Nordrhein-Westfalen

Die Zukunft hat begonnen

Digital, dynamisch, druckfertig – das sind die nordrhein-westfälischen 3Ds für das neue Bauen

Willkommen in der aufregenden Welt des innovativen Bauens. Die Architekturbranche ist im Begriff, sich grundlegend zu verändern. Neue Technologien, innovative Materialien und ein gesteigertes Bewusstsein für Nachhaltigkeit öffnen die Türen zu einer Vielfalt an neuen Möglichkeiten. Die Zukunft des Bauens verspricht eine perfekte Verbindung von Effizienz, Ästhetik, Nachhaltigkeit und Komfort.

Foto: © Achim Reissner im Auftrag der PERI 3D Construction GmbH

Die kommenden Jahre werden eine Zeit des Umbruchs sein, in der alte Baupraktiken und Konventionen überdacht und in Teilen durch fortschrittliche und wegweisende Ansätze ersetzt werden können. Es ist die Zeit für Visionärinnen und Visionäre sowie für Pionierinnen und Pioniere in der Wertschöpfungskette Bau.

Die treibende Kraft liegt in der Digitalisierung: Durch den Einzug von Technologien wie Building Information Modeling (BIM), Virtual Reality und künstlicher Intelligenz werden die Grenzen des Möglichen erweitert. Architektinnen und Architekten, Ingenieurinnen und Ingenieure sowie alle übrigen am Bau Beteiligten können inzwischen auf eine breite Palette von Tools und Lösungen zurückgreifen, um ihre Ideen zu visualisieren, zu analysieren und zu optimieren. Die digitale Planung ermöglicht eine nahtlose Zusammenarbeit und einen effizienten Informationsfluss zwischen den verschiedenen Akteurinnen und Akteuren eines Bauprojekts.

Doch die Digitalisierung beschränkt sich nicht nur auf die virtuelle Ebene. Sie dringt auch auf die Baustellen vor und verändert die Art und Weise, wie Gebäude errichtet werden. Der Einsatz von Robotik, 3D-Druck und automatisierten Baumaschinen revolutioniert die Bauprozesse. Roboter setzen Mauersteine, 3D-Drucker erschaffen komplexe Stahl- und Betonstrukturen und Drohnen überwachen den Baufortschritt. Diese Technologien erhöhen nicht nur die Geschwindigkeit und Genauigkeit des Bauens, sondern ermöglichen auch die Umsetzung architektonischer Visionen.

Errichtung des Vereinsheims in 3D-Betondruckweise in Nordkirchen, Franklin Berger, MHKBD Nordrhein-Westfalen, 2023

Wohnhaus Beckum, Achim Reissner im Auftrag der PERI 3D Construction GmbH

Eine wesentliche Komponente beim neuen Bauen wird die Nachhaltigkeit sein. In Zeiten des Klimawandels und knapper Ressourcen ist nachhaltiges Bauen von entscheidender Bedeutung. Es geht darum, Gebäude zu entwerfen und zu konstruieren, die energieeffizient sind, die erneuerbare Energien nutzen, den Abfall minimieren und die eine positive Auswirkung auf unsere Umwelt haben. Ökologisch nachhaltige Gebäude werden immer mehr zur Norm. Das Ziel ist es, Gebäude zu schaffen, die in Harmonie mit ihrer Umgebung existieren und gleichzeitig ein weiterhin hohes gesundes und komfortables Umgebungs- und Raumklima bieten.

Nordrhein-Westfalen nimmt in diesem Wandel eine führende Rolle ein und setzt Maßstäbe für das innovative Bauen. Hier finden sich herausragende Architektinnen und Architekten, Ingenieurinnen und Ingenieure sowie Bauunternehmen, die bereit sind, eine nachhaltige und zukunftsweisende Architektur zu schaffen. Durch eine maßgeschneiderte Landesförderung unterstützt das Land Nordrhein-Westfalen diesen neuen Pioniergeist.

Errichtung des Vereinsheims in 3D-Betondruckweise in Nordkirchen, Franklin Berger, MHKBD Nordrhein-Westfalen, 2023)



3D-DRUCK IM HOCHBAU:

EINE REVOLUTION VOM KLEINEN MODELL BIS INS OBERSTE STOCKWERK

Der 3D-Druck, der einst als futuristische Technologie angesehen wurde, hat das Potenzial, die gesamte Branche zu verändern. Von kleinen Modellen bis hin zu großen Gebäuden kann der 3D-Druck den Bauprozess revolutionieren.

Die Vorteile des 3D-Drucks im Bauwesen liegen auf der Hand: So können mithilfe von 3D-Druckern insbesondere komplexe Bauwerksstrukturen in kürzester Zeit hergestellt werden. Ganze Gebäude können innerhalb weniger Wochen oder sogar Tagen gedruckt werden.

Errichtung des Vereinsheims in 3D-Betondruckweise in Nordkirchen, Franklin Berger, MHKBD Nordrhein-Westfalen, 2023

Ein weiterer entscheidender Vorteil ist die Flexibilität des 3DDrucks. Mit dieser Technologie können maßgeschneiderte Designs umgesetzt werden. Der 3D-Druck eröffnet neue Gestaltungsmöglichkeiten und fördert die kreative Zusammenarbeit zwischen Architektur, Ingenieurwesen und Bauherrschaft. Durch die Möglichkeit, individuelle Anpassungen und Variationen in den Entwurfsprozess zu integrieren, können auch komplexe Geometrien und organische Formen realisiert werden.

Darüber hinaus ist der 3D-Druck eine nachhaltige Alternative zu konventionellen Bauverfahren. Das Verfahren reduziert den Materialverbrauch erheblich, da nur das Material verwendet wird, das tatsächlich für den Bau erforderlich ist. Dies führt zu weniger Ressourcenverbrauch und damit zu einer Verringerung des CO2-Fußabdrucks. Der 3D-Druck ermöglicht die weitere Verwendung umweltfreundlicher Materialien, wie zum Beispiel recycelbare Kunststoffe oder sogar biobasierte Materialien.

Um all diese Vorteile zu erforschen und in der Realanwendung zu erproben, wurde bereits 2021 in der nordrhein-westfälischen Stadt Beckum ein Pilotprojekt initiiert, das hinsichtlich des architektonischen und ingenieurstechnischen Anspruchs gleichermaßen überzeugt: Es ist das erste vollständig durchgenehmigte Beton-3D-Druckwohnhaus in Europa und ein Beispiel für die immer fortschreitenden Entwicklungen des 3D-Drucks im Bauwesen. Die vertikalen Bauteile wurden komplett mit 3D-Betondrucktechnologie hergestellt.

Wohnhaus Beckum, Foto: © Achim Reissner im Auftrag der PERI 3D Construction GmbH

Auch beim Thema Nachhaltigkeit hat das Pilotprojekt in Beckum gezeigt, welche Vorteile der 3D-Druck bieten kann. Durch den präzisen und gezielten Materialeinsatz war es möglich, dass nur an den Stellen Beton verwendet wurde, an denen er aus baukonstruktiven Gründen tatsächlich erforderlich war. Dadurch wurden Ressourcen geschont. Zudem wurden umweltfreundlichere und recycelbare Betons für den Druck verwendet. Das 3D-Druck-Haus verbindet innovative Technologie, nachhaltiges Bauen, individuelles Design und eine maßgeschneiderte Architektur

Das 3D-Druck-Haus in Beckum hat Vorbildcharakter. Es zeigt, dass der 3D-Druck eine ernsthafte Alternative zu traditionellen Bauverfahren darstellt und eine vielversprechende Zukunft für das Bauwesen bietet – auch für die, die auf dem Bau arbeiten.

Dieses wegweisende Projekt in Beckum hat bereits weitere Unternehmen und Bauherren inspiriert, den 3D-Druck im Bauwesen zu nutzen. So konnte in der Gemeinde Nordkirchen in Nordrhein-Westfalen 2023 das europaweit erste öffentliche Gebäude mit der 3D-Betondrucktechnik errichtet werden: Das Vereinsheim für den ortsansässigen Sportclub ist ein Pionierprojekt von der Gemeinde für die Gemeinschaft. Nach Jahren der Forschung wird ein in Deutschland hergestelltes Druckmittel zum Einsatz kommen, dessen CO2-Fußabdruck im Vergleich zu normalem Beton um 50 Prozent geringer ausfällt – ein weiterer wichtiger Schritt auf dem Weg zum klimafreundlicheren Bauen.

Errichtung des Vereinsheims in 3D-Betondruckweise in Nordkirchen, Foto: © Franklin Berger, MHKBD Nordrhein-Westfalen, 2023

Digital, dynamisch, druckfertig – das sind die nordrhein-westfälischen 3Ds für die Zukunft des Bauens. Beim Bauen setzt NordrheinWestfalen ganz auf Innovationen.



MAUERN MIT SEILROBOTERN

ROBOTIK MADE IN DUISBURG-ESSEN

Die Universität Duisburg-Essen, eine der führenden Hochschulen in Deutschland, ist bekannt für ihre besonderen Forschungsarbeiten, insbesondere im Bereich der Robotik. Ihre neueste Errungenschaft ist ein Mauerseilroboter. Der Roboter ist in der Lage, autonom Mauern zu errichten. Diese Fähigkeit könnte einen Innovationsschub in der automatisierten Bautechnik auslösen.

Im Zentrum des Forschungsprojekts steht der Mauerseilroboter, ein Robotersystem, das speziell für den Bau von Mauern und anderen Strukturen entwickelt wurde. Der Roboter ist an Seilen befestigt und bewegt sich entlang einer vorprogrammierten Route. Während der Bewegung platziert und verbindet er verschiedene Baumaterialien, um eine Mauer zu errichten.

Der Mauerseilroboter bietet Genauigkeit und Effizienz. Dank seiner adaptiven Fähigkeiten kann er problemlos an unterschiedliche Mauertypen und -materialien angepasst werden, was ihn zu einem vielseitigen Werkzeug für verschiedenste Bauprojekte macht. Einer der größten Vorteile des Mauerseilroboters ist seine Fähigkeit, rund um die Uhr zu arbeiten – kontinuierlich und ohne Unterbrechung. Dies führt zu einer erheblichen Steigerung der Produktivität und Effizienz auf der Baustelle.

Die Software, die den Mauerseilroboter antreibt, ist speziell für diesen Anwendungsfall programmiert. Sie ermöglicht es, dass der Roboter seine Umgebung „verstehen“ kann und präzise arbeitet. Mithilfe von maschinellem Lernen und Bilderkennung kann der Roboter Daten analysieren und daraus den besten Weg zur Errichtung der Mauer ableiten. Er kann sogar auf unerwartete Hindernisse reagieren und seine Arbeitsweise entsprechend anpassen.

Der Mauerseilroboter kann dazu beitragen, dass Bauprojekte schneller und kosteneffizienter durchgeführt werden. Darüber hinaus könnte er dabei helfen, (menschliche) Fehler zu minimieren und die Sicherheit auf Baustellen zu erhöhen.

Während die physische Arbeit des Mauerbaus mehr und mehr von Robotern übernommen werden könnte, werden qualifizierte Fachkräfte mehr denn je benötigt, um die Systeme zu überwachen, zu warten und zu verbessern. Darüber hinaus werden menschliche Kreativität und planerische Fähigkeiten nach wie vor für die Konzeption und Planung von Bauprojekten erforderlich sein.

Die Forschung und Entwicklung des Mauerseilroboters durch das Team der Universität Duisburg-Essen ist ein bedeutsamer Fortschritt in der Bauindustrie. Obwohl diese Technologie noch in ihrer Anfangsphase steckt, könnte sie den Weg für eine neue Ära in der Bauindustrie ebnen. In den nächsten Jahren wird es spannend zu beobachten sein, wie sich diese Technologie weiterentwickelt und in der Praxis bewährt.



GROUND CONTROL TO MAJOR TOM:

DROHNEN ZEICHNEN GRUNDLEITUNGSPLÄNE

In den unsichtbaren Tiefen des Bodens liegen versteckte Schätze und verborgene Gefahren: Vergessene Rohrleitungen, geheimnisvolle Kellerräume, mysteriöse Schächte oder die gefährlichen Zeugen des Zweiten Weltkriegs. Für Bauherrschaften, die etwa alte Industrieflächen in lebendige Wohnlandschaften verwandeln wollen, sind diese unterirdischen Objekte mehr als bloße Kuriositäten. Sie sind Gefahrenquellen, aber auch unverzichtbare Informationsquellen, wenn das Bestehende erhalten und in die Neuplanung integriert werden soll. Und hier kommt eine Herausforderung: Oft sind vorhandene Pläne und Informationen über diese unterirdischen Strukturen ungenau, nur in analoger Form vorhanden oder sogar völlig verschollen.

Nun stellen Sie sich vor, man könnte diese unterirdischen Objekte aufspüren, ohne einen einzigen Spatenstich zu tun – ohne teure, zeitaufwendige und störende Ausgrabungen. Klingt nach Science-Fiction? Willkommen bei GPR2BIM!

Dieses innovative Vorhaben hat genau dies zum Ziel: Es möchte die versteckten Schätze des Untergrunds mittels modernster Technologien wie Georadar, Geoinformationssystemen und Building Information Modeling aufspüren und digital erfassen. Wie funktioniert das? Ganz einfach, indem ein Ground Penetrating Radar (GPR) an eine Drohne gehängt wird und über das Untersuchungsgebiet fliegt. Diese Methode ermöglicht es, Rohrleitungen, die bisher nur unzureichend dokumentiert oder gar nicht lokalisiert waren, einfach und ressourcenschonend zu detektieren.

Aber das ist erst der Anfang. Die Rohrleitungen werden anschließend (semi)- automatisch in entsprechenden Geografischen Informationssystemen (GIS) und in Building-Information-Modeling-Formaten (BIM) bereitgestellt. Mithilfe von Bestandsdaten, etwa aus 3D-Stadtmodellen, werden sie dann mit den erfassten und modellierten Rohrleitungen abgeglichen. Es wird eine Methodik entwickelt, um diese Bestandsdaten mit den erfassten Rohrleitungen zu überprüfen und zu korrigieren.

Doch bevor diese Techniken im Feld eingesetzt werden, sind gründliche Tests erforderlich. Auf einem eigens eingerichteten Prüfstand werden verschiedene bekannte Szenarien simuliert und die Technik evaluiert. Anschließend ist vorgesehen, das Verfahren in realen Testgebieten zu erproben.

Die Kür des Projektes ist das Zusammenführen der multidimensionalen GPR-Daten und der detektierten und modellierten Rohrleitungen in ein digitales Modell, das mit BIM und GIS kompatibel ist. Dies ermöglicht eine nahtlose Integration mit digitalen Bauwerksinformationen und erleichtert zudem die langfristige Datenspeicherung.


„Willkommen in der Zukunft des Bauens
– made in Nordrhein-Westfalen.“