Bauen 4.0: So realisieren Sie die Digitalisierung der Baustelle

Verschiedenste Lebensbereiche und auch Branchen werden bereits durch digitale Lösungen nachhaltig unterstützt. Das Baugewerbe kann dadurch von vielen erprobten Innovation profitieren. Die Herausforderung steckt allerdings im Detail. Digitale Konzepte sind auf der Baustelle gar nicht so einfach umzusetzen. Wo die Entwicklung gerade steht und, wie Sie das Bauen 4.0 auch auf Ihrer Baustelle erfolgreich umsetzen können, erfahren Sie in diesem Beitrag.

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Bauen 4.0: Ein analoges Bauprojekt wird digitalisiert

Hinter der Bezeichnung Bauen 4.0 verbirgt sich ein komplexes System, das sämtliche Informationen und Prozesse rund um den Bau miteinander verknüpft. Viele Bauunternehmen haben noch Vorbehalte gegenüber dem Bauen 4.0 und verstehen noch nicht ganz, was sich dahinter verbirgt. 

Was genau heißt Bauen 4.0?

Mit dem Konzept Bauen 4.0 werden alle Bauprozesse miteinander vernetzt, welche sonst klassisch einzeln für sich verwaltet werden. Ausgetauscht werden dabei regelmäßig sehr viele verschiedene Informationen zwischen Menschen und den eingesetzten Materialien und Systemen zur Realisierung der Bauprojekte. Ein intelligentes Vernetzen dieser Daten bedeutet, dass diese strategisch gesammelt, ausgewertet und weiterverarbeitet werden. Die klassische Wertschöpfungskette wird damit von einem dynamischen Wertschöpfungsnetzwerk abgelöst. 

Hintergrund-Information: Warum sprechen wir eigentlich von 4.0? Im Laufe der letzten Jahrhunderte gelang es den Menschen mehrfach, durch technischen Fortschritt industrielle Revolutionen hervorzubringen. In der ersten Revolution ging es um die Unterstützung der Arbeiten durch mechanische Neuerung, gefolgt von der Elektrifizierung und Automatisierung. Die dritte Revolution ist die Digitalisierung, in welcher die Baubranche noch mittendrin ist, um das volle Potenzial zu entfalten. Die vierte Revolution, weswegen es 4.0 heißt, beschreibt schlussendlich die Vernetzung der vielen einzelnen Komponenten.

Die Bedeutung der Digitalisierung am Bau

In vielen Branchen werden digitale Lösungen bereits erfolgreich eingesetzt und haben zu deutlichen Effizienzsteigerungen beigetragen. Die Industrie ist dabei vielfach Vorbild für das Baugewerbe. Allerdings hinkt dort die Entwicklung hinterher. Doch dafür gibt es einen berechtigten Grund. Die industrielle Produktion erfolgt überwiegend ortsgebunden, zeitlich überschaubar und durch routinierte, optimierte Prozesse. Bauabläufe sind hingegen sehr viel komplexer: Allein das örtliche Umfeld ist auf dem Bau sehr veränderlich. Verschiedenste Beteiligte auf dem Bau werden in einem gut durchdachten Zeitplan nacheinander oder parallel tätig. Insgesamt ist jedes Bauvorhaben eher individuell zu betrachten, als dass sich standardisierte Pläne umsetzen lassen, wie es bei der industriellen Verarbeitung möglich ist. 

Hinzu kommen die unterschiedlichen Vorgehensweisen und eingesetzten Technologien der jeweiligen Gewerke. Sie haben sicher alle ihre Berechtigung. Doch ist es notwendig, diese auf einen Nenner zu bringen, um effektive Schnittstellen zu schaffen, die von vielen Projektbeteiligten genutzt werden können. Diese Schwierigkeiten verlangsamen verständlicherweise den Digitalisierungsprozess, was zur Folge hat, dass noch sehr viel Potenzial ungenutzt ist. Das heißt natürlich auch, dass wirtschaftlich gesehen noch einiges möglich ist. Effizienz- und Qualitätssteigerungen liegen zum Greifen nahe. Nicht nur wir, sondern auch Institutionen und Experten sind der Meinung, dass die Digitalisierung der Baustelle in den kommenden Jahren sehr viele lukrative Möglichkeiten freisetzen wird. 

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Wie können Sie die neuesten Technologien für sich nutzen? 

Es macht wenig Sinn, als Bauunternehmen selbst loszulaufen und digitale Systeme zu entwickeln. Zumal das meist nicht Ihre Kernkompetenz ist. Die erforderlichen Strukturen lassen sich professioneller durch übergeordnete Institutionen aufbauen, die einen ganzheitlichen Blick auf die Materie werfen. Forschungsprojekte an verschiedenen Universitäten zum Beispiel entwickeln in Zusammenarbeit mit Unternehmen solche Lösungen. Diese werden sogar durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. 

Noch dazu gibt es zahlreiche Konferenzen, Kongresse und andere Events zum Thema Digitalisierung. Dort können sich Branchenvertreter aus dem Bau, private, gewerbliche und öffentliche Auftraggeber sowie Entwickler aus Wissenschaft und Forschung begegnen. Nutzen Sie solche Orte für einen inspirierenden Austausch und um digitale Lösungen direkt auszutesten. Neben physischen Veranstaltungen findet manch ein Event auch digital statt. Häufig bieten größere Städte in Zusammenarbeit mit der regionalen Wirtschaftsförderung Plattformen und Veranstaltungsformate an. Wie Sie sehen: Auch Bund, Länder und Gemeinden haben ein Interesse daran, dass die Bauwirtschaft den Sprung in das digitale Arbeiten schafft.

Wenn Sie selbst den Eindruck haben, dass das Bauen 4.0 für Sie noch eine Nummer zu groß ist, empfehlen wir Ihnen, sich mit der Digitalisierung einzelner Geschäftsprozesse zu beschäftigen. Das muss nicht unbedingt die Aufgaben auf der Baustelle selbst betreffen. Viele digitale Tools erleichtern auch notwendige Verwaltungsaufgaben drumherum – sei es die Rechnungsstellung, Buchhaltung oder die Pflege Ihres Terminkalenders. Gehen Sie dann schrittweise weiter und nehmen sich immer wieder neue noch analoge Aufgabenfelder vor, die Sie digital neu aufsetzen.

Teilbereiche im Bauprozess werden zu einem großen Ganzen

Wenn wir an ein klassisches Bauprojekt denken, ergeben verschiedene Leistungen über einen längeren Prozess das fertige Bauwerk. Dem Bau geht eine gute Planung voraus, wie und wann die Leistungen am besten durchgeführt werden. Umfangreiche Dokumentationen begleiten den kompletten Prozess. Diese vielen genannten Teilbereiche gilt es nun in ein System zu bringen. Dabei gilt es zahlreiche Herausforderungen zu meistern.

Der Materialeinsatz und genutzte Verfahrenstechniken

Welche Materialien werden wann gebraucht, damit ein Gebäude fertig aufgebaut werden kann? Welche Anforderungen haben Materialien an die Verarbeitung? Wann werden welche Maschinen für die Verarbeitung der Baustoffe benötigt? Auf diese Fragen können Sie sicher antworten, wenn Sie das Handbuch aus dem Regal nehmen oder einen Ihrer fachkompetenten Arbeitskräfte fragen. Doch dann bleiben wir wieder an dem Punkt, dass wichtige Informationen überall analog verstreut und sogar personengebunden sind.

Für mehr Transparenz sorgt ein digitales System, in dem all diese Informationen einmalig abgespeichert werden. Dieses Wissen steht dann für jeden, der darauf zugreifen will, in dem Moment zur Verfügung, wo er es gerade braucht. Zudem lassen sich relevante Echtzeitdaten ablesen. Denn parallel dazu können zum Beispiel über Tracking und Tracing (TaT) Bestände überwacht und nachverfolgt werden – nicht nur von Materialien, sondern auch von Baumaschinen, die möglicherweise auf unterschiedlichen Baustellen eingesetzt werden.

Simulation von Bauprozessen

Während der Bauplanung werden die ein oder anderen Szenarien durchdacht, um schlussendlich einen erfolgversprechenden Terminplan aufzusetzen. Mithilfe digitaler Unterstützung gelingen Simulationen sehr viel einfacher. Die Technik ermöglicht dabei, noch sehr viel mehr Szenarien beschreiben und schlussendlich bewerten zu können. Vor allem bei den vielen einzelnen komplexen Prozessschritten sind die verfügbaren Kapazitäten eines Planers schnell überschritten. Bei einem technischen System jedoch nicht. Mit allen Informationen in diesem einen System treten seltener Fehler auf, wenn Abhängigkeiten im Prozessablauf automatisch berücksichtigt werden. Die Vorhersage der tatsächlichen Bauzeiten kann damit um einiges präziser werden.

Dokumentation während der Bauausführungsphase

Einen guten Überblick während der gesamten Bauphasen erhalten Sie, wenn Informationen in ein und demselben System gespeichert werden – und das nicht nur vom Büro aus, sondern vor allen Dingen direkt auf der Baustelle. Ist-Leistungen und –kosten können direkt mit den Soll-Angaben verglichen werden. Mit wenigen Klicks lassen sich auch die Ursachen für unerwünschte Abweichungen herausfinden. Und was stand noch einmal im Bauvertrag? Welche Termine stehen für die behördlichen Abnahmen an? Im Idealfall beschränken sich die digitalen Anwendungen auf ein einziges cleveres Gesamtsystem. Wenn alle Informationen sauber digital dokumentiert wurden, ist alles zu jederzeit durch jeden berechtigten Mitarbeiter am Projekt abrufbar.

Um die Datenerfassung effektiver zu gestalten, ist der unterstützende Einsatz automatisierter Erfassungssysteme essenziell. Ob vernetzte Ortungstechnologien oder Scannersysteme – mit kontinuierlichen Messungen, die in die Datenmodelle einfließen, lässt sich der Bau fortlaufend überwachen und fortschreiben. Weiterhin können Wetterdaten von Onlinediensten herangezogen werden und viele weitere Daten, die sowohl der Baudokumentation dienen als auch für eine hohe Baustellensicherheit sorgen.

Ausstattung der Baustelle mit digitalen Geräten und verbesserter Technik

Wer auf der Baustelle das Bauen 4.0 so richtig umsetzen will, kommt um eine technische Ausstattung nicht drumherum. Smartphone oder Tablets besitzen die meisten unter Ihnen bereits. Sicher kann es noch die ein oder andere Gelegenheit geben, in der Sie die Notizen gleich digital vornehmen können, statt erst noch auf ein Blatt Papier zu schreiben. Aber auch Smartwatches (digitale Armbanduhren) können dazu dienen, wichtige Informationen in Echtzeit zu empfangen. Praktisch ist es dann, wenn Arbeitskräfte auf der Baustelle die Hände für das Smartphone nicht frei haben. Für eine lückenlose Messung auf der Baustelle bieten sich Sensoren oder auch Drohnen an, die über Internet oder Bluetooth Daten übertragen können.

Was die eingesetzten Geräte für die direkte Ausführung der Bauleistungen angeht, gibt es auch hier einen ganzen Pool an technisch weiterentwickelten Innovationen: Mithilfe eines 3D-Laserscans können zum Beispiel Fliesen oder andere benötigte Materialien maschinell genau zugeschnitten werden, ohne dass dies der Facharbeiter selbst tun muss. Er führt lediglich noch die Montage aus. Noch größer gedacht, können auch Roboter auf der Baustelle eingesetzt werden, die teil- oder vollautomatisiert die Tätigkeiten der Fachkräfte unterstützen oder komplett abnehmen. Assistenzsysteme vor allem bei hochkomplexen Baumaschinen bieten zusätzliche Unterstützung für eine effektive Bedienung. 

Datenauswertung und -erfassung

Alle vorher aufgeführten Beispiele zeigen: Bei der Digitalisierung der Baustelle hin zu Bauen 4.0 werden eine große Menge an Informationen digital erfasst. Das ergibt nicht nur besondere Anforderungen an die Datenspeicherung, sondern auch an die Datenauswertung. Big Data und Künstliche Intelligenz (KI) sind bereits aus anderen Branchen weit entwickelte Technologien, die das möglich machen. Es ist nur eine Frage der Zeit, bis die Baubranche auch diese Anwendungen im großen Stil nutzt und weitere Effizienzgewinne daraus ziehen kann.

Forschung und Weiterentwicklung auf dem Weg zur digitalen Baustelle

Die Digitalisierung der Baustelle ist keine Aufgabe, die für die Baubranche so einfach umzusetzen ist. Doch ein Zusammenschluss von Experten aus Unternehmen und Universitäten bewegen das Baugewerbe bereits in diese Richtung, wie die folgenden zwei Projekte zeigen.

Planen und Bauen 4.0: eine Initiative der Bau- und Immobilienbranche

Hinter Planen und Bauen 4.0 steckt die planen-bauen 4.0 Gesellschaft zur Digitalisierung des Planens, Bauens und Betreibens mbH. In dieser Gesellschaft trifft sich die Bau- und Immobilienbranche, um die Digitalisierung und Vernetzung der Baubranche weiterzuentwickeln. Verbände, Unternehmen und auch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur arbeiten gemeinsam an Lösungen vor allem auch mit dem Einsatz moderner Techniken wie BIM.

Ziel ist die Entwicklung von technischen Standards und optimalen Rahmenbedingungen für die Bauausführung – ganz egal ob für Gebäude oder individuelle Ingenieurbauwerke. Des Weiteren setzt sich die Initiative für den Aufbau von Ausbildungs- und Weiterbildungsangeboten ein, damit das Wissen rund um die Anwendung von BIM eine noch breitere Masse an Auftraggebern und Auftragnehmern erreicht.

Verbundprojekt Bauen 4.0: Innovation durch Forschung

Ein weiterer Treiber für das Bauen 4.0 ist ein Konsortium aus 20 Firmen, 5 Forschungsstellen sowie der Technischen Universitäten Dresden und München. In diesem Zusammenschluss geht es um die praxisnahe Erforschung und Entwicklung innovativer und flexibler Technologien, die auf der modernen Baustelle zum Einsatz kommen sollen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert dieses Initiative. Im Ursprung wird zu drei Themenschwerpunkten geforscht. Dabei geht es erstens um automatisierbare, vernetzte Arbeitsmaschinen, zweitens um eine Maschinen- und Baustellenvernetzung mittels 5G und drittens um allgemeine Prozesse und Lösungen für die digitale Baustelle. Zum Projektende bis 31.07.2022 sollen diese Komponenten miteinander vernetzt an einer Bauaufgabe zusammenwirken und als Verbundprojekt neue Lösungen für die Baustelle hervorbringen.

Digitalisierung der Baustelle innerhalb von BIM

Bauen 4.0 lässt sich nicht ohne BIM (Building Information Modeling) denken. BIM ist eine softwarebasierte Verwaltungsmethode, welche alle Informationen rund um ein geplantes Bauwerk an einem Ort sammelt. Ziel ist es, dass alle Beteiligten am Projekt mit einem virtuellen 3D-Gebäudemodell arbeiten statt jeder mit seiner einzelnen Planung und Dokumentation. So entsteht ein komplexes und auch sehr schlaues Modell von den geplanten Bauprojekten. Doppeltes Abspeichern von Daten wird vermieden, das Vorkommen widersprüchlicher Daten wird damit zugleich minimiert. Noch dazu haben alle Baubeteiligten zu jeder Zeit Zugriff zu den jeweils projektrelevanten Informationen. So kann unternehmensübergreifend sehr effektiv zusammengearbeitet werden.

Ein vollständig integriertes Modell wird bereits bei der Planung neuer Bauvorhaben eingesetzt. Es findet Anwendung während der gesamten Bauausführungsphase und wird auch dann noch verwendet, wenn das Bauwerk in seine Nutzungsphase übergeht bis hin zum Abbruch. Alle Phasen mit BIM abzubilden, ist in der Praxis noch eher weniger verbreitet. Doch auch Teilbereiche neu zu denken, ist ein lukrativer Anfang und in jedem Fall leichterer Start als auf Anhieb alles direkt umstellen zu wollen. In der Planungsphase ist der Einsatz aktuell am ehesten verbreitet. Generell nutzen eher größere Bauunternehmen BIM für ihre Planungs- und Ausführungsprozesse, wohingegen kleinere Firmen mit BIM eher seltener gearbeitet haben. Es ist jedoch davon auszugehen, dass das Bauen mit BIM immer mehr zum Standard wird.

Durch seine Anwendung über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks hinweg ist BIM sehr viel weitreichender als das Bauen 4.0, was sich genau genommen nur auf die Baustelle bezieht. Doch schon bei der Planung mit BIM werden die Grundlagen für automatisierte und vernetzte Prozesse gelegt und damit das Bauen 4.0 erst recht ermöglicht.

Capmo-Tipp: Von heute auf morgen nach BIM zu arbeiten, ist nahezu unmöglich. Damit Sie bestmöglich vorbereitet sind, ist es jetzt wichtig, dass Sie Ihre Prozesse digitalisieren. Wie Ihnen das gelingt, verraten wir Ihnen in unserem kostenlosen eBook.

Chancen und Risiken der digital vernetzten Baustelle

Mit jeder Veränderung gehen Chancen, aber auch Risiken einher. Beide Seiten zu kennen, ist wichtig, damit Sie die Zukunft objektiv einschätzen können. Wenn Sie die Chancen nicht überblicken, wissen Sie nicht, welcher Zugewinn Sie erwarten kann. Und wenn Sie demgegenüber die Risiken nicht genau untersuchen, hindern Sie womöglich unnötige Bedenken daran, Ihr Unternehmen weiterzuentwickeln oder Sie werden von negativen Ereignissen überrascht. Das wollen wir natürlich nicht, sondern der Zukunft offenherzig und lösungsorientiert begegnen:

Die Vorteile einer digitalisierten Baustelle

Smarte Lösungen und Services sollen in erster Linie den Arbeitsalltag erleichtern. Mit der Umstellung auf eine papierlose Baustelle können Sie sich einige weitere Vorteile zunutze machen. 

Zeit sparen für effektiveres Arbeiten

Mit digitalen Anwendungen können Sie Informationen sehr viel einfacher ablegen, als es mit Stift und Papier der Fall ist. Sie sparen sich noch dazu das Übertragen von Daten, wenn Sie diese im Nachhinein doch noch digitalisieren wollen. Die Lösung ist das Verwenden von Apps auf Smartphones oder Tablets direkt auf der Baustelle. Ein Zugewinn an Zeit ergibt sich ebenfalls, wenn Sie sich auf integrierte Prozesse verlassen können, die automatisch ablaufen statt manuell erledigt oder überwacht werden zu müssen.

Sicheres Abspeichern auch von sensiblen Daten

Entstehen während Ihrer täglichen Arbeit Unmengen an Daten ist das in der digitalen Welt gar kein Problem. Cloudbasierte Speicherorte von namhaften Anbietern gehen mit einer hohen IT-Sicherheit einher. Daten dort abzuspeichern ist damit tendenziell sogar sicherer als auf eigenen lokal eingerichteten Speicherplätzen. In Ihrer Hand liegen dennoch die Freigaberegelungen. Das heißt, Sie bestimmen, wer auf welche Daten Zugriff haben darf und gestalten die Sicherheit und Transparenz aktiv mit.

Flexibel sein durch mobiles Nutzen von Daten

Sie brauchen plötzlich eine wichtige Information? Wo im analogen Zeitalter die Papiere im Bauwagen lagen, haben Sie nun Zugriff von überall. Ob auf der Baustelle, im Büro oder unterwegs. Mit Ihrem digitalen Endgerät in der Tasche sind die Notizen zu jeder Zeit nur noch wenige Klicks entfernt.

Die Nachteile der digitalisierten Baustelle

Sie kennen das: Wo es Vorteile gibt, lassen sich gleichzeitig auch Nachteile finden. Doch diese sollen Sie nicht etwa entmutigen, sich weiter mit der Digitalisierung zu beschäftigen. Sehen Sie die folgenden Punkte als Risikobetrachtung an, die Ihnen hilft, sich auf mögliche Entwicklungen einzustellen:

Mögliche Anpassungen der Unternehmensstruktur 

Die komplette Umstellung von analog auf digital erfordert nahezu bei jedem Arbeitsschritt eine Veränderung. Vorgehensweisen müssen angepasst und die Voraussetzungen für das Funktionieren geschaffen werden. Mitarbeiter müssen sich früher oder später mit den Technologien anfreunden. Die Umstellung gelingt umso eher, je mehr die Mitarbeiter in den Prozess mit einbezogen werden und auf Vorbehalte mit praktikablen Lösungen reagiert wird. Noch dazu werden Weiterbildungen erforderlich sein, die den Umgang mit neuen Technologien erleichtern. Zu dem Zweck kann es auch sinnvoll sein, die Jobprofile bei der Suche nach neuem Personal anzupassen und gezielt nach Experten Ausschau zu halten.

Investitionen in neue Hard- und Software

Auch wenn viel von Effizienzsteigerung die Rede ist. Bevor all diese Vorteile genutzt werden können, müssen die erforderlichen Systeme aufgesetzt werden. Das verursacht Kosten und bedingt zumindest bei der Auswahl und Bewertung sowie bei der Einführung neuer Systeme einen zeitlichen Aufwand. Im Voraus liegen daher einige Investitionen an. Wir empfehlen dabei, Schritt für Schritt vorzugehen. Digitalisieren Sie die Geschäftsprozesse nach und nach, sodass Sie die gewonnene Zeit zum einen für Ihre Wertschöpfung einsetzen können und zum anderen an weiteren Prozessoptimierungen arbeiten können.

Allein mit Klemmbrett und Bleistift waren Sie vermutlich schon länger nicht mehr auf der Baustelle. Auch wenn Sie denken, Sie wären noch nicht genug digital unterwegs, fotografieren Sie sicher schon digital und nehmen Excel für Ihre Tabellenkalkulation. Ein guter Start, um nun weitere effektive Lösungen zu integrieren und der digitalisierten Baustelle immer näher zu kommen. Mehr Tipps zum weiteren Vorgehen, finden Sie in unserem eBook „Der Weg zur papierlosen Baustelle“.