BIM, Automatisierung und „Smart Construction“ – Bausteine für die digitale Zukunft der Baubranche?

Exzessive Fehlplanungen und fortwährende Kostensteigerungen – besonders bei den großen Prestigebauprojekten wie Stuttgart 21, dem BER oder der Hamburger Elbphilharmonie machten Bauunternehmen in Deutschland zuletzt keine gute Figur.

Als einer der Hauptgründe hierfür wird von vielen Experten ihr vergleichsweise geringer Digitalisierungsgrad angeführt: Statt die Potenziale technologischer Neuerungen wie Building Information Modelling (BIM), Automatisierung oder „Smart Construction“ zu nutzen und so die Effizienz und Termintreue ihrer Bauprojekte zu steigern, setzen die meisten Unternehmen noch immer auf eine vorwiegend analoge Arbeitsweise.

In diesem Beitrag möchte Kanal Egal deshalb, ausgehend von ihrem digitalen Status Quo, die zentralen Bausteine für den erfolgreichen digitalen Wandel innerhalb der Baubranche vorstellen. Darüber hinaus möchten wir außerdem Hindernisse aufzeigen, die die vollumfängliche Nutzung dieser Innovationen blockieren.

Der digitale Status Quo des Baugewerbes – warum die Branche aus ihrem digitalen Tiefschlaf erwachen muss

Die Baubranche boomt: Nachdem die deutschen Bauunternehmen im Jahr 2018 ein Umsatzwachstum von 5,5 Prozent auf 120 Mrd. € verzeichnen konnten, rechnet man auch dieses Jahr wieder mit einem ähnlich starken Zuwachs zwischen 5 und 6 Prozent. Doch statt angesichts dieser positiven Zahlen zu frohlocken, schlagen Branchenkenner Alarm. Ihrer Meinung nach offenbart sich der wahre Zustand des Baugewerbes erst beim Blick auf die Produktivität: Diese konnte innerhalb der letzten 10 Jahre nur um magere 4 Prozent gesteigert werden – andere Branchen können im Gegensatz dazu über den gleichen Zeitraum Wachstumsraten von bis zu 34 Prozent vorweisen.

Viele Experten bemängeln in diesem Zusammenhang, dass die Branche vor allem durch ihren niedrigen Digitalisierungsgrad enorme Produktivitätspotenziale einbüßt. Das Paradoxe dabei: Laut dem Digitalisierungsindex Mittelstand 2018 sind sich zwar 93 Prozent aller Bauunternehmen der Tatsache bewusst, dass die Digitalisierung die Gesamtheit ihrer Prozesse und somit auch ihren wirtschaftlichen Erfolg beeinflussen wird, ein entsprechendes Handeln kann allerdings nur selten beobachtet werden. Dementsprechend erreicht das deutsche Baugewerbe lediglich 51 von 100 möglichen Indexpunkte und liegt damit im branchenübergreifenden deutschen Digitalisierungsvergleich auf dem geteilten vorletzten Platz.

Quelle: Digitalisierungsindex Mittelstand

Treffend formuliert Hans Jürgen Dünsing, der als Vorstandmitglied von Continental die Entwicklung technologischer Innovationen für das Baugewerbe vorantreibt, den Weckruf für eine Branche im digitalen Tiefschlaf: „Die effiziente und sichere Baustelle der Zukunft funktioniert nicht ohne digitalen Mörtel!“ Deutlich wird dies auch beim Blick auf die Fülle von Informationen, die heutzutage bei Großbauprojekten anfällt – eine konsequente Nutzung der Daten aus durchschnittlich 130 Millionen Emails, 55 Millionen Dokumenten und 12 Millionen Workflows würde zu einer früheren Risikoerkennung, proaktiven Entscheidungsfindung sowie einer verbesserten Nachvollziehbarkeit von Prozessen beitragen und somit Fehlplanungen und Kostensteigerungen drastisch reduzieren. Doch welche Bausteine werden zur Realisierung dieser Potenziale benötigt?

BIM, Automatisierung und „Smart Construction“ – Bausteine für die digitale Zukunft im Baugewerbe

Das Fundament für die Baustelle der Zukunft bildet das so genannte Building Information Modelling (BIM), welches als disruptives digitales Element die Bauwirtschaft nachhaltig verändern wird. Die Kernfunktion des BIM besteht dabei in der Realisierung durchgängiger und digitaler Prozessketten auf Basis eines adaptiven 3D-Gebäudemodells, welches allen Beteiligten als gemeinsame Projektbasis dient. Zusätzlich liefert das BIM neben einem visualisierten Projektablaufplan auch einen, dank digitaler Szenario-Planung, ständig aktuellen und exakten Kostenplan sowie detaillierte Informationen zum Energieeffizienzgrad eines Gebäudes. Darüber hinaus werden außerdem alle, beim Betrieb des Gebäudes anfallende Informationen dokumentiert, überprüft und für die ständige Betriebsoptimierung nutzbar gemacht. Mithilfe von klar definierten Verantwortlichkeiten, Qualitätsvorgaben sowie Koordinations- und Kommunikationsabläufen wird das BIM so letztlich die Optimierung aller Projektphasen von der Planung über die Bauausführung bis hin zur Nutzung oder Verwaltung eines Gebäudes ermöglichen und damit für ein effizienteres Bauen und einen nachhaltigeren Gebäudebetrieb sorgen.

3D-Gebäudemodell als Teil des BIM:

Quelle: Archiexpo

Einen weiteren wichtigen Beitrag zur Steigerung der Effizienz auf zukünftigen Baustellen soll die zunehmende Integration von automatisierten Baumaschinen in den Prozess der Bauausführung leisten: So könnten in Zukunft Material und Bauteile nach ihrer Bestellung, welche auf Grundlage entsprechender Planungsdaten des BIM erfolgt, Just-In-Time auf die Baustelle geliefert und vor Ort von automatisierten Transportrobotern an den endgültigen Montageort befördert werden. Dort angekommen sollen die Bauteile dann, mittels eingebauter RFID-Chips, von Montagerobotern vollautomatisch identifiziert, positioniert sowie anschließend verbaut werden. Dies würde letztlich nicht nur den zeit- und kostenintensiven Materialtransport optimieren, sondern auch eine kontinuierliche Dokumentation, Überwachung und ganzheitliche Verbesserung aller Arbeitsabläufe ermöglichen.

Ein erster Entwicklungsschritt zur vollständigen Integration automatisierter Baumaschinen kann dabei in den USA beobachtet werden. Dort führen teilautomatisierte Baustellenroboter, wie z.B. SAM (Semi Automated Mason) von der Firma Construction Robotics, bereits heute zu enormen Produktivitätssteigerungen und sollen in naher Zukunft bis zu 80 Prozent aller standardisierbaren, monotonen und gefährlichen Arbeiten auf Baustellen übernehmen.

Teilautomatisierte Mauerwerkerstellung durch SAM:

Quelle: constructioncitizen

Ebenso sehen Experten den Trend der globalen Vernetzung als zentralen Baustein des digitalen Wandels innerhalb der Baubranche. Zu den führenden Innovatoren auf diesem Gebiet zählt unter anderem der südkoreanische Mischkonzern Doosan: Als weltweit erstes Unternehmen setzt Doosan, in Zusammenarbeit mit LG, auf den Einsatz der 5G-Technologie um die ferngesteuerte Bedienung von Baumaschinen in Echtzeit zu ermöglichen. Dadurch soll nicht nur die Sicherheit von Arbeitskräften, z.B. durch die Fernsteuerung von Baumaschinen in gefährlichem Terrain, erhöht, sondern auch ein von den Arbeitskräften vor Ort unabhängiger und somit durchgehender Baubetrieb ermöglicht werden.

Fernsteuerung von Baumaschinen mit Doosan-Technologie:

Quelle: Projectplant

Ein weiteres vielversprechendes Konzept für die digitale Baustelle der Zukunft bietet z.B. das japanische Unternehmen Komatsu mit „Smart Construction“ an. „Smart Construction“ ermöglicht dabei die radikale Digitalisierung aller Abläufe eines Bauprojektes und führt so zu enormen Einsparungen von Zeit, Kosten und menschlicher Arbeitskraft. Um diese Potenziale zu realisieren setzt man bei „Smart Construction“ zunächst auf die Nutzung von Drohnen zur Vermessung des jeweiligen Baugrundes. Durch die Erfassung von mehreren Millionen Messpunkten und deren Kombination mit zugehörigen GPS-Positionsdaten wird so ein detailliertes, dreidimensionales und topografisches Geländemodell erstellt, welches als Grundlage für alle weiteren Arbeitsschritte dient.

Ausgehend von diesem Modell übernimmt die Komatsu-Software auch die automatische Planung von Anzahl und Art der einzusetzenden Baumaschinen sowie eine dazugehörige optimierte Routenplanung für das Bauprojekt. Dank innovativer Lernalgorithmen ist das System abschließend in der Lage, die Bedienung der jeweiligen Baumaschinen zu automatisieren und bewirkt somit letztlich die Digitalisierung aller Arbeitsabläufe auf der Baustelle.

Darüber hinaus werden auch neuartige Geschäftsmodelle den digitalen Wandel im Baugewerbe vorantreiben: So entstehen vor allem immer mehr Plattformen, die die eingefahrenen und analogen Prozesse innerhalb der Baubranche digitalisieren sollen. Ein gutes Beispiel hierfür ist „Building Radar“. Durch die innovative Nutzung von KI wird es den Nutzern hier ermöglicht, einen umfassenden Überblick über weltweit geplante Bauvorhaben inklusive aller verfügbaren Kontaktdaten von Projektbeteiligten zu erlangen. Dadurch hilft „Building Radar“ Bauunternehmen bei der frühzeitigen Identifikation von passenden Ausschreibungen und leistet so einen positiven Beitrag zur Steigerung der Effizienz innerhalb des Bausektors.

An fehlenden Bausteinen oder Konzepten scheitert die erfolgreiche digitale Transformation der Baubranche demnach nicht – was hindert die Bauunternehmen also an der konsequenten Nutzung der vorhandenen Digitalisierungsmöglichkeiten?

Mauern einreißen – welche Hindernisse müssen zur erfolgreichen Digitalisierung der Baubranche überwunden werden?

Grundsätzlich gilt, dass die bloße Verfügbarkeit digitaler Technologien oder Innovationen Unternehmen nicht von heute auf morgen zu Digital-Leadern transformiert. Hierfür benötigt man vor allem kompetente Mitarbeiter, die sich für die Themen der Digitalisierung begeistern und diese anschließend auch konsequent umsetzen. Gerade hier offenbart sich aber das große Problem der Baubranche: Nur 30 Prozent aller Bauunternehmen sind aktuell davon überzeugt, dass ihre Mitarbeiter optimal für die digitale Transformation qualifiziert sind.

Dieses fehlende Know-how ist dabei ein Hauptgrund für die eher langsame Adoption digitaler Innovationen innerhalb der Branche und behindert auch die flächendeckende Einführung des BIM. Einer aktuellen Studie von BauInfoConsult zufolge zögern demnach viele Unternehmen mit einer Umstellung ihrer Prozesse auf das BIM, da hier zunächst hohe Zeit- und Kostenaufwände für einen entsprechenden Kompetenzaufbau entstehen. Je nach Größe und Aufgabengebiet des Unternehmens müssten so mindestens ein Jahr für etwaige Mitarbeiterschulungen und Prozessumstellungen sowie weitere 1-2 Jahre für eine vollständige Amortisation dieser Maßnahmen eingeplant werden.

Ebenso verhindern noch ungeklärte Arbeitsabläufe zwischen den einzelnen Projektbeteiligten sowie fehlende Standards bezüglich der zu liefernden Modellinhalte und -qualitäten die branchenweite Etablierung des BIM. Hier ist besonders der Gesetzgeber gefordert, der konsequent einheitliche Richtlinien verabschieden und so die Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Einführung und Umsetzung der Innovation schaffen muss. Erste Fortschritte wurden hier bereits durch die Umsetzung des BIM-Stufenplans erzielt, der neben einheitlichen Richtlinien auch die verpflichtende Nutzung des BIMs bei Großbauprojekten ab dem Jahr 2020 vorsieht.

Des Weiteren müssen politische Entscheider auch für die Bereitstellung einer adäquaten digitalen Infrastruktur in Deutschland sorgen: Aufgrund schlechter Netzqualitäten sowie einer nicht vorhandenen flächendeckenden Breitbandversorgung kommt es auf deutschen Baustellen regelmäßig zu Ausfällen und Verzögerungen beim Datendown- oder Upload. Dies führt in der Folge zu massiven Behinderungen bei der Nutzung von BIM-Modellen oder anderen digitalen Tools und motiviert Bauunternehmen deshalb weiterhin auf analoge Methoden bei der Bauplanung,-organisation oder -ausführung zu setzen.

Außerdem sind neben der Schaffung eines einheitlichen digitalen Levels innerhalb der Bauwirtschaft zudem weitere innovative Geschäftsmodelle notwendig, um auf die Marktanforderungen in unserer digitalen Welt angemessen reagieren zu können – denn eines ist sicher: Der digitale Wandel hat die Baubranche erreicht und nur die Unternehmen, die dies realisieren und entsprechend proaktiv agieren werden auch in Zukunft wettbewerbsfähig bleiben.

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