Ein Paradigmenwechsel im Bauwesen

In der heutigen Bauwirtschaft werden nur 30 Prozent der Zeit für die eigentliche Produktion genutzt. Weitere 30 Prozent entfallen auf Logistik und Verkehr. Und der höchste Anteil, 40 Prozent, entfällt auf das Warten.

Die alarmierendste Zahl sind die 30 Prozent, die für produktive Arbeit verwendet werden, sagt Olli Seppänen, Professor für Praxis an der Aalto-Universität.

"Die produktive Arbeitszeit kann auf 50-60 Prozent gesteigert werden. Wir haben ein System entwickelt, das es den Arbeitern ermöglicht, die Zeit für die Suche nach Materialien oder Werkzeugen zu minimieren", sagt er.

Die Idee ist es, jedem auf der Baustelle ein Situationsbewusstsein in Echtzeit zu vermitteln. Als Seppänen früher als Berater bei der Lösung von Konflikten im Baugewerbe tätig war, fragte er sich, wie man sich einen Überblick über die Baustelle als Ganzes verschaffen könnte.

"Niemand hatte das Gesamtbild im Blick. Situationsbewusstsein in Echtzeit gibt es in anderen Bereichen, zum Beispiel in Krankenhäusern und Büros, warum nicht auch im Bauwesen?"

Seppänen erkannte bald, dass dies ein Thema war, das an der Aalto-Universität erforscht werden sollte.

Das Forschungsprojekt iCONS (Intelligent Construction Site) begann im Oktober 2016. Ihm folgen zwei weitere Projekte, die tiefer in die digitale Welt eintauchen: ReCap (Reality Capture) und DiCtion (Digitalized Construction Flows).

"Die Folgeprojekte sind mit iCONS verknüpft. Zuerst brauchen wir Daten, dann müssen wir diese Daten analysieren und dann müssen wir auf der Grundlage der Datenanalyse handeln. Auf diese Weise können wir detaillierte Pläne machen und den Arbeitsablauf genau vorhersagen."

Weitere an dem Projekt beteiligte Universitäten sind die Tianjin University aus China, die Stanford University aus Kalifornien und Unicamp aus Brasilien. Das Technion Institute of Technology aus Israel ist ein Technologiepartner zusammen mit der Universität Tianjin und Trimble, einem Unternehmen, das hinter den Tekla-Softwarelösungen für fortschrittliche Gebäudedatenmodellierung und Hochbau steht. Mehrere Bauunternehmen sind entweder Mitglieder des Konsortiums oder als Beobachter mit an Bord.

Der Grundgedanke von iCONS ist, dass jeder, der Zugang zu Daten hat, die zeigen, wo sich die Leute, Materialien und Werkzeuge befinden, viel Zeit und Mühe auf der Baustelle spart.

Anstatt endlos zu suchen, kann ein Arbeiter zum Beispiel einfach auf seinem Handy nachsehen, wo der Bohrhammer oder ein bestimmtes Fertigteil ist.

"Wir bringen einfach einen RFID-Tag an den Werkzeugen, Materialien und Arbeitern an. So erhalten wir in Echtzeit Informationen über die gesamte Situation."

Bei der Vorfertigung öffnet die neue Technologie viele Türen. Ein RFID-Etikett kann bereits im Werk an einer Platte angebracht werden, so dass die Baustelle in Echtzeit weiß, wann sie verschickt wird. Sowohl das Werk als auch die Baustelle können überwachen, wie und wann eine bestimmte Platte auf der Baustelle ankommt. Nach der Verlegung kann das Etikett entfernt und das Produkt als verlegt eingecheckt werden.

Dies ist nur ein einfaches Beispiel. Wenn das Situationsbewusstsein aktiviert ist und der Fortschritt auf der Baustelle überwacht wird, können die gesammelten Daten durch künstliche Intelligenz genutzt werden.

Dies bedeutet eine automatische Kommunikation zwischen der Baustelle und dem Betonfertigteilwerk. Beide haben Zugriff auf denselben digitalen Zwilling des Projekts, der entsprechend den vorgenommenen Änderungen automatisch aktualisiert wird.

"In der Zukunft können die Bauherren mit einer kontinuierlichen automatischen Optimierung des Zeitplans rechnen. Betonfertigteilhersteller, die neue Lösungen anbieten, haben mit Sicherheit die Nase vorn", sagt Seppänen.

LasseRajala, Business Area Director bei Sweco, fügt hinzu, dass nicht nur Gebäude oder Teile digital überwacht werden können, sondern auch Maschinen.

"Die Zulieferer können Daten darüber erhalten, wie die gelieferten Maschinen genutzt werden. Das ist eine große Verbesserung und hilft bei der Entwicklung von Maschinen, die den Bedürfnissen der Kunden entsprechen. Wenn es ein Problem gibt, kann der Lieferant die Situation in Echtzeit analysieren.

Das iCONS-Projekt ist ein Beispiel für groß angelegte Fortschritte im Bauwesen. Senior Advisor Lassi Järvinen von Elematic sagt, dass ein großes Ziel der gesamten Branche darin besteht, dass die Baustelle alles beherrscht: die Vorfertigung, die Logistik, den gesamten Arbeitsablauf.

"Aus unserer Sicht sollte die Baustelle den Fertigteilprozess kontrollieren, indem sie genau das bestellt, was benötigt wird, um es genau dann zu liefern, wenn es benötigt wird. Wir haben mit Trimble ein integriertes System entwickelt, das dies ermöglicht", sagt Järvinen.

Das EliPlan-System ist eine Ressourcenplanungslösung, die speziell für Fertigteilwerke entwickelt wurde. Es bringt automatisch genaue Daten direkt aus dem BIM (Building Information Model) an die Produktionslinie. Dies hilft dem Werk, die Nutzung der Ressourcen zu optimieren und den Ausschuss zu minimieren.

Das BIM-Modell allein ist ein großartiges Werkzeug und sollte viel mehr genutzt werden, sagt Järvinen. Vor allem bei größeren Projekten sollten die Unternehmen immer ein "Mastermodell" für alle Parteien zur Verfügung stellen.

Derzeit erstellen die Anbieter oft ihre eigenen Modelle auf der Grundlage der verfügbaren Informationen. Viel zu oft sind diese Informationen begrenzt und ungenau.

"Das BIM-Modell sollte jedem Anbieter von Anfang an zur Verfügung gestellt werden. Dann könnten die Anbieter leicht die genaue Menge der benötigten Ressourcen berechnen. Das BIM-Modell könnte dann im Laufe der Zeit modifiziert und als zentrale Informationsquelle für den gesamten Lebenszyklus des Gebäudes genutzt werden", sagt Järvinen.

Rajala fährt fort, dass der gesamte Lebenszyklus stärker berücksichtigt werden sollte.

"Selbst wenn heute digitale Werkzeuge im Bauwesen eingesetzt werden, geraten sie oft in Vergessenheit, wenn das Projekt abgeschlossen ist."

Seppänen sagt, dass das iCONS-System noch nicht auf dem Markt ist, aber das Interesse wächst. Eine große Herausforderung besteht darin, dass die Baustellen immer an einem neuen Ort sind.

"In anderen Industriezweigen wie der Automobilherstellung oder den Werften ändert sich der Standort nie. Es ist einfacher, Daten zu erhalten. Im Bauwesen machen wir die ersten Schritte in Richtung neuer effektiver Lösungen", sagt Seppänen.

So einfach es auch klingen mag, es ist ein großer Fortschritt, wenn jeder auf der Baustelle in der Lage ist, zu überprüfen, wo sich alles befindet.

"Die Arbeiter können viel effizienter arbeiten und das Management kann die Situation in Echtzeit überwachen. Wenn man zum Beispiel sehen kann, dass sich die Werkzeuge, das Material und die Arbeiter im selben Raum befinden, kann man davon ausgehen, dass die Arbeit weitergeht.

Bei ICONS geht es um das Auffinden von Dingen. Bei dem Folgeprojekt ReCap geht es darum, nicht nur die Situation, sondern auch den Fortschritt des Projekts zu überwachen.

Die Hypothese von iCONS lautet: Wenn jeder Zugang zu Daten hat, die zeigen, wo sich Menschen, Materialien und Werkzeuge befinden, spart das viel Zeit und Aufwand auf der Baustelle.

Bei den derzeitigen Bauarbeiten erhält das Unternehmen in der Regel ein- oder zweimal im Monat einen Fortschrittsbericht. ReCap liefert Informationen in Echtzeit.

"Wir können zum Beispiel einen Kran oder eine Drohne mit einer Kamera ausstatten, die Bilder vom Gebäude macht. Es kann ein 3D-Modell des Gebäudes erstellt und in Echtzeit mit dem BIM-Modell verglichen werden. Dadurch ist es möglich, sofort zu reagieren, wenn etwas nicht stimmt", erklärt Seppänen.

Das dritte Forschungsprojekt, DiCtion, sieht große Chancen in der Aufgabenzuweisung, der Logistik und der Abfallreduzierung. Künstliche Intelligenz kann Arbeitsabläufe durch Datenanalyse steuern und optimieren.

Materialbestellungen und Vorfertigungen können automatisch gesteuert werden. Das BIM-Modell kann automatisch aktualisiert werden. Die Möglichkeiten für digitale Lösungen sind grenzenlos, aber der Fortschritt ist langsam.

"Wir brauchen mehr Forschung und zukunftsorientierte Unternehmen, um die Anwendungen weiterzuentwickeln. Zum ersten Mal überhaupt können wir Daten für die Analyse sammeln. Vor der Digitalisierung waren alle Daten in Akten und Papieren versteckt und konnten nicht verarbeitet werden."

Lassi Järvinen ist der Ansicht, dass die gesamte Produktionskette, von der Vorfertigung über die Logistik bis hin zur Baustelle, in Zukunft viel effizienter arbeiten wird.

"Es geht um den Zugang zu Daten und deren Verarbeitung. Nicht nur Daten aus den beteiligten Unternehmen, sondern auch aus der Umgebung, zum Beispiel aus dem Verkehr.

Seppänen weist darauf hin, dass ein weiteres wichtiges Instrument, das sehr gut mit der neuen Technologie funktioniert, die Taktzeit ist. Dabei handelt es sich um die durchschnittliche Zeit zwischen dem Beginn der Produktion einer Einheit und dem Beginn der Produktion der nächsten Einheit, wenn diese Produktionsstarts so eingestellt sind, dass sie der Kundennachfrage entsprechen.

"Die Idee von takt ist es, die verschwendete Zeit zu minimieren. Dazu braucht man Echtzeitdaten, denn alles muss wie am Schnürchen laufen."

Die Beispiele sind beeindruckend. BMW in Deutschland und Skanska in Norwegen konnten mit Taktplanung und -ausführung die Bauzeit um 50 % reduzieren.

Das Baugewerbe wird oft als eine Branche angesehen, die sich nur langsam verändert. Järvinen und Seppänen sind sich dieses Stigmas bewusst und ermutigen jeden, nach vorne zu schauen. Neue Technologien kommen dem gesamten Unternehmen zugute.

"Es liegt im Interesse aller, die Verschwendung von Zeit, Geld und Material zu reduzieren", so Järvinen abschließend.