Einführung: Digitalisierung im Bauwesen

Die Digitalisierung durchdringt mittlerweile alle Bereiche unseres Lebens und hat die Art und Weise, wie wir arbeiten, lernen, kommunizieren, konsumieren und unsere Freizeit gestalten, grundlegend verändert. Im Vergleich zu anderen technologischen Fortschritten entwickelt sie sich besonders rasant. Die Innovationszyklen sind oft kürzer als in anderen Industriezweigen: Immer neue Technologien, Plattformen und Anwendungen kommen in relativ kurzen Abständen auf den Markt, was auch mit der exponentiellen Steigerung der Rechenleistung zusammenhängt (Mooresches Gesetz). Im Bauwesen ist die Digitalisierung ebenfalls angekommen und verändert Arbeitsprozesse bei der Planung, Ausführung und Verwaltung von Bauprojekten.

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Bei der digitalen Umgestaltung entwickelt sich das Bauwesen langsamer als andere Branchen. Dieser Umstand ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass viele Akteur*innen mit teils unterschiedlichen Zielen beteiligt sind, darunter Planende aus Architektur- und Ingenieurbüros, Sachverständige, Bau- und Subunternehmen sowie Auftraggeber*innen, Kommunen und Städte. Gewerke, die traditionelle Planungs- und Ausführungsmethoden anwenden – etwa im Handwerk – müssen eingebunden werden und nicht zuletzt erschweren die oft komplexen und individuellen Bauprojekte die Integration von Standardprozessen. 

Integrale Planung: Vom Entwurf bis zum Facility Management

Für die Baubranche spielt die Integrale Planung eine entscheidende Rolle. Diese verfolgt einen umfassenden, ganzheitlichen Ansatz und setzt im Gegensatz zu traditionellen Planungsmethoden, bei denen die beteiligten Gewerke getrennt voneinander agieren, auf eine enge und frühzeitige Zusammenarbeit der verschiedenen Akteur*innen mithilfe digitaler Tools und Kommunikationsmedien. Die integrale Planung berücksichtigt außerdem bereits zu Beginn eines Projekts den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes – was zu mehr Effizienz, Planungssicherheit, Präzision und zu weniger Konflikten führt.

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Grundlegende Technologie der integralen Arbeitsweise ist das Building Information Modelling (BIM). Es ermöglicht die Erstellung eines virtuellen Modells, in dem alle relevanten Informationen zusammengeführt werden – von Bauplänen über Materialdaten bis hin zu Zeitplänen. Dieses digitale Abbild des Projekts wird zum zentralen Ort für die interdisziplinäre und kollaborative Zusammenarbeit. Alle Fachbereiche können in Echtzeit darauf zugreifen, Änderungen vornehmen und so die Kommunikation und Koordination beschleunigen. Noch vor Beginn des eigentlichen Bauprozesses ermöglicht die dreidimensionale Visualisierung von Gebäuden, potenzielle Probleme zu identifizieren und zu beheben. Basis für die Arbeit mit BIM ist das Computer Aided Design (CAD), mit dem sich Modelle und Zeichnungen digital erstellen lassen.

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Daneben gibt es weitere Hilfsmittel für die Planungsphase. Projektmanagement-Softwares beispielsweise unterstützen die Planung und Organisation von Bauprojekten, ermöglichen die Definition von Aufgaben, das Festlegen von Meilensteinen, die Ressourcenverwaltung und die Zusammenarbeit im Team. Mithilfe von Drohnen lassen sich Baustellen vorab präzise vermessen oder der Bauablauf während der Bauphase überwachen. Simulationstools unterstützen bei der Analyse bestimmter Aspekte – etwa für Energie- oder Sonnenlichtanalysen, Akustik- oder Verkehrsflusssimulationen, etc. Sie helfen, Entscheidungen zu treffen, Risiken zu minimieren und die Effizienz von Bauprojekten zu optimieren. Auf dem Vormarsch sind zudem Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR), die etwa für die Schulungen, für den Soll-Ist-Vergleich von Planung und Ausführung, bei der Mängelerkennung auf der Baustelle oder für die Kommunikation mit Auftraggeber*innen zum Einsatz kommen.

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Potenziale für die Produktion

Für die Ausführung von Bauprojekten bergen digitale Werkzeuge ebenfalls große Potenziale zur Verbesserung von Effizienz, Präzision und Nachhaltigkeit. So hat sich in den letzten Jahren der 3D-Druck bzw. die Additive Fertigung verbreitet. Diese Technik ermöglicht eine präzise und schnelle Fertigung von individuellen Bauelementen; gleichzeitig reduziert sich der Materialverbrauch. Auf Basis von digitalen Daten erstellt ein Roboter Schicht für Schicht Bauteile, wie etwa Wände. Robotik kommt zudem vermehrt für repetitive Aufgaben auf der Baustelle zum Einsatz: etwa für Transportarbeiten, Mauerwerkskonstruktionen oder bei der Fliesenverlegung. CNC-Maschinen (Computerized Numerical Control) erlauben die präzise Bearbeitung von maßgeschneiderten Bauelementen aus Holz, Metall oder Kunststoffen in Serienproduktion. Basis sind auch hier digitale Daten. Sowohl der 3D-Druck als auch CNC-Fertigung werden häufig für die Vorfertigung von Bauteilen im Werk eingesetzt, was die Präzision erhöht und die Bauzeit verkürzt.

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Möglichkeiten im Umgang mit Bestand

In der Betriebsphase von Gebäuden eingesetzt, können digitale Technologien die Effizienz, Nachhaltigkeit und Benutzerfreundlichkeit von Gebäuden verbessern. Ein wichtiges Stichwort in diesem Zusammenhang ist IoT (Internet of Things), mit dem die Vernetzung von physischen Geräten, Objekten und Maschinen über das Internet bezeichnet wird. Die vernetzten Geräte sind in der Lage, Daten zu sammeln, auszutauschen und zu verarbeiten und ermöglichen eine kontinuierliche Überwachung von Gebäudeanlagen und -systemen. Durch die Integration von IoT kann ein sogenannter Digitaler Zwilling erstellt werden, der frühzeitig Rückschlüsse über Energieeffizienz, notwendige Instandhaltungsmaßnahmen und Sicherheit eines Gebäudes erlaubt.

Gebäudeautomations- oder Smart-Home-Systeme erhöhen den Komfort und steigern die Energieeffizienz im Betrieb. Mittels Sensoren lassen sich beispielsweise Heizung, Lüftung, Klimatisierung, Beleuchtung oder Sicherheitssysteme automatisiert steuern. Geht es um die Umnutzung von bestehende Bauten, bieten 3D-Scan-Technologien Unterstützung: Sie nehmen sogenannte Punktwolken auf, aus denen anschließend 3D-Modelle für die weitere Planung generiert werden können.

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Alle genannten Technologien lassen sich in ein BIM-Projekt integrieren. Damit ist von der frühen Entwurfsplanung über die Ausführung bis zum Betrieb mit dem Digitalen Zwilling eine durchgehende Datenkonsistenz für alle am Projekt Beteiligten gewährleistet.

Ausblick: Künstliche Intelligenz

In einer stetigen und rapiden Entwicklung befindet sich die Künstliche Intelligenz. Sie begegnet uns im Alltag immer häufiger und bietet auch Potenziale für die Baubranche. In der Entwurfsphase können KI-Anwendung bei der automatisierten Erstellung von Varianten oder auf der Baustelle bei der Qualitätssicherung unterstützen. Es ist davon auszugehen, dass die Integration von KI-Technologien in der Baubranche in den kommenden Jahren weiter zunehmen wird. -si


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