Wie Digitalisierung und Nachhaltigkeit die Bauwirtschaft der Zukunft prägen

Von Michael Kiy, Director Innovation Management, Siemens Smart Infrastructure

1. Digitale Gebäudeplanung

Moderne Gebäude werden schon heute oft zweimal gebaut – einmal am Computer, und erst dann in der physischen Welt. Das Zauberwort, das die Tür in die Zukunft der Gebäudeplanung aufgestoßen hat, heißt BIM – Building Information Modeling (BIM).

Die digitale Planung mit BIM gibt der Bauherrschaft wesentlich mehr Kontrolle über ihr Projekt. Tatsächlich kann sie dank BIM ihr Gebäude nämlich schon während der Planung virtuell «begehen». Möglich macht das ein detailliertes virtuelles Modell des Gebäudes: der digitale Zwilling.

Das virtuelle Modell erlaubt es der Bauherrschaft, Realisierungsvarianten in 3D zu begutachten und Feedback zu geben. Dabei kann sie auch finanzielle Faktoren berücksichtigen: Im digitalen Zwilling sind die Kosten jeder Planungsmaßnahme hinterlegt. Daher ist immer ersichtlich, wie sich eine bestimmte Änderung auf den Preis auswirkt.

Auf Grundlage der Rückmeldungen der Bauherrschaft und anderer Stakeholder nehmen die Planenden Anpassungen am Projekt vor, die dann erneut begutachtet werden können. Diese Iterationszyklen sind kurz und kostengünstig, weil Algorithmen den Planenden viel Arbeit abnehmen. Wird etwa bei der Planung eines Krankenhauses die Raumgröße reduziert, passt ein Algorithmus die Wände im virtuellen Modell aufgrund vordefinierter Kriterien automatisch an. Dasselbe gilt für andere Details, etwa die Anzahl und Position der Brandmelder. Dadurch steigt die Planungssicherheit und -effizienz. Denn am digitalen Zwilling kann gewerkeübergreifend transparent geplant werden. Damit lassen sich Fehler vermeiden, Gewerke optimal aufeinander abstimmen und Kosten jederzeit aktuell ausweisen. Dieser Trend wird sich verstärken und die Gebäudeplanung nicht nur transparenter, sondern auch effizienter und kostengünstiger machen.

2. Kooperation am digitalen Zwilling

Damit die digitale Planung ihre Vorteile ausspielen kann, müssen die verschiedenen am Bau beteiligten Akteure ihre Daten teilen und gemeinsam nutzen – nur dann kann Transparenz über den gesamten Planungs- und Bauprozess hergestellt werden.

Vorbild für diese Prozesse sind Software-Entwicklungsplattformen wie Github oder Gitlab. Diese ermöglichen, dass mehrere Programmierer gemeinsam an einem Projekt arbeiten. Die Software verwaltet alle Eingaben, und alle Änderungen sind für alle nachvollziehbar.

So weit ist die Baubranche noch nicht. Viele Beteiligte arbeiten noch mit zweidimensionalen Plänen oder verschieben die BIM-Daten mit großen Anpassungsverlusten in andere Systeme. Die angestrebte Transparenz über den gesamten Planungsprozess ist derzeit noch Zukunftsmusik.

Offen ist zudem, wie sich bei diesem neuen Ansatz Aufwände verrechnen lassen, wenn die Beteiligten ihre Gewerke gemeinsam mit anderen planen. Gefragt sind neue Ansätze. So könnte beispielsweise der Gebäudebesitzer, der bei der Betriebsoptimierung vom digitalen Zwilling profitiert, die Planenden, die ihn erstellt haben, für diesen Mehrwert entschädigen. 

3. Digitales Projektmanagement

Wenn der digitale Gebäudezwilling steht, geht es um die Frage, in welchen Schritten das physische Gebäude gebaut wird. Heute wird die Ablaufplanung vom Projektplanenden festgelegt. Sie basiert auf Erfahrung, ist meist ungenau und lässt sich nur schwer anpassen, wenn es in einem Teilschritt zu Verzögerungen kommt.

Die Digitalisierung verspricht für das Projektmanagement einschneidende Verbesserungen. So arbeitet beispielsweise das US-amerikanische Unternehmen Alice Technologies daran, diesen Prozess komplett zu automatisieren. Dabei erlernt der Computer die ideale Abfolge der Projektschritte – und erstellt anhand der BIM-Daten selbstständig Projektpläne. Diese können blitzschnell aktualisiert werden, falls irgendwo Verzögerungen auftreten. Damit ist sichergestellt, dass die bestmögliche Abfolge gewählt wird. Bereits heute können laut Firmenangaben mit dieser Lösung bei der Gebäuderealisierung durchschnittlich 11% der Kosten und 17% der Zeit eingespart werden.

In Zukunft dürfte das computergestützte Projektmanagement noch weiter verfeinert werden. Das wiederum könnte die Art und Weise verändern, wie Aufträge in Bauprojekten vergeben werden: So ließen sich auch kleine Projektschritte wie etwa die «Installation der Raumbediengeräte wie Thermostate» als Arbeitspakete über eine App zu einem vorgegebenen Preis ausschreiben – ähnlich wie die Firma Uber ihren Fahrern Aufträge anbietet. Damit hätten auch kleine, lokale Installateure die Chance, sich am Bau zu beteiligen. Auch die Qualitätskontrolle könnte durch "Reviews und Feedback" über eine solche App sichergestellt werden.

4. Ressourcenschonend bauen 

Der Bau von Gebäuden ist ressourcenintensiv und alles andere als klimafreundlich: Jährlich werden rund 4,4 Mrd. t Zement produziert – dabei wird in etwa so viel CO₂ freigesetzt wie in 700 Kohlekraftwerken.

Um den ökologischen Fußabdruck von Gebäuden und Infrastrukturen zu verringern, ist ein nachhaltiger Umgang mit Baustoffen entscheidend. Zum einen muss mehr Baumaterial wiederverwertet werden. Ansatzweise ist das bereits heute der Fall. So wird eine bestehende Betonhülle nicht mehr gesprengt und neu gebaut, sondern in die Planung des neuen Gebäudes einbezogen oder als Füllmaterial wiederverwendet. Zum anderen müssen vermehrt alternative Baustoffe wie Holz zum Einsatz kommen, die klimafreundlicher sind.

Auch neue Technologien können zu ressourcenschonenderem Bauen beitragen. So verspricht der 3D-Druck nicht nur effizientere Prozesse, sondern auch eine massive Reduktion des ökologischen Fußabdrucks, weil sich in additiver Fertigung neue Formen drucken lassen, die mit weniger Baumaterial auskommen, ohne Kompromisse bei der Stabilität zu machen.

5. Roboter auf der Baustelle

Als weiteren Trend lässt sich schon heute der Einsatz von Robotern erkennen: Bereits im Einsatz sind beispielsweise Bohrroboter von Schindler oder Hilti, die nach Datenvorgaben selbstständig Löcher in den Beton bohren. Roboter werden auch bereits genutzt, um aus alternativen Baustoffen komplexe Strukturen zu fertigen.

Erhöhter Kostendruck wird zu mehr industriellem Bauen führen. Mit neuen digitalen Fertigungsmethoden können Bauteile individuell und «on demand» hergestellt werden. Weil in Zukunft mehr Elemente in die Vorfabrikate integriert werden können – beispielsweise elektrische Komponenten –, wird es auf der Baustelle der Zukunft vermehrt darum gehen, vorgefertigte Elemente zusammenzufügen.

6. Datenbasierter Gebäudebetrieb

In der Nutzungsphase des Gebäudes wird für Heizen, Kühlen und Warmwasseraufbereitung am meisten Energie benötigt. Ein intelligentes Gebäude der Zukunft verfügt über Sensoren und intelligente Steuerungen, um den Betrieb der gebäudetechnischen Anlagen so effizient wie möglich zu machen. Dabei berücksichtigt es auch das Verhalten und die Bedürfnisse der Gebäudenutzenden: Wo sich beispielsweise niemand aufhält, muss auch nicht geheizt werden. Dabei bezieht das intelligente Gebäude Wetterprognosen und die Verfügbarkeit erneuerbarer Energie – etwa von der PV-Anlage auf dem Dach – in sein Verhalten mit ein. 

Die Daten, die im intelligenten Gebäude erfasst werden, lassen sich durch Algorithmen auswerten, um das Gebäudemanagement zu optimieren: Wenn Abweichungen auftreten, wird der Facility Manager informiert, so dass er entscheiden kann, was zu tun ist. Die Daten werden standardisiert verfügbar sein und es wird Applikationen geben, welche die Daten verarbeiten und Mehrwerte anbieten, wie etwa Energie-Einsparungen. Diese Applikationen können in einem virtuellen Marktplatz zur Verfügung stehen, und die Kunden können diejenigen auswählen, die ihren Zwecken am besten dienen.

7. Das Auto als Stromspeicher

Im intelligenten Gebäude werden Energiespeicher eine größere Rolle spielen, als sie es heute tun. Das Elektroauto wird dabei eine wichtige Rolle übernehmen: Wenn es tagsüber auf dem Parkplatz am Arbeitsplatz steht, erhält es beispielsweise Solarstrom und wird geladen. Der gespeicherte Strom kann dann abends zu Hause genutzt werden. Intelligente Systeme stellen sicher, dass die Batterie noch genügend geladen ist, um am nächsten Tag wieder zur Arbeit fahren zu können. Ist im Kalender ein Termin weiter auswärts vermerkt, wird die Entladung früher gestoppt, damit der Ort gut erreicht werden kann.

Solche Vernetzungen von Daten der Verbraucher und der Energieerzeugung ermöglichen die optimale Ausnutzung der erneuerbaren Energien und werden für eine nachhaltige Energieversorgung eine wichtige Rolle spielen. Durch solche Energieoptimierungen werden sich auch neue Geschäftsmodelle ergeben. So könnte man überschüssigen Strom gegen eine Vergütung dem Nachbarn abtreten. Allerdings bestehen für solche Lösungen derzeit noch hohe bürokratische und politische Hürden.

Ausblick

Obwohl Technologien und Materialien für eine nachhaltigere und intelligentere Bau- und Immobilienwirtschaft bereits existieren: Der Weg in die Zukunft des Bauens ist reich an Hindernissen. Viele Unternehmen sehen heute noch keinen Anreiz, aktiv Veränderungen voranzutreiben. Regulative Vorgaben und historisch gewachsene Strukturen behindern teilweise den Fortschritt. Und solange der Kostendruck nicht hoch genug ist, wird die Automatisierung des Bausektors nicht vorangehen. Auf Dauer wird das Festhalten am Status Quo jedoch kein taugliches Konzept sein. Der Fortschritt und Digitalisierung setzten sich bekanntlich durch, wie Beispiele aus dem Druckbereich, der Fotografie oder auch der Musikindustrie deutlich gezeigt haben.

Die gute Nachricht ist: Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, um die Baubranche zu modernisieren. Software-Entwickler, Start-ups und moderne Technologien können und werden noch vieles revolutionieren – wir stehen heute erst am Anfang.

Zum Autor

Michael Kyi ist Director of Innovation bei Siemens Smart Infrastructure, Mitglied des Expert Board von Electrosuisse und Mitglied im Organisationskomitee des schweizerischen Gebäudetechnik-Kongresses und des Forum Smart Home.