Leitprojekt BAU-DNS

Im Rahmen des Leitprojekts BAU-DNS wird eine automatisierte Bauwerkserfassung entwickelt, die auf einem handgeführten Sensor basiert. Dieser Sensorprototyp kombiniert einen Laserscanner mit einem Kamerasystem und ist speziell für die effiziente und präzise Erfassung von Gebäuden konzipiert.

Ein zentraler Schwerpunkt liegt auf der semantischen Anreicherung der erfassten Daten, um eine detaillierte Beschreibung der Bauwerke zu gewährleisten. Dafür kommt eine integrierte Echtzeit-KI zum Einsatz, welche die erfassten Daten analysiert und mit semantischen Informationen anreichert. Diese strukturierte Datenaufbereitung erleichtert die Interpretation und weitere Verarbeitung der Informationen.

Die Interaktion der Nutzer mit dem Sensor spielt ebenfalls eine wichtige Rolle. Durch System-Feedback und die Möglichkeit zur Eingabe ergänzender Informationen wird eine interaktive Bestandserfassung ermöglicht. Diese erlaubt eine laufende Vollständigkeitsanalyse während des Erfassungsprozesses, sodass sichergestellt wird, dass alle relevanten Details vollständig dokumentiert werden.

Ein weiteres Ziel des Projekts ist die Bereitstellung der erfassten Bestandsdaten für Building Information Modeling (BIM). Diese Daten dienen als Grundlage für die Planung von Bauvorhaben und werden an das Informationsmodell übergeben. Dort werden sie für BIM-Anwendungen aufbereitet, sodass Architekten, Ingenieure und andere Planungsbeteiligte auf eine präzise und umfassende Datengrundlage zugreifen können, um effiziente und fundierte Planungsprozesse zu realisieren.

Die Entwicklung eines produktionsorientierten, modularen Digitalen Zwillings, der eine ressourcenschonende und kosteneffiziente Planung, Ausführung, Fertigung und den Betrieb in der Gebäudesanierung ermöglicht bildet den Kern des Informationsmodells. Auf Basis von Anforderungsanalysen werden zunächst das grundlegende Informationsmodell sowie Methoden zur Erstellung des produktionsbasierten, modularen Digitalen Zwillings definiert. Zudem werden Konzepte zur Modellföderation und semantischen Vernetzung für die verschiedenen Phasen der zirkulären Gebäudesanierung entwickelt.

Es entsteht ein projektspezifischer Datenraum, der eingelesene Gebäudedaten bereitstellt und für die weitere Nutzung aufbereitet. Dazu zählt auch die Implementierung einer KI, die den automatisierten Aufbau eines BIM-Bestandsmodells ermöglicht. Ergänzend wird ein Web-Visualisierungstool bereitgestellt, das flexibel definierbare Modellansichten der erfassten Gebäude und deren kontinuierlich angereicherte Informations- und Prozessdaten ermöglicht.

Daneben wird die Entwicklung bild- und modellbasierter KI-Verfahren, um eine höhere Prozesseffizienz durch umfassende Digitalisierung und Automatisierung zu erreichen durchgeführt. Dabei werden in enger Zusammenarbeit mit den Verantwortlichen für Planung, Fertigung und Betrieb geeignete KI-Frameworks ausgewählt, Trainingsdaten aufbereitet und die KI-Netze konfiguriert sowie validiert.

Für die technische Umsetzung der Infrastruktur des Digitalen Zwillings wird eine Cloud-Architektur entwickelt. Diese unterstützt sowohl eine schnelle, ereignisgesteuerte Datenverarbeitung direkt an den Messgeräten als auch eine präzisere, rechenintensive Batch-Verarbeitung in der Cloud. So können unterschiedliche Anforderungen je nach Datennutzung abgedeckt werden.

Die KI-Verfahren werden zudem als dienstbasierte Smart Tools und Apps in die Infrastruktur integriert und über ein Workflow-Management-System gesteuert.

Mit dem SystemBauKasten wird das Ziel verfolgt, einen umfassenden Baukasten für industriell gefertigte Fassadenmodule zu entwickeln und anhand eines Mock-Ups zu demonstrieren. Ein zentraler Aspekt dabei ist die Erstellung eines Material- und Komponentenkatasters, das eine systematische Übersicht über verfügbare Materialien und Bauteile bietet. Dieses Kataster ermöglicht eine gezielte Auswahl und Kombination von Elementen für die Gestaltung der Gebäudehülle. 

Darüber hinaus wird ein digitaler Planungsablauf entwickelt, der den gesamten Bauprozess von der Planung bis zur Ausführung umfasst. Ziel dieses digitalen Prozesses ist es, die Effizienz zu steigern und Fehler zu minimieren. Durch eine integrierte Planung soll eine nahtlose Zusammenarbeit und Kommunikation zwischen allen Beteiligten im Bauprozess gewährleistet werden.

Im Rahmen des Gesamtprojekts übernimmt dieses Teilprojekt eine verbindende Rolle, indem es die Ergebnisse und Teilergebnisse der anderen Teilprojekte zu einem ganzheitlichen SystemBauKasten zusammenführt. Dieser Ansatz sorgt dafür, dass neue Forschungsergebnisse kontinuierlich integriert werden und Synergien zwischen den Teilprojekten optimal genutzt werden.

Ein weiterer Schwerpunkt des Teilprojekts liegt auf der Erforschung und Entwicklung von Sanierungsmethoden mit einem hohen Grad an Vorfertigung. Dabei werden verschiedene Möglichkeiten untersucht, wie diese Module schnell und effizient an Gebäudewänden angebracht werden können. Die Standardisierung und Industrialisierung dieser Methoden soll dazu beitragen, Zeit und Kosten zu sparen und gleichzeitig die Qualität der Bauausführung zu verbessern. Insgesamt verbindet das Teilprojekt innovative Forschungsansätze, digitale Prozesse und industrielle Standards, um die Gebäudesanierung nachhaltiger und effizienter zu gestalten.

Die Produktion und Logistik fokussierte auf zwei wesentliche Bereiche. Zum einen wird die Automatisierbarkeit der Vorfertigung von Modulelementen untersucht. Dabei spielen die verwendeten Materialien, die erforderlichen Dimensionen und die Variantenvielfalt eine entscheidende Rolle, da sie unterschiedliche Automatisierungsoptionen ermöglichen. So kann beispielsweise im Bereich der Hybridelementbauweise bereits ein sehr hoher Automatisierungsgrad erreicht werden. Für das erste im Projekt entwickelte Fassadenmodul wurde im Teilprojekt bereits eine detaillierte Analyse durchgeführt.

Der zweite Schwerpunkt liegt auf der assistierten bzw. automatisierten Montage der Module auf der Baustelle. Ziel ist es, die Kosten für den Einbau vorgefertigter Elemente zu senken, insbesondere durch die Reduzierung des Mitarbeiterbedarfs sowie der Kosten für den Aufbau und die Miete von Gerüsten. Die für die Planung und Montage benötigten Daten wurden in sogenannten LOIN-Tabellen (Level of Information Need) im Rahmen des Informationsmodells zusammengeführt.

Um die Anforderungen der Vorfertigung und Montage in die Produktentwicklung einzubeziehen, wurden mithilfe der Axiomatic-Design Methode entsprechende Anforderungen erfasst und in Form von morphologischen Kästen aufbereitet, die verschiedene Lösungsspektren abbilden. Dies gewährleistet die Anbindung an die Entwicklung des SystemBAUKastens.

Zudem besteht eine enge Verbindung zum vorgesehenen integralen Bauprozessen. Hierzu wurden Referenzprozesse, wie beispielsweise für Wärmedämmverbundsysteme (WDVS), analysiert. Auf dieser Grundlage konnten Kennzahlen (KPIs) entwickelt werden, die nicht nur eine Bewertung der bestehenden Prozesse ermöglichen, sondern auch als Vergleichsmaßstab für neue Fassadenmodulsysteme dienen.

Das Ziel ist, die Nachhaltigkeit von Materialien und Systemen im Vergleich zum Status quo zu verbessern, indem der Fokus auf die Erhöhung der Zirkularität und der CO2-Neutralität gelegt wird. Hierzu wurde eine umfassende Materialrecherche durchgeführt, bei der sowohl herkömmliche als auch neuartige Werkstoffe, wie Aerogele und Pilzwerkstoffe, auf ihre Eignung für die aktuelle Entwicklung geprüft wurden. Dabei wurden die Funktionalität der Materialien sowie ihre Offenheit für unterschiedliche Geometrien und Anwendungen in den Modulen berücksichtigt. Zudem erfolgte eine Bewertung der Materialien im Hinblick auf ihre Einsatzfähigkeit in parametrisch geplanten und industriell vorgefertigten Modulen.

Auf Basis der Recherche wurde ein marktverfügbares Dämmmaterial identifiziert, das bislang noch nicht in derartigen Modulen eingesetzt wurde. Dies ermöglicht die Untersuchung der Systemoffenheit gegenüber neuen Materialien und deren Funktionalitäten.

Die Ergebnisse dieses Projektteils tragen wesentlich dazu bei, die Innovationskraft und Nachhaltigkeit des Gesamtprojekts zu stärken.