Welche Herausforderungen ergeben sich für die Baubranche jetzt und in Zukunft? Wie sehen beispielsweise smarte Städte und Gemeinden aus, in denen nicht nur autonom fahrende, sondern auch fliegende Autos zum Alltagsbild gehören – und was leisten Bauingenieure in diesem Zusammenhang? Welche Bautrends gibt es, welche haben Bestand? Von Energie-Effizienz über 3-D-Druck und Nachhaltigkeit bis hin zu Barrierefreiheit – auch mit dem Blick auf die demografische Entwicklung. Von André Boße
Innovationen am Bau? Schwierig, sagen die einen, und verweisen auf das Vorurteil, die Bauindustrie sei konservativer als andere Branchen. Weil jede Baustelle halt anders und daher nicht standardisierbar sei. Und Staub und Dreck falle halt auch an, sodass sensible digitale Geräte dort nicht gut aufgehoben seien. Soweit das Klischee.
In der Haus-Druckerei Der Spruch, mit dem das russische Startup Apis Cor die Besucher auf der Homepage empfängt, könnte einfacher nicht sein, entfacht aber sogleich eine ungeheure Wirkung: „We print buildings.“ Im Februar druckte das Unternehmen eigenen Angaben zufolge das erste bewohnbare Haus mit einer Wohnfläche von 38 Quadratmetern. Lediglich 24 Stunden lang soll der 3-D-Drucker dafür im Einsatz gewesen sein, unter den Projektunterstützern war auch der deutsche Bauzulieferer Bitex, der einen speziellen Reibeputz zur Verfügung stellte. Konstruktionskosten des Hauses: Rund 9500 Dollar, was zeigt: Der 3-D-Drucker kann schnell und günstig sein. Eindrücke zum Bauvorgang gibt es auf der Homepage des Unternehmens: www.apis-cor.com
Ganz anderer Meinung sind die Forscher bei der Fraunhofer-Allianz Bau, ein Konsortium, das eng mit Unternehmen der Baubranche zusammenarbeitet. Für die Forscher ist der Bau von Häusern oder Straßen längst kein isoliertes Projekt mehr. Jedes Vorhaben müsse systematisch betrachtet werden – vom kleinsten eingesetzten Werkstoff bis hin zur komplexen Siedlung. Denn in Zukunft sollen auch Gebäude Teil der vernetzten Welt sein, in der sie Daten liefern und miteinander kommunizieren. So, wie es die Maschinen in den Fabriken der Industrie 4.0 tun.
Alles wird smart – der Bau auch
Die Allianz Bau gliedert ihre Arbeit in acht Forschungsbereiche, die zeigen, wie weit in der Baubranche das Panorama für Innovationen ist. In einem Segment geht es um die Digitalisierung des Bauvorhabens an sich – zentrale Methode ist hier das Building Information Modeling (BIM) als standardisierte Plattform für das Zusammenspiel aller an einem Bauprojekt beteiligten Akteure.
Im Fokus der Zukunftsforschung des Bauens stehen aber auch die Materialien und Rohstoffe, die nicht nur günstig und nachhaltig, sondern auch digital aufrüstbar sein müssen, damit sie nach dem Verbauen im Idealfall als kommunizierende Teile ihren Beitrag zum digitalen Netzwerk leisten. Im Visier hat die Fraunhofer-Allianz Bau auch Kategorien wie Komfort, Gesundheit sowie Sicherheit mit Aspekten wie Brand- und Katastrophenschutz. Letztere sind zwei Themen, die nicht zuletzt durch die jüngsten Ereignisse wie dem Hochhausbrand in London und Schutzmaßnahmen in Dortmund, Überflutungen in Städten sowie der Terrorgefahr stetig an Bedeutung gewinnen. Viele dieser Aspekte laufen schließlich auf das große Zukunftsthema einer „Smart City“ hinaus, in der „Smart Homes“ und „Smart Grids“ gegenseitig Synergien erzeugen.
Zukunftsmusik? Schon. Aber: Die Zukunft ist nah. Eine groß angelegte Untersuchung vom Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) in Kooperation mit der Unternehmensberatung PwC zum Thema Smart Cities zeigt, dass die lokale Wirtschaft und die Einwohner der Kommunen die Treiber der Veränderungen sind. „Eine entwickelte digitale Infrastruktur ist für Kommunen schon heute ein zentraler Standortfaktor. Die Attraktivität einer Kommune für Bürger und Unternehmen hängt entscheidend von ihrem Digitalisierungsfortschritt ab“, bewertet Michael Jahn, Leiter Kompetenzteam Smart Cities bei PwC, die Untersuchung. Die Baubranche wird hier liefern müssen. Sie wird Gebäude errichten, die sich als „Smart Buildings“ in die digitale Welt vernetzen lassen. Und sie wird an Planungs- und Beteiligungsprozessen teilnehmen, die auf digitalen Plattformen stattfinden.
Veränderungen nicht verhandelbar
Bauunternehmen, die nicht reagieren, werden den Anschluss verlieren. Dass das Nicht-Reagieren keine Option ist, zeigt auch eine Untersuchung der VDIGesellschaft Bauen und Gebäudetechnik: In ihrer Studie „Handlungsfelder: Bauen 2025“ hat die Fachabteilung sechs Entwicklungen festgestellt, die das Bauen in den kommenden Jahren prägen und verändern werden:
- Der Klimawandel – und zwar auf zwei Ebenen: Einmal sind nachhaltige Neubauten sowie Sanierungen bestehender Gebäude notwendig, damit Klimaschutzziele erreicht werden, zweitens müssen vielerorts schon heute Gebäude geplant werden, um sie vor Naturereignissen wie Stürmen und Fluten zu schützen.
- Die Urbanisierung, da es immer mehr Menschen in die Städte zieht, in denen in der Regel der Platz fehlt, weiter in der Fläche zu bauen. Also wird die Nachverdichtung zum großen Thema; hier kommen auch neue Konzepte des „Urban Gardenings“ ins Spiel, zum Bespiel vertikale Gärten, die in engbebauten Gebieten den Bewohnern nicht nur Grün bieten, sondern zudem Aufgaben bei der Klimatisierung übernehmen.
- Die Demografie, weil bei einer immer älter werdenden Bevölkerung das altersgerechte Bauen mit seinen Unterpunkten wie Barrierefreiheit sowie Assistenz-, Sicherheits- und Notfallsystemen an Bedeutung gewinnt.
- Die Ressourcenknappheit, die dazu führt, dass Energiethemen genauso im Fokus stehen wie sinkender Rohstoffbedarf und Aspekte wie Recycling oder der Urban-Mining-Ansatz.
- Die Digitalisierung, die der Baubranche neue Methoden wie BIM, Sensorik oder Drohnen an die Hand gibt, um effizienter zu bauen, Prozesse smarter zu planen oder, auch mit Blick auf sanierungsbedürftige Brücken, Schäden früher zu erkennen und sogar selbst zu regulieren. Hinzu kommen weitere Innovationen mit revolutionärem Potenzial wie Bau-Roboter und 3-D-Drucker, die in der Lage sind, Häuser zu errichten – und zwar konkurrenzlos schnell und günstig.
- Die Ansprüche an die Lebensqualität: Eine Straße bietet in Zukunft auch die Infrastruktur für autonom fahrende und miteinander kommunizierende Autos; selbst das Luft-Taxi, das durch Hochhäuserschluchten fliegt, ist nicht mehr Science-Ficition, sondern wird von führenden Autobauern wie Daimler vorangetrieben. Aus dem stabilen „Familienheim“ von früher werden flexible „Heimaten“, die sich im Einklang mit wechselnden Lebenssituationen ändern. „Eine Stadt der Zukunft braucht daher Gebäude mit flexiblem, intelligentem und bezahlbarem Wohnraum und Lebensmodelle in allen Größen und Wohnformen – energieeffizient und ressourcenschonend, altersgerecht und mit hohem Wohnstandard“, formulieren die Studienautoren.
Digitalisierung hilft
Der Bauingenieur steht vor der Aufgabe, diesen Trends gerecht zu werden; er wird damit zum Gestalter der Zukunft. Sein wichtigster Helfer ist die digitale Technik: Die Planungsmethode BIM, aber auch RFID-Chips in Bauteilen, das serielle oder modulare Bauen oder 3-D-Drucker, die voll automatisch Häuser errichten, bieten ihm neue Möglichkeiten. Mit Blick auf die Bauindustrie stellt sich jedoch die Frage: Kann und will die Branche bei dieser Dynamik mithalten? „Der digitale Wandel hat die Bauwirtschaft schon voll erfasst“, sagt Niklas Brandmann, Leiter Digitalisierung/BIM der Service- Einheit Unternehmensentwicklung Wolff & Müller.
Wichtigster Baustein ist der Mensch Neben BIM mit seinem Grundsatz „zuerst virtuell und dann real zu bauen“, setzt das Unternehmen bereits Kamera-Drohnen und Laserscanning ein, um das Baugelände zu vermessen und digital abzubilden. Im Straßenbau habe sich zudem das mobile Planungs- und Echtzeitsystem BPO bewährt: „Unsere Bauteams nutzen BPO als App auf dem Smartphone, um die Bauarbeiten zu planen und zu steuern. Derzeit arbeiten wir daran, dieses System auch auf den Hochbau auszuweiten.“ Zwar werden, so Brandmann, auch Baumaschinen immer intelligenter, „doch darüber hinaus sind künstliche Intelligenz, Roboter und 3-D-Druck in der Baupraxis bei uns noch nicht angekommen“.
Jedoch sei die Technik nur die eine Seite der Digitalisierung. „Der wichtigste Baustein aus unserer Sicht sind die Menschen“, sagt Niklas Brandmann. So sei zum Beispiel die Umstellung auf BIM ein „Change- Prozess, dessen Zielvorgabe ganz klar vom obersten Management kommen muss.“ Die Umsetzung im Berufsalltag sei dann Sache der Mitarbeiter. „Deshalb muss ein Unternehmen alle beteiligten Personen auf den neuen Weg mitnehmen.“
Mobiler 3-D-Baudruck
Behrokh Khoshnevis, Erfinder des mobilen 3-D-Baudrucks, startet Anfang 2018 mit der Auslieferung mobiler 3-D-Baudrucker. Die Bauzeit von Gebäuden reduziert sich damit auf Tage oder gar Stunden. http://contourcrafting.com
Curtain Wall Engineering
Kompaktes technisches Fachwissen für die Planung und Betreuung von Fassaden- Projekten im internationalen Umfeld vermittelt die Weiterbildung „Curtain Wall Engineering“, die die Hochschule Augsburg seit diesem Jahr anbietet. www.cwe-augsburg.de
Erkennbar sei aber schon jetzt, dass durch diesen Prozess in den Unternehmen neue Jobprofile entstehen – insbesondere für Bauingenieure mit IT-Know-how. Denn bei allen Szenarien des Bauens in der Zukunft zeigt sich immer wieder eine Gewissheit: Die Digitalisierung ist Kernbestandteil der Entwicklung. Sie wird das Bauen von morgen als Technologie bestimmen – und zwar als eine Technologie, die den Bauingenieuren dabei helfen wird, den vielfältigen Anforderungen überhaupt gerecht werden zu können. Für die Branche und insbesondere für die Einsteiger ist das ein Grund für Optimismus: Die Zukunft setzt die Branche unter Druck. Aber sie lässt auch eine Reihe von neuen Märkten entstehen, auf denen sich je nach Geschäftsmodell echte Erfolgsgeschichten schreiben lassen.
MAVO BauCycle:
Abbruchmaterial nutzbar machen Die deutsche Bauindustrie setzt jährlich rund 600 Millionen Tonnen mineralische Baurohstoffe ein. Ein Großteil wird über Primärrohstoffe abgedeckt, also abgebaute natürliche Rohstoffe. „Dagegen werden jährlich nur 81 Millionen Tonnen Bauschutt für Bauanwendungen recycelt“, schreiben die Experten des Forschungsprojekts MAVO BauCycle. Das Konsortium, bestehend aus verschiedenen Fraunhofer Instituten, hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, die Sortierung und Aufbereitung von anfallenden Abbruchmaterialien zu verbessern – und setzt auf digitale Unterstützung: Mithilfe von Hochleistungsrechnern und „Optical Computing“ soll Abbruchmaterial aufbereitet, analysiert und für den Sekundärverbrauch zertifiziert werden. Näheres zum MAVO BauCycle bietet die Homepage: www.baucycle.de
Comeback von Schafswolle und Lehm
Laut Info-Film des EU-Projekts Eco-See verbringt ein Europäer durchschnittlich pro Tag 90 Prozent seiner Zeit innerhalb von Gebäuden. Die Luft dort ist also die, die wir vornehmlich atmen. Doch diese ist nicht unbedingt gut, vor allem flüchtige organische Verbindungen (VOCs) treten aus und können die Gesundheit beeinträchtigen. Das Projekt Eco-See hat das Ziel, Forscher und Unternehmen zusammenzubringen, um neue Materialien zu entwickeln, die nicht nur Luftqualität in Gebäuden erhöhen, sondern auch die Isolierung verbessern. Die Forschung zeigte, dass zum Beispiel Schafswolle nicht zur Wärme speichert, sondern auch schädliche VOCs absorbiert. Lehm wiederum nimmt Feuchtigkeit aus dem Raum und verhindert damit Schimmel.
Weltneuheit: Myzelium und Bambus
Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der ETH Zürich präsentierten unter dem Titel „Beyond Mining – Urban Growth“ bei der Seoul Biennale of Architecture and Urbanism 2017 ihre Vision, den sogenannten „MycoTree“: eine Struktur aus Pilzmyzelium und Bambus, deren Geometrie sie mit Methoden grafischer Statik in 3-D optimiert und tragfähig gemacht haben – in dieser Form eine Weltneuheit. Weitere Informationen unter: http://seoulbiennale.org
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