Was ist digitales Bauen und wie verbessern digitale Technologien im Bauwesen die Produktivität?

Einführung in die digitale Architektur und Konstruktion

Digitales Bauen mag auf den ersten Blick ein relativ naheliegender Begriff sein. Erstaunlich ist, wie weit dieser Begriff gefasst ist und dass es keine allgemein anerkannte Definition des digitalen Bauens gibt. Der Hauptgrund dafür ist die Tatsache, dass digitales Bauen für praktisch jeden Beteiligten an einem Bauprojekt etwas anderes bedeutet, was es äußerst schwierig macht, herauszufinden, was der Begriff selbst insgesamt bedeutet.

Daher können wir die allgemeine Bedeutung des digitalen Bauens nur erahnen, bevor wir uns mit den spezifischen Details befassen. Digitales Bauen ist ein Prozess, bei dem verschiedene Phasen eines Bauprojekts durch den Einsatz verschiedener digitaler Tools und/oder Anwendungen während der Erstellung des Projekts verbessert werden.  In der abstraktesten aller Definitionen besteht der Zweck des digitalen Bauens darin, das gesamte Arbeitsumfeld für die verschiedenen Projektphasen zu verbessern – die Zusammenarbeit zu verbessern, die Effizienz zu steigern, eine sicherere Umgebung zu schaffen, und so weiter.

Dieser Prozess kann auch eine Vielzahl verschiedener Formen annehmen, einschließlich der banalsten Lösungen (Skype, Whatsapp usw.) oder einiger spezifischerer Lösungen oder Software – Projektmanagement-Software, CAD-Plattformen, Lösungen für das Bauleitung usw. Selbst einige der kompliziertesten Spitzentechnologien können als Teil des Bereichs «digitale Architektur und Bauwesen» betrachtet werden, wenn sie für das betreffende Bauprojekt von Vorteil sind – dazu gehören Robotik, künstliche Intelligenz, der Einsatz von Drohnen (oder unbemannten Luftfahrzeugen, wie sie manchmal genannt werden) für die Überwachung/Scannung vor Ort, 3D-Druck und so weiter.

Warum ist die Digitalisierung des Bauwesens eine Notwendigkeit?

Gleichzeitig geht es beim digitalen Bauen nicht nur darum, technologische Fortschritte zu nutzen, um die Projektergebnisse zu verbessern. Ein kultureller Wandel ist ebenfalls ein wichtiger Teil dieses Prozesses, da neue Technologien oft Fähigkeiten und Fortschritte bieten, die bisher nicht genutzt wurden, und damit Möglichkeiten für neue und ungewöhnliche Geschäftsmodelle schaffen, die genutzt werden können.

Viele Unternehmen wären ohne technologische Fortschritte sowohl innerhalb als auch außerhalb ihres spezifischen Marktes nicht aufrechtzuerhalten, wie z.B. die taggleiche Lieferung von Amazon sowie Unternehmen wie Uber und Airbnb. Was die Baubranche im Besonderen betrifft, so war eine der größten Veränderungen, die das digitale Bauen insgesamt mit sich brachte, die Popularisierung von BIM (Building Information Modeling), einem Ansatz, der viel mehr auf Projektzusammenarbeit setzt als alle zuvor existierenden Bautaktiken.

Der gesamte Begriff ist eine weit gefasste Annahme, die auf dem kollektiven Wissen darüber beruht, wie er die Baubranche verändert hat. Die Verwendung des Wortes «Bau» in diesem Begriff ist nicht ganz korrekt, da dieser besondere Prozess auf jede Projektphase angewendet werden kann, von den frühesten Entwurfsstadien bis hin zur Wartung nach dem Bau und allem dazwischen. Das Wort «digital» ist in gewisser Weise sogar noch unspezifischer und kann je nach Kontext, in dem es verwendet wird, eine Vielzahl unterschiedlicher Definitionen haben.

Da dieser Begriff sehr weit gefasst ist, ist es ziemlich schwierig, alles abzudecken, was er bedeuten kann. Das liegt an der schieren Anzahl der verschiedenen Parteien, die an einem durchschnittlichen Bauprojekt beteiligt sind, wobei das digitale Bauen die Ergebnisse jeder einzelnen von ihnen auf eine ganz bestimmte, oft einzigartige Weise verbessern kann.

Sind digitales Engineering und digitale Konstruktion derselbe Prozess?

Digitales Engineering und digitales Bauen sind nicht die gleichen Begriffe, auch wenn sie Ähnlichkeiten aufweisen. Der größte Unterschied liegt im Umfang – die digitale Konstruktion wird auf das gesamte Projekt angewendet, von Anfang bis Ende. Im Gegensatz dazu ist das digitale Engineering ein Prozess, der hauptsächlich in der Entwurfsphase stattfindet und verschiedene Infrastrukturfragen für das ursprüngliche Projektmodell abdeckt. Dieses Modell wird später für den Bau verwendet, weshalb das digitale Engineering ebenfalls wichtig ist.

Digitale Bauingenieure

Jedes Bauprojekt ist ein gewaltiges Unterfangen mit vielen verschiedenen Elementen und Faktoren, die es zu berücksichtigen gilt. Hinzu kommt, dass viele Bauunternehmen dazu neigen, mit mehreren Bauprojekten gleichzeitig zu jonglieren – und es ist leicht zu verstehen, warum jede drastische Veränderung in dieser Branche extrem schwer umzusetzen ist.

Deshalb gibt es jetzt eine völlig neue Position für Unternehmen, den «digitalen Bauingenieur». Es ist leicht zu verstehen, was diese Position mit sich bringt – nämlich sicherzustellen, dass neue Technologien bei Bauprojekten implementiert und regelmäßig eingesetzt werden. Eine Person in dieser Position sollte sich mit verschiedenen Softwareanwendungen auskennen, darunter auch mit den neuesten technologischen Fortschritten. Sie müssen auch mit allen Projektbeteiligten zusammenarbeiten, um sicherzustellen, dass die neuen Technologien wie vorgesehen eingesetzt werden.

Viele dieser Fähigkeiten konzentrieren sich jedoch auf die Verwaltung aller Vorgänge innerhalb des Bauprojekts mit Hilfe modernster Software. Hier kommt das Thema des digitalen Baumanagements ins Spiel.

Digitales Bauleitung

Dieser Begriff ist genauso vage wie «digitales Bauleitung». Man braucht eine Menge Kontext für jede mögliche Perspektive, damit er einigermaßen relevant ist. Wir können jedoch sagen, dass sich das digitale Bauleitung auf Fortschritte in der Technologie bezieht, die bei der Bewältigung bestimmter Aufgaben helfen können.

Diese Fortschritte konzentrieren sich in der Regel auf digitale Bauleitungsplattformen – Softwareanwendungen und Serviceplattformen, die mit Hilfe neuester Technologien und Methoden umfassende Projektmanagementfunktionen bieten. Eine solche Plattform hat in der Regel viele Vorteile gegenüber traditionelleren Managementstrategien. Drei der größten Vorteile sind eine bessere Projektverfolgung, Transparenz und Zusammenarbeit.

Eine bessere Projektverfolgung wird durch integrierte Tools für die Qualitätskontrolle, die Terminplanung, die Budgetverfolgung und alle anderen Aspekte eines Projekts erreicht. Eine bessere Transparenz wird dadurch erreicht, dass jedes Teammitglied jederzeit in der Lage ist, den aktuellen Stand des Projekts zu sehen, was dazu beiträgt, Verzögerungen zu vermeiden, Probleme zu erkennen und so weiter. Auf der anderen Seite wird eine bessere Zusammenarbeit erreicht, da die Projektbeteiligten über eine digitale Bauleitungsplattform auf einfache Weise Informationen austauschen können, was eine viel bessere Koordination als je zuvor ermöglicht.

Wie Sie sehen, werden viele dieser Vorteile üblicherweise mit den Vorteilen von Building Information Management Software beschrieben – hier wird ein sehr ähnliches Konzept verfolgt, aber es gibt auch Unterschiede. Digitale Bauleitungssoftware ist in ihren Möglichkeiten breiter angelegt, bietet BIM-bezogene Vorteile und fungiert als vernetzte Datenumgebung, zusammen mit anderen möglichen Vorteilen für das Projekt.

Es ist jedoch erwähnenswert, dass BIM zwar heute populärer ist als je zuvor, viele Unternehmen es aber immer noch nur in den frühesten Projektphasen einsetzen, die sich mit dem Entwurf und der Vorplanung befassen. Damit eine BIM-Lösung ihr volles Potenzial entfalten kann, müssen alle Projektbeteiligten die Absicht haben, zusammenzuarbeiten, zu interagieren und regelmäßig zusammenzuarbeiten – so kann BIM zu einem echten zentralen Ort werden, der über alle Informationen zum Projekt verfügt und in jeder Phase der Projektrealisierung, vom Entwurf bis zur Wartung nach dem Bau, auf unzählige verschiedene Arten genutzt werden kann.

Die Fähigkeit, einen digitalen Zwilling des physischen Gebäudes zu erstellen, ermöglicht es den Teilnehmern des Bauprojekts, sich schneller und einfacher als je zuvor mit verschiedenen Problemen auseinanderzusetzen. Dies gilt sowohl für anfängliche Probleme, die während der Entwurfsphase auftreten, als auch für alle Probleme, die später während des Bauprozesses auftreten können.

BIM als Technologie hat ein großes Potenzial, wenn sie richtig eingesetzt wird. Der Unterschied zwischen einer einfachen BIM-Implementierung und einem vollwertigen BIM-gestützten Bauprozess kann gewaltig sein, da viele Vorteile davon abhängen, dass Bauunternehmer und Subunternehmer regelmäßig mit einem BIM-Modell interagieren und nützliche Informationen hinzufügen, während sie dasselbe Modell auch zur Verbesserung ihrer eigenen Effektivität nutzen.

Cloud als Technologie im digitalen Bauwesen

Eines der wichtigsten Argumente für die Einführung der Cloud in der Baubranche ist die gemeinsame Nutzung von Daten durch verschiedene Parteien. Der Datenaustausch mit dem Konstruktionsteam kann zum Beispiel ein wahrer Albtraum sein, da die meisten dieser Teams von vornherein aus der Ferne arbeiten. In diesem Zusammenhang ist die Nutzung der Cloud als Kommunikationswerkzeug eine großartige Möglichkeit, einen einfachen und bequemen Kommunikationskanal zu schaffen.

Die Akzeptanz der Cloud zeigt eine äußerst positive Dynamik, und das schon seit einer Weile. Das ist eine fantastische Nachricht, wenn man bedenkt, wie viele Vorteile die Cloud als Technologie mit sich bringt.

Argumente für das digitale Bauen

Da die Pandemie einer der größten Katalysatoren für Unternehmen ist, sich dem Konzept des digitalen Bauens zuzuwenden, gibt es immer noch viele Zweifel an diesem besonderen Ansatz gegenüber den bestehenden Techniken und Methoden. Um diese Zweifel zu zerstreuen, stellen wir Ihnen hier einige Vorteile der Digitalisierung des Bauwesens vor:

Geschäftsverschlankung

Die Digitalisierung im Bauwesen wird zu einer neuen Norm für die Baubranche werden; dieser Prozess ist mehr oder weniger unvermeidlich – und er hat bereits begonnen. Jeder technologische Fortschritt, den Sie vor Ihrer Konkurrenz nutzen können, ist ein enormer Schub für den Erfolg Ihres Unternehmens – Tools zur Automatisierung von Arbeitsabläufen, Drohnen, ERP-Systeme und Roboter sind nur einige Beispiele dafür, wie sich die digitale Transformation bereits auf die gesamte Branche auswirkt. Den Prozess der Umstellung auf die Rationalisierung Ihres Unternehmens eher früher als später zu beginnen, ist für jedes Unternehmen im Moment ein reines Vorteilsprojekt.

Workflow-Verbesserungen

Die Verbesserung der Arbeitsabläufe ist ein ständiger Kampf für fast jedes Unternehmen im Bauwesen. Die Verbesserung dieser Arbeitsabläufe ist für jeden ein großer Vorteil – und ein massiver Vorteil digitaler Technologien im Bauwesen insgesamt, da sie Transparenz für den gesamten Arbeitsablauf und mehr Möglichkeiten zur Datenintegration bieten. Einige Lösungen bieten Hilfe bei der E-Mail-Verfolgung, bei der Bearbeitung von Aufträgen und Mitteilungen und vielem mehr.

Branding

Branding ist nicht das offensichtlichste Beispiel für digitales Bauen, aber es kann dennoch ein großer Vorteil sein. Da ein Großteil der Digitalisierung im Bauwesen darauf abzielt, dem Kunden ein besseres Enderlebnis zu bieten, haben Unternehmen, die den Vorteil des digitalen Bauens bereits implementiert haben, bessere Chancen, mehr Kunden zu gewinnen, da dieser Trend immer beliebter wird und irgendwann zu einem neuen «normalen» Trend wird.

Bewegung hin zu Cloud-Diensten

Der Begriff «Cloud» war für viele Branchen der Vorbote von Innovationen, so auch für das Baugewerbe. Sie ermöglicht allgemeine Verbesserungen in Bezug auf die Ressourcennutzung und bietet gleichzeitig die Möglichkeit, wichtige Daten außerhalb des physischen Standorts des Unternehmens sicher zu speichern, was die Sicherheit erhöht und die Belastung durch die Aufrechterhaltung physischer Dienste an Ihrem aktuellen Standort oder in dessen Nähe verringert. Der Einsatz der Cloud verbessert alle Parameter, von der allgemeinen Arbeitsleistung bis hin zu spezifischen Aspekten des Managements von Bauunternehmen, und bietet eine großartige Möglichkeit für Unternehmen, ihrer Konkurrenz voraus zu sein.

Automatisierung

Die Einführung neuerer Technologien ist seit langem eine bewährte Methode, um der Konkurrenz voraus zu sein, und das gilt auch für das Baugewerbe. Viele zeitraubende und sich wiederholende Aufgaben in dieser Branche können zumindest teilweise automatisiert werden, was die Gesamtproduktivität enorm steigert. Dadurch gewinnen auch Branchenexperten und Fachleute Zeit, um mehr zum Gesamterfolg eines Projekts beizutragen.

Zusammenarbeit und Kommunikation

Die Möglichkeit, alle Beteiligten jederzeit auf dem Laufenden zu halten, ist an sich schon ein enormer Vorteil, und die Möglichkeit, den Fortschritt eines Projekts zu überwachen, macht es viel einfacher, das Versäumen von Fristen zu vermeiden. Gleichzeitig verbessert das Fehlen von Kommunikationsbarrieren zwischen verschiedenen Parteien die Zusammenarbeit, was zu besseren Gesamtergebnissen für jedes Projekt führt.

Klarheit und Gewissheit

Verwirrung kann ein überraschend großes Problem für ein Bauprojekt sein, besonders wenn die Kommunikation zwischen den verschiedenen Abteilungen nicht so gut ist, wie sie sein könnte. Da digitale Technologien im Baugewerbe die Zusammenarbeit stark fördern, sorgt eine nahtlose Kommunikation dafür, dass das Projekt als Ganzes viel klarer ist als zuvor, vor allem wenn die Interaktion zwischen den Teams aus der Ferne erfolgt, wie es in der Branche derzeit de facto der Standard ist.

Wie wirkt sich das digitale Bauen auf jede Phase des Bauprozesses aus?

Building Information Modeling ist ein wesentlicher Bestandteil des digitalen Bauens insgesamt. Es bietet die Möglichkeit, die Ergebnisse jedes Teils des Bauprozesses zu verbessern, von den frühesten Phasen des Entwurfsprozesses bis hin zur baulichen Überwachung eines bereits fertiggestellten und an den Kunden übergebenen Gebäudes.

Noch bevor der erste Entwurfsprozess beginnt, gibt es einen wichtigen Schritt, der die Überwachung der zukünftigen Baustelle einschließt – sie erfolgt in der Regel über Luftbildaufnahmen, Laserscanning oder sogar mobiles Scannen. Alle diese Daten können sofort in das BIM-System übertragen werden, so dass es über aktuelle Informationen über die Baustelle verfügt, einschließlich möglicher Komplikationen, die auftreten können.

Der Rest der Entwurfsphase folgt der gleichen Idee. Es wird ein digitales Modell erstellt, das leicht zwischen verschiedenen Parteien ausgetauscht werden kann, um sicherzustellen, dass es genau so ist, wie der Kunde es wünscht – einschließlich der Möglichkeit, die gesamte zukünftige Struktur in 3D mit Technologien wie der virtuellen Realität zu überblicken. Dasselbe Konzept erleichtert auch die Durchführung verschiedener informativer Designentscheidungen und die allgemeine Konzeptüberprüfung durch den Kunden.

Zu Beginn des eigentlichen Bauprozesses kommt ein weiterer Vorteil von BIM zum Tragen. Sowohl Bauunternehmer als auch Subunternehmer können das aktuelle Projektmodell, einschließlich des Layouts, problemlos einsehen, um fundiertere Entscheidungen zu treffen. Einige der fortschrittlicheren Maschinen ermöglichen es auch, BIM-Modelle als Daten in die betreffende Maschine hochzuladen, so dass ein Teil der Bauarbeiten automatisch von der Maschine selbst durchgeführt werden kann. Die Kommunikation von Maschine zu Maschine bietet in diesem Zusammenhang oft Ergebnisse, die sowohl schneller als auch präziser sind als manuell gesteuerte Alternativen.

Dies bietet eine noch nie dagewesene Präzision für das Bauprojekt und senkt das Unfallrisiko, wenn menschliche Arbeiter in der Nähe der aktiven Maschinen arbeiten. Das ist aber nicht die einzige Möglichkeit, wie das BIM-Modell hier von Nutzen sein kann, denn es hilft auch bei vielen anderen, spezifischeren Aufgaben. Eine solche Aufgabe ist das MEP-Engineering.

MEP-Ingenieure profitieren in hohem Maße von der Existenz von BIM-Modellen, da sie bei ihrer Arbeit datenreiche 3D-Modelle verwenden können, um MEP-Komponenten im Kontext der Platzierung von Wänden und Säulen eines Gebäudes zu platzieren. Dasselbe Modell kann auch während des Bauprozesses mehrfach verschiedene as-built-Prüfungen durchführen und bietet so viele Möglichkeiten, potenziell katastrophale Fehler zu erkennen und zu beheben, bevor sie sich auf das Projektergebnis auswirken können.

Abgesehen vom Gebäude selbst kann ein BIM-Modell auch bei der Planung und Erstellung der unterstützenden Infrastruktur helfen – Eisenbahnen, Tunnel, Brücken, Straßen und mehr. Die digitale Baustellendokumentation kann in diesen Fällen mit etwas so Einfachem wie einem Mobiltelefon durchgeführt werden, das anderen Projektbeteiligten sachliche Informationen liefert.

Was die sachlichen Informationen betrifft, so ist es wichtig zu erwähnen, dass das BIM-Modell während der gesamten Bauphase des Projekts mit Echtzeit-Strukturüberwachung immer aktualisiert wird. Ein sehr ähnlicher Prozess wird auch nach der Fertigstellung des Projekts und regelmäßig während des gesamten Lebenszyklus des Projektergebnisses durchgeführt.

Viele Branchenexperten neigen dazu, zu vergessen, dass das BIM-Modell nicht völlig nutzlos wird, sobald das betreffende Projekt abgeschlossen und übergeben ist, denn dasselbe Modell kann verwendet werden, um den Gesamtzustand des Bauwerks in verschiedenen Phasen seines Lebenszyklus zu überwachen. Einige Systeme können sogar Warnmeldungen für die Beteiligten erstellen, wenn der Gesamtzustand des Bauwerks unter dem erwarteten Grenzwert liegt.

Überraschenderweise kann ein BIM-Modell dem Gebäude auch am Ende seines Lebenszyklus helfen, indem es eine Fülle von Informationen über den aktuellen Zustand des Bauwerks und andere Informationen bietet, die für den Abriss oder die Sanierung erforderlich sind, je nach Wahl des Eigentümers.

Warum ist das digitale Bauen so beliebt?

Die Digitalisierung wird für die Baubranche schon seit einiger Zeit als unausweichlich angesehen, denn die besagte Branche ist eine der konservativsten auf dem Planeten. Während viele verschiedene Arbeitsbereiche schon vor langer Zeit mit der Digitalisierung begonnen haben, gab es in der Baubranche ein ganz bestimmtes weltweites Ereignis, das viele Experten als Katalysator für plötzliche massive Veränderungen in genau dieser Branche ansehen. Dieses eine Ereignis war der Beginn der COVID-19-Pandemie.

Das soll natürlich nicht heißen, dass das Baugewerbe nicht auch schon vor diesem Ereignis mit Problemen zu kämpfen hatte. Jedes Bauprojekt ist ein gewaltiges Unterfangen mit Dutzenden von Auftragnehmern und Subunternehmern, engen Fristen, begrenzten Budgets, strengen behördlichen Auflagen, Sicherheitsbedenken vor Ort und so weiter.

Das Problem der qualifizierten Arbeitskräfte war auch schon seit einiger Zeit präsent – eine Umfrage der National Association of Home Builders aus dem Jahr 2019 ergab, dass das Durchschnittsalter der Bauarbeiter bei 41 Jahren liegt. Nach dieser Logik werden bis zum Jahr 2029 viele erfahrene Arbeitskräfte in den Ruhestand gehen, und die Zahl der Nachwuchskräfte in der Branche insgesamt scheint nicht auszureichen, um dies zu kompensieren – denn verschiedene technologische Fortschritte haben dazu geführt, dass sich viele junge Menschen für andere Branchen als das Baugewerbe entscheiden.

Natürlich ist dieses Problem auch in anderen Ländern, nicht nur in den USA, weit verbreitet. So hat eine Untersuchung des Grattan Institute in Australien ergeben, dass bei fast jedem zweiten Eisenbahn- oder Straßenbauprojekt Budgetüberschreitungen von mindestens 30% oder mehr zu verzeichnen waren. Diese Statistiken werden noch erschreckender, wenn Sie bedenken, dass nur Projekte mit einem geschätzten Budget von 1 Milliarde AUD oder mehr in diese Analyse einbezogen wurden.

Was das allgemeine weltweite Bild betrifft, so gab es auch einen CRUX Insight Bericht aus dem Jahr 2021, der über 1400 Projekte auf der ganzen Welt untersuchte und zu dem Ergebnis kam, dass der durchschnittliche Wert der Schadensersatzforderungen fast 50 % der veranschlagten Investitionsausgaben betrug, während Schadensersatzforderungen im Zusammenhang mit Zeitverlängerungen ein durchschnittliches Bauprojekt um etwa 70 % länger machten als ursprünglich veranschlagt.

Angesichts dieser vielen Probleme in der Branche an so vielen verschiedenen Fronten und der allgemeinen Problematik einer globalen Pandemie, die praktisch aus dem Nichts auftauchte, hatte die Bauindustrie keine andere Wahl, als sich in beschleunigtem Tempo auf die Digitalisierung des Bauwesens zuzubewegen, wohl wissend, dass das Versäumnis, sich unter diesen Umständen zu verbessern, selbst einige der größten Akteure in diesem Bereich in den Ruin treiben könnte, da die schiere Menge an verpasstem Potenzial, das mit verschiedenen digitalen Lösungen zumindest teilweise gelöst werden könnte, zu groß ist.

Abschließend

Digitale Technologien im Bauwesen können für die Baubranche einen gewaltigen Sprung nach vorn bedeuten, wenn die Unternehmen bereit wären, sich darauf einzulassen, zuzugeben, dass es Probleme gibt und dass dies ein Weg sein kann, sie zu lösen. Natürlich kann die Einführung völlig neuer Technologien ein extrem teures Unterfangen sein, vor allem für größere Unternehmen, aber durch die allgemeinen Projektverbesserungen wird sich diese Investition früher oder später auszahlen. Das «früher» könnte auch schneller eintreten, als die Unternehmen erwarten, wenn man bedenkt, wie viel Geld und Zeit die Bauindustrie seit Jahrzehnten verloren hat.