Es wird erwartet, dass der Wert der globalen Bauproduktion bis 2030 auf 17,5 Billionen US Dollar ansteigen wird. Diese positiven wirtschaftlichen Entwicklungen werden allerdings durch hohe Verluste geschmälert. Schätzungsweise 10 bis 30 Prozent der globalen Bauproduktion gehen durch Missmanagement und Ineffizienz während des Bauprozess verloren, die zu Überschreitungen des ursprünglichen Budgets und der veranschlagten Bauzeit führen. Auch in Deutschland stehen fehlentwickelte Bauprojekte wie beispielsweise der Flughafen BER oder die Hamburger Elbphilharmonie immer wieder in der Öffentlichkeit. Die Gründe für Ineffizienzen in Bauprojekten finden sich zumeist in der Zusammenarbeit zwischen den Vertragspartnern, Problemen im Projektmanagement sowie in der Koordination der einzelnen am Bau beteiligten Gewerke. Auch mangelnde Kommunikation sowie Datenaustausch zwischen den Gewerken stellen ein Problem dar. Neben diesen praktischen Herausforderungen spielen steigende Kundenerwartungen, zunehmende Individualisierungsansprüche in der Architektur und vielfältigere Ausstattungen von Wohnraum im Hausbau zunehmend eine wichtige Rolle.

Eine aussichtsreiche Möglichkeit um den internationalen und nationalen Entwicklungen gerecht zu werden bietet die Industrialisierung und Digitalisierung des Bauprozesses in Form eines modularen Baukonzeptes in Verbindung mit Building Information Modeling (BIM). BIM ist eine Planungsmethode im Bauwesen, die die Erzeugung und die Verwaltung von digitalen virtuellen Darstellungen der physikalischen und funktionalen Eigenschaften eines Bauwerks beinhaltet. Die Bauwerksmodelle stellen dabei eine gemeinsame Daten- und Wissensplattform für alle Beteiligten rund um das Bauwerk dar, um eine verlässliche Quelle für Entscheidungen während des gesamten Lebenszyklus zu bieten; von der ersten Vorplanung bis zum Rückbau. Die umfassende Nutzung von BIM-Modellen im Rahmen des modularen Hausbaus setzt die Entwicklung eines umfassenden digitalen Modul- und Komponentenkatalogs voraus. Dieser bringt Herausforderungen – die insbesondere für KMUs im deutschen Baugewerbe relevant sind – wie hohe Anfangsinvestitionen bzw. Entwicklungskosten und Risiken hinsichtlich der kundenspezifischen Gestaltung von Modulen mit sich. Dieser Herausforderung soll mit dem Forschungsvorhaben begegnet werden, indem ein Demonstrator für eine spielifizierte BIM-gestützte Crowdsourcing Plattform, die im Rahmen des modularen Hausbaus genutzt werden kann, konzipiert und entwickelt wird. Übergeordnetes Ziel ist es, die Verbreitung von Building Information Modeling zu unterstützen und damit der Forderung einer neuen digitale Planungs- und Baukultur in Deutschland gerecht zu werden. Der individuelle modulare und digitalisierte Hausbau bietet erhebliche ökonomische und ökologische Vorteile gegenüber dem konventionellen Hausbau und ist damit geeignet den zukünftigen gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Entwicklungen wie Urbanisierung und Bevölkerungswachstum gerecht zu werden.

Für die Verbreiterung des individuellen modularen Hausbaus wird aufbauend auf den bestehenden Herausforderungen ein umfassender digitaler Modul-, Komponenten und Modulbautenkatalog in BIM benötigt, der sowohl den regulatorischen Anforderungen seitens der am anschließenden Bau Beteiligten, als auch individuellen Ansprüchen von privaten, gewerblichen und öffentlichen Kunden gerecht wird. Da das Baugeschehen einer Ordnung unterliegt, die sich aus dem Zusammenwirken verschiedener Personen, Organisationen, Unternehmen sowie Behörden mit unterschiedlichen Aufgabengebieten ergibt, müssen diese vor dem Hintergrund der Modularisierung hinsichtlich ihrer individuellen Anforderungen schon früh in den Gestaltungsprozess einzelner Module, Komponenten und Modulgruppen eingebunden werden. Hierdurch sollen regulatorische Rahmenbedingungen entstehen, die eine Standardisierung der verwendeten Komponenten und Fertigungsschritte, eine Passung an behördliche Vorgaben und besonders eine „Plug-and-Play“-Fähigkeit der Module hinsichtlich Haustechnik und Infrastruktur ermöglichen. Weiterhin müssen die kundenindividuellen (und eventuell trendgetriebenen) Anforderungen an Ästhetik und Praktikabilität in die Gestaltung der Module und Modulgruppen miteinfließen. Die dabei entstehenden Bauwerksmodelle bestehen aus dreidimensionalen virtuellen Bauteilen bzw. Modellen. Aus dem objektorientierten Aufbau der Modelle können in der anschließenden Fertigung und Montage noch zusätzliche Informationen generiert und aus der Geometrie abgeleitet, gespeichert und an am Bau beteiligte Akteure verteilt werden. Besondere Bedeutung hat hier die Nutzung eines einheitlichen Datenmodells oder die Nutzung von offenen Schnittstellen um nachgelagerten Akteuren das komplette Potenzial von BIM zu ermöglichen. Derzeit herrscht Verlust und Mehraufwand in der Kommunikation aufgrund von Medienbrüchen vor, indem beispielsweise ein Austausch mit Gewerken mittels konventioneller 2D-CAD Unterlagen erfolgt.

Die crowdbasierte Entwicklung eines digitalen Modul- und Komponentenkatalog in BIM-Umgebung für den modularen Hausbau unter Berücksichtigung regulatorischer und gestalterischen Vorgaben eröffnet die Potentiale des individuellen und digitalen modularen Hausbaus für KMU. Weiterhin wird die Entwicklung eines solchen Katalog durch die Einbindung verschiedener (interner oder externer) Akteure des Baugewerbes ermöglicht.

Industriepartner

Die Bedürfnisse von KMU werden in repräsentativen Expertengesprächen, regelmäßigen Workshops und Sitzungen eines forschungsprojektbegleitenden Ausschusses mit KMU und Großunternehmen erarbeitet.

Wenn Sie Interesse bei der Mitarbeit am Forschungsprojekt haben, melden Sie sich bitte bei den Ansprechpartnern des Forschungsprojekts.

Nutzen für KMU

Die durch das Forschungsprojekt zu erarbeitenden Lösungen befriedigen die Nachfrage von KMU nach einer Industrialisierung und Digitalisierung des Bauprozesses in Form eines modularen Baukonzeptes in Verbindung mit BIM. Der konkrete Nutzen für KMU im Rahmen des Forschungsprojekts ist:

• Aktive Einflussnahme auf das Forschungsvorhaben
• Zugriff auf wissenschaftliche Untersuchungen ohne finanzielle Zusatzkosten
• Vermittlung von Wissen über den aktuellen Forschungsstand von BIM im Zusammenhang Crowdsourcing- und Spielifizierungskonzepten
• Vernetzung mit anderen Akteuren
• Identifikation der Einsatzmöglichkeiten von BIM-gestützten Plattformen im modularen Hausbau

Angestrebte Forschungsergebnisse

Das Forschungsprojekt strebt die Erarbeitung folgender Ergebnisse an:

• Charakterisierung von Crowdsourcingkonzepten und Spielifizierungsansätzen
• Klassifikation bestehender BIM-Software hinsichtlich des Einsatzes im Rahmen einer spielifizierten Crowdsourcingplattform
• Analyse der kundenindividuellen und regulatorischen Anforderungen für den individuellen modularen Hausbau
• Konzept zum Einsatz von Spielifizierung und Crowdsourcing bei der Modellierung von Modulen, Komponenten und Modulbauten in BIM
• Entwicklung und Validierung eines Softwaredemonstrators für eine spielifizierte BIM-gestützte Crowdsourcing Plattform, die im Rahmen des modularen Hausbaus genutzt werden kann

Ansprechpartner

• Jan-Hauke Helmts, M.Sc.
• Matthias Kammer, M.Sc.
• Michael Schöppe, M.Sc.

Studienarbeiten

In Rahmen des Forschungsprojekts besteht die Möglichkeit Abschlussarbeiten anzufertigen oder ein Projektstudium zu absolvieren.

Veröffentlichungen zum Thema

• Wildemann, H.: Spielifizierung
  Leitfaden zur Gestaltung der Spielifizierung in Unternehmen, 1.Auflage, München 2016
• Wildemann, H.: Spielifizierung im Cost Engineering
  1.Auflage, München 2016
• Grundke, M.; Wildemann, H.: Modularisierung im Hausbau
  2. Auflage, München 2015
• Wildemann, H.; Modularisierung im Hausbau
  Leitfaden zur Produktkonfiguration, Fertigungs- und Baustellenorganisation, 3. Auflage, München 2017
• Wildemann, H.: Modularisierung in Organisation, Produkten, Produktion und Services
  Vielfalt nutzen und optimieren, 1. Auflage, München 2014