Bauen 4.0 – Digitalisierung der Baustelle

Effizienz und Produktivitätssteigerung von Bauprozessen durch Vernetzung und Kommunikation mobiler Maschinen

Ausgangssituation

Die Digitalisierung und Vernetzung von Baustellen verzahnt die Branchen Bauwirtschaft mit einem aktuellen Jahresumsatz von ca. 107 Mrd. Euro, Telekommunikation mit einem Umsatz von ca. 60 Mrd. Euro sowie Bau- und Baustoffmaschinen mit einem Umsatz von ca. 14 Mrd. Euro. Die Etablierung smarter Produkte und Services zur Erschließung von Effizienzpotentialen und zur Entwicklung innovativer Geschäftsfelder bildet ein zentrales Handlungsfeld in der Technologieführerschaft um Industrie 4.0.

Der Begriff Industrie 4.0 umfasst den Übergang von einer klassischen Wertschöpfungskette hin zu dynamischen Wertschöpfungsnetzwerken mithilfe von Kommunikation, Vernetzung und digitaler Datenhaltung.

Bauprozesse und die damit verbundenen Baustellenabläufe unterscheiden sich grundlegend von den Bedingungen einer industriellen Güterproduktion. In einem komplexen, örtlich und zeitlich veränderlichen Umfeld agiert arbeitsteilig eine Vielzahl individueller Auftragnehmer, welche ihrerseits durch einen vielfältigen und inhomogenen Technologieeinsatz geprägt sind. Der Unikatcharakter von Bauprojekten, die starke Fragmentierung der Bauindustrie und das Fehlen einheitlicher Schnittstellen zur Dokumentation und Koordination des heutigen Bauablaufs führen dazu, dass große Effizienz- und Qualitätspotentiale ungenutzt bleiben.

Vor diesem Hintergrund adressiert das Vorhaben „Bauen 4.0“ den Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt „Entwicklung smarter Produkte für den Einsatz in der Produktion (Maschinen und Anlagen)“ der Bekanntmachung „InKoWe“ und leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Zielsetzung der Bekanntmachung und des zugrundeliegenden Fachprogramms im Bereich Innovationen für die Produktion und Arbeit von morgen.

 

Zielsetzung

Das Forschungsvorhaben setzt sich daher zum Ziel, innovative, leistungsfähige und flexible Technologien für eine digitale Baustelle zu erforschen und zu entwickeln, um so insbesondere die mittelständische Industrie in der Umsetzung des Industrie 4.0 Leitgedankens auf der Baustelle zu unterstützen. Die Projektpartner verknüpfen vorhandene Ansätze aus der BIM-Modellierung und entwickeln die für die Vernetzung notwendigen Verwaltungsschalen und Assets der Netzwerkteilnehmer einer Baustelle. Es bildet die Basis einer unternehmensübergreifenden Kollaboration. Für die Integration des Menschen in die sich dadurch wandelnde Baustellentechnologie entwickelt das Konsortium für Arbeitsmaschinen geeignete Assistenzkonzepte und erarbeitet automatisierungsgerechte Antriebstechnologien.

Vorgehensweise

Tracking and Tracing

Wenn die Baustellenprozesse digitalisiert werden sollen, um sie dem 4.0 Ansatz zuzuführen, dann sind alle Materialflüsse, Maschinenbewegungen und Gerätebestände auf der Baustelle zu erfassen. Das soll über Tracking und Tracing (TaT) der Objekte erfolgen. Hier wird nach der Werthaltigkeit der Objekte geclustert, d.h. bei teuren Objekten können aufwendigere Techniken eingesetzt werden. Billigartikel müssen mit kostengünstiger Technik verfolgbar sein. Vom Barcode bis zum Internet der Dinge (IoT) werden alle möglichen Techniken betrachtet und bewertet. Signifikante Beispiele werden in Demonstratoren umgesetzt.

Simulation von Bauprozessen

Die Prozesssimulation ist ein mächtiges Werkzeug, um Bauprozesse beschreiben und bewerten zu können. Zahlreiche Forschungsarbeiten des Lehrstuhles haben das bewiesen. Im Projekt soll gezeigt werden, wie die Makrosimulation gestattet, aus den vorliegenden Einschränkungen und Abhängigkeiten auf einer Baustelle die Anordnung der Bauprozessabläufe zu gestalten, um zu einer Bauzeitenterminierung zu kommen bzw. reale Bauzeiten vorherzusagen. Über die Mikrosimulation können einzelne Bauprozesse begleitet werden und Empfehlungen für die nächsten Schritte gegeben werden.

Umsetzung BIMsite

Das BIM beschreibt statisch das Bauobjekt und soll im Projekt zur BIMsite erweitert werden unter dem Aspekt des Maschinen- und Gerätebedarfes. D.h. an die Bauobjekte soll der benötigte Maschinen- und Gerätebedarf mit weiteren Beschreibungen für den Bauablauf informatorisch angehängt werden. Das ist in der Praxis noch nicht realisiert.

Baustellenleitsystem

Die Fahrer müssen mitgenommen werden in die digitalisierte Baustellenwelt. D.h. sinnvolle Daten können und sollen ihm während seiner Arbeit on demand und selektiv bereitgestellt werden. Das soll im Teilprojekt Baustellenleitsystem über Mixed Reality durch Datenbrillen erfolgen. Auf der anderen Seite soll überlegt werden, ähnlich der stationären Industrie, wie ein digitaler Baustellenzwilling aussehen müsste, um die Baustellenabläufe zeitsynchron zu erfassen und am Sollzustand zu spiegeln, um frühzeitig Störgrößen detektieren zu können.

Projektpartner

  • Leonhard Weiss GmbH & Co. KG
  • Max Bögl Transport und Gerät GmbH & Co. KG
  • Pusch Bau GmbH & Co. KG
  • Carl Beutlhauser Baumaschinen GmbH
  • Maschinentechnik Schrode GmbH
  • VEMCON GmbH
  • Holo-Industrie 4.0 Software GmbH
  • Wacker Neuson Group
  • Bauer Maschinen GmbH

Förderung

Dieses Forschungsprojekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.