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Mehr zum Thema / Stefan Thaler / Donnerstag 14.04.22

KI, BIM und Co.: Ers­te Schrit­te in Rich­tung Digitalisierung

Künst­li­che Intel­li­genz, Sen­so­ren, 3D-Model­le und Robo­ter­hun­de, die Bau­stel­len über­wa­chen – die Digi­ta­li­sie­rung macht auch vor der Bau­bran­che kei­nen Halt. Noch sind aber vie­le Hür­den zu über­win­den. Feh­len­de Daten, Kom­pe­tenz­de­fi­zi­te und man­geln­de Wirt­schaft­lich­keit sind neben tech­no­lo­gi­schen Her­aus­for­de­run­gen dabei die höchsten.
Foto: VRVis

„Ein Schnell­boot ist die Bau­in­dus­trie sicher­lich nicht, son­dern eher ein Tan­ker. Aber so schlecht, wie sie bezüg­lich Digi­ta­li­sie­rung immer dar­ge­stellt wird, ist sie auch nicht“, ver­weist Ralph Stöckl vom Insti­tut für Bau­be­trieb und Bau­wirt­schaft der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät (TU) Graz auf zahl­rei­che aktu­el­le For­schungs­ak­ti­vi­tä­ten. Außer­dem wür­den Tech­no­lo­gien immer kos­ten­güns­ti­ger und könn­ten dadurch schon bald in grö­ße­rem Aus­maß auf der Bau­stel­le ein­ge­setzt werden.

Dass die Bau­wirt­schaft nicht gera­de vor Inno­va­ti­on strotzt, unter­streicht auch Kevin Bau­er, Glo­bal Busi­ness Deve­lo­p­ment Mana­ger bei Sie­mens, im Gespräch mit APA-Sci­ence. Noch sei der Sek­tor nicht wirk­lich indus­tria­li­siert wor­den. „Wer in der Auto­mo­ti­ve-Bran­che die­sen Weg nicht mit­ge­gan­gen ist und auf Hoch­tech­no­lo­gie gesetzt hat, ist aus­ge­schie­den. Ich glau­be, das wird auch in der Bau­wirt­schaft irgend­wann ein­tre­ten“, so der Mana­ger. Haupt­hin­der­nis­se sind Bau­er zufol­ge die Inves­ti­ti­ons­kos­ten und die Schu­lung der Beschäftigten.

Offen­heit als Wettbewerbsvorteil

Zuneh­mend wich­tig wer­de die Unter­neh­mens­kul­tur. „Ewig­kei­ten hat sich die Bran­che nicht ver­än­dert, aber jetzt sind ein paar tech­no­lo­gi­sche Quan­ten­sprün­ge pas­siert, die eine rie­si­ge Aus­wir­kung auf die Bau­wirt­schaft haben. Man­che Mit­ar­bei­ter sind dafür offen und wol­len neue Sachen aus­pro­bie­ren. Bei ande­ren löst das immensen inter­nen Wider­stand aus“, erklärt Bau­er. Für die Bau­fir­men habe das in der aktu­el­len Situa­ti­on enor­me Aus­wir­kun­gen auf die Wettbewerbsfähigkeit.

Eine gro­ße Rol­le bei der Digi­ta­li­sie­rung spie­le auch die Unter­neh­mens­grö­ße. „Man muss eine gewis­se ope­ra­ti­ve Kapa­zi­tät haben, um sich mit For­schung und Inno­va­ti­on sowie neu­en Tech­no­lo­gien zu beschäf­ti­gen. Und das haben eher gro­ße und mitt­le­re Unter­neh­men“, sagt Stef­fen Rob­bi, CEO von Digi­tal Fin­det Stadt – die Inno­va­ti­ons­platt­form für Digi­ta­li­sie­rung am Bau. Auch wenn es ein­zel­ne Aus­rei­ßer in Rich­tung Inno­va­ti­on gebe, „die klei­nen Betrie­be tun sich da ein­fach sehr schwer“. Der Ein­satz neu­er Tech­no­lo­gien sei aber die Basis für den Erfolg auf dem Weg vom Hand­werk zur Industrialisierung.

Her­aus­for­de­rung für KMU

Auf die Ver­un­si­che­rung bei den klei­nen und mitt­le­ren Unter­neh­men hin­sicht­lich Digi­ta­li­sie­rung hat bei­spiels­wei­se der eco­p­lus Bau.Energie.Umwelt Clus­ter NÖ mit ent­spre­chen­den Ange­bo­ten reagiert. Einer­seits wur­de mit Kick­start Digi­ta­liz­a­ti­on ein For­mat aus Schwe­den nach NÖ trans­fe­riert, im Rah­men des­sen unter­neh­mens­ei­ge­ne Pro­zes­se durch­leuch­tet wer­den, bevor es auf den kon­kre­ten Digi­ta­li­sie­rungs­pfad geht.

 

Ande­rer­seits soll den Betrie­ben durch die Initia­ti­ve „BIM@KMU“ das The­ma Buil­ding Infor­ma­ti­on Mode­ling näher gebracht wer­den. Hier wer­den Coa­chings, Online-Semi­nar und diver­se Qua­li­fi­zie­rungs­pro­gram­me ange­bo­ten. Einen Über­blick über die Akti­vi­tä­ten im Bereich Digi­ta­li­sie­rung im Bau ist hier zu finden.

Pla­nung gilt als Vorreiter

Am wei­tes­ten fort­ge­schrit­ten ist die Digi­ta­li­sie­rung, wenn man sich die gesam­te Pro­jekt­pha­se eines Bau­werks ansieht, laut Exper­ten in der Pla­nung. Daten von ande­ren Pro­jek­ten wer­den aus­ge­wer­tet, um Bedarfs­flä­chen zu pro­gnos­ti­zie­ren, zahl­rei­che digi­ta­le Pla­nungs­werk­zeu­ge ein­ge­setzt und Bestands­er­fas­sun­gen mit Laser­scan­ning und Droh­nen durch­ge­führt. „Der Pla­nungs­sek­tor ist der Digi­ta­li­sie­rung gegen­über sehr auf­ge­schlos­sen. Das ganz gro­ße The­ma ist dabei BIM“, so Robbi.

Buil­ding Infor­ma­ti­on Mode­ling (BIM) ist eine Schlüs­sel­tech­no­lo­gie, ein digi­ta­les Gebäu­de­mo­dell, das Bau­werks­in­for­ma­tio­nen struk­tu­riert ver­füg­bar macht. „Das ist viel mehr als nur ein 3D-Modell, es ist eine eige­ne Metho­de. Dabei wer­den den ein­zel­nen Bau­tei­len Attri­bu­te, wie Mate­ria­li­en, Dau­ern oder Kos­ten, hin­ter­legt. So lässt sich aus­wer­ten, wie lan­ge der Bau des Gebäu­des dau­ert und wie viel es kos­ten wird. Der Vor­teil ist, dass ver­schie­de­ne Fir­men dar­auf zugrei­fen kön­nen. Wei­ters erkennt die Soft­ware, wenn sich bei­spiels­wei­se Lei­tun­gen über­schnei­den“, streicht Stöckl hervor.

Alles­kön­ner BIM?

BIM erlaubt es, die ver­schie­dens­ten ande­ren Tech­no­lo­gien anzu­bin­den – mit enor­mem Poten­zi­al, ergänzt Rob­bi: „In 20 Jah­ren gibt es einen durch­di­gi­ta­li­sier­ten Pla­nungs­pro­zess. Das heißt, wir kön­nen über die Gewer­ke, über die ver­schie­de­nen Lebens­zy­klus­pha­sen hin­aus mit digi­ta­len Gebäu­de­mo­del­len arbei­ten. Die­se Model­le sind dann auch im Betrieb nutzbar.“

 

Auf die­ser Basis könn­ten auto­ma­ti­sier­te Werk­zeu­ge ein­ge­setzt, Vari­an­ten­stu­di­en gerech­net und Mikro­kli­ma­ana­ly­sen gefah­ren wer­den, erläu­tert der Exper­te. „Wie nach­hal­tig ist ein bestimm­tes Pla­nungs­sze­na­rio? Wel­che Mate­ria­li­en sol­len ver­wen­det wer­den? Heu­te muss man noch stun­den­lang sit­zen und kon­stru­ie­ren. In Zukunft macht das eine künst­li­che Intel­li­genz, weil sie aus den vie­len Daten gelernt hat, oder ein Opti­mie­rungs­tool, das ver­schie­de­ne Pla­nungs­va­ri­an­ten vor­schlägt – kom­plett im Jah­res­ab­lauf, im Stun­den­takt durchsimuliert.“

Die Pla­nungs­mo­del­le könn­ten dann auch bei der Stadt digi­tal ein­ge­reicht wer­den, wodurch sich die Bear­bei­tungs­dau­er extrem ver­kür­ze. „Der gan­ze Ver­wal­tungs­pro­zess der Städ­te wird digi­ta­li­siert sein. Das lässt sich ja groß­teils auto­ma­ti­siert abprü­fen“, sagt Rob­bi. Die digi­ta­len Model­le könn­ten natür­lich auch von den aus­füh­ren­den Fir­men zur Kal­ku­la­ti­on und Ange­bots­er­stel­lung genutzt werden.

In ande­ren Pro­jekt­pha­sen spielt BIM eben­falls sei­ne Stär­ken aus: Das 3D-Modell kann in diver­se auto­ma­ti­sier­te Fer­ti­gungs­pro­zes­se über­führt wer­den oder man visua­li­siert die Daten und spa­ziert durch das Gebäu­de. „Auch die Kreis­lauf­wirt­schaft funk­tio­niert nur, wenn es eine digi­ta­le Gebäu­de­do­ku­men­ta­ti­on gibt. Wenn man aus irgend­wel­chen alten Plä­nen raus­zie­hen muss, wel­che Mate­ria­li­en da ver­baut sind, wird das nicht klap­pen. Unmög­lich“, ist Rob­bi überzeugt.

„BIM ist kei­ne Rocket Sci­ence und nichts Neu­es, aber es ist eine Schlüs­sel-Metho­dik. Es ist die Grund­la­ge für die dar­auf auf­bau­en­de Anwen­dung von vie­len wei­te­ren digi­ta­len Use Cases und Tech­no­lo­gien. Wenn Digi­ta­li­sie­rung das Ziel hat, dass wir mit unse­ren Pla­nungs- und Bau­pro­zes­sen schnel­ler wer­den, wenn wir das auch öko­lo­gi­scher machen, Gebäu­de ener­gie­ef­fi­zi­en­ter betrei­ben und kreis­lauf­fä­hi­ge Mate­ria­li­en ein­brin­gen wol­len, dann brau­chen wir die­ses digi­ta­le Gebäu­de­mo­dell als Arbeits­grund­la­ge. Anders wird es nicht klap­pen“, erklärt der Fachmann.

„Die Fra­ge, ob BIM die neue Grund­la­ge sein wird, ist beantwortet.” Stef­fen Rob­bi, CEO von Digi­tal Fin­det Stadt

Noch kei­ne Marktdurchdringung

Laut einer aktu­el­len Erhe­bung in der Bau­bran­che wird BIM in 30 Pro­zent der Unter­neh­men regel­mä­ßig ver­wen­det, bei wei­te­ren 17 Pro­zent ist das in naher Zukunft geplant. „Es ist jetzt nicht mehr nur ein Pilot und even­tu­ell mal ein biss­chen mehr. Wir haben schon ein Stück des Weges geschafft, wenn­gleich wir noch von kei­ner umfas­sen­den Markt­durch­drin­gung reden kön­nen. Aber die Fra­ge, ob BIM die neue Grund­la­ge sein wird, die ist beant­wor­tet“, meint Robbi.

Die Unter­neh­men wür­den einen mitt­le­ren tech­no­lo­gi­schen Rei­fe­grad, aber ein sehr hohes Markt­po­ten­zi­al bei BIM sehen. Kon­kre­ten Auf­hol­be­darf gebe es in drei Berei­chen: Ers­tens bei Fach­per­so­nal und Kom­pe­tenz, zwei­tens bei der Stan­dar­di­sie­rung und den Schnitt­stel­len sowie drit­tens bei den inter­nen Pro­zes­sen. Ent­spre­chend geschul­tes Per­so­nal sei der­zeit kaum verfügbar.

„Pla­nungs­bü­ros und Bau­fir­men kön­nen zwar sagen, dass sie auf BIM set­zen, haben aber zum Teil die Leu­te nicht“, pflich­tet Sie­mens-Mana­ger Bau­er bei. Damit BIM brei­te­ren Ein­satz fin­de, müss­te ver­mehrt Nach­wuchs aus HTLs und den Uni­ver­si­tä­ten kom­men, der nur mehr in die­ser Metho­de denkt. „Wenn wir das stark in die Leh­re inte­grie­ren, dann ist es nur eine Fra­ge der Zeit, bis BIM flä­chen­de­ckend ein­ge­setzt wird, weil es nichts mehr ande­res gibt“, so Bauer.

Klei­ne Unter­neh­men tun sich schwer

Für Klein­un­ter­neh­men sei es den­noch extrem auf­wen­dig. „Die Mehr­heit der Archi­tek­tur- und Inge­nieur­bü­ros besteht nur aus ein paar Leu­ten. Wenn die einen gro­ßen Tech­no­lo­gie­wech­sel machen und ihre Mit­ar­bei­ter schu­len müs­sen, ist das für vie­le nicht leist­bar. Wahr­schein­lich ist es not­wen­dig, ein super­tol­les Allein­stel­lungs­merk­mal zu fin­den oder sich mit ande­ren zusam­men­zu­schlie­ßen, um die Umstel­lung zu schaf­fen“, meint Bauer.

Das zwei­te Pro­blem – Stan­dar­di­sie­rung und Schnitt­stel­len – ist tech­ni­scher Natur, kon­sta­tiert Rob­bi: „Fir­men, die alles mit der glei­chen Soft­ware selbst machen, also von Pla­nen bis Bau­en, die nut­zen BIM, sind begeis­tert und opti­mie­ren ihre Pro­zes­se. Dort wo die­se klas­si­sche Tren­nung zwi­schen den Gewer­ken exis­tiert, man nach der Pla­nung an die Aus­füh­rung über­gibt, da funk­tio­niert das nicht so gut. Es gibt ein­fach immer noch gro­ße Ent­wick­lungs­lü­cken, was das The­ma Schnitt­stel­len und Stan­dards betrifft. Das ist aber eine der wich­tigs­ten Vor­aus­set­zun­gen, damit wir mit­tels BIM zusam­men­ar­bei­ten kön­nen. Das ist tech­nisch gar nicht so anspruchs­voll, aber die Inter­es­sens­la­gen sind sehr unterschiedlich.“

Die drit­te gro­ße Her­aus­for­de­rung, die die Unter­neh­men laut Rob­bi häu­fig nen­nen, sind die inter­nen Pro­zes­se. „Es braucht einen Chan­ge-Pro­zess. BIM ist kei­ne Soft­ware­an­wen­dung, son­dern es bedeu­tet, dass man die Art und Wei­se der Zusam­men­ar­beit umstel­len muss. Es braucht ande­re Kom­mu­ni­ka­ti­ons­for­ma­te, ande­re ver­trag­li­che Rah­men­be­din­gun­gen, Qua­li­täts-Con­trol­ling-Pro­zes­se und so wei­ter. Das ist kein gro­ßes Pro­blem. Aber man muss sich mit dem Gesamt­pro­zess beschäf­ti­gen, wenn man das implementiert.“

Auch in der Aus­füh­rungs­vor­be­rei­tung scheint die Digi­ta­li­sie­rung schon vor­an­ge­schrit­ten. Ange­bots­ein­ho­lung und Auf­trags­ver­ga­be sind über ent­spre­chen­de Platt­for­men mög­lich. Für die Ein­schät­zung, wie teu­er ein neu­es Gebäu­de wird, kann man künst­li­che Intel­li­genz, die auf die Aus­wer­tung ver­gan­ge­ner Pro­jek­te trai­niert wor­den ist, nut­zen. Eine aktu­el­le Her­aus­for­de­rung ist laut Stöckl von der TU Graz, dass man einen aus­rei­chend gro­ßen Daten­satz hat. Kein Pro­blem ist hin­ge­gen die Vir­tua­li­sie­rung von Räu­men. Der poten­zi­el­le Käu­fer eines Gebäu­des oder einer Woh­nung kann sich mit einer 3D-Bril­le durch die Räum­lich­kei­ten bewe­gen und sich über­le­gen, wel­che Boden­aus­stat­tung er wählt.

Auf der Baustelle

Beim Schritt von digi­ta­li­sier­ten Pla­nungs­pro­zes­sen in die ope­ra­ti­ven Ein­hei­ten gibt es ins­ge­samt die größ­ten Schwie­rig­kei­ten. „Genau da hängt es. Auf der Bau­stel­le ist man noch im Expe­ri­men­tier­sta­tus. Das sind selbst bei ganz gro­ßen Unter­neh­men eher Pilot­pro­jek­te“, so ein Bran­chen­ken­ner. Digi­ta­le Lie­fer­schei­ne gebe es da und dort, aber Ansät­ze wie die­ser wür­den durch die Viel­zahl an Schnitt­stel­len und Insel­lö­sun­gen oft im Keim erstickt. Ideen zur Digi­ta­li­sie­rung von Pro­zes­sen auf der Bau­stel­le sind jeden­falls kei­ne Mangelware.

 

Ein Bei­spiel sind KI und Bil­d­er­ken­nung über eine Kame­ra am Kran. „So könn­te man nicht nur fest­stel­len, ob eine Wand schon errich­tet wor­den ist, son­dern auch, ob eine Arbeits­kraft einen Helm auf­ge­setzt hat oder sich in einem Gefah­ren­be­reich, zum Bei­spiel dem toten Win­kel eines Lkws, befin­det“, sagt Stöckl. Mit­tels Aug­men­ted Rea­li­ty-Bril­le las­sen sich wie­der­um auf einer Bau­stel­le Zusatz­in­for­ma­tio­nen ein­blen­den und Abwei­chun­gen anzei­gen. Bei Erd­ar­bei­ten kann man durch den Ein­satz von Droh­nen Län­gen bezie­hungs­wei­se Men­gen bestimmen.

Doku­men­ta­ti­on noch groß­teils analog

Ein sehr ana­lo­ger Pro­zess ist der­zeit die Doku­men­ta­ti­on, bei­spiels­wei­se das Schrei­ben von Bau­ta­ges­be­rich­ten. Doch auch in die­sem Bereich gibt es ers­te Digi­ta­li­sie­rungs­ver­su­che. In einem aktu­el­len Pro­jekt sind Arbeits­kräf­te mit GPS aus­ge­stat­tet wor­den, um anony­mi­siert zu eru­ie­ren, wie vie­le Lohn­stun­den den ein­zel­nen Bau­tei­len zuge­rech­net wer­den kön­nen. Das soll schluss­end­lich auch die Preis­ge­stal­tung trans­pa­ren­ter machen.

Kon­kret wur­den GPS- und Blue­tooth-Beacons an Per­so­nen aus­ge­ge­ben, die sich dann frei am Bau­feld bewe­gen konn­ten. Am Ende des Tages wuss­te man auf Knopf­druck, wie vie­le Stun­den in wel­chem Bereich ange­fal­len sind. „Der Arbeits­kraft macht es ja auch kei­nen Spaß, sich am Abend eine hal­be Stun­de frü­her in den Con­tai­ner zu set­zen und Doku­men­ta­tio­nen zu schrei­ben. Wich­tig ist, dass es hier aber nicht um Über­wa­chung geht. Man kann, wenn man die Bewe­gungs­da­ten hat, nicht fest­stel­len, ob die Arbeits­kraft gera­de eine Pau­se macht, eine Bespre­chung abhält oder einen Nagel in die Wand schlägt“, so der Forscher.

Bau­fir­men ermög­licht der Ein­satz die­ser Gerä­te einen ein­fa­chen Soll-Ist-Ver­gleich. Wenn die Arbeits­kräf­te zum Bei­spiel nor­ma­ler­wei­se sie­ben Lohn­stun­den pro Kubik­me­ter bei Stahl­be­ton­ar­bei­ten benö­ti­gen, kann über­prüft wer­den, ob das erreicht wor­den ist oder nicht. „Wenn sie bes­ser sind, möch­te man natür­lich wis­sen, war­um. Dann lässt sich beim nächs­ten Ange­bot die­se Posi­tio­nen anpas­sen, damit man noch leich­ter an Auf­trä­ge kommt. Wenn sie lang­sa­mer waren, will ich auch die Ursa­che her­aus­fin­den. Ansons­ten kann es pas­sie­ren, dass ich bei mei­nem nächs­ten Ange­bot wie­der einen Preis abge­be, bei dem ich drauf­zah­le“, streicht Stöckl die Vor­tei­le für die Nach­kal­ku­la­ti­on hervor.

In einem Vor­pro­jekt wur­de zudem erforscht, ob es mög­lich ist, anhand von Erfah­run­gen aus der Ver­gan­gen­heit vor Beginn eines neu­en Bau­pro­jekts geziel­te Pro­gno­sen über Dau­er und Kos­ten abzu­ge­ben. Mit­tels künst­li­cher Intel­li­genz soll­ten Auf­wands­wer­te, also Lohn­stun­den pro Men­ge, vor­her­ge­sagt und Fak­to­ren, die die Pro­duk­ti­vi­tät beein­flus­sen, berück­sich­tigt wer­den. „Umge­bungs­tem­pe­ra­tur, Team-Zusam­men­set­zung, Kran­ver­füg­bar­keit oder Licht­ver­hält­nis­se haben Aus­wir­kun­gen. Die­se Para­me­ter kön­nen durch die KI, wenn ein Daten­satz vor­han­den ist, aus­ge­wer­tet wer­den. So lässt sich bei­spiels­wei­se pro­gnos­ti­zie­ren, wie lan­ge die Arbeits­kräf­te für die Errich­tung einer Stahl­be­ton­wand benö­ti­gen, wenn die Bau­stel­le im Sep­tem­ber star­tet.“ Knack­punkt ist die Ver­füg­bar­keit von Daten.

KI braucht viel mehr Daten

„Dass KI auf der Bau­stel­le funk­tio­niert, das wis­sen wir, das sehen wir auch in ande­ren Indus­trien. Die Her­aus­for­de­rung ist, dass man sie gezielt für die Bau­stel­le trai­niert und dafür braucht man Daten, vie­le Daten. Aller­dings funk­tio­niert die­se auto­ma­ti­sier­te Daten­er­he­bung noch nicht so gut“, bringt Stöckl die Pro­ble­ma­tik auf den Punkt. Die aktu­el­len Hür­den wür­den dar­in lie­gen, das best­mög­li­che Erhe­bungs­kon­zept auf der Bau­stel­le zu imple­men­tie­ren. Bei der­zei­ti­gen Soft­ware­lö­sun­gen müss­ten die Daten oft noch hän­disch ein­ge­ge­ben wer­den. Auch dar­um sei die künst­li­che Intel­li­genz auf der Bau­stel­le noch nicht so weit fortgeschritten.

 

„In der sta­tio­nä­ren Indus­trie kann man auf der Hal­len­de­cke ver­schie­de­ne Tech­no­lo­gien anbrin­gen, die Aus­kunft dar­über geben, in wel­chem Raum bei­spiels­wei­se wel­che Kis­te steht. Auf der Bau­stel­le ändert sich hin­ge­gen stän­dig etwas. Wir begin­nen auf der grü­nen Wie­se, dann fol­gen Erd­ar­bei­ten, Kel­ler, Erd­ge­schoß, ers­ter Stock und so wei­ter. Da kann man nicht ein­fach oben etwas anbrin­gen. Was jetzt oben ist, ist in einer Woche schon nicht mehr oben, son­dern zum Bei­spiel von einer Decke abge­schirmt“, ver­deut­licht Stöckl die Unter­schie­de. Wenn es kei­ne freie Sicht­ver­bin­dung mehr zu den Satel­li­ten gebe, könn­ten die Arbeits­kräf­te im Gebäu­de mit GPS nicht mehr so genau Berei­chen zuge­teilt wer­den, als wenn sie auf der obers­ten Geschoß­de­cke stün­den. In die­sem Fall könn­te man Blue­tooth-Beacons einsetzen.

 

Noch wür­den vie­le Lösun­gen ein­fach nicht ange­wen­det. „Zu tun haben dürf­te das auch mit der Wirt­schaft­lich­keit und dem tra­di­tio­nel­len Arbei­ten auf der Bau­stel­le. Unter­des­sen wer­den die Platt­for­men im Inter­net, wo man Daten spei­chern, anschau­en und aus­wer­ten kann, stän­dig bes­ser. Des­halb wird die künst­li­che Intel­li­genz auf der Bau­stel­le künf­tig stär­ker Ein­zug fin­den“, ist der Exper­te überzeugt.

Ralph Stöckl von der TU Graz

Von Akku-Lebens­dau­er und Funk-Protokollen

Viel Poten­zi­al, aber gro­ße Her­aus­for­de­run­gen sieht auch Rob­bi: „Momen­tan ist es auf der Bau­stel­le noch total unüber­sicht­lich und es gibt tech­ni­sche Schwie­rig­kei­ten in der Umset­zung. Neben den Daten­ban­ken braucht man für eine groß­flä­chi­ge Daten­er­fas­sung, sei es drau­ßen oder im Gebäu­de, eine Funk-Über­tra­gung und Funk-Pro­to­kol­le. Außer­dem ist die Akku-Lebens­dau­er lan­ge Zeit ein gro­ßes The­ma gewe­sen. Man muss durch Wän­de, durch Hin­der­nis­se und kann nicht stän­dig Bat­te­rien wech­seln.“ Inzwi­schen sei man aber auf einem guten Weg, es gebe hier deut­li­che Fort­schrit­te, etwa mit einer Akku-Lebens­dau­er von meh­re­ren Jahren.

„Das The­ma kommt jetzt aus der For­schung in die Umset­zung. Da wird aus­pro­biert und aus­ge­rollt. Alle gro­ßen Werk­zeug-Her­stel­ler und Bau­ma­schi­nen-Lie­fe­ran­ten haben Tracking Sys­te­me imple­men­tiert und ver­su­chen da in die Anwen­dung zu kom­men. Es ist noch ein biss­chen unüber­sicht­lich. Da muss sich erst ein Stan­dard eta­blie­ren, aber das wird schon“, pro­gnos­ti­ziert Robbi.

Mit­ar­bei­ter brau­chen neue Kompetenzen

Mit zuneh­men­der Digi­ta­li­sie­rung kom­men auch auf die Beschäf­tig­ten ver­än­der­te Anfor­de­run­gen zu. Schon jetzt sei der schlep­pen­de Wan­del auf einen Kom­pe­tenz- bezie­hungs­wei­se Fach­kräf­te­man­gel zurück­zu­füh­ren, heißt es uni­so­no. Gleich­zei­tig trei­be die­se Situa­ti­on den Trend an. „Es ist für die Unter­neh­men ein Anreiz, Pro­zes­se zu digi­ta­li­sie­ren und zu auto­ma­ti­sie­ren sowie Robo­tik ein­zu­füh­ren, weil sie dann ihren Bedarf aus­glei­chen und die Pro­duk­ti­vi­tät stei­gern kön­nen“, so Robbi.

Wenn ein Robo­ter Löcher boh­re, brau­che es statt fünf Per­so­nen in Zukunft viel­leicht nur noch zwei. Einer davon müs­se aber die Maschi­ne steu­ern. „Es kommt zu einer Per­so­nal­re­duk­ti­on, aber gleich­zei­tig zu einer Auf­wer­tung der Stel­le. Die ver­blei­ben­den Mit­ar­bei­ter müs­sen neue Kom­pe­ten­zen auf­wei­sen, die dann aber bes­ser bezahlt wer­den. Die Unter­neh­men spa­ren sich trotz­dem Per­so­nal­kos­ten. Dass das Lohn­ni­veau steigt, müss­te eigent­lich auch für die Poli­tik inter­es­sant sein, weil wir dann aus die­ser gan­zen Bil­lig­lohn-Dis­kus­si­on raus­kom­men“, erklärt der Fach­mann gegen­über APA-Science.

Auto­ma­ti­sie­rung noch nicht massentauglich

Gera­de bei der Auto­ma­ti­sie­rung von Bau­ab­läu­fen gibt es laut den Exper­ten gro­ßes Inter­es­se der Bran­che. Von Mas­sen­taug­lich­keit könn­te aber noch lan­ge nicht gespro­chen wer­den. Am wei­tes­ten ver­brei­tet sei die Bestands­er­fas­sung mit Laser­scan­nern auf der Bau­stel­le. „Egal, ob mit Droh­nen in grö­ße­ren kom­ple­xe­ren Bau­si­tua­tio­nen oder durch einen Robo­ter-Hund, der her­um­läuft, das funk­tio­niert sehr gut“, meint Robbi.

Wenn Robo­ter­hun­de Bau­stel­len überwachen

Auf Bau­stel­len ist viel los, doku­men­tiert wer­den die Ver­än­de­run­gen aber oft nicht opti­mal. Eine lücken­lo­se digi­ta­le Erfas­sung des Bau­fort­schritts gestal­tet sich schwie­rig. Dies gilt beson­ders für Ele­men­te, die nach Fer­tig­stel­lung nicht mehr zugäng­lich sind – bei­spiels­wei­se Tei­le der Heizungs‑, Klima‑, Lüf­tungs- oder Sani­tär­ge­wer­ke. Wie also könn­ten die bekannt­lich nicht gera­de sel­te­nen Abwei­chun­gen vom Plan-Soll erfasst wer­den? Ein mög­li­cher Ansatz wird in einem Pro­jekt des Wie­ner For­schungs­zen­trums für Vir­tu­al Rea­li­ty und Visua­li­sie­rung (VRVis) durch­ge­spielt. Dabei über­wacht ein auto­nom agie­ren­der Lauf­ro­bo­ter, der mit ver­schie­de­nen Sen­so­ren, etwa Kame­ras und Laser­scan­nern aus­ge­stat­tet ist, die Bau­stel­le. Das soll der Ent­wick­lung von digi­ta­len Bau­stel­len-Klo­nen den Weg ebnen.

 

Zum Ein­satz kommt der Lauf­ro­bo­ter Spot von Bos­ton Dyna­mics. Der­zeit wird getes­tet, wel­che kon­kre­ten Sen­so­ren sich für die­se Zwe­cke eig­nen. Eine Her­aus­for­de­rung ist den Anga­ben zufol­ge die enor­me Infor­ma­ti­ons­flut, wenn sich im Groß­teil der auf­ge­nom­me­nen Daten nichts signi­fi­kant am Gebäu­de geän­dert hat. Ziel sei, dass die auto­no­me Platt­form selbst ent­schei­det, was eine rele­van­te Ände­rung ist und dann nur die­sen neu­en Zustand auf­nimmt. Eine wei­te­re Hür­de: Vier­bei­ni­ge Robo­ter wie Spot könn­ten zwar sehr gut mit unweg­sa­mem Ter­rain und Stie­gen umge­hen sowie Hin­der­nis­sen aus­wei­chen, aber etwai­ge Sen­sor­auf­bau­ten wie Laser­scan­ner sei­en sehr emp­find­lich. Letzt­end­lich könn­te eine umfas­sen­de Doku­men­ta­ti­on bei End­ab­nah­me, Ver­gü­tung und Leis­tungs­er­fas­sung, Qua­li­täts­kon­trol­le oder als digi­ta­le Daten­grund­la­ge für Betrieb, Umbau und Rück­bau dienen.

Bei der Fer­ti­gung sei man aber noch „mei­len­weit weg von Stan­dar­di­sie­rung“. Zwar gebe es Bohr­ro­bo­ter, die geo­me­tri­sche Infor­ma­tio­nen aus dem digi­ta­len Modell als Basis nut­zen, teil­au­to­ma­ti­siert oder ganz auto­ma­ti­siert durch die Gegend fah­ren und Löcher boh­ren. Loh­nen wür­de sich das aber erst ab 10.000 Bohr­lö­chern, etwa in Tun­neln oder bei wirk­lich gro­ßen Objek­ten mit einer hohen Anzahl stan­dar­di­sier­ter Bohr-Situa­tio­nen. In mitt­le­ren und klei­ne­ren Pro­jek­ten sei nach wie vor der hän­di­sche Weg der schnellste.

„Schließ­lich muss man jedes Mal den Robo­ter posi­tio­nie­ren, ein­rich­ten und die Umge­bungs­si­tua­ti­on stö­rungs­frei hal­ten. Das ist mit Auf­wand ver­bun­den. Da braucht man ein­fach auch die Men­ge, um wirt­schaft­lich zu sein“, beschreibt der Geschäfts­füh­rer von Digi­tal Fin­det Stadt. Grund­sätz­lich könn­te man neben dem Boh­ren auch Schwei­ßen, Schrau­ben, Sprit­zen, Hal­ten und Sta­peln auto­ma­ti­sie­ren – „dem Robo­ter ist das egal“. Vor­aus­set­zung ist wie­der das digi­ta­le Modell, aus dem man die Infor­ma­tio­nen raus­zie­hen kann. „Aber es lohnt sich immer erst dann, wenn man stan­dar­di­siert sehr vie­le glei­che Pro­zess­schrit­te über­neh­men kann. Und in Öster­reich haben wir eher klei­ne und mitt­le­re Bau­wer­ke und kei­ne asia­ti­schen Verhältnisse.“

„Wir sind jetzt in einer Pilot­pha­se, in der vie­le Sachen aus­pro­biert wer­den“, stellt auch Bau­er fest. Vor allem die Kom­bi­na­ti­on von BIM, Cloud Tech­no­lo­gie und dem Inter­net der Din­ge (IoT) mache span­nen­de Pro­jek­te mög­lich, wie einen Bag­ger ans Inter­net anzu­bin­den. „Der 2D- oder 3D-Plan liegt in der Cloud und der Bag­ger kann das ohne Gefahr und auf allen Bau­stel­len auto­ma­tisch abgra­ben. Wenn klar wird, dass das geht, wird sich das schnell durchsetzen.“

Poten­zi­al beim 3D-Druck von Spezialbauteilen

Poten­zi­al gibt es laut Rob­bi beim 3D-Druck – zumin­dest in spe­zi­el­len Berei­chen wie der Beton­fer­ti­gung. Hier wür­den in Euro­pa eini­ge Pilot­pro­jek­te im mehr­ge­scho­ßi­gen Wohn­bau lau­fen. „Die Fir­ma Con­cre­te 3D druckt bei­spiels­wei­se Ein­zel­ele­men­te. Das geht viel schnel­ler und damit kos­ten­güns­ti­ger, als wenn man kom­pli­zier­te Scha­lun­gen ver­wen­den wür­de, die viel Zeit kos­ten. Da ist der 3D-Druck im Moment eine inter­es­san­te Alter­na­ti­ve zur teu­ren und zeit­auf­wen­di­gen Ein­zel­an­fer­ti­gung. Inwie­weit sich das durch­setzt, ist schwer zu sagen. Aber die­sen Anwen­dun­gen wird zumin­dest am meis­ten Poten­zi­al zugerechnet.“

In Öster­reich schon eta­bliert und digi­tal fort­ge­schrit­ten sei die modu­la­re Vor-Fer­ti­gung und dort beson­ders der Holz­bau-Bereich. „Hier gibt es einen sehr guten Auto­ma­ti­sie­rungs­grad. Das ist wirk­lich schon eine rich­ti­ge Indus­trie. Nicht wie in der Auto­mo­bil­in­dus­trie, wo alles die Robo­ter über­neh­men, aber es wer­den stan­dar­di­sier­te Fer­tig­bau­tei­le, Wän­de, Türen, Decken, bis hin zu gan­zen Raum­ein­hei­ten, etwa Nass­zel­len, pro­du­ziert“, so Robbi.

For­schungs­ro­bo­ter half bei Auf­bau von Labor

Beim Auf­bau eines Teils eines neu­en Roboter­la­bors der Uni­ver­si­tät für Boden­kul­tur (Boku) hat ein nun dort enga­gier­ter Indus­trie­ro­bo­ter selbst Hand ange­legt. Bei dem Greif­arm­sys­tem han­delt es sich laut Anga­ben der Uni um den größ­ten For­schungs­ro­bo­ter des Lan­des. Für die groß­teils aus Holz bestehen­de Ein­hau­sung des Robo­ters am Boku-Stand­ort in Groß-Enzers­dorf (NÖ) fer­tig­te das Gerät selbst Kom­po­nen­ten an.

 

„Wir hat­ten die Idee, dass der Robo­ter zuerst gelie­fert wird und dann die Tei­le für sei­ne Ein­hau­sung bereits selbst bear­bei­tet”, so der Lei­ter der Arbeits­grup­pe für res­sour­cen­ef­fi­zi­en­ten Hoch- und Inge­nieur­bau der Uni, Ben­ja­min Kro­mo­ser. Am neu­en Labor soll der Ein­satz neu­er Tech­no­lo­gien im Bau­sek­tor erforscht wer­den, der mit einem zuneh­men­den Fach­ar­bei­ter­man­gel zu kämp­fen habe. Dabei gehe es um digi­ta­li­sier­te Bau­pla­nung oder die auto­ma­ti­sier­te Umset­zung von Trag­struk­tu­ren aus Beton oder Holz. In einer sol­chen ope­riert nun der neue Indus­trie­ro­bo­ter. Ein Video zum Auf­bau­pro­zess ist unter https://​www​.you​tube​.com/​w​a​t​c​h​?​v​=​U​i​w​l​t​A​e​Z​-EE abrufbar.

Im Betrieb

Im Gebäu­de­be­trieb ist Bran­chen­ken­nern zufol­ge mit Abstand der gerings­te Digi­ta­li­sie­rungs­fort­schritt zu ver­zeich­nen. „Obwohl es ent­spre­chen­de Tools, eine gute Sen­so­rik, ein ver­nünf­ti­ges Moni­to­ring und eine intel­li­gen­te Daten­aus­wer­tung, schon sehr lan­ge gibt, pas­siert immer noch sehr wenig. Das ist jetzt wirk­lich nichts Neu­es und kei­ne Rocket Sci­ence. Aber vor­han­de­ne, eigent­lich eta­blier­te Tech­no­lo­gien wer­den immer noch nicht stan­dard­mä­ßig ange­wen­det“, stellt der Exper­te fest.

Grund dafür sei das The­ma Wirt­schaft­lich­keit. „Wenn der, der inves­tiert, direkt davon pro­fi­tiert, dann funk­tio­niert es. Solan­ge die Nut­zer ihre Mie­te oder die Betriebs­kos­ten bezah­len, hat der Eigen­tü­mer wenig Inter­es­se, in moder­ne Tech­no­lo­gien zu inves­tie­ren bezie­hungs­wei­se das Per­so­nal zu schu­len. Des­we­gen wer­den selbst ein­fa­ches Moni­to­ring und Aus­wer­tun­gen sehr stief­müt­ter­lich behan­delt“, erklärt Rob­bi. Oft wür­de auch in moder­ne Tech­no­lo­gien inves­tiert, die man dann aber im Betrieb nicht ein­setzt, weil die Betrei­ber schlicht­weg kei­nen mone­tä­ren Anreiz hät­ten, bei­spiels­wei­se ener­gie­ef­fi­zi­en­ter zu werden.

Künst­li­che Intel­li­genz sorgt für Behaglichkeit

Zu heiß, zu kühl, zu zugig: Die Behag­lich­keit in Räu­men ist wich­tig für die Men­schen, die sich dar­in befin­den. Wegen des indi­vi­du­el­len Emp­fin­dens lässt sich Wohl­be­fin­den bis­her jedoch weder ein­fach mes­sen, noch für alle opti­mal her­stel­len. Ein öster­rei­chi­sches Exper­ten­team unter der Lei­tung des Gra­zer Know-Cen­ter arbei­tet dar­an, die ther­mi­sche Behag­lich­keit in Büro­ge­bäu­den für mög­lichst vie­le zu opti­mie­ren und zugleich die Ener­gie­ef­fi­zi­enz zu steigern.

 

In dem von der For­schungs­för­de­rungs­ge­sell­schaft FFG geför­der­ten Pro­jekt „COM­FORT – Com­fort Ori­en­ta­ted and Manage­ment Focu­sed Ope­ra­ti­on of Room Con­di­ti­ons” wur­de unter ande­rem ein vir­tu­el­ler Sen­sor ent­wi­ckelt, der Behag­lich­keit mit­hil­fe von daten­ge­trie­be­nen KI-Model­len und Simu­la­ti­ons­mo­del­len berech­net. Ein­fluss­grö­ßen, wie Tem­pe­ra­tur oder Mas­sen­strö­me, wer­den aus der bestehen­den Gebäu­de­leit­tech­nik bezo­gen und gezielt mit zusätz­li­chen Mess­wer­ten eines neu ent­wi­ckel­ten, draht­lo­sen Sen­sor­netz­wer­kes kom­bi­niert. Die­ses besteht aus rund 40 Kno­ten mit jeweils meh­re­ren Sen­so­ren und misst ähn­li­che Grö­ßen, aber statt einem Mess­punkt pro Raum gibt es nun­mehr zehn oder noch mehr. Zusätz­lich wer­den noch Wet­ter­da­ten in die Daten­ba­sis aufgenommen.

 

Die Sili­con Aus­tria Labs (SAL) haben sich im Pro­jekt dem draht­lo­sen Sen­sor­netz­werk gewid­met. Know-Cen­ter, TU Graz und FH Salz­burg fokus­sier­ten auf die Daten­ana­ly­se und Simu­la­ti­on. Eine Über­sicht der For­schungs­er­geb­nis­se ist unter https://​www​.you​tube​.com/​w​a​t​c​h​?​v​=​9​u​L​r​S​k​Z​r​FE8 zu sehen.

Wenn es gelin­gen wür­de, die bestehen­den Gebäu­de zu über­wa­chen und an ein paar Stell­schrau­ben zu dre­hen, wären Ein­spa­run­gen beim Ener­gie­ver­brauch von 40 Pro­zent erziel­bar. „Die Gebäu­de wer­den in Zukunft noch intel­li­gen­ter, schlicht­weg aus der Tat­sa­che her­aus, dass die gan­ze Sen­so­rik und die Mög­lich­kei­ten der Daten­aus­wer­tung inzwi­schen preis­wer­ter und bes­ser sind. Licht­ver­hält­nis­se, Tem­pe­ra­tur, Feuch­tig­keit, CO2 bis hin zu Anwe­sen­hei­ten las­sen sich moni­to­ren. Das Gebäu­de wird sich dann den Bedürf­nis­sen anpas­sen. Das ist tech­nisch marktreif.“

Man kann Sen­so­ren zum Bei­spiel auch bei Was­ser­lei­tun­gen ein­bau­en, nennt Stöckl von der TU Graz ein wei­te­res Bei­spiel. Anhand der Geräu­sche, die inner­halb der Was­ser­lei­tung erkenn­bar sind, oder von Schwin­gun­gen, warnt eine künst­li­che Intel­li­genz, wenn ein Ven­til aus­zu­tau­schen ist. Behör­den in Aus­tra­li­en wür­den mit­tels KI ver­su­chen her­aus­zu­fin­den, wo in den Was­ser­lei­tungs­sys­te­men künf­tig eine Schwach­stel­le auf­tre­ten könn­te, um einen grö­ße­ren Scha­den zu vermeiden.

Smart­ness vom Gebäu­de­ty­pus abhängig

Wie smart und digi­tal Bau­pro­jek­te und Betrieb sind, hän­ge vor allem vom Gebäu­de­ty­pus ab, so Bau­er. Als Vor­rei­ter sieht der Sie­mens-Mana­ger bei­spiels­wei­se inter­na­tio­na­le Phar­ma­kon­zer­ne. „In der Woh­nungs­wirt­schaft gibt es von­sei­ten der Ent­wick­ler hin­ge­gen kein gro­ßes Inter­es­se, inno­va­tiv zu bau­en und die Betriebs­kos­ten nied­rig zu hal­ten, weil ohne­hin der Mie­ter zahlt und der Betrieb nicht kri­tisch ist. Ganz anders sieht das etwa bei Pro­duk­ti­ons­un­ter­neh­men aus: Die haben extrem hohe Betriebs­kos­ten, lau­fen teil­wei­se 24 Stun­den am Tag, sind extrem kri­tisch – eine Stun­de Still­stand kann in die Mil­lio­nen gehen – und da sind die Gebäu­de­be­sit­zer auch die Gebäudebetreiber.“

 

Im Prin­zip gehe es bei der Digi­ta­li­sie­rung immer um drei Sachen: Betriebs- bezie­hungs­wei­se War­tungs­kos­ten ver­rin­gern, Ener­gie­ef­fi­zi­enz und die Ver­bes­se­rung der Pri­mär­pro­zes­se. Was die Ener­gie­ef­fi­zi­enz betrifft, feh­le Gebäu­den oft noch die not­wen­di­ge Reak­ti­vi­tät. „Sie pas­sen sich nicht den Gege­ben­hei­ten an. Heu­te wer­den Gebäu­de im Vor­hin­ein pro­gram­miert: Am 13. März wird es 22 Grad haben und da wer­den sich so und so vie­le Leu­te im Gebäu­de auf­hal­ten. Der nächs­te Schritt wäre, dass sich das Gebäu­de an die Situa­ti­on anpasst, weil es nicht jedes Jahr am 13. März 22 Grad hat und viel­leicht vie­le im Home­of­fice sind. Damit das funk­tio­niert, muss ich das Gebäu­de einer­seits mit Sen­so­ren intel­li­gent machen und ande­rer­seits mit der Cloud ver­bin­den“, so Bauer.

 

Der drit­te Punkt sei die Ver­bes­se­rung der Pri­mär­pro­zes­se. Im Kran­ken­haus könn­ten zum Bei­spiel mit­tels IoT-Sen­so­ren die Bele­gung effi­zi­en­ter gestal­tet und der Pati­en­ten­durch­lauf erhöht wer­den. Durch Sen­der auf mobi­len Rönt­gen­ge­rä­ten oder Infu­si­ons­stän­dern wür­de man immer und schnell wis­sen, wo die­se gera­de sind. Außer­dem las­se sich so die Aus­las­tung abfra­gen und aus­wer­ten. „Viel­leicht braucht es nur 70 statt 100 Gerä­te. Ins­ge­samt hat man gerin­ge­re Inves­ti­ti­ons­kos­ten und weni­ger War­tungs­auf­wand. Dann kann man eine Ärz­tin mehr anstel­len“, streicht Bau­er hervor.

Aus­blick

„Wie der Bau­ar­bei­ter in 20 Jah­ren aus­sieht, kann ich nicht sagen, aber viel­leicht wird er von einem Exo-Ske­lett unter­stützt, viel­leicht lau­fen Arbeits­kräf­te mit Aug­men­ted Rea­li­ty-Bril­len her­um. Vor­aus­sicht­lich wer­den Droh­nen ver­mehrt ein­ge­setzt und Bil­d­er­ken­nung ist sicher­lich auch ein wich­ti­ger Punkt. Künst­li­che Intel­li­genz unter­stützt beim Ent­wurf von neu­en Gebäu­den und der Doku­men­ta­ti­on“, erwar­tet Stöckl. Er sei auf jeden Fall davon über­zeugt, „dass in Zukunft mehr und mehr die­ser Tech­no­lo­gien Ein­satz fin­den, weil sie immer kos­ten­güns­ti­ger werden“.

Bei der Robo­ter-Unter­stüt­zung für bestimm­te Arbeits­schrit­te stel­le sich der­zeit noch die Preis­fra­ge, so Rob­bi. Mit stei­gen­den Stück­zah­len wer­de sich das aber rasch ändern. „Künf­tig wer­den Mensch und Maschi­ne sehr eng zusam­men­ar­bei­ten, etwa beim Heben, Tra­gen, Fens­ter ein­rich­ten oder Türen ein­set­zen. Sprit­zen, Schwei­ßen und Boh­ren über­neh­men zum Teil die Robo­ter“, pro­gnos­ti­ziert der Experte.

In den Vor­der­grund rücken wür­de auch die Dis­kus­si­on um die ein­ge­setz­ten Mate­ria­li­en, Stich­wort Kreis­lauf­wirt­schaft. Zie­gel ver­kle­ben gehe dann nicht mehr. Und hier kommt wie­der die Digi­ta­li­sie­rung ins Spiel: „Es muss digi­tal erfasst wer­den, was im Gebäu­de ver­baut ist und ob man die Mate­ria­li­en wie­der­ver­wen­den kann. Dazu braucht es eine digi­ta­le Doku­men­ta­ti­on. Auf Papier ist das unmög­lich“, sagt Robbi.

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