Die neue Baubranche hat viel zu bieten: BIM Management, digitales Planen und Bauen, intelligente Architektur

Wirft man einen Blick auf aktuelle gesellschaftliche Strukturen und Verhaltensweisen, politische Diskurse und Herausforderungen oder auf die stetig voranschreitende Globalisierung, so springt ein Begriff immer wieder ins Auge: Digitalisierung. Ob selbstfahrende Autos, bargeldloses Zahlen im Supermarkt oder cloudbasiertes Arbeiten aus dem Home-Office – Digitalisierung ist überall, jederzeit, und schon lange nicht mehr aus unserem Leben wegzudenken.

Potzdamer Platz (unsplash.com)

Building Information Modelling – Der Einzug der Digitalisierung in die Baubranche

Grundlegend beschreibt Building Information Modelling einen intelligenten, auf einem 3D-Modell basierenden Prozess zur Simulation von Bauprojekten. Es gilt als Werkzeug, das Ingenieuren, Architekten und Bauunternehmern eine effiziente Planung, Konstruktion und Verwaltung von Infrastruktur und Gebäuden, ermöglicht. Wichtig: BIM ist keine Software, sondern eine Methode der optimierten Planung, Ausführung und Bewirtschaften von Gebäuden mit Hilfe von Software. Dabei werden alle relevanten Gebäudedaten bestmöglich digital erfasst, verknüpft und vernetzt. Mit BIM lässt sich somit der gesamte Lebenszyklus eines Gebäudes virtuell abwickeln – vom ersten Grundgedanken der Planung bis hin zum Rückbau.

Als übergeordnetes Ziel der digitalen Baudatenmodellierung lässt sich demnach die Steigerung der Produktivität eines Bauprozesses festhalten. Diese gilt es insbesondere in den Kernaspekten Effizienz, bspw. Termin- und Kostenplanung sowie Effektivität (Qualität) zu erreichen. So ergeben sich bei der Anwendung von BIM viele Vorteile – sowohl seitens der Bauherren als auch aus Sicht aller Projektbeteiligten. Folgend geben wir einen Überblick über die zentralen Vorteile der Anwendung von BIM:

  • Informationsaustausch: Effizienz und Optimierung

In der Baubranche besteht ein Projektteam aus vielen verschiedenen Akteuren. Hier agieren Bauzeichner, Gutachter, Projektleiter, Bauherren, Planer etc. zusammen an einem Projekt. Dabei ist ein lückenloser Informationsaustausch unabdingbar. Traditionellen Arbeitsweisen, bei denen vorhandenen Gebäude- und Projektdaten gegebenenfalls mehrfach eingegeben werden müssen, sind nicht nur ineffizient, sondern bürgen auch hohe Informationsverluste und Fehlerquellen. Anhand der kollaborativen Arbeit direkt am 3D-BIM-Modell ist es jedem Projektbeteiligten zu jedem Zeitpunkt des Prozesses möglich, Änderungen und Vorhaben einzusehen und zu kommunizieren.

“Durch die Zusammenarbeit der Fachplaner an einem Modell ergibt sich der Effekt des einmaligen Erstellens gemeinsam genutzter Elemente. D.h. z.B., dass der HKLS-Planer einen Durchbruch definiert und dieser automatisch auch dem Architekten und dem Tragwerksplaner zur Verfügung steht.” (FH-Prof. DI Dr. Thomas Lorenz)

  • Planungssicherheit

„Clash Detection“, zu Deutsch „Kollisionskontrolle“ ist ein auschlaggebender Aspekt in der Planung von Bauprojekten. Durch die virtuelle Visualisierung des Bauprojekts im BIM-Prozess ist es möglich, Fehlplanungen, bspw. in den Bereichen Tragwerksplanung oder Haustechnik frühzeitig zu erkennen und am Digital Twin zu beheben.

  • Kosten- und Zeiteinsparung

Der wohl auschlaggebendste Faktor und Vorteil ist die Kosten- und Zeiteinsparung. Diese beträgt neusten Studien und Schätzungen zufolge jeweils zwischen 10 und 30 %, überwiegend in den Phasen der Bauplanung und Bauphase. Möglich wird dies vorrangig durch die Transparenz und Optimierung des Informationsaustauschs. Aber auch während der Bewirtschaftung eines Gebäudes ermöglicht BIM großes Sparpotential. Spätere Änderungen, Reparaturen oder Instandhaltungsmaßnahmen können mithilfe der gespeicherten Daten aus der Planungs- und Bauphase zeit- und kostengünstig umgesetzt werden.

  • Kostenkontrolle und Terminsicherheit

Nicht immer läuft alles nach Plan und Pläne werden häufig geändert: Während die Baukosten anfänglich noch auf 40 Millionen Euro geschätzt wurden, so hat man nach Bauabschluss gerne mal das Drei- oder Vierfache investiert. Auch Zeitverzögerungen im Bau sind keine Seltenheit, betrachtet man einmal den Bau des Berliner Flughafens. Durch stetige Überwachung und Aktualisierung des Bauplans am Modell ermöglicht BIM präzise Kosten- und Zeitangaben, die Kostenexplosionen und immensen Verspätungen gar nicht erst auftreten lassen.

  • Qualitätssteigerung 

Durch die Entwicklung eines digitalen Gebäudezwillings (3D-Modell) ist es möglich, das Bauvorhaben stetig zu analysieren, simulieren und optimieren. Somit lässt sich im Vorhinein detailliert planen, was später real gebaut werden soll. Durch BIM verbessert sich somit das gesamte Leistungs- und Qualitätsprofil eines Gebäudes. Es bedarf aber noch mehr, und zwar einen Paradigmenwechsel in der Entscheidungsfindung. Ist ein Digital Twin fertig, sollten keine Änderungen mehr stattfinden. Erst dann kann Qualität auch in Realität umgesetzt werden, bei gleichzeitiger Steigerung der Wirtschaftlichkeit durch bessere Planung. 

  • Lebenszyklus – Vom Anfang bis Ende

Wie eingehend schon erwähnt, ist BIM eine Methode, mit dem der Lebenszyklus eines Gebäudes oder einer Infrastruktur vollständig verwaltet werden kann. Dabei begleitet BIM alle Leistungsphasen und deckt den gesamten Lebenszyklus ab: Vom Projektentwurf über die Ausführungsplanung, dem Vergabeverfahren, Planung und Überwachung der Bauausführung bis auf die gesamte Wartung des funktionierenden Gebäudes und seinem endgültigen Abbau oder Abbruch. Digital lassen sich alle wichtigen Informationen und Daten für jede Phase festhalten. So profitieren alle projektbeteiligten Akteure – vom Architekten bis hin zum Abriss-Unternehmer.


Mehr als nur BIM: KI in der Bauindustrie

Virtual Reality Brille –  Digitales Planen und Bauen
Virtual Reality Brille (unsplash.com)

Auch wenn BIM-gesteuertes Arbeiten ein wichtiger, und mit der Gesetzesänderung seit 2020 sogar verpflichtender Bestandteil der Bauprozessoptimierung ist, so geht die Digitalisierung in der Baubranche noch weit darüber hinaus. Innovationen in den Bereichen digitale Technologien, künstliche Intelligenzen und Robotik weisen die Zukunft im digitalen Bauen und Planen. Schon heute ist der Einsatz von beispielsweise Robotern in diversen, repetitiven Aufgaben erkennbar. Dazu gehören Verfahren zur automatisierten Konfektionierung, Roboter-gesteuerte Verlegung von Mauerwerk oder 3D-Druckverfahren. Auch die (Fern-) Steuerung von Maschinen über GPS-Systeme sowie die Kommunikation von Maschine zu Maschine wird durch digitale Technologien verbessert und ausgebaut. Dies wird insbesondere in Bereichen, in denen Technologiekombinationen verwendet werden, wie zum Beispiel der Erfassung von Landschaftsdaten mithilfe von Drohnen, auf eine hohe Effektivität stoßen. Ebenfalls profitieren die Bereiche Einkauf, Baustoff- und Baulogistik von der zunehmenden Digitalisierung. Eine automatisierte Verknüpfung von BIM-Modellen und Bestellprozessen über Cloud-basierte Softwarelösungen könnte schon bald zum neuen Standard werden.

„Es gibt keine Alternative zur Digitalisierung. Auch nicht auf dem Bau”

Schober, Stefan (2016) in: Digitalisierung der Baubranche: Der europäische Weg zu „Construction 4.0

Auch in den Bereichen Virtual- und Argumented Reality ist der Fortschritt deutlich spürbar. So wurde auf der Messe „bauma“ in München gezeigt, wie Auszubildende über virtuelle Erlebnisse einen realistischen Eindruck von ihrem künftigen Arbeitsplatz erhalten. „Wer seine Azubis unter realistischen Bedingungen ausbilden möchte – zum Beispiel bei der Wartung von Maschinen – oder dem Kunden das Innenleben eines Krans erklären will, der muss dazu nicht einmal mehr den Betrieb verlassen“ (Kästner, Mariele (2019) in: Baubranche: Das sind die Top 5-Trends für 2020) Die immer stärker voranschreitende Digitalisierung wird sich dabei weiter zunehmend auf die gesamte Gesellschaft auswirken, die Umwelt beeinflussen und zu ihrer Neu- bzw. Umgestaltung erheblich beitragen. Neben einer höheren Produktivität, verbesserten Arbeitsbedingungen und effektiveren Plan- und Bauprozessen reihen sich weitere Aspekte, die die Baubranche langfristig verändern und bereichern werden. So werden Städte immer smarter – vernetzte Ampeln, Radwege aus Solar, intelligente Wärme- und Energiesteuerung. Dabei spielt Nachhaltigkeit eine bedeutende Rolle. Dazu gehört nicht nur der effiziente Umgang mit wichtigen Ressourcen, sondern auch die Kreiswirtschaft. Durch künstliche Intelligenzen und den Einsatz von digitalen Technologien wird das Lebenszyklusmanagement eines Gebäudes oder ganzen Infrastrukturen zum Kern modernen Planens und Bauens.


Die Architektur im Wandel der Zeit

Wenn es eine Kunst gibt, die die Menschheit über Jahrhunderte, bzw. schon Jahrtausende hinweg fasziniert und begeistert, dann ist es die Kunst des Bauens. Architektur. Bereits der Urvater der klassischen Architektur sprach von der „Mutter aller Künste“. Diese bezeichnet nach gängiger Definition die handwerkliche Beschäftigung und ästhetische Auseinandersetzung des Menschen mit gebautem Raum: Planvolles Entwerfen, Gestalten und Konstruieren von Bauwerken sind die zentralen Inhalte der Architektur (Georges, Karl Ernst. Ausführliches lateinisch-deutsches Handwörterbuch. 8., verbesserte und vermehrte Auflage. Hahnsche Buchhandlung, Hannover 1918).

Rheinauhafen in Köln – –  Digitales Planen und Bauen
Rheinauhafen Köln mit Kranhäusern (unsplash.com)

Dabei ist die Baukunst stets allgegenwärtig und vollzieht einen kontinuierlichen Wandel. Alte Fabrikgebäude, in denen der Geist der Industrialisierung nur noch in den Gemäuern und letzten Maschinenüberresten zu spüren ist, werden zu modernen Büroflächen. Triste und graue Bauten, die einst einer bestimmten Aufgabe dienten, doch dessen Charme längst vergessen ist, weichen hochmodernen Gebäuden. Neues Leben auf altem Grund, neue Technologien für modernes Bauen- gerade in der Städteplanung und in der Planung für neuen urbanen Lebensraum hat die Digitalisierung längst Einzug gefunden. Werfen wir beispielsweise einen Blick auf den Rheinauhafen Köln: Wo einst Waren der Seemänner vom Wasser zu Lande getragen wurden, herrscht nun eine Symbiose zwischen Historie und Moderne. Vom traditionellen Holz-und Backstein bis hin zur einzigartigen Skelettbauweise der neuen Kranhäuser – hier reihen sich innovative Bauten neben aufwändig restaurierten Gebäuden aus den verschiedensten Jahrzenten.


So prägen Wohn- und Bürohäuser im Zusammenspiel mit einstigen Lagerhallen, Kontoren, Silos und Hafengebäuden das Bild des neuen Rheinauhafens. Gut nachvollziehbar, dass es dabei immer mehr Menschen in die Städte zieht. Ein Trend, der auch erstmal anhalten wird, so der Bundesverband der deutschen Wohnungs- und Immobiliengenossenschaft (GdW) in seinen Wohnungstrends 2035. Doch das Treiben in die Städte hat auch seine Schattenseiten: Die Nachfrage nach urbanem Wohnraum steigt, die Mietkosten treiben in die Höhe, bezahlbarer Wohnraum fehlt und Grundstücke werden knapp – eine Aussicht, die nicht nur die Mieter, sondern auch Bauunternehmer und Projektentwickler vor eine Herausforderung stellt.

Das digitale Haus auf Knopfdruck – Der DIPLANNER

DIPLANNER Variante zu Bauprojekt „Studentenwohnheim Bonn“ –  Digitales Planen und Bauen

Der Markt um die wenigen verfügbaren Grundstücke in städtischen Ballungszentren ist stark umkämpft. Entscheidungen darüber, ob ein Grundstück seitens eines Projektentwicklers für ein Bauvorhaben geeignet ist, müssen dabei teilweise in Windeseile getroffen werden. Nicht selten muss die Entscheidung innerhalb von 48 Stunden getroffen sein. Und genau an dieser Problematik setzt der DIPLANNER aus dem Hause DIPLAN an. Mithilfe des DIPLANNERS können online auf Knopfdruck hunderte von Machbarkeitsanalysen für diverse KI-gestützte Gebäudevarianten erstellt werden. Nachdem das Baufeld online eingezeichnet und Informationen zur gewünschten Bebauungsart (Wohnhaus oder gewerbliche Nutzung / Gewerbegebiet) eingetragen sind, entwickelt der Algorithmus diverse Varianten zur bestmöglichen Nutzung der Baufläche. Dabei werden wichtige baurelevante Parameter wie die Solaranalyse und Solarnachweise der Nachbarbauen berücksichtigt. Anschließend prüft und überarbeitet ein Expertenteam die Varianten und erstellt vier Empfehlungen zur optimalen Grundstücksplanung. Somit erhält der Kunde in kürzester Zeit nicht nur die Gewissheit, dass das Grundstück für ihn optimal nutzbar ist, sondern er weiß auch, wie die Baufläche bestmöglich genutzt und real bebaut werden kann.


Serielles Bauen – der Trend zur Modulbauweise

Folgt man der Prognos-Studie aus Mai 2017, so herrscht heute in einem Drittel aller deutschen Kommunen Wohnungsmangel. Für 138 deutsche Städte und Kreise wird Wohnungsknappheit diagnostiziert. Zu lange wurde zu wenig Gebaut, und der Bau- und Wohnungsmarkt bedarf nun eine kostengünstige, aber vor allem schnelle Bauweise. Angesichts dessen setzt die Baubranche nun verstärkt auf das sogenannte serielle Bauen. Dabei heißt serielles Bauen schlichtweg nicht anderes als Bauen in Serie. Gebäude und Gebäudeteile werden als virtuell und real als Prototypen entworfen, um sie später in Serie zu bauen. Im Kern bedeutet dies also eine Abkehr von der Einzelfertigung hin zu einer Serienfertigung, basierend auf konzipierten Prototypen. Dabei geht der Trend jedoch nicht zur Erbauung von kompletten Typengebäuden oder gleichförmigen Siedlungen, wie man sie aus der einstigen DDR kennt. Es gilt alte Fehler zu vermeiden und serielles Bauen architektonisch wertvoll und hochwertig zu gestalten. So überwiegt die Modulbauweise für beispielsweise Balkone, Badezellen oder Küchenbereiche. Diese Module lassen sich dann auf der Baustelle zu unterschiedlichen Gebäuden zusammenfügen, sodass die Erstellung zwar auf einer Serienfertigung basiert, das Gebäude als Ganzes aber ein Unikat bleiben kann.

Doch nicht nur die Art und Weise, wie gebaut wird, sondern auch der Ort des Bauens verändert sich mit der Serienfertigung. Gebäude werden nicht mehr Stein auf Stein errichtet, sondern einzelne Raummodule und Gebäudewände lassen sich online konzipieren. Diese werden dann in einem Werk, dem sogenannten Fertigteilwerk, vorfertigen. Anschließend müssen die einzelnen Elemente auf der Baustelle nur noch zusammengesetzt und miteinander verbunden werden. Somit verkürzen und simplifizieren sich wichtige Planungs- und Entscheidungsprozesse mit dem Ziel, Bauen günstiger und schneller werden zu lassen.


Schon gewusst? Die O’Connell Brücke in Dublin ist die einzige Brücke in Europa, die gleich lang und breit ist.

Autor: Christopher Hermanns