Wie Technologie den modularen Bau voranbringen kann

Von Andy Brown und Eva Carranza, 9. Juni 2023

Der Architektur-, Ingenieur- und Bausektor (AEC) hinkt anderen Branchen in Bezug auf seine Umwelt-, Sozial- und Governance-Standards (ESG) hinterher. Der Sektor ist für ein Drittel des weltweiten Energieverbrauchs verantwortlich und sein großer ökologischer Fußabdruck ist zum Teil auf seine abfallintensiven und energieintensiven Lieferketten zurückzuführen.

Bauarbeiter sind gefährlichen Situationen sowie häufigen Kostensteigerungen und Verzögerungen aufgrund hochkomplexer Arbeitsabläufe ausgesetzt, die die Branche weiterhin belasten und die Erschwinglichkeit von Wohnraum beeinträchtigen.

Die modulare Bauweise – die Herstellung von Bauteilen in einer Fabrik und deren Montage vor Ort – ist ein Ansatz zur Bewältigung der ESG-Herausforderungen der Branche. Vorgefertigte modulare Einheiten können von flach verpackten Komponenten wie Wänden, komplexen mechanischen, elektrischen und Sanitärbaugruppen (MEP) bis hin zu dreidimensionalen Gebäudeabschnitten wie vollständig gebauten Badezimmern reichen.

Die Praxis des Off-Site-Bauens gibt es seit dem frühen 20. Jahrhundert, blieb aber bis vor Kurzem ein Nischenansatz. Dies ändert sich, da Fortschritte in der digitalen Technologie einige der traditionellen Mängel des Off-Site-Baus beseitigt haben. Modernste digitale Tools ermöglichen eine komplexe Planung und helfen bei der Optimierung von Moduldesign, Arbeitsabläufen und Lieferlogistik. Das Off-Site-Bauen bietet heute Lösungen für eine Reihe dringender sozialer und ökologischer Herausforderungen, die mit herkömmlichen Methoden vor Ort verbunden sind.

Derzeit landen schätzungsweise 25 % des Baumaterials auf Mülldeponien. Die Vorfertigung trägt zur Abfallreduzierung bei, indem sie den Materialverbrauch optimiert und die Wiederverwendung oder das Recycling von Reststücken ermöglicht. Da vorgefertigte Komponenten in einer kontrollierten, feuchtigkeitsfreien Umgebung hergestellt werden, ist es einfacher, für einige der Komponenten nachhaltige Materialien wie Holz zu verwenden. Der Bau großer Teile eines Gebäudes außerhalb des Standorts bedeutet, dass Bauleiter weniger Material zum Standort transportieren müssen, was zu weniger Emissionen führt. Weniger Bauschutt auf der Baustelle bedeutet auch weniger Emissionen von Müllfahrzeugen.

Darüber hinaus reduziert die kontrollierte Fabrikumgebung das Risiko menschlicher Fehler und optimiert Arbeitsabläufe. Witterungsbedingte Verzögerungen beeinträchtigen den Bau im Werk nicht und die Fundamentarbeiten vor Ort können während der Montage der Moduleinheiten durchgeführt werden. Aus ökologischer Sicht bringen diese Optimierungen mehrere Vorteile mit sich: Ein geringerer Zeitaufwand für den Bau führt zwangsläufig zu einem geringeren CO2-Ausstoß von Fahrzeugen und einem geringeren Heiz- oder Kühlbedarf auf Baustellen. Durch die Einbringung vormontierter Baueinheiten wird die Lärm- und Staubbelastung auf der Baustelle minimiert.

Am Ende ihres Lebenszyklus können vorgefertigte Gebäudeeinheiten ohne Abriss demontiert werden. Dank der Standarddimensionierung ist es wahrscheinlicher, dass dekonstruierte Moduleinheiten an anderen Standorten wiederverwendet werden. Insgesamt schätzt das europäische Programm EuroHouse, dass der modulare Bau die Menge des beim Aushub verbrauchten und produzierten Materials um 50 % reduziert und bis zu 80 % weniger Abfall bei den Arbeiten vor Ort produziert.

Die Baubranche hat bekanntermaßen mit mangelhaften Sicherheitsvorschriften zu kämpfen. Durch die Verlagerung eines Teils des Bauprozesses in eine kontrollierte Fabrikumgebung und die Minimierung der auf der Baustelle verbrachten Zeit verringert die Vorfertigung das Risiko vieler häufiger Unfälle am Arbeitsplatz. Somit bietet der Fabrikbau sicherere und komfortablere Arbeitsbedingungen für Bauarbeiter. In der Zwischenzeit können die Fabriken dort errichtet werden, wo die Arbeitskräfte sind – ein entscheidender Vorteil in einer Branche, die von Talentmangel geplagt wird.

Neben einem verbesserten Wohlbefinden der Arbeitnehmer bietet die Vorfertigung zusätzliche soziale Vorteile. Die Baubranche sieht sich mit einem wachsenden und dringenden Bedarf an bezahlbarem Wohnraum konfrontiert, und die Vorfertigung kann dazu beitragen, diesen Bedarf zu decken. Da vorgefertigte Komponenten schnell und effizient hergestellt werden können, ist es möglich, qualitativ hochwertige, erschwingliche Wohneinheiten in kürzerer Zeit und zu geringeren Kosten als mit herkömmlichen Methoden zu bauen.

Das Gleiche gilt für gemeinschaftsdienliche Infrastrukturen, die in großem Maßstab gebaut werden können, etwa Schulen und Krankenhäuser. Während des Covid-Notstands beispielsweise ermöglichte der modulare Aufbau China die Errichtung neuer Krankenhäuser innerhalb weniger Wochen. Und das Off-Site-Bauen birgt immer noch ein enormes Kosten- und Zeiteinsparungspotenzial – das durch die sich schnell weiterentwickelnde digitale Technologie angegangen werden kann.

McKinsey & Company geht davon aus, dass Digitalisierung und Automatisierung die Bauindustrie rasch verändern werden, wobei die Vorfertigung eine wichtige Rolle spielen wird. Der heutige projektbasierte Ansatz wird sich zu einem eher produktbasierten Ansatz verlagern, wobei Baustellen immer mehr zu Montageorten werden vorgefertigte Teile.

Die Notwendigkeit, alle Projektbeteiligten auf dem neuesten Stand zu halten, erhöht die Nachfrage nach Building Information Modeling (BIM) und modernen Datenaustauschlösungen. Aktuelle Branchenlösungen verbinden zuvor isolierte Akteure, indem sie Daten für unterschiedliche Interessengruppen in allen Phasen des Bauprojekts zugänglich machen. Besonders wichtig sind Plattformen, die darauf ausgelegt sind, die Gebäudeplanung und -konstruktion zu optimieren, indem sie das Büro und den Außendienst bei jedem Schritt miteinander verbinden.

Stapel integrierter Lösungen ermöglichen es Kunden, die Komplexität ihrer Projekte nahezu in Echtzeit anhand des Status und des geografischen Standorts zu überwachen. Diese speziell für die Bauindustrie entwickelten Lösungen bieten eine benutzerfreundliche Schnittstelle für Materialkoordinatoren, Personalplaner und Baumanagementteams, um Aktivitäten effektiv zu planen und den Zeitplan zu unterstützen.

Enge Bauzeitpläne und Arbeitskräftemangel treiben zwangsläufig die Einführung von Vorfertigungsmethoden voran. Um diese Schwachstellen wirksam anzugehen, sind BIM-fokussierte Realitätsanalyseplattformen entstanden. Automatisierte Workflow-Tools ermöglichen es Teams, Fehler zu erkennen und zu beheben, kostspielige Nacharbeiten zu reduzieren, Verzögerungen bei kritischen Pfaden zu verhindern und genaue, transparente finanzielle Einblicke in den Projektfortschritt zu erhalten.

Die Reality-Capture-Technologie ermöglicht präzise Layouts und Messungen. Die Künzli Holz AG beispielsweise nutzte die Leica iCON-Lösung beim Bau eines neuen Kinderspitals in Lengg, Zürich. Das neue Krankenhaus ist eine hybride Betonkonstruktion mit vorgefertigten Holzrahmenelementen. Roboter-Totalstationen ermöglichen die Platzierung der vorgefertigten Elemente mit unvergleichlicher Genauigkeit, sodass die Künzli Holz AG die strukturellen und architektonischen Vorteile der Kombination von Bauteilen aus unterschiedlichen Materialien maximieren kann.

Totalstationen ermöglichen die Erstellung anspruchsvollerer und flexiblerer Systeme aus externen Komponenten und die Integration externer Komponenten in herkömmliche Gebäude. Damit trägt die Technologie dazu bei, ein großes „Imageproblem“ des modularen Bauens anzugehen, eine Methode, die oft mit langweiligen Gebäudeentwürfen einhergeht, die kaum Anpassungsmöglichkeiten bieten. Darüber hinaus ermöglichen Softwaremodellierung und Simulationen Designern die Feinabstimmung von Gebäudeentwürfen und die Optimierung der Vorfertigung – was dazu beiträgt, den Bau zu beschleunigen und Abfall zu reduzieren.

Modularer Aufbau und Digitalisierung werden Hand in Hand gehen und den AEC-Sektor sauberer, schlanker und umweltfreundlicher machen. Was wie eine fast unmögliche Herausforderung erscheinen mag – die Deckung des explodierenden Baubedarfs angesichts schwindender Ressourcen und Arbeitskräftemangel – kann sich zu vielversprechenden Möglichkeiten für die Neugestaltung von Baupraktiken entwickeln, die der Umwelt, der Gesellschaft und dem Endergebnis zugute kommen.

Eva Carranza ist Global Director ESG & Sustainability bei Hexagon.