartner. Röhrl sagt weiter: „Außerdem wird nicht mehr nur das Gebäude betrachtet, sondern alle vor- und nachgelagerten Prozesse und Daten, welche auch für das Lean- Management und u.a. Predictive Maintenance genutzt werden können.“ Um die Digitalisierung und deren Auswirkungen auf den Menschen geht es im von der Europäischen Union geförderten Projekt „Human Centered Technologies for a Safer and Greener European Construction Industry“. Darin werden menschzentrierte Konzepte der Zusammenarbeit von Arbeitenden und Maschinen, digitale Zwillinge, intelligente Schutz- und Unterstützungsausrüstung für Arbeiterinnen und Arbeiter sowie Robotertechnologien entwickelt, die eine umweltfreundliche und harmonische Zusammenarbeit von Mensch und autonomen Baumaschinen ermöglichen und gleichzeitig einen Beitrag zum ökologischen Wandel der Branche leisten sollen. Technisch geht es um Exoskelette, tragbare Körperpositions- und Belastungssensoren, Bilderkennungssoftware, Kameras und XR-Brillen für Extended Reality- Anwendungen und Baustellenbegehungen. Kurz: die Baustelle der Zukunft.

Das sagt die BAUINDUSTRIE zur Digitalisierung:

„Building Information Modeling (BIM) spielt neben Technologien wie Robotik, dem Einsatz von Drohnen, Sensorik etc. bereits heute eine entscheidende Rolle, um Bauwerke ganzheitlich zu planen bzw. den Bauablauf zu verbessern: weniger Fehlplanungen durch digitale Simulation des Bauvorhabens vor Baubeginn oder Zeit- und Kostenreduktion durch optimierte Personal-, Material-, Geräte- und Maschineneinsätze. Doch: Digitalisierung ist kein Selbstzweck, sondern eine gemeinsame Aufgabe aller Bau-Beteiligten, um die Anforderungen der Kunden und Nutzer zu erfüllen, und die Komplexität durch die verändernden ökonomischen, ökologischen und soziokulturellen Rahmenbedingungen zu meistern.“

Roboterplattformen für die Vorfertigung

Der Exzellenzcluster „Integratives computerbasiertes Planen und Bauen für die Architektur“ (IntCDC) der Universität Stuttgart hat Mitte 2022 vier Roboterplattformen für die automatisierte Herstellung von Holz- und Faserbauelementen erhalten. Die Anlagen sind ein Meilenstein für die Erforschung der mobilen, flexiblen Vorfertigungstechnik und sollen das Bauen der Zukunft nachhaltiger und effizienter machen.

Baustelle 4.0 ist Realität

Wie genau so eine Baustelle der Zukunft aussehen kann, zeigten Wissenschaftler* innen der Verbundforschungsprojekte Bauen 4.0 und 5G Lab Germany Forschungsfeld Lausitz Ende September 2022 auf dem Gelände der Versorgungsbetriebe Hoyerswerda. Ein Highlight bildete ein reales Bauszenario im Tiefbau, eine Kanalbaustelle, in der verschiedene Baumaschinen wie Mobilbagger, Radlader und Ladekran mit neu entwickelten Automatisierungsfunktionen zum Einsatz kamen. Mit Tracking & Tracing für Baumaterial und -geräte, 5G-basierte baustellengerechte Campusnetze und Connectivity-Module sowie Fernsteuerungen von Baumaschinen wurden Lösungen vorgestellt, die die Digitalisierung von Baustellenabläufen ermöglichen. Ein interaktives Baustellenleitsystem ermöglicht es, die Überwachung der Baustelle in Echtzeit abzubilden und visuell den Baustellenfortschritt live zu verfolgen. Mit dem Fazit: Wenn von der Bauplanung, der Logistik bis zur Umsetzung alles digitalisiert und miteinander vernetzt wäre, könnte die Produktivität und Effizienz auf Baustellen gesteigert, das Baupersonal entlastet und dem Fachkräftemangel in der Branche entgegengewirkt werden.

Digitale Bauanträge

In Wien ist man vom „wäre“ bereits in die Testphase gewechselt. Dort werden Bauanträge erstmals probeweise mit einem digitalen System bearbeitet. Zum Einsatz kommen dabei computergestützte Datenanalysen, Prüfroutinen, künstliche Intelligenz und Augmented Reality. Basis dafür: das BIM-Modell, in dem alle relevanten Bauwerksdaten digital erfasst werden. Dass der Antrags- und Genehmigungsprozess durchgehend digital funktioniert und alle Beteiligten entlasten kann, hat auch das Projekt „BIM-basierte Baugenehmigung in NRW“ gezeigt. Nach Durchführung eines weiteren Evaluierungsprojekts ist nun klar, dass Bauherren ihre Bauanträge künftig auf Basis eines 3D-Modells bei den zuständigen Behörden einreichen können.

Bauingenieur*innen für die digitale Transformation

All diese Beispiele zeigen, dass sich das Bauwesen auf dem Weg hin zu einer Hightech- Branche befindet. Teils kommen Zukunftstechnologien längst zum Einsatz – man denke dabei auch an erste mit 3D-Druck produzierte Gebäude, teils finden sich Technologien noch am Übergang von Test- in konkrete Einsatzphasen. Doch bleibt eine Frage offen. Ähnlich wie die Bauindustrie mit ihrer zu Beginn erwähnten Image-Studie kommt auch die Royal Institution of Chartered Surveyors (RICS) mit seinem „Digitalisation in construction report 2022“ zu dem Schluss, dass die Digitalisierung im Bauwesen immer weiter Fahrt aufnimmt und die Möglichkeiten der Digitalisierung nutzen muss, um die tiefgreifenden Auswirkungen des Bauens auf die Welt zu bewältigen. Allerdings, und hier ist die Krux: Neben den steigenden Kosten ist es laut der RICS gerade der Mangel an qualifizierten Fachkräften, der eine schnellere Digitalisierung und die Entwicklung hin zu einer Hightech-Branche ausbremst. Somit steht fest: Es braucht eine schnellere Digitalisierung wegen des Fachkräftemangels, gleichzeitig werden dingend Fachkräfte für den Wandel benötigt. Beste Aussichten also für junge Bauingenieur*innen, die neben dem technischen Know-how auch über das sogenannte Digital Mindset verfügen.

Wie es zum digitalen Zwilling der Baustelle kommt

Manchmal kann schon der Sandkasten aus Kindestagen der Ursprungsort für eine Erfolgsgeschichte sein. So auch beim ConTech-Unternhemen Aeditive, wie dessen Co-Founder Alexander Türk im Interview erzählt. Zusammen mit einem Freund aus der Kindheit und zwei von dessen Uni- Kollegen gründete er 2019 das Hochtechnologie-Start-up, das eine digitale Automatisierungslösung für die Baubranche entwickelt: ein spezielles 3D-Druckverfahren, das das Bauen um ein Vielfaches effizienter machen soll. Die Fragen stellte Christoph Berger

Herr Türk, Sie und Ihre Kolleg*innen haben eine Roboter-Spritzbeton- Drucktechnologie entwickelt, die das Herz Ihrer 3D-Drucklösungen für die schalungsfreie Betonteilfertigung ist – einen 3D-Großdrucker. Können Sie das kurz erklären? Die Bauindustrie ist eine sehr traditionelle Industrie, in der noch viel manuell gearbeitet wird und wenig automatisiert wurde. Das gilt insbesondere für den Betonbau. Hier muss händisch eine Schalung aus Holz produziert werden, in die dann der Beton reinfließt – wobei die Schalung die spätere Form vorgibt. Mit der 3D-Drucktechnologie haben wir die Möglichkeit, auf diese Schalung komplett zu verzichten. Der Beton wird stattdessen schichtweise aufgedruckt, danach werden die Oberflächen bearbeitet. Das Bauteil ist somit schalungsfrei und automatisiert produziert worden. Das bedeutet also höhere Effizienz sowie weniger Personal- und Materialeinsatz? Genau. In erster Linie ist unsere Lösung eine Antwort auf den Fachkräftemangel in einer wachsenden Branche: Es gibt Wohnraumknappheit und einen Sanierungsstau bei großen Infrastrukturprojekten, zum Beispiel beim Brücken- und Straßenbau. All diese Herausforderungen können aufgrund fehlender Fachkräfte kaum noch bedient werden. Deswegen Automatisierung. Zudem produzieren wir mit dem Verfahren nachhaltiger. Da der Roboter den Beton nur dort aufträgt, wo er im Bauteil benötigt wird – zum Beispiel zur Lastaufnahme oder Schallisolation, sparen wir Beton ein.

Zur Person

Alexander Türk ist studierter Mathematiker und ehemaliger Strategieberater. 2019 gründete er mit Hendrik Lindemann, Roman Gerbers und Niklas Nolte das ConTech- Unternehmen Aeditive. Dort ist er verantwortlich für Strategie und Finanzen. Der von dem Start-up entwickelte Concrete Aeditor kommt in diesem Jahr erstmals bei Pilotkunden zum Produktionseinsatz. www.aeditive.de

Welche Herausforderungen haben Sie bei der Entwicklung Ihres 3D-Produkts zu meistern? Die 3D-Technologie ist äußerst komplex. Die Technologie kann nur dadurch entstehen, dass Ingenieur*innen und Fachkräfte verschiedenster Fachrichtungen zusammenarbeiten. In unserem Team sind Architekten und Bauingenieure, Sie finden Betonspezialisten, Maschinenbauer, Automatisierungstechniker und Softwareentwickler. Diese Spannbreite an Disziplinen und deren Zusammenarbeit ist notwendig, um eine Automatisierungslösung für den Bau zu entwickeln. Sie selbst sind Mathematiker. Wie sind Sie dazu gekommen, an einer Innovation für den Bau zu arbeiten? Ja, ich bin Mathematiker. Aber vor allem bin ich ein technologiebegeisterter Mensch. Nach dem Studium habe ich für eine große Strategieberatung gearbeitet und mich dort mit der Digitalisierung beschäftigt: Wie verändert Technologie eine Industrie oder ein Geschäftsmodell? Oder die Strategie eines Unternehmens? Zu der Idee der Unternehmensgründung bin ich gekommen, weil einer meiner drei Mitgründer ein Freund aus der Kindheit ist, der das Thema mit zwei anderen Kollegen in einen Forschungsprojekt an der Uni bearbeitet hat. Zusammen haben wir dann überlegt, wie man die Technologie an den Markt bringen könnte. Das Thema 3D-Druck ist für das Bauwesen insgesamt groß – letztes Jahr wurde beispielsweise das erste Wohnhaus in Deutschland gedruckt. Entsprechend wächst auch das Angebot an Lösungen und Verfahren. Was macht die von Ihnen entwickelte Lösung aus? Der wesentliche Unterschied zu anderen Lösungen ist, dass wir mit Spritzbeton arbeiten. Das im letzten Jahr gedruckte Haus wurde beispielsweise im Extrusionsverfahren hergestellt. Dabei wird der Beton aus einer Düse quasi herausgequetscht und in Filamenten aufeinander abgelegt. Beim Spritzbeton haben wir jedoch den Vorteil, dass wir Bewehrung in den Beton integrieren können. Zum Beispiel Carbonfasern. Hinzu kommt, dass die Spritzbetontechnologie in einfacherer Form bereits zum Beispiel im Tunnelbau seit Jahrzehnten zum Einsatz kommt. Es gibt also einen regulatorischen Rahmen dafür. Bedeutet: Wenn mir mit Spritzbeton ein Bauteil drucken, können wir auf die existierende Normenlandschaft zurückgreifen.

Wir nehmen großes Interesse im Markt wahr, sich auf einen BIM-Standard zu einigen, damit künftig leichter Daten ausgetauscht werden können.

Eine große Methode im Rahmen der Bau-Transformation ist Building Information Modeling, BIM. Wird diese Methode mit dem 3D-Druck kombiniert? Absolut – in beide Richtungen. Wir nehmen großes Interesse im Markt wahr, sich auf einen BIM-Standard zu einigen, damit künftig leichter Daten ausgetauscht werden können. Diese Daten, die 3D-Modelle von Bauteilen, sollen von unseren 3D-Druckern eingelesen und dann automatisch gedruckt werden können. Die Schnittstelle zu BIM spielt somit eine Rolle bei der Erstellung von Druckaufträgen. Aber auch umgekehrt: im Rahmen der Dokumentation der Qualitätsdaten zum gedruckten Bauteil. Die automatisch im Prozess generierten Daten können zurück an das BIM-Modell übertragen und beim jeweiligen Bauteil digital hinterlegt werden. Im Vertrieb gehen Sie auch neue Wege. Genau. Das Stichwort ist: Equipment as a Service. Wir stellen unseren Kunden unsere Technologie mit Drucker, Software, Services und Support zur Verfügung und der Kunde zahlt rein für die Nutzung der Technologie, pro Output- Einheit. Das gibt unseren Kunden Flexibilität. Wobei alle Beteiligten das Ziel haben, dass der Drucker möglichst viel genutzt wird, weil dies die Stückkosten senkt. So hat man gemeinsam Erfolg. Die ConTech-Branche wächst. Was ist Ihr Tipp für Gründer*innen? Manchmal muss man genau hinhören, manches Mal aber auch genau weghören. Wichtig ist, Kunden und Investoren zuzuhören und darauf zu achten, was sinnvolles Feedback ist. Manchmal muss man aber auch weghören, weil es Menschen gibt, die sagen: Das wird nicht funktionieren. Würde man immer darauf hören, traut man sich am Ende nicht, etwas zu machen.