Digitalisierung: 4 x Zukunftsblick

dM1: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

„Nachhaltiges Planen und Bauen ist letztlich eine Frage der Grundhaltung!“ Mit dieser Kernaussage stellte Antonino Vultaggio, Gesellschafter von HPP Architekten in Düsseldorf, am 14. März zum Auftakt der 3. Staffel der „digital MONDAYs“ der Architektenkammer NRW das Projekt „The Cradle“ vor, das gegenwärtig im Düsseldorfer Medienhafen entsteht. Gemeinsam mit seiner Architektenkollegin Elena van Boxel sprach Vultaggio über den Zusammenhang von „Digitalisierung und Nachhaltigkeit“. Eine Themenkombination, die aktueller denn je scheint.

„Die fortschreitende Digitalisierung durchdringt unsere gesamte Gesellschaft“, führte Katja Domschky, Vizepräsidentin der Architektenkammer NRW, in dem Abend ein. Zwar habe sich dieser Megatrend im Bauwesen bisher langsamer durchgesetzt als in anderen Branchen. „Gleichwohl: Das Tempo zieht an, und es gilt, dass wir uns als Berufsstand auf die damit verbundenen Änderungen einstellen und die Chancen konsequent nutzen, die uns die Digitalisierung bietet.“

Was das in der Praxis bedeuten kann, will das Büro HPP Architekten aus Düsseldorf mit dem Projekt „The Cradle“ zeigen. Der Name verweist bereits auf das Grundkonzept, ein innovatives Bürogebäude nach den Grundsätzen von „Cradle to Cradle“ zu konzipieren. „Wir denken das Vorhaben holistisch“, erläuterte Antonino Vultaggio, der den ambitionierten Bau („unser Leuchtturmprojekt in Sachen Nachhaltigkeit“) als Projektarchitekt leitet. So sei in der Konzeptionsphase detailliert in einer Matrix dargestellt worden, welche Vorteile „The Cradle“ in verschiedenen Dimensionen aufweisen sollte: für die Umwelt, für die Stadtgesellschaft, für den Bauherrn, für die Nutzerinnen und Nutzer. „Es war klar: Als Unternehmen wollen wir Verantwortung übernehmen“, hob Antonino Vultaggio hervor.

Das Gebäude wurde von Beginn an auch als Rohstofflager für die Zukunft gesehen. Auf Basis des Kreislaufwirtschaftsgedankens wurde ein Nachhaltigkeitskonzept entwickelt, das problemloses Recycling und die Weiternutzung der verbauten Materialien und Produkte nach der Gebäudestandzeit ermöglicht. Zukunftsweisend seien nicht nur die klimafreundliche Bauweise, Materialien und Nutzung, sondern auch das Mobilitätskonzept des Gebäudes, unterstrich der Projektarchitekt. „Es reichte nicht aus, nur ein wenig nachhaltiger zu werden. Die Frage der Effektivität stand seit dem ersten Strich im Vordergrund der Planung“, betonte Antonino Vultaggio.

Bei der Planung von „The Cradle“ wurde der Kreislaufgedanke mit der BIM-Methode (Building Information Modeling) verknüpft. Die Architekten arbeiteten in relevanten Fragen wie Energiekonzept, Tragwerks- und TGA-Planung übergreifend mit Spezialisten und planen das Gebäude durchgehend integral. Die Digitalisierung und die Anwendung der BIM-Methode werde bei HPP dabei „als Ermöglicher und Beschleuniger“ betrachtet, erklärte Elena van Boxel, die seit Jahresbeginn als „Head of digital transformation“ bei HPP Architekten tätig ist. Zentrale Vorteile des integralen Arbeitens im BIM-Modell, dem „digitalen Zwilling“, seien u. a. eine problemlose Varianten- und Typenanalyse sowie die modellbasierte Detailableitung.

dM2: Digitale Fabrikation

Wie kann eine digitale Planung bruchlos in einen automatisierten Bauprozess überführt werden? Zu dieser Frage forscht Prof. Dr. Benjamin Dillenburger seit einigen Jahren am Lehrstuhl für digitale Bautechnologien der ETH Zürich. Beim zweiten „digital MONDAY“ berichtete er am 21. März über den aktuellen Forschungsstand – und stellte ein konkretes Beispiel vor: das DFAB-House.

„Professor Benjamin Dillenburger wird uns gleich Beispiele dafür geben, wie die Digitalisierung unsere Möglichkeiten bereits erweitert“, führte Susanne Crayen, Vizepräsidentin der Architektenkammer NRW, in den Abend ein. „Ich finde, dies verdeutlicht erneut: Die Zukunft hat bereits begonnen!“

Professor Benjamin Dillenburger konzentriert seine Forschungen auf die Entwicklung von programmierten digitalen Geometrien und 3D-Druck. Hierbei setzt er digitale Design- und Fertigungstechnologien nicht nur im Entwurf, sondern auch in der Konstruktion ein. Mit dem „DFAB-House“ wurde erstmals weltweit ein Bauprojekt über alle Phasen hinweg digital entworfen, geplant und gebaut, das auch bewohnt wird. „Dort wohnen Kolleginnen und Kollegen, die am eigenen Leibe erfahren wollen, was heute in der Bautechnologie schon möglich ist“, berichtete Benjamin Dillenburger. Es gebe eine lange Warteliste von Wohn-Interessenten. - Was nicht überrascht, denn das „DFAB-House“ wurde bereits mehrfach ausgezeichnet und unter anderem auch im vergangenen Jahr auf der Biennale in Venedig präsentiert.

Ziel bei der Planung war die Optimierung des Materialeinsatzes. „Durch die Digitalisierung ist die Komplexität von Strukturen erstmals kein Kostenfaktor mehr, sodass maßgeschneiderte und einzigartige Produkte möglich sind“, so Prof. Dillenburger. „Der Bauvorgang wird durch Automatisation und Robotik auf der Baustelle einfacher, die Planung aber umso wichtiger und vielfältiger.“

Dies wurde eindrucksvoll an organischen Strukturen erläutert, die zum Teil ihre Vorbilder auch in der Natur haben. Das Team von Benjamin Dillenburger entwickelte für das DFAB-House insbesondere die Decken, die durch ihre Massivität große Einsparpotenziale in Material und Bauprozess aufweisen. Hier habe man sich beispielsweise am Knochenaufbau von Vögeln orientiert, die so porös wie möglich seien, um Gewicht zu reduzieren - bei gleichzeitig hoher Stabilität und Belastbarkeit. Auch bei der Deckenkonstruktion wurde Material nur dort eingesetzt, wo es aufgrund der Beanspruchung unbedingt erforderlich war. So ließen sich insbesondere auch Verbindungselemente deutlich materialsparender fertigen, führte Prof. Dillenburger aus. „Wir können durch digitale Fabrikationsmethoden bis zu 80 Prozent Material einsparen“, erklärte Dillenburger im Gespräch mit Moderator Christof Rose. Für die Effizienz der Bauproduktion sei auch der Einsatz von Robotern auf sehr unterschiedliche Weise möglich. Von einem direkten Druck mit Materialien wie Beton, Sandstein, Lehm etc. über die Automation von herkömmlichen Fertigungsweisen (z. B. Mauerwerk) bis zur Erstellung von filigranen und komplexen Kunststoffschalungen. „Roboter sind auf dem Vormarsch“, zeigte sich Prof. Dillenburger überzeugt.

Von Digitaloptimisten und Start-ups

Wie lassen sich BIM und neue digitale Techniken gewinnbringend in der Planungspraxis nutzen? Der dritte „digital MONDAY“ sprach am 28. März mit „Digitaloptimisten und Start-ups“. „Hinter jedem Projekt stehen Menschen, die den Mut dazu haben, die Digitalisierung zu nutzen und einen technologischen Fortschritt zu wagen; seien es kleine oder große, junge oder schon langjährig erfahrene Unternehmen“, führte der Vizepräsident der Architektenkammer NRW, Klaus Brüggenolte, in den abendlichen Diskurs ein.

Die Referenten Dr. Joaquin Ramirez Brey (Senior-BIM-Manager bei der Formitas AG) sowie die Geschäftsführer der „REHUB digitale Planer GmbH“ (Köln) Timo Schroeder und Shahin Farahzadi gewährten den Teilnehmenden einen intensiven Einblick in ihre Arbeit. Während die Formitas AG auf eine über 20-jährige Erfahrung zurückblicken kann, wurde REHUB erst Mitte vergangenen Jahres gegründet - und hat heute bereits mehr als 50 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter.

„Wie digitalisieren sich Architekten?“ Zu dieser Frage zeigte Dr. Joaquin Ramirez Brey Perspektiven zum Building Information Modeling (BIM), zu den Möglichkeiten des Einsatzes von virtual und augmented Reality sowie zum Einsatz weiterer digitaler Methoden auf Baustellen auf. „Der Druck zur Digitalisierung ist in allen Berufsfeldern spürbar, und auch die Produktivität hat sich in vielen Branchen extrem beschleunigt“, stellte Dr. Ramirez Brey fest. Im Vergleich zu anderen Branchen habe die Baubranche in diesem Bereich noch enormes Entwicklungspotenzial. „Es geht nicht nur um Technologien, sondern um das Mindset“, betonte Dr. Joaquin Ramirez-Brey abschließend.

„Unsere zentrale Idee ist, das Bauen und Betreiben von Immobilien digital und effizient zu ermöglichen“, erläuterten die jungen Geschäftsführer Timo Schroeder und Shahin Farahzadi die Motivation zur Gründung ihres Start-ups „REHUB digitale Planer GmbH“. Ein Weg dorthin sei beispielsweise die „Prefabrication“ und ein digital gesteuertes Baustellenmanagement, das die Arbeitsprozesse im Bauwesen enorm erleichtern und effizienter machen würde. Grundsätzlich sei ihr Ansatz, wiederkehrende Arbeitsschritte in Algorithmen zu übersetzen und durch den Computer durchführen zu lassen, sodass für qualifizierte Mitarbeiter*innen mehr Zeit für kreatives Arbeiten bleibe.  

In der abschließenden Diskussionsrunde wurde unter anderem die häufig aufgeworfene Frage diskutiert, ob der Architekt als Planer nicht durch den Einsatz fortschreitender künstlicher Intelligenz auf der Strecke bleibe. Alle Referenten zeigten sich einig: Es liege an der Architektenschaft, digitale Methoden zu ihrem Vorteil zu nutzen. Die Technik werde die Planenden nicht ersetzen; vielmehr bleibe durch den Einsatz digitaler Methoden mehr Zeit, sich den gestalterischen und baukulturellen Fragestellungen zu widmen.

Künstliche Intelligenz

Die vierte und letzte Folge der diesjährigen Staffel der „digital MONDAYs“ warf am 4. April einen virtuellen Blick über den Tellerrand in die aktuelle Ausstellung des Deutschen Hygiene-Museums in Dresden. Monika Hampe, wissenschaftliche Mitarbeiterin des Museums, führte durch die zehn Themenfelder der Ausstellung „Künstliche Intelligenz – Maschinen – Lernen – Menschheitsträume“. Gezeigt wurden beispielweise KI-Systeme, die mit Hilfe einer Kamera Objekte erkennen und anhand von Merkmalhäufigkeiten und Wahrscheinlichkeiten erkennen können; dies funktioniert für Obst und Gemüse, dies kann aber auch auf architektonische Konstruktionen angewendet werden - etwa wenn es darum geht, den Gebäudebestand zu analysieren.

Mit einem Augenzwinkern überspitzte Monika Hampe, dass Künstliche Intelligenzen letztlich nur „Fachidioten“ seien, da sie vorbestimmte Funktionen ausführten, die sie gelernt haben. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer interessierte hierbei insbesondere die Frage, ob Künstliche Intelligenz die planende Architektenschaft perspektivisch überflüssig machen werde. Die Antwort: KI ist in der Lage, aus sich wiederholenden Abläufe zu lernen; somit wäre auch der Einsatz in Teilbereichen der Baubranche denkbar. „Auch in gestalterischer Hinsicht ist das denkbar“, führte Peter Hantsche aus, der Monika Hampe bei dem virtuellen Rundgang unterstützte. „Wenn ein solches System mit genug Informationen über die Konstruktionsprinzipien von Kathedralen gespeist werden würde, könnte es auch selber Kathedralen generieren.“ Aber eben nur repetitiv, nicht originär für den einmaligen Zweck und den Ort. Einig war man sich aber auch darüber, dass dies keine kurz- oder mittelfristige Perspektive ist, sondern noch Utopie.

Einen wesentlich kurzfristigeren Einfluss habe die künstliche Intelligenz jedoch auf das Planen von Straßenräumen, zeigte sich Monika Hampe sicher und stellte den aktuellen Stand der Forschung zum autonomen Fahren vor.
Im Rahmen der abschließenden Diskussion fragte der Pressesprecher AKNW, Christof Rose, die Teilnehmerinnen und Teilnehmer, wie aufgeschlossen sie gegenüber neuen Technologien wären und wie intensiv sie diese in ihrem Berufsalltag einsetzen. Für die Teilnehmer eines digitalen Formates nicht überraschend, zeigte sich eine große Mehrheit sehr interessiert an technologischer Entwicklung und der Fortführung von Formaten zur Digitalisierung.

AKNW-Präsident Ernst Uhing griff dies in seinem Beitrag zum „digital MONDAY“ auf, indem er auf die Bedeutung der beschleunigten Digitalisierung im Planungs- und Bausektor hinwies: „Wir befinden uns in einem fundamentalen Wandel, dessen Chancen wir erkennen und aktiv ergreifen müssen“, erklärte Uhing gegenüber den 250 Teilnehmerinnen und Teilnehmer des vierten und für 2022 letzten „digitalen Montags“. Die Architektenkammer Nordrhein-Westfalen werde das Themenfeld „Digitalisierung“ weiterhin intensiv diskutieren, Leitfäden und Formate entwickeln und zu Veranstaltungen einladen.