Innovationsnetzwerk FUCON 4.0 - Forschen für das Bauen der Zukunft

© Foto Fraunhofer IAO, UNStudio, ASPLAN

Ausgangssituation

Rasante technologische Entwicklungen und stetig wachsende Anforderungen an Gebäude und Architektur stellen die Unternehmen der Baubranche auf eine harte Probe. Hinzu kommt ein gesamtgesellschaftlicher Wandlungsprozess, der vor allem den Menschen als ausführendes Organ und Nutzer in der Bauwirtschaft beinhaltet. So erwirken ein steigendes Umweltbewusstsein, divergierende Prozesse zwischen Globalisierung und lokalem Handeln, der demografische Wandel, aber auch die wachsende Bedeutung  von Planen und Bauen in einem urbanen Umfeld neue Potenziale und Herausforderungen.

Als zentrale Treiber werden im Folgenden drei Entwicklungen aufgezeigt, die gerade bei einer integrierten Betrachtungsweise den Handlungsraum für Planen und Bauen in den nächsten zwanzig Jahren dominieren:

Energiewende

Bereits Ende dieses Jahrzehnts werden nach dem Willen der deutschen Bundesregierung  ausschließlich energieautarke Gebäude gebaut. Angesichts steigender Anforderungen an Energie- und Ressourceneffizienz müssen etablierte Wertschöpfungsprozesse im Bauen hinterfragt und angepasst werden. Energieeffizientes Bauen bedeutet zukünftig innovative Technologien und deren Potenziale für ressourceneffiziente Lösungen zu erschließen und frühzeitig in heutige Planungs- und Produktentstehungsprozesse zu integrieren. In der Planung des Entwurfs als auch des Fertigungsprozesses bestehen hierbei die größten Potenziale, die Unternehmen kurz- bis mittelfristig heben können.

Digitale Prozesse

Die Wirtschaft steht an der Schwelle zur vierten industriellen Revolution. Die Kennzeichen der zukünftigen Form der Industrieproduktion sind die starke Individualisierung der Produkte unter den Bedingungen einer hoch flexibilisierten und digitalen Produktion. Neuartige Geschäftsmodelle und erhebliche Optimierungspotenziale in Produktion und Logistik gilt es zu erschließen. Die Bundesregierung hat in ihrer Hightech-Strategie 2020 das Zukunftsprojekt »Industrie 4.0« als zentrales Zukunftsthema für alle produzierenden Branchen aufgenommen.

Anwendungsfeld Stadt

Was bedeutet es, wenn Gebäudeplanung nicht mehr an den Grundstücksgrenzen aufhört, sondern Teil der städtischen Gesamtstruktur ist – also schon heute seine Energie- und Ressourcenversorgung, Mobilitätsanforderungen, Stadtoberflächen und Nutzungszyklen auf die nachhaltige, lebenswerte und wandlungsfähige Stadt von morgen synchronisieren muss? Angesichts des notwendigen Umbaus unserer Städte hin zu nachhaltigen und energieeffizienten Lebensräumen kann die Baubranche die entscheidenden Strategien, Produkte und Lösungen zur Bewältigung dieser Transformation liefern.

 

 

Veränderung von Planungs- und Bauprozessen

Seit einigen Jahren steigt der Anteil der Planer die so genannte Building Information Modelling (BIM)-Software nutzen rasant an. So zum Beispiel in den USA, wo sich der Anteil der BIM-Nutzer von 28% im Jahr 2007 auf 71% im Jahr 2012 mehr als verdoppelte. In Europa nutzten im Jahr 2010 43% der Architekten BIM-Software zur Planung. Zudem wurde eine ganze Palette weiterer 3D-Planungswerkzeugen entwickelt erprobt und teilweise schon angewandt. Darunter Technologien aus dem Bereich der Virtuellen Realität, 3D-Scanner zur Ermittlung von Bestandsdaten oder zum Soll-Ist-Abgleich auf der Baustelle. 5D-Planung, eine Art Weiterentwicklung von BIM um die zeitlichen Abläufe und deren Planung auf der Baustelle und die Gebäudenutzung erweitert. Des Weiteren gibt es generative parametrische Planungstools wie Rhino-Grasshopper oder Generative Components (Bentley Systems), die dem Architekten eine größere Planungsfreiheit geben.

Durchgängige Schnittstellen zwischen den Planungsdaten von BIM-Modellen und (digitaler) Produktion sind bisher nur selten in beispielhaften Projekten erprobt worden, haben sich bisher jedoch nicht etabliert und müssen für einen Großteil der Anwendungen erst noch entwickelt werden. Elementar wichtig für eine durchgängige Prozesskette sind unter anderem auch die Schaffung neuer Geschäftsmodelle sowie von Kommunikationsplattformen um einen innovativen und effizienten Planungs- und Fertigungsprozess zu gewährleisten.

Für die Baubranche ergeben sich durch die Vernetzung von digitalen Planungs- und Fertigungsprozessen große Potenziale bei der Realisierung zukünftiger Projekte. Dies führt in zunehmendem Maße zu Veränderungen in allen Bereichen der Wertschöpfungskette und wird einen Wandel an Prozess und Gebäude von der Planung bis zum Rückbau nach sich ziehen. Um sowohl diesen wachsenden Anforderungen gerecht zu werden aber auch, um die daraus resultierenden Chancen und Potenziale bestmöglich ausschöpfen zu können, ist es für die Unternehmen der Baubranche unerlässlich, die entscheidenden Fragestellungen frühzeitig vorauszudenken.

Idee und Zielsetzung

Im Innovationsnetzwerk FUCON 4.0 entwickelt das Fraunhofer IAO gemeinsam mit den Partnerunterunternehmen Methoden und Strategien für eine effizientere und zukunftsorientierte Wertschöpfungskette Bau. Als Basis dienen wissenschaftliche Studien, Trendanalysen und Best-Practice Untersuchungen. Durch die Beteiligung am Innovationsnetzwerk FUCON 4.0 ergeben sich folgende konkrete Nutzen für die Projektpartner:

  • Partnerschaftliches Netzwerk als Diskussions- und Innovationsplattform
  • Früherkennung relevanter Entwicklungen für branchenrelevantes Umfeld
  • Know-how-Zugewinn durch interdisziplinäre Zusammenarbeit und vorwettbewerblichen Innovationstransfer
  • Zugriff auf eine umfangreiche Forschungspalette der Fraunhofer-Gesellschaft, insbesondere der Institute der Fraunhofer-Allianz BAU
  • Ideenpool für neue Markt- und Produktstrategien sowie Identifikation neuer geschäftlicher Potenziale
  • Imageförderliche, öffentlichkeitswirksame Außendarstellung von Projekt und Partnerunternehmen

Mittelfristig sollen auf diese Art und Weise die folgenden Ziele für die beteiligten Unternehmen und somit auch die Baubranche als Ganzes erreicht werden:

  • Nachhaltige Effizienzsteigerung und Kostenreduzierung über den gesamten Gebäudelebenszyklus
  • Qualitätssteigerung am Bau durch Schnittstellenoptimierung
  • Schnellere, weil schlanke und flexiblere Projektabwicklung
  •  Steigende Energieeffizienz von Bauweise und Gebäude
  • Beschleunigte Produkt- und Prozessinnovation
  • Prototypische Umsetzung und Evaluierung innovativer Ansätze und Methoden (»Proof of Concept«) an realen Bauprojekten

 

 

FUCON 4.0 - Projektbeschreibung

Die Baubranche durchlebt seit einigen Jahren besonders im Bereich der Planung einen raschen Wandel, digitale Planungsprogramme werden leistungsfähiger und etablieren sich unter den Planern immer mehr. Obwohl mittlerweile bei einem Großteil der Planungsaufgaben sämtliche Bauteile in digitaler Form hinterlegt sind, werden diese Daten bei der Produktion und auf der Baustelle nur sehr selten bei ambitionierten Projekten genutzt. Das liegt vor allem an fehlenden durchgängigen Schnittstellen zwischen der Planungssoftware und den ausführenden Gewerken sowie einem zum Großteil veralteten Planungs-/Ausführungsprozess. FUCON 4.0 befasst sich mit der Ermittlung der bisherigen Prozesskette  im Bauwesen, der Erarbeitung eines Konzepts eines Soll-Prozess, sowie dessen prototypische Umsetzung und der wissenschaftlichen Betreuung und Dokumentation.

Bauen im Wandel – Handlungsfelder für die Zukunft

Der inhaltliche Fokus dieser Phase liegt zum einen auf den wachsenden Anforderungen für die Gebäude der Zukunft und zum anderen auf den Prozessen und Technologien, die benötigt werden, um diese Gebäude wirtschaftlich und trotzdem mit gutem Gewissen realisieren und nutzen zu können. Thematisiert werden dabei sowohl Neubau als auch Bauen im Bestand und Sanierung. Die Baubranche muss sich den Fragen stellen, wie Planungs- und Fertigungsprozesse digital miteinander verbunden werden können und wie ein effizientes Frontloading, von Produktparametern, bei der Planung strukturiert sein muss, damit durch digitale parametrische Planung und Fertigung mehr Effizienz, Qualität und Innovation für die komplette Baubranche generiert wird. Im Ansatz dazu muss die Entwicklung und Betreuung mehrerer vollständiger digitaler Gebäudekonzepte stehen.

Als Voraussetzung für die Umsetzung neuer Lösungsansätze soll zudem die Rolle der rechtlichen und strukturellen Rahmenbedingungen der Baubranche im Innovationsprozess analysiert und die wesentlichen Hemmnisse für eine effizientere Wertschöpfungskette aufgezeigt werden.

Inhalte

Potenzialanalyse und Expertenstudie zu digitaler Planung und Fertigung

Erfassung von 100 wegweisenden Projekten im Bereich des Planungs- und Fertigungsprozess als Grundlage einer Potenzialanalyse mit Expertenbefragung und einer daran anschließenden offenen Befragung der Baubranche zum derzeitigen Stand und zukünftigen Entwicklungen.

Prototypische Realisierung integrierter Soll-Prozesse

Gemeinschaftliche Erarbeitung der Vision des »Bauen 4.0« unter der Voraussetzung der Ermittlung von Anforderungen an einen zukunftsfähigen Planungs- und Bauprozess.

Global Design Competition

Weiterentwicklung des Prozesses in der Praxis anhand eines offenen Studentenwettbewerbs, oder eines Fachworkshops mit führenden Architekturbüros. Der Schwerpunkt wird sich auf die Identifizierung der Potenziale des erarbeiteten Prozess auf die Architektur und die Stadt im gesamten stützen.

Prüfung von Umsetzungsmaßnahmen anhand Katalysatorprojekten und Initiierung von Förderprojekten

Praktische Überprüfung der erarbeiteten Inhalte und Innovationen in ausgewählten Katalysatorprojekten.

Öffentlichkeitsarbeit

Wissenschaftliche Betreuung, Dokumentation und Veröffentlichung der Forschungsinhalte in regemäßigen Abständen.