BBSR Research Prototype 0.24 – Speed Up

Das Forschungsvorhaben zeigt die Potenziale zur Leistungs- und Geschwindigkeitssteigerung im Bauwesen durch digitale Transformation, Vernetzung und Automatisierung in der Planung und Fertigung in einer durchgehenden digitalen Prozesskette.

Ausgangslage

Dem Bauwesen in Deutschland wird regelmäßig von verschiedenen Seiten attestiert, dass im Gegensatz zu anderen Branchen in den letzten Jahrzehnten keine technologiegetriebene Steigerung der Leistungsfähigkeit stattgefunden hätte. Tatsächlich zeigen neuere Erhebungen, dass sich insbesondere im Wohnungsbau die Bauzeiten innerhalb der letzten Dekade im Durchschnitt sogar verlängert haben.

Im Gegensatz dazu hat die Digitalisierung, die mittlerweile fast alle Branchen und Wirtschaftszweige erreicht hat, Prozesse und Arbeitsweisen maßgeblich verändert und auch beschleunigt. Dabei besteht eine der größten Motivationen für Digitalisierung in dem Potenzial, durch Parallelisierung, Automatisierung und Skalierung Prozesse effizienter und insbesondere schneller zu machen.

Im Fokus dieses Forschungsprojektes steht die Frage, inwieweit Potenziale zur Steigerung der Leistungsfähigkeit und Geschwindigkeit im Bauwesen durch digitale Transformation, Vernetzung und Automatisierung in der Planung und Fertigung realisiert werden können.

Ziel

Das BBSR möchte bei der Fachmesse digitalBAU 2024 die Potenziale zur Leistungs- und Geschwindigkeitssteigerung im Bauwesen durch Digitale Transformation aufzeigen. Durch eine zunehmende Vernetzung und Automatisierung der Planung und Fertigung, materialtechnologische Fortschritte, innovative digitale Fertigungstechnologien und eine Optimierung von Gestaltungs- und Planungsprozessen mit intelligenten Algorithmen entstehen grundlegend neue gestalterische und prozessuale Lösungen, die Leistungssteigerungen und Beschleunigungen in der Planungs- und Bauphase ermöglichen.

Das Projekt soll innovative und durchgängige digitale Prozessketten anhand einer konkreten gebauten Struktur veranschaulichen. Die entstehende Struktur ist dabei sowohl Teil als auch Rahmen für eine Ausstellung von Forschungsprojekten des BBSR, die entlang der gesamten Wertschöpfungskette Bau Ansätze für eine Beschleunigung von Prozessen im Bauwesen auf digitaler Basis herausarbeiten. Die Veranschaulichung und Kommunikation von Entwicklungen und Forschungsergebnissen im Bereich der digitalen Transformation soll einen offenen und interaktiven Dialog zwischen Forschung und Praxis ermöglichen.

Ziel des Forschungsdemonstrators ist es, konkrete Chancen und Potenziale zur Leistungssteigerung durchgehender digitaler Prozessketten, parametrischer Modellierungen und Optimierungen in einem vernetzten Planungs- und Fertigungsprozess zu zeigen.

Durchgeführt wird das Projekt als Kooperationsprojekt des Open Innovation Labs der Hochschule Konstanz HTWG, an dem die Professur für Baukonstruktion Schwerpunkt Holzbau (Prof. Stefan Krötsch), die Professur für Baustatik und Baudynamik (Prof. Dr. Alexander Michalski) und die Professur für Digitale Medien und Architekturdarstellung (Prof. Oliver Fritz) zusammenarbeiten.

Konzept

Forschungsleitfragen

• Wo liegen Potenziale in der Prozesskette Bau, um mit Hilfe von Digitalisierung in Planung und Fertigung Leistungssteigerungen insbesondere in Bezug auf Bau- und Planungszeiten zu realisieren?

• Wie können abstrakte Fragestellungen zur Bauzeitbeschleunigung durch Digitalisierungsprozesse in Planung und Fertigung physisch greifbar an einem Forschungsdemonstrator dargestellt und vermittelt werden?

• Wie können bei einer Fokussierung auf Leistungssteigerungen im Bauwesen nachhaltige und ressourcenschonende Bauprozesse über den gesamten Lebenszyklus sichergestellt werden?

Forschungskonzeption

Innerhalb des Forschungsprojektes sollen Konzepte, Methoden und Ansätze aus der Forschung an einem Demonstrator entwickelt und evaluiert werden, um Chancen und Anwendungsmöglichkeiten im Bauwesen weiter in den Fokus der Projekte zu rücken und den Transfer in die Praxis zu unterstützen. Die zu entwickelnde Struktur bildet zunächst den Messestand des BBSR auf der digitalBAU 2024 und wird anschließend in eine langfristige nachhaltige Nutzung überführt. 

Der Forschungsdemonstrator zeigt die Potenziale zur Leistungssteigerung durch die Kombination aus modularen Systemen, parametrischer Planung, Optimierung und automatisierter Fertigung in einer durchgehenden digitalen Prozesskette. Grundlage für den Demonstrator sind die an der HTWG durchgeführten WikiHouse.studies – Architekturstudien auf Basis des Open-Source-Projekts WikiHouse von Alastair Parvin und Nick Lerodiaconou. Dabei wurde das modulare Konzept in Form einer parametrischen Prozesskette abgebildet und mit einer parametrischen Statik kombiniert und weiterentwickelt. Dies ermöglicht eine generative Formfindung sowie die Optimierung der Struktur hinsichtlich Nutzung, Statik und Fertigung und bildet die Grundlage für die automatisierte Ableitung der CNC-Fertigungsdaten. 

Projektphasen

AP

Im ersten Arbeitspaket wird ein ganzheitliches, innovatives Ausstellungskonzept für die digitalBAU 2024 entwickelt. Dabei bildet der Forschungsdemonstrator sowohl den Rahmen für die Präsentation weiterer BBSR-Projekte als auch einen zentralen Teil der Ausstellung zum Thema Potenziale zur Leistungssteigerung im Bauwesen durch digitale Transformation.

AP 2 – Entwurf der Struktur

In Arbeitspaket 2 wird das Design des Forschungsdemonstrators als physische Struktur entwickelt und festgelegt. Maßgeblich hierfür sind neben den digitalen Planungs- und Fertigungsprozessen auch das Ausstellungskonzept sowie die vorgesehene Nachnutzung der Struktur.

AP 3 – Planung der Struktur

Im Anschluss wird der Entwurf in Bezug auf Material, Konstruktion, Fertigung, Transport und Montage unter Berücksichtigung der Haupt- und Nachnutzung ausgearbeitet. In diesem Arbeitspaket werden die digitalen Modelle des Entwurfs entsprechend der digitalen Planungs- und Fertigungsprozesse angereichert und Ausführungs- und Fertigungsdaten extrahiert.

AP 4 – Fertigung der Struktur

Im vierten Arbeitspaket wird die tatsächliche Demonstratorstruktur gefertigt.

AP 5 – Präsentation und Betreuung digitalBAU 2024

Arbeitspaket 5 umfasst die Messevorbereitung und Durchführung, insbesondere die Präsentation und Betreuung des Forschungsdemonstrators und der Potenziale der untersuchten digitalen Prozesse zur Leistungssteigerung. 

AP 6 – Nachnutzung

Nach der Messe wird die Struktur für ihre geplante, nachhaltige Nachnutzung vorbereitet und anschließend in diese überführt. Sie soll in Konstanz als Teil einer partizipativen Bebauung des ungenutzten Straßenraums mit den Bürgern der Siedlung „Sanierungsgebiet Stadelhofen“ weiterverwendet werden. Diese ist für den Sommer 2024 als Projekt der Stadt Konstanz mit dem Open Innovation Lab geplant.

AP 7 – Dokumentation und Auswertung

Dieses Arbeitspaket, das parallel zu den Arbeitspaketen AP2 bis AP6 ausgeführt wird, umfasst die Evaluation und Dokumentation des Forschungsprojektes. Hierbei wird ein besonderer Fokus auf die verwendeten digitalen Methoden und den angewandten Ansatz für eine durchgängige digitale Prozesskette gelegt. Abschließend werden im Endbericht die Prozesse und Ergebnisse analysiert und bewertet.

Veranstaltungshinweis

Unter dem Motto „Speed Up Construction“ präsentieren das BMWSB und das BBSR auf der digitalBAU 2024 den Forschungsdemonstrator und stellen ausgewählte Projekte aus dem Innovationsprogramm Zukunft Bau vor, die einen Beitrag zur Beschleunigung von Planungs- und Bauprozessen leisten können.

Weitere Informationen:
www.digital-bau.com
20.-22. Febrauar 2024 in Köln
Messestand des BBSR: Halle H1 300