Industrielle Wertschöpfung in Bau und Betrieb
Die Industrialisierung des Bauens ist seit den 1930er Jahren ein Programm der technologischen Ausrichtung in Architektur und Bauwirtschaft. Aber alle Umsetzungen, zuletzt der groß angelegte Versuch mit Bausystemen in den 1960er Jahren, sind nicht gelungen. Und heute? Erkennbar sind weitreichende Neuansätze im Zuge der 4. industriellen Revolution. Und neben intelligenter Vernetzung wird Nachhaltigkeit zum Leitmotiv.
Industrieplan des Green Deal – Rückenwind des Wandels
Die Zeitenwende ist eingeläutet. Maßnahmen gegen den Klimawandel sind endlich gesellschaftlicher wie politischer Wille. Auf dem Wirtschaftsforum 2023 in Davos hat Ursula von der Leyen den ‚Industrieplan des Green Deal‘ vorgestellt: „In weniger als drei Jahrzehnten wollen wir klimaneutral sein. Jeder weiß, dass der Schlüssel zur Bewältigung dieser Transformation, oder besser noch, zur Vorreiterrolle dabei, in der Branche der sauberen Technologien liegt.“
Im zeitlichen Wettlauf gegenüber wachsenden Gefahren durch Naturkatastrophen resultiert für alle Bauakteure eine Schlüsselfrage: Wie ist beschleunigte Industrialisierung im Sinne des Green Deal möglich? Mit etwa 35 % der verursachten CO2 Emissionen und 55 % Anteil des Baumülls am deutschen Abfallaufkommen befindet sich der Bausektor allerdings in einer schwierigen Ausgangssituation. Anders als im Anlagen- und Maschinenbau waren die Gewerke der Bauwirtschaft von je her Stiefkinder der Technisierung. Bis heute dominieren hier handwerkliche Tätigkeiten. Deren Einbindung und Transformation in industrialisierte Prozesse ist aber unerlässlich, um CO2-Reduktionen und Ressourceneffizienz mit innovativen Produkten und Bauverfahren wirkungsvoll zu realisieren. Das geschieht gerade in einem fundamentalen Wandel der Bau- und Immobilienwirtschaft.
Paradigmenwechsel
Unstrittig gilt Informationstechnologie in Kombination mit materiellen Technologien als Schlüssel für industriellen Fortschritt („Industrie 3.0“, z.B. in der frühen Robotik des Automobilbaus). Wenn zudem eine solche seit den 1970er Jahren etablierte „Kombination“ den Rang umfassender „Integration“ erreicht, dann ist die Rede von „Industrie 4.0“ (FACILITY MANAGEMENT 6|2018). Die Grafiken 1 und 2 verdeutlichen diesen Unterschied als Paradigmenwechsel. Typisch für herkömmliches Baugeschehen sind Bauprojekte und darüber hinaus ganze Wertschöpfungsketten mit kritischen Phasenübergängen und Medienbrüchen. Zerrissene Datenketten erschweren die Kommunikation zwischen Baubeteiligten in „Zufallsgemeinschaften“. Das sind wenig kooperationsfähige Akteure in Projektorganisationen. Sie entstehen am Ende schwerfälliger Ausschreibungs- und Vergabeverfahren. Der ursprüngliche Zweck: Marktvorteile durch Wettbewerb bei Produkten und Verfahren!
Leider ist die Realität anders: Überregulierte Vergabeformen und bürokratische Genehmigungsprozesse machen diese Erwartung immer wieder zunichte. Zu lange Bauzeiten und zu hohe Baukosten sind eine Art Negativstandard. Und leider gehört die Verfehlung von Nachhaltigkeit dazu.
Nachhaltige Bauproduktion – Computerbasierte Planung plus Robotik
Ausschlaggebend für das Erreichen nachhaltiger Ziele ist das Zusammenwirken der verbauten Materialien. Anstelle „starrer Bausysteme“ können heute Bauteile mit hoher Flexibilität produziert werden. Computergesteuerte Produktion ermöglicht variierbare Standardteile. Bemerkenswert ist eine damit einhergehende Veränderung des Serienprinzips. In der Verknüpfung von IT-gestütztem Entwerfen und anschließendem Robotereinsatz in der Bauproduktion können auch nicht-baugleiche Teile hergestellt und zusammengefügt werden.
Ein Pionier dieser Methodik ist der Architekt Prof. Achim Menges vom Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung, Univ. Stuttgart. In Kooperation mit Industriepartnern hat er in einer Reihe von Forschungs- und Pilotprojekten gezeigt, dass ökologische Ausrichtung und extreme Materialeffizienz zusammengehen können – und das mit konstruktiver Ästhetik (siehe Foto links). Diese Vorbilder machbarer Zukunft haben jedoch schwierige Voraussetzungen, denn es geht um die Überwindung veralteter Branchenmuster.
IT-Integration vom Rohbau bis zur Gebäudetechnik
Eine Avantgarde von Entwicklern und Baufirmen bietet gegenwärtig IT-integrierte Bauwerke als Ganzes. Flexibel herstellbare Fertigteile des Rohbaus werden ergänzt mit anpassungsfähigen Systemen des konstruktiven Ausbaus. Möglich sind differenzierbare Integrationsstufen, mit technischer Gebäudeausrüstung, in der vor allem Anlagen alternativer Energieversorgung, wie Photovoltaik, Solarthermie, Wärmepumpen projektbezogen kombiniert werden.
Unsere Recherchen zeigen, dass eine komplexe Industrie entsteht, die sich dem Nachhaltigkeitsprinzip verschrieben hat. „Ziele der Nachhaltigkeit“ werden zu Leitgrößen:
Reduzierung von Energie und Material in der Herstellung (CO₂-Reduktion und Ressourcenökonomie)
Einsatz ökologisch einwandfreier Materialien (z.B. nachwachsende Rohstoffe) in Konstruktionen
CO₂-Reduktion im Transport (Lieferketten, Endmontagen)
Energieeffizienz im Betrieb der Konstruktionen, Anlagen und Bauteile
Sortenreine Rückbaumöglichkeit durch reversible Konstruktionen
Baufirmen können verbaute Teile mit Rücknahmegarantie erfassen (Kreislaufwirtschaft)
Einsatz von Rezyklaten (z. B. Recyclingbeton aus wiederverwertetem Altbeton (R-Beton)
Auf den ersten Blick erscheint die wirtschaftliche Realisierbarkeit eines solchen Qualitätsniveaus fragwürdig. Tatsächlich gibt es dafür bereits viele überzeugende Beispiele, besonders in der Immobilienwirtschaft (durch EU-Regularien, wie ESG – im Teil 2 dieses Beitrags). Der Hauptgrund ist ein reformiertes Leitbild. Wirtschaftliche Ziele bleiben nicht länger alleingültig. Sie werden erweitert zu einem dualen Wertprinzip für Investitionen und Betrieb: Ökonomie plus gesellschaftlicher Nutzen. Offenkundig ist die Wirksamkeit von Berichtspflichten. Entwickler und Baufirmen verknüpfen daher Leistungserbringung mit Qualitätsnachweisen. Es geht nicht länger nur um das „mängelfrei erbrachte Werk“. Am Ende steht das Gesamtprodukt „Nachhaltiges Bauwerk“. Die erreichte Gesamtqualität wird nachgewiesen durch Zertifizierungen, wie BNB, DGNB, BREEAM, LEED. Solche Nachweise werden zum Erfolgsfaktor. In der Tat: Nachhaltige Qualität rechnet sich!
Bauplanung integriert in Industrieprozesse – Entwerfen in Systemen
Die Planung ist die strategische Mitte jedes Bauvorhabens. Das gilt seit den historischen Anfängen in der Antike. Wenn Bauplanung in industrialisierte Bauabläufe integriert wird, bleibt diese Mitte erhalten. Sie geht aber mit einer strukturellen Neuorientierung einher. Im traditionellen Planungsprozess haben Architekten und Ingenieure einen hohen Freiheitsgrad vom Vorentwurf bis zur Ausführungsplanung. Deren „kreativer Suchraum“ für Konzepte, Materialien und einsetzbare Produkte ist letztlich das gesamte Marktspektrum verfügbarer Technologien und Erzeugnisse. Gespiegelt gehört dazu das Spektrum möglicher Marktpartner.
Das ändert sich im industrialisierten Prozess. Dieses Spektrum muss eingeschränkt werden durch Standards. Zuletzt geschah dies in den 1960er Jahren durch Baukastensysteme mit starren Elementen und monotonen Bauformen. Tatsächlich sind Systemanbieter heute aber auf einem ganz anderen Niveau. Sie sind in der Lage, variable und flexible Elemente und Module zu fertigen bis hin zu individuellen Anfertigungen. Variable Elemente und Module werden zu BIM-Objekten. Die einhergehende Umsetzung von Bauaufgaben erfolgt durch Entwerfen und Planen in BIM-integrierte Systeme.
In innovativer Bauproduktion wird BIM (Building Information Modeling) bereits in der Vorfertigung eingesetzt. In den nachfolgenden Projektphasen, von der Planung bis zur Errichtung, verwenden Planer dann diese Informationsgrundlage für spezifizierte BIM-Anwendungen. Das ist tatsächlich ein revolutionäres Modell. Die bis heute aufwendigen Versuche, BIM im herkömmlichen HOAI-Muster bei Projektbeginn einzuführen, werden durch die industrielle BIM-Datenkette wesentlich vereinfacht. Auf dieser Basis können dann Architektur- und Fachmodelle aufsetzen.
Systemabhängige Einschränkungen baulicher Gestaltung sind zweifellos eine Randbedingung. Wenn sich Auftraggeber aber darauf einlassen, sind sogar exzellente Lösungen anspruchsvoller Bauaufgaben möglich. Das verlangt allerdings einen veränderten Modus: vernetzte und vertrauensvolle Kooperation (siehe Grafik 2).
Neue Systemführerschaft
Bauherrn, Entwickler, Bestandshalter begegnen als Auftraggeber für nachhaltige Bauwerke einer neuen Klasse von Generalunternehmern und sogar Generalübernehmern / Totalübernehmern (inkl. Planungsleistungen). Das überrascht, denn seit langem ist bekannt, dass solche Unternehmen nur erfolgreich sein können, wenn ihnen umfangreiche Kostenreduktionen entlang aller Projektphasen gelingen. Typisch waren Nachträge im Bauverlauf, weil vorausgehende Planungen systembedingt ungenau bleiben mussten. Ein ungewohntes Narrativ vermittelt zurzeit das Gegenteil.
Mit der Einführung von Nachhaltigkeitsstrategien wird das Herbeiführen von Erfolg abhängig von ganzheitlichen Kooperationsformen. Im neuen Industriemodell regiert auch ein gewandelter Wertemodus. Er begründet neu definierte technologische Ketten. Am Anfang steht CO₂-reduziertes und ressourcensparendes Erzeugen von Bauprodukten. Daraus erwachsen Bauteilqualitäten, die im Zusammenwirken zu nachhaltigen Baukonstruktionen und Anlagen führen.
Das erfordert aber Beteiligte, die über zugehöriges „Bauteil- und Systemwissen“ verfügen und in IT-Prozesse einfließen lassen bis zur Fertigstellung der Bauwerke. Da es mit zunehmender Technisierung so viele projektbezogene Akteure gibt wie beteiligte Disziplinen und Gewerke, braucht es entsprechende Kooperationsweisen. Ein häufig geäußertes Stichwort ist vertrauensvolle Zusammenarbeit. Also eine Verständigung, entfernt vom gewohnten Konfliktmodus.
GUs, GÜs ,TÜs erfinden sich neu
Entwickler und Baufirmen werden zu Systemanbietern. Sie beauftragen Planungsbüros, agieren im Verbund mit Projektentwicklern, oder verbinden Produktentwicklung und projektbezogene Bauplanung in eigenen Abteilungen. Beachtenswert sind Integrationsmodelle einer neuen Generation von Generalübernehmern (GÜs) und deren an Nachhaltigkeitszielen ausgerichteten Leistungen. Je größer deren technologische Flexibilität, desto vielfältiger sind die mögliche Entwürfe. GÜ-Planer entscheiden regelmäßig in Abstimmungen mit der Produktion, welche Bauelemente sich eignen und benötigt werden. Erfolgskritisch ist immer der resultierende ökologische Fußabdruck, ermittelt in begleitenden Computersimulationen.
Das wiederum ist nicht nur ausschlaggebend für den erreichten Kundennutzen mit darin verantworteter Nachhaltigkeit. Qualitätsnachweise in Form internationaler Zertifizierungen wirken immer auch zurück auf alle beteiligten Partner: Entwickler, Planer, Errichter, Hersteller. Ein Beispiel dieser Entwicklung ist die Goldbeck Gruppe: „Bauherren können ihre Immobilie mit uns klimaneutral errichten“ (Izabela Bürkner, Leiterin Expertenteam Nachhaltigkeit bei Goldbeck). Ungewöhnlich ist die Zusicherung der Qualität. DGNB oder LEED-Beurteilungen können in definierten Levelklassen (Silber / Gold / Platin) bei Auftragserteilung bestellt werden (Details in Teil 2).
Bau und Betrieb – Das Ursprungsproblem des FM wird lösbar
Mit wachsender Einsicht in die Notwendigkeit nachhaltigen Bauens verschiebt sich das Erfolgskriterium des Bauerfolgs von der mängelfreien Fertigstellung zur Nachhaltigkeit und Energieeffizienz im laufenden Betrieb (FACILITY MANAGEMENT 3|2020). Hier zeigt sich zunächst in Simulationen, dann in realen Verbrauchswerten die erreichte Energieeffizienz und in im betrieblichen Monitoring die Brauchbarkeit und Verfügbarkeit betriebener Anlagen und Bauteile.
Der Phasenübergang zwischen Prozessen in Bauprojekten und Prozessen im Betrieb bleibt aber schwierig. Problematisch ist der „Sichtwechsel der Objekte“. Hergestellte Objekte und anschließend in Betrieb genommene Objekte sind zwar als investive Güter identisch, nicht aber in den prozessabhängigen Eigenschaften. Betrachten wir den gesamten Lebenszyklus der Objekte zeigt sich eine ganz andere Sicht. Regelmäßige Inspektionen, Wartungen und Prüfungen überlagern sich mit unvorhersehbaren Entstörungen und Instandsetzungen. Hinzu kommen altersabhängige Erneuerungen, Modernisierungen und Umbauten.
Es geht um nichts weniger als um Daten und Wissen von „Lebenszyklusobjekten“ in Zeitperspektiven oft mehrerer Jahrzehnte. Anbieter industrieller Bausysteme sind dabei, in dieser Richtung ihre Wertschöpfungsketten zu verlängern. Eine Möglichkeit ist der Einsatz von BIM-Datenmodellen, die als As built Dokumentation bei Projektende in der Form „Digitaler Zwillinge“ als Basis von CAFM-Systemen zur Verfügung stehen (BIM2FM).
Das Problem des damit notwendigen Sichtwechsels im Phasenübergang der Objekte wird immer mehr auch zu einer Herausforderung industrieller Systemführer. In integrierten Prozessen „Bau und Betrieb“ müssen sie auch beweisen, ob Nachhaltigkeit und Effizienz das Ergebnis vorangegangener Bauleistungen sind.
Aus Sicht des Autors stehen die Chancen dafür nicht schlecht. Der historische Übergang wird aber ein Hürdenlauf sein. Er wird erleichtert, wenn es beteiligte Akteure schaffen, vorab die Prozesseinheit von „Bau und Betrieb“ organisatorisch zu gewährleisten.
Teil 2
Im zweiten Teil dieses Beitrages werden u.a. erfolgreiche Beispiele nachhaltiger Industriemodelle vorgestellt und die Integration der Planungs-, Produktions- und Betriebsphasen näher beleuchtet.
