Revolution am Bau

Die Überprüfung des Baufortschritts sowie die Vermessung und on Baustellen können Dass dieses Gebäude ähnlich gut überwacht ist wie ein Patient auf der Intensivstation, sieht man von außen nicht. Das dunkelgrau verputzte Bürogebäude mit dem rotleuchtenden Logo der Ferdinand Tausendpfund GmbH im Osten Regensburgs wirkt wie viele andere Gewerbebauten: funktional und schlicht. Doch in ihm sind über 100 Sensoren verbaut. Diese messen, wie gut die Außenwände Wärme leiten oder Feuchtigkeit transportieren. „Vor allen Dingen wollten wir aber wissen, wie verschiedene Baumaterialien das Wohlbefinden der Menschen in den Innenräumen beeinflussen“, sagt Michael Thon, Geschäftsführer der Ferdinand Tausendpfund GmbH, der das Forschungsprojekt gemeinsam mit dem Bayerischen Bauindustrieverband und der TU München realisiert hat.

Das Besondere an dem Bürogebäude: Die Außenwände im Erdgeschoss sind aus Stahlbeton, im ersten Stock sind sie aus Ziegel und im zweiten Stock aus Kalksandstein. Welches Material ist nun das Beste in Sachen Energieverbrauch und dem Wohlbefinden der Nutzer? Die Antworten publizierten die Forscher der TU im Jahr 2020: Der Energieverbrauch zum Heizen und Kühlen ist in den verschiedenen Stockwerken etwa gleich hoch – wobei diese nicht vollständig voneinander abgegrenzt betrachtet werden konnten. Auch das Wohlbefinden der Menschen, die sich in den Räumen aufhielten, unterschied sich nicht wesentlich in den verschiedenen Stockwerken. Lediglich bei der Herstellung der Materialien und dem dazu nötigen Energieverbrauch gab es klare Unterschiede: Bei der Stahlbetonwand werden 82 Kilogramm an Treibhausgasen pro Quadratmeter bei der Herstellung ausgestoßen, bei der Kalksteinwand 70 Kilogramm und bei der Ziegelwand 60 Kilogramm.

Das Ziel hinter dem Forschungsvorhaben: Daten sammeln. Denn diese gibt es im Baubereich noch viel zu wenig. „Wir müssen zu einer informatisierten, industriellen Bauwirtschaft kommen“, sagt Michael Thon. Er wünscht sich, dass Bauplaner in Zukunft nicht nur genau wissen, welche Materialien in einem Gebäude verbaut sind, sondern auch, wie deren Umweltbilanz aussieht oder ob diese wiederverwertet werden können. Dazu braucht es smarte, digitale Modelle mit vielen Informationen. „Viele Daten liegen aber noch gar nicht vor“, fügt Ewald Weber, zweiter Geschäftsführer der Ferdinand Tausendpfund GmbH, hinzu. „Deshalb haben wir gerne beim Forschungsvorhaben mit der TU München mitgemacht.“ In ein paar Jahren soll das nächste Forschungsprojekt folgen. Auf dem Nebengrundstück wollen Weber und Thon ein neues Gebäude bauen, das vollständig aus recycelten Baumaterialien bestehen wird und am Ende der Nutzungsdauer wieder in den Stoffkreislauf aufgehen soll.

Thons Vision: Er möchte, dass alte Gebäude in Zukunft nicht mehr als Abfall betrachtet werden, sondern als wertvolle Rohstoffquelle. Denn: „Wir hatten noch nie so viel Baubestand wie heute. Gleichzeitig wollen wir die Pariser Klimaziele einhalten und verhindern, dass sich unser Planet weiter aufheizt. Deshalb ist es in Zukunft nötig, nicht immer noch mehr Rohstoffe abzubauen, sondern die bereits verwendeten weiter zu nutzen“, so Thon. Dafür braucht es aber auch eine bessere Dokumentation der verwendeten Materialien und aller dazugehörigen Daten, etwa über einen digitalen Materialpass, so Ewald Weber. Bis dahin ist es aber noch ein weiter Weg.

Denn die Baubranche ist in Sachen Digitalisierung ziemlich weit abgeschlagen hinter anderen Branchen wie zum Beispiel dem Maschinenbau oder der Autoindustrie. Sandor Horvath von der Fakultät Bauingenieurswesen an der OTH in Regensburg sagt: „Die Arbeitsproduktivität in tel der Bauwirtschaft hat sich seit 1991 nur minimal, nämlich um gerade mal sechs Prozent weiterentwickelt. Das liegt auch an der fehlenden Digitalisierung.“ Warum ist die Baubranche im Vergleich zu anderen Wirtschaftszweigen so wenig digital? „Ein Bauprozess ist höchst komplex. Es sind mehrere Akteure aus vielen verschiedenen Firmen daran beteiligt. Diese über die verschiedenen Bauphasen hinweg mit einem digitalen Tool zu koordinieren, ist nicht ganz einfach“, so Prof. Dr. Mathias Obergrießer, Inhaber des Lehrgebietes „Digitales Bauen“ an der OTH in Regensburg. Dabei hat sich die Baubranche eigentlich dem sogenannten „Building Information Modelling“, kurz BIM, verschrieben. Alle Daten über ein Bauwerk sollen in einem virtuellen Modell gesammelt werden, an dem sich beim Bauen alle Akteure orientieren. Das könnte massiv die Kosten eines Bauprojekts senken und die Arbeiten daran viel einfacher und effizienter machen, ist sich Prof. Obergrießer sicher.

Außerdem: Ein solches schlaues Modell könnte auch späteren Nutzern darüber Aufschluss geben, was im Bauwerk verbaut ist. Heutzutage würden ältere Gebäude oftmals abgerissen, statt sie zu sanieren, weil unklar sei, was wo wie verbaut wurde, so Obergrießer. Ein virtuelles Modell könnte all diese Informationen enthalten. Eine Standardisierung sei jedoch nicht ganz einfach, eben wegen der vielen Projektbeteiligten, die dafür eng zusammenarbeiten müssten. Manche wären auch noch nicht bereit dazu, ihre Daten in ein allgemein einsehbares Modell einzugeben. In der Automobilherstellung sei es dagegen viel einfacher, digital zu planen: „Da haben wir mit den großen Automobilherstellern große Player, die uns die Richtung hinsichtlich der verwendeten IT-Lösungen vorgeben können“, sagt Obergrießer.

Doch die Forschenden an der OTH sind sich sicher: Es muss sich etwas verändern auf den Baustellen in Deutschland. „Wir haben in der Baubranche einen massiven Fachkräftemangel. Durch eine zunehmende Digitalisierung werden Berufe in der Bauwirtschaft viel weniger körperlich fordernd werden und somit für junge Menschen wieder attraktiver“, sagt Prof. Charlotte Thiel, auch sie Wissenschaftlerin an der OTH in Regensburg. Viele Baufirmen suchen händeringend nach Personal und stehen im Wettbewerb mit allen anderen Arbeitgebern. Wenn nun in dieser Situation nicht digitale Werkzeuge, Roboter und Maschinen in Zukunft viele Tätigkeiten übernehmen, kann die Nachfrage nach neuer Infrastruktur oder neuen Gebäuden in Zukunft nicht mehr bedient werden. Denn BIM kann einen Bauprozess massiv „entschlacken“ und damit einfacher machen. Computer erstellen schließlich das digitale Abbild eines Bauwerks, viele Bauteile werden in der Fabrik vorproduziert und müssen dann vor Ort nur noch zusammengesetzt werden – Stichwort „Baukastenprinzip“. Die vielfältigen Berufe in der Bauwirtschaft wird es trotzdem weiterhin geben, sie werden sich nur verändern, digitaler werden und damit auch oft attraktiver, denn es muss weniger körperlich gearbeitet werden. Viele Tätigkeiten verlagern sich zudem weg von der Baustelle hin zu bequemeren Bürojobs oder Tätigkeiten in einer Produktionshalle.

Noch lassen diese umfassenden Veränderungen am Bau aber noch auf sich warten. Trotzdem ist die Baubranche ein bedeutender Wirtschaftsfaktor in der Oberpfalz und dem Landkreis Kelheim. „Angetrieben von der regen Bautätigkeit der vergangenen Jahre hat die Branche einen bedeutenden Anteil zur positiven Wirtschaftsentwicklung in der Region beigetragen“, sagt Thomas Genosko, IHK-Abteilungsleiter für Standortpolitik, Innovation und Umwelt. Im Jahr 2021 erwirtschafteten die Bauunternehmen im IHK-Bezirk einen Umsatz von rund 3,5 Milliarden Euro. Zusammen mit den Unternehmen aus den baunahen Wirtschaftszweigen, zu denen beispielsweise das Ausbaugewerbe zählt, stellt das Baugewerbe rund 40.000 Arbeitsplätze in der Region.

Ein Wehrmutstropfen beim Bauen: Es wird viel Energie gebraucht – und die stammt oft aus fossilen Quellen wie Erdgas und Erdöl. Allein die Zementindustrie ist für acht Prozent der globalen Treibhausgasemissionen verantwortlich. Wie man Beton möglichst umweltfreundlich herstellen kann, darüber hat sich das Bauunternehmen Max Bögl mit Sitz im oberpfälzischen Sengenthal Gedanken gemacht. „Unser Umweltbeton leistet einen wesentlichen Beitrag zum nachhaltigen Umgang mit Rohstoffen, denn im Vergleich zu herkömmlichem Beton verbraucht er in der Herstellung 30 Prozent weniger CO2“, sagt Markus Richthammer, Vorstand Industrie bei der Firmengruppe Max Bögl. Auch das Thema Recycling, also die Wiederverwertung von bereits verwendetem Beton, ist immer mehr im Kommen. „Das ist technisch schon ohne Probleme möglich“, sagt Richthammer. Da die normativen Vorgaben bei der Wiederverwendung von recyceltem Beton aber noch sehr streng sind, wird dieser überwiegend noch als Unterfüllmaterial beim Straßenbau oder in Gebäuden benutzt – leider noch nicht im Brückenbau.

Um den CO2-Fußabdruck so klein wie möglich zu halten, nutzt das Unternehmen zudem regenerative Energien. „Unser Werk, in dem wir Beton mischen und verarbeiten, betreiben wir mit Photovoltaik, Biomasse und Windenergie“, sagt Richthammer. Auch die Abbauarbeiten im Steinbruch in Wiesenhofen, den die Firmengruppe zum Abbau von Rohstoffen für die Betonherstellung nutzt, sollen in Zukunft mithilfe regenerativen Stroms aus einem neu geplanten Solarpark in der Nähe betrieben werden.

Das Thema Digitalisierung spielt ebenfalls eine große Rolle bei Max Bögl. In der modernen Baufabrik in Bachhausen stellt die Firmengruppe Teile für ein modulares Bausystem her. „Wir erstellen zunächst einen digitalen Zwilling des Bauwerks, modernste digital angesteuerte Anlagentechnik stellt dann in unserer Baufabrik viele Bestandteile wie zum Beispiel die Module aus Wandelementen inklusive Fenster, TGA, Elektrik und Fußbodenaufbau her. Auf der Baustelle müssen wir diese dann nur noch zusammensetzen“, erklärt Markus Richthammer. Der Vorteil: Das digitale Planen nach dem Baukastenprinzip spart Zeit und vermeidet Fehler, weil fast alle Fachdisziplinen des Bauens schon miteinbezogen sind. Alles kommt aus einer Hand, für Richthammer, einem großen Fan des „Lean Managements“, der große Vorteil dieser Methode „Wir bauen so auch schneller, was wiederum für kurze Finanzierungszeiten sorgt“, so Richthammer. homas Bader „Dafür haben wir ein in sich geschlossenes, ganzheitliches System, das alle Bauphasen wie die Planung, die Materiallogistik oder den Produktionsbetrieb mit einbezieht“, erklärt er. Und das lohne sich auch in Sachen Nachhaltigkeit: Denn weniger Fehler beim Bauen sorgen für weniger Materialverschwendung.

Auf Ziegel als Baumaterial setzt Thomas Bader, Geschäftsführer der Firmengruppe Leipfinger-Bader. Seit fünf Generationen stellt seine Familie Ziegel her. „Nachhaltiges Bauen bedeutet für mich vor allem, dass ein Gebäude lange genutzt werden kann. Und da ist der Ziegel fast unschlagbar. Es gibt sehr viele Gebäude, die bereits im Mittelalter gebaut wurden und immer noch stehen, denken Sie nur einmal an die Martinskirche in Landshut. Diese besteht vollständig aus Ziegel“, sagt Bader. Er selbst hat sein Büro in einem Ziegelhaus aus dem 19. Jahrhundert, das seine Ururgroßmutter hat bauen lassen. „Natürlich sind die Ziegel, die mein Ururgroßvater im Jahr 1871 in unserem ersten Ziegelbrennofen gebrannt hat, nicht mehr dieselben, die wir heute herstellen.“ Die Ziegelherstellung hat sich sehr weiterentwickelt, beispielsweise werden heute Ziegel mit Füllmaterial – etwa reinen Holzfasern – hergestellt. „Die Häuser, die in den vergangenen zehn Jahren mit unseren Ziegeln gebaut wurden, dämmen so gut, dass die Bewohner fast keine Heiz- oder Kühlenergie mehr aufwenden müssen“, sagt Thomas Bader. Außerdem würden die Ziegel in der Oberpfalz und in Niederbayern hergestellt und müssten nicht weit zu den Baustellen transportiert werden – auch das sei nachhaltig.

Bader hat zudem ein System zum Recycling von Ziegeln entwickelt. Mechanisch werden alte Ziegel in einer Recyclinganlage in Mainburg von Rückständen wie Mörtel befreit. Aus den alten Ziegeln entsteht dann zum Beispiel Ziegelgranulat, das vor allem für Dachbegrünungen interessant ist. Eine weitere Innovation des Unternehmens: der sogenannte Kaltziegel. Dieser besteht aus recycelten Ziegelresten, wird in einem speziellen Verfahren gepresst und im Anschluss ohne Energieeinsatz ausgehärtet. „Es handelt sich um einen zukunftsträchtigen Prototypen eines ungebrannten Wandbaustoffs“, erklärt Thomas Bader.

Erst vor kurzem war er an einem ganz besonderen Projekt beteiligt: „Wir haben ein Bürogebäude ohne Heizung und Klimaanlage, also ein Null-Emissions-Haus, gebaut“, erzählt Bader. Das Projekt, ein Gebäude mit 200 Büros in Garching, realisierte er für einen Reifenhändler. Die Wände und das Lüftungssystem des Bürogebäudes sind so ausgeklügelt aufeinander abgestimmt, dass es im Gebäude immer gleichmäßig warm ist – und das ohne Heizung oder Klimaanlage. „Dieses Jahr gab es ja einen sehr heißen Sommer. Trotzdem hatte es in dem Gebäude nie mehr als 24 Grad“, erzählt Bader. Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, die in den Räumen arbeiten, beschrieben das Klima darin als sehr angenehm. Um solch ein Haus zu errichten, brauche es aber ganzheitliches Denken, so Bader. Nur die richtigen Ziegel zu verwenden, reiche nicht aus. Vielmehr brauche es auch eine passende Lüftungsanlage. Ebenso spiele der Standort eine Rolle. Bader stellt deshalb auch schon lange nicht nur Ziegel her, sondern auch Ziegel-Fertigteile für das serielle Bauen, intelligente Lüftungssysteme, umfassende Lösungen für Dach und Fassade, keramische Estrichziegel sowie Lehmprodukte für den Innenausbau.

Eine weitere Besonderheit des Null-Emissions-Hauses in Garching: Die günstigen Herstellungskosten. 1.300 Euro pro Quadratmeter habe der Bau gekostet, so Bader. Normalerweise koste ein Quadratmeter durchschnittlich 1.800 Euro. Die geringen Kosten erreicht Bader, indem er Ziegelwände in Modulbauweise herstellt. Ein Roboter produziert die Wand in einem Stück am Standort Schönlind. Auf der Baustelle muss diese vorgefertigte Ziegelwand dann nur noch eingesetzt werden.

Mit digitalen Modellen, in denen verschiedenste Informationen zum Bauobjekt hinterlegt sind, arbeitet auch das Schwandorfer Bauunternehmen Gebr. Donhauser. „Unsere Informationsmodelle leisten einen großen Beitrag während der Planungs- und Bauprozesse“, sagt Claudia Donhauser, eine der beiden Geschäftsführer des Bauunternehmens. „Weil unsere Bauleiterinnen, Bauleiter und Poliere mit Tablets ausgestattet sind, können sie über das Modell alle für sie notwendigen Informationen abrufen“, so Claudia Donhauser. „Damit ist gewährleistet, dass immer der aktuelle Informationsstand vorliegt.“

Mit dem Einsatz von Künstlicher Intelligenz könnte das Computerprogramm zum Modellieren sogar noch viel mehr: „Dann könnte es reichen, wenn wir bestimmte Parameter, wie die gewünschte Gebäudehöhe, die Stockwerksanzahl und die Geländebeschaffenheit angeben und das Computerprogramm entwirft automatisch das dafür perfekte Gebäude. Es könnte automatisiert nachhaltige und zugleich wirtschaftliche Materialien heraussuchen oder die passendste Form für das Gebäude vorschlagen.“

Das ist aber noch Zukunftsmusik. Das größte Hemmnis für solch ein verbessertes Modell: Die fehlenden Daten. Auch Claudia Donhauser wünscht sich, dass Materialhersteller die umweltrelevanten Eigenschaften ihres Bauprodukts verpflichtend ausweisen müssen, die für die Bestimmung der CO2-Emmisionen, der grauen Energie und des Ressourcenverbrauchs eines Bauwerks erforderlich sind, natürlich in maschinenlesbarer Form. Grundsätzlich verfolge ihr Unternehmen das Ziel, ein Gebäude so zu bauen, dass es möglichst lange genutzt werden kann. „Wir überlegen uns: Wie kann ich ein Gebäude umfunktionieren, wenn es für die ursprüngliche Nutzungsart nicht mehr gebraucht wird? Wie können wir so neu bauen oder im Bestand umbauen, dass beispielsweise eine Gewerbeimmobilie zu einem Wohngebäude werden kann? Hierbei ist von wesentlicher Bedeutung, dass dies mit möglichst geringem Aufwand geschehen kann“, verdeutlicht Claudia Donhauser.

Drohnen zum Vermessen von Gelände, oder digitales Flottenmanagement – auch bei der Josef Rädlinger Unternehmensgruppe mit Sitz in Cham haben digitale Methoden längst Einzug gehalten. „Wir nutzen Drohnen, um ein Gelände zu vermessen und anschließend eine virtuelle Ansicht zu erstellen“, erklärt Josef Rädlinger, Geschäftsführer der gleichnamigen Unternehmensgruppe. Ob bei der Arbeitssicherheit, der Qualitätssicherung oder für die Unterstützung von Betriebsabläufen, digitale Tools kommen an vielen Stellen im Unternehmen zum Einsatz. Das digitale Flottenmanagement zum Beispiel taktet Lkw- Fahrten so, dass möglichst wenig Treibstoff verbraucht wird und Fahrten auf ein Minimum begrenzt werden. Eine weitere digitale Anwendung prüft die Verdichtung des Asphalts während des Einbaus, um eine optimale Qualität mit minimalem Aufwand gewährleisten zu können. Die digitale Steuerung der Baumaschinen ist bei der Firma Rädlinger längst Alltag, um eine reibungslose und präzise Umsetzung der Geländegestaltung zu garantieren. „Mit dem Einsatz dieser datenbasierten Technik läuft der Bauprozess viel schneller und damit kosteneffizienter ab“, so Josef Rädlinger.

Damit dies alles funktioniert, braucht es leitungsstarkes Internet. Und das ist im ländlichen Raum nicht selbstverständlich. „Unser Unternehmensbereich Netzbau setzt derzeit den Breitbandausbau in der Region um und ist dabei sehr stark aufgestellt. Da ist viel Bewegung momentan“, betont Rädlinger. Für ihn ist bei der Digitalisierung vor allem der menschliche Faktor entscheidend. „Wir wollen alle Mitarbeiter auf dem Weg hin zu mehr digitalem Arbeiten mitnehmen. Deshalb setzen wir sehr stark auf Weiterbildung. Nur wenn alle mitmachen, funktioniert's. Am besten ist, wenn jeder die großen Vorteile der Digitalisierung beim Bauen erkennt und gern mit der aktuellen Technik arbeitet.“

Autorin: Dr. Julia Egleder