Projekte

Während sich die Digitalisierung und Automatisierung in vielen Branchen durchgesetzt hat, werden im Bauwesen die meisten Arbeiten nach wie vor manuell durchgeführt. Das Potential durch Automatisierung im Bauwesen ist enorm. Durch Automatisierung kann insbesondere dem Handwerkermangel entgegengewirkt und der bestehende hohe Bedarf an Neubauten zügig bedient werden.

In dem Projekt hat sich das Bauunternehmen Dreßler Bau als direkter Betroffener des Handwerkermangels mit dem Unternehmen AAT Automation sowie der Hochschule Karlsruhe als Experten für Robotiksysteme zusammengeschlossen. Das Ziel des Projektes ist, einen Mauerwerksroboter zum vollautomatisierten Bau von großformatigem Mauerwerk zu entwickeln. Durch die Entwicklung innovativer Komponenten gekoppelt mit neuartigen Steuerungs- und Regelungstechniken soll der Roboter verschiedenste Gebäudekonstruktionen mit einer hohen und reproduzierbaren Mauerqualität umsetzen können.

Der Einsatz von autonom arbeitenden Robotern auf Baustellen birgt große Herausforderungen: Der Mauerwerksroboter muss ein integraler Bestandteil der Baustelle sein und darf weder den weiteren Bauprozess noch Bauarbeiter gefährden. Damit hier keine Komplikationen entstehen, werden die Projektentwicklungen um ein Sicherheitssystem ergänzt. Zusätzlich wird in dem Projekt eine AR-basierte Baustelleneinrichtung entwickelt, damit hierfür keine qualifizierten Roboterfachkräfte benötigt und somit das Problem des Fachkräftemangels nicht verlagert wird.

Das Projekt startete am 01.07.2023 und hat eine Laufzeit von zwei Jahren. Gefördert wird es durch das Landesprogramm Invest BW. Für weitergehende Informationen kontaktieren Sie gerne einen der am Entwicklungsprojekt beteiligten Projektpartner:

• Dreßler Bau GmbH
• AAT Automation GmbH
• Institut für Robotik und Autonome Systeme (IRAS) der Hochschule Karlsruhe
  

Die Auslegung von Mauerwerkskonstruktionen erfolgt in einem sukzessiven Planungsprozess. Dabei werden die Gebäudeeigenschaften (z. B. Statik, Energieeffizienz, Schallschutz und Nachhaltigkeit) getrennt voneinander betrachtet. Anforderungen, die sich bei den Einzelplanungen an die anderen Gebäudeeigenschaften ergeben, werden im Prozess weitergegeben. Dabei ist die Reihenfolge nicht fest geregelt. Allerdings erfolgt die Nachhaltigkeitsbetrachtung, wenn überhaupt, häufig erst am Ende des Planungsprozesses, wodurch der Spielraum bereits stark eingeschränkt ist. Die Nachhaltigkeit wird somit bei der Planung neuer Mauerwerkskonstruktionen stark vernachlässigt.

Das Unternehmen SDA-solutions hat sich daher gemeinsam mit dem ICoM der RWTH Aachen das Ziel gesetzt, ein Software-Tool zu entwickeln, mit welchem erstmals eine ganzheitliche Betrachtung der Gebäudeeigenschaften erfolgt und dabei gleichzeitig auch noch der Planungsprozess beschleunigt werden kann. Mithilfe des Tools können alle Eigenschaften gleichermaßen bzw. nach individueller Gewichtung berücksichtigt werden. Somit werden die Potentiale aller Gebäudeeigenschaften voll ausgeschöpft.

Zur Umsetzung wird im Projektverlauf eine Systematik zur automatisierten Planung nachhaltiger Mauerwerkskonstruktionen entwickelt. Die Nachhaltigkeitsbewertung erfolgt in Kombination mit einem erweiterten BIM-Modell, welches nachhaltigkeitsrelevante Daten automatisiert aus verschiedenen Datenbanken abruft und mit den entsprechenden BIM-Objekten verknüpft. Über neuartige Algorithmen können die relevanten Gebäudedaten aus dem BIM-Modell ausgelesen und eine Nachhaltigkeitsbewertung automatisiert erstellt werden. Durch die Entwicklung einer KI und deren Integration in das Software-Tool können die Gebäudeeigenschaften anschließend ganzheitlich ausgelegt werden. Zusätzlich bietet die Verknüpfung mit BIM den Vorteil, dass die Nachhaltigkeitsbewertung über verschiedene Lebenszyklen hinweg erfolgen kann. Abweichungen gegenüber der Bauplanung, Umbauten sowie Sanierungen können somit direkt in die Nachhaltigkeitsbewertung einfließen.

Das Projekt startete am 01.02.2024 und hat eine Laufzeit von drei Jahren. Gefördert wird es durch das ZIM-Programm. Für weitergehende Informationen kontaktieren Sie gerne einen der am Entwicklungsprojekt beteiligten Netzwerkpartner:

• SDA-solutions GmbH
• Lehrstuhl und Institut für Baumanagement, Digitales Bauen und Robotik im Bauwesen (ICoM) der RWTH Aachen

Im Mauerwerksbau können Mauersteine aufgrund der Mörtelverbindung nicht beschädigungsfrei voneinander getrennt werden. Beim Abriss werden die Steine daher zerstört und Bauschutt produziert, welcher energieintensiv entsorgt werden muss. Nur in wenigen Fällen wird der Bauschutt zu Granulat verarbeitet und im Straßenbau als Schotter weiterverwendet. In diesem Prozess entsteht allerdings kein gleichwertiges Neuprodukt, wodurch dies einem Downcycling und keinem Recycling entspricht.

Die Projektpartner ClayTec sowie das Ingenieurbüro Dr. Brauer haben sich daher gemeinsam mit der TU Dortmund das Ziel gesetzt, eine einfache und praktikable Lösung für die Wiederverwendung von Mauersteinen zu entwickeln und somit eine echte Kreislauffähigkeit zu schaffen. Zur Umsetzung soll ein Mörtel aus dem wasserlöslichen Bindemittel Lehm entwickelt werden, durch dessen Einsatz Mauersteine erstmals beschädigungsfrei voneinander getrennt werden können. Der Mörtel soll dabei als Dünnbettmörtel entwickelt werden, da das Verkleben von Plansteinen oder Planblöcken wirtschaftlich konkurrenzloser Stand der Technik ist. Der resultierende geringe Materialeinsatz steigert die Nachhaltigkeit zusätzlich. Für den Rückbauprozess wird zusätzlich ein Verfahren entwickelt, mit dem der Lehm-Dünnbettmörtel mit dem Ziel der Wiederverwendung aufgefangen werden kann. Ein weiteres zentrales Ziel ist die Entwicklung eines neuen Bemessungskonzepts, mit welchem die Tragfähigkeit und die Gebrauchstauglichkeit nachgewiesen wird. Den Abschluss bildet ein bauaufsichtlich anerkannter Verwendbarkeitsnachweis.

Das Projekt agiert nach dem Grundsatz Reduce – Reuse – Recycle. Durch die Reduzierung der Fugen zu Dünnbettfugen wird der Materialaufwand verringert (Reduce). Die beschädigungsfrei getrennten Mauerwerkssteine können erstmalig direkt wiederverwendet werden (Reuse) und der beim Rückbau aufgefangene Mörtel kann für einen erneuten Einsatz aufbereitet werden (Recycle).

Das Projekt startete am 01.04.2024 und hat eine Laufzeit von zwei Jahren. Gefördert wird es durch das ZIM-Programm. Für weitergehende Informationen kontaktieren Sie gerne einen der am Entwicklungsprojekt beteiligten Netzwerkpartner:

• ClayTec GmbH & Co.KG
• Ingenieurbüro Dr. Brauer GmbH
• Lehrstuhl Werkstoffe des Bauwesens (WdB) der TU Dortmund

© Bild: Hendrik Benz

Die Bauindustrie befindet sich in einer Transformation hin zu erhöhter Digitalisierung und Automatisierung. Dabei wird der additiven Fertigung eine Schlüsselrolle zugesprochen, da deren verfahrenstechnischen Besonderheiten einen Paradigmenwechsel bei Planungs- und Konstruktionsprinzipien bewirken können. Bisher wird für den 3D-Druck von Gebäuden fast ausschließlich Beton verwendet. Beton ist allerdings aufgrund der heutigen Produktionsverfahren des Hauptbestandteils Zement ein emissionsintensiver Baustoff. Rund 8 % der globalen Treibhausgasemissionen werden durch die Zementherstellung verursacht.

Gebäude aus dem 3D-Drucker, aber klimaneutral - diesem Ziel stellen sich die Projektpartner TragWerk Ingenieure und das ICoM der RWTH Aachen. Um dies zu realisieren, soll die klimaneutrale Baustoffalternative Lehm Verwendung finden. Die Umsetzung der Lehmwände soll dabei nicht als Vollwände, sondern durch komplexe Füllstrukturen mit Hohlräumen erfolgen. Durch dieses Vorgehen können gegenüber einer Vollwandbauweise 60 % Material eingespart werden.

In dem Projekt wird eine Software entwickelt, die auf Basis des BIM-Gebäudemodells eine automatisierte Datenaufbereitung durchführt und die erforderlichen Maschinensteuerungsdaten für den 3D-Druck-Roboter generiert. Dazu werden im ersten Schritt die Gebäudeelemente identifiziert, welche additiv mit Lehm gefertigt werden können. Die Software generiert anschließend die passenden Füllstrukturen und erzeugt die entsprechenden Druckpfade. Zur Umsetzung der Lehmwände wird ein neues mechanisches Druckverfahren entwickelt. Durch Abstimmung der Abläufe mit dem Roboter-Setup kann der Druckprozess so automatisiert werden.

Das Projekt startete am 01.04.2024 und hat eine Laufzeit von drei Jahren. Gefördert wird es durch das ZIM-Programm. Für weitergehende Informationen kontaktieren Sie gerne einen der am Entwicklungsprojekt beteiligten Netzwerkpartner:

• TragWerk Ingenieure Döking+Purtak GmbH
• Lehrstuhl und Institut für Baumanagement, Digitales Bauen und Robotik im Bauwesen (ICoM) der RWTH Aachen

Das Innovationsnetzwerk „Nachhaltiges Mauerwerk“ wird vom BMWK als Bestandteil des ZIM-Programms gefördert und im Netzwerkmanagement durch die Jöckel Innovation Consulting GmbH unterstützt.