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Fabian Kurmann, Baustellen ganzheitlich neu denken in:

VDI nachrichten, page 22 - 22

VDI nachrichten, Volume 75 (2021), Issue 12-13, ISSN: 0042-1758, ISSN online: 0042-1758, https://doi.org/10.51202/0042-1758-2021-12-13-22

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VDI Verlag, Düsseldorf
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22 FOKUS: AUTOMATISIERUNG AM BAU 26. März 2021 · Nr. 12/13 Baustellen ganzheitlich neu denken Von Fabian Kurmann E in Ziel von Exzellenzclustern des Bundesforschungsministeriums ist, mit Wissenschaftlern aus verschiedenen Disziplinen ein Themengebiet so zu erforschen, dass es international konkurrenzfähig ist. Bei dieser Spitzenforschung ist der Bausektor auffallend schlecht repräsentiert. Und das trotz über 40 % des weltweiten Rohstoffs- und Energieverbrauchs. Von den mehr als 50 Clustern läuft aktuell das erste rund ums Bauen unter dem Titel „Integratives computerbasiertes Planen und Bauen für die Architektur“ – Spitzname „IntCDC“ – an der Universität Stuttgart. „Ein Anlass des Exzellenzclusters ist, dass die Produktivität der Bauindustrie in den letzten Jahrzehnten kaum gestiegen ist. Außerdem erkaufen wir uns im Moment technisch einfaches und günstiges Bauen mit einem übergroßen Materialverbrauch“, sagt Achim Menges. Der Professor für Architektur, Wohnen und Adaptives Bauen leitet das interdisziplinäre Projekt. „Es geht gleichermaßen um Produktivität wie um Nachhaltigkeit, also um die Frage, wie bauen wir viel schneller mit viel weniger Material. Die Automatisierung ist für dieses Ziel ein wesentlicher Baustein.“ Einen Vorgeschmack darauf, was für Gebäude möglich werden, wenn sich Visionäre wie Menges mit Gleichgesinnten zusammentun, konnten Besucher der Bundesgartenschau 2019 in Augenschein nehmen. Mit dem Team von Jan Knippers, dem Leiter des Instituts für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen, kreierte Menges‘ Architektenteam zwei außergewöhnliche Pavillons. Für den einen wickelten Roboter für jedes der 60 Bauteile im Schnitt 1,1 km Glasfaser und 1,6 km Carbonfaser nach einer digital geplanten Geometrie auf (s. VDI nachrichten 4-5/2020). Der andere, ein Holzpavillon, bestand aus von Robotern in exakter Geometrie zugesägten und danach verleimten Holzelementen, die zu einer Art riesigem Schildkrötenpanzer (s. Foto unten) verschraubt wurden. Hier setzt das Exzellenzcluster an: Erforscht werden soll, wie die von Robotern vorgefertigten Holz segmente nach der Produktion auf der Baustelle ebenfalls durch weitere elektromechanische Arbeiter zusammengebaut werden könnten. Künftige Pavillons sollen automatisiert montiert werden. „Wir möchten mit der Automatisierung nicht nur Bauteile platzieren, sondern sie auch montieren lassen“, sagt Oliver Sawodny, Leiter des Instituts für Systemdynamik an der Uni Stuttgart. In Forschung: An der Uni Stuttgart läuft das erste Exzellenzcluster für Bau und Architektur. Es geht darum, schnelle Rückkopplung vom Design bis zur Baustelle zu ermöglichen und mehr Parteien zu integrieren – Menschen wie auch Roboter. einem ersten Teilschritt sollen Maschinen teilautomatisiert werden und mit Menschen auf der Baustelle zusammenarbeiten. „Das nächste Ziel ist, dass diese Teilabläufe vollautonom ablaufen können.“ Konkret plant der Professor, einen herkömmlichen Baukran so zu ertüchtigen, dass er im dreidimensionalen Raum mit seiner Last präzise einer bestimmten Trajektorie folgen kann. Bauelemente könnten so nach ihrer Anlieferung zuverlässig automatisiert an die richtige Stelle für den Aufbau gebracht werden. „Wir wollen einerseits Baumaschinen, wie wir sie aktuell einsetzen, digitalisieren, aber in einem zweiten Schritt auch eine weitere grundlegende Frage stellen: Sind einzelne große Baumaschinen die Zukunft oder muss es daneben auch kleinere Roboter geben, die in größerer Anzahl auf den Baustellen in parallelen Prozessen arbeiten?“, sagt der Elektroingenieur. Die Aufgabe von Menschen sieht Architekt Menges künftig eher in überwachenden Funktionen. „Wenn auf einer Baustelle statt größeren Arbeits trupps zum Beispiel mehrere autonome Spinnenkrane arbeiten, können sicherlich Kosten gespart werden, auch weil die Krane ohne Stützgerüste montieren können.“ Dabei macht der Wissenschaftler deutlich, dass es um Integration und nicht um Verdrängung geht: „Wir wollen nicht den Menschen durch den Roboter ersetzen, sondern neue Formen der Mensch-Maschine-Interaktion untersuchen und die Fragen klären, welche Bildungsmaßnahmen und institutionellen Rahmenbedingungen für solch einen Wandel gegeben sein müssen.“ Zu dem Cluster gehören deshalb neben vielen technischen Experten auch solche aus den Sozialwissenschaften. Sie wissen, wie die nichttechnischen Barrieren der Integration erst sichtbar gemacht und anschließend überwunden werden können. „Den Preis für den aktuellen Bauansatz zahlen aktuell die extrem billigen Arbeitskräfte“, spricht Menges Klartext. „Diese Arbeitssituation ist eine der Hauptursachen für die sehr langsame Innovation im Bauwesen.“ Diese Ansicht teilen auch Experten an anderen Unis wie Thomas Bock: „Wir in Deutschland haben – wie die meisten Länder – viele Gastarbeiter. Die Japaner haben hingegen wenig Gastarbeiter, deshalb ist der Lohnkostendruck dort enorm. Es lohnt sich also schneller, für Arbeiten Roboter einzusetzen“, erklärt der Professor für Baurealisierung und Baurobotik an der TU München. Laut Menges kommt hinzu, dass gleichzeitig im Bauwesen viele Fachkräfte fehlen, etwa um Maschinen zu bedienen. „Die Diskussion ist hier ähnlich wie früher bei der Automatisierung der Vorfertigung“, sagt der Architekt. Das Besondere in der interdisziplinären Forschungsgruppe ist, dass vieles neu gedacht werden kann. „Im Cluster können wir uns grundsätzlicher damit auseinandersetzen, wie die Prozesse des Entwurfs und der Planung direkt in Rückkopplung mit den zugehörigen Prozessen für Fertigung und Bau gedacht werden, und diese in Rückkopplung mit Bausystemen und Bauwerken“, sagt Menges. Konkret heißt das, dass der Entwurf an die Planung angepasst wird, die Fertigung an die Planung und der Entwurf wieder an die Fertigung. Der als „Co-Design“ bezeichnete Prozess setzt darauf, dass sich einzelne Bereiche sehr intensiv rückkoppeln und dass so die insgesamt beste Lösung für ein Projekt gefunden wird – sowohl was die Kosten als auch was den Materialverbrauch betrifft. „Aktuell ist das in isolierte, zergliederte Abläufe und Geschäftsmodelle aufgeteilt“, sagt Menges. „Durch institutionelle Barrieren wie Vergabesysteme kann die Bauindustrie nicht so integriert arbeiten, wie wir das gerade untersuchen.“ In den nächsten drei Jahren wollen die Wissenschaftler an einem Demonstrator zeigen, wie die Konzepte in der baulichen Anwendung aussehen könnten. Die Realität: Jedes Segment des Pavillons ist so dimensioniert, dass es die Belastungsanforderungen mit möglichst wenig Material erfüllt. Roboter produzieren die Teile, aber vor Ort montieren noch Menschen. Foto: Universität Stuttgart/ICD/ITKE Die Vision: Wenn es nach den Wissenschaftlern aus Stuttgart geht, sollen nicht nur die Bauteile integriert und automatisiert gefertigt werden, sondern das gesamte Gebäude. Menschen und Roboter sollen zusammenarbeiten. Foto: IntCDC Universität Stuttgart

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