1. Einleitung
Seit ihrer Gründung war es für die TGAcode GmbH von großem Interesse, altbewährte Methoden der TGA-Planung zu nutzen, doch diese auch stetig weiter zu entwickeln, um die Zukunft nachhaltig zu verbessern. Dazu gehört auch die Digitalisierung der Baubranche, die in Deutschland nach wie vor in ihren Anfängen steckt. Die Digitalisierung und (Teil-)Automatisierung von Prozessen in der Baubranche wird häufig als „Bauen 4.0“ bezeichnet und leitet sich von dem Begriff der „Industrie 4.0“ ab.
„Die sog. vierte industrielle Revolution, auf welche die Nummer verweist, zeichnet sich durch Individualisierung (selbst in der Serienfertigung) bzw. Hybridisierung der Produkte (Kopplung von Produktion und Dienstleistung) und die Integration von Kunden und Geschäftspartnern in Geschäfts- und Wertschöpfungsprozesse aus. Wesentliche Bestandteile sind eingebettete Systeme sowie (teil-)autonome Maschinen, die sich ohne menschliche Steuerung in und durch Umgebungen bewegen und selbstständig Entscheidungen treffen.“
Die folgende Abbildung zeigt die verschiedenen Teilkomponenten, die mit der Industrie 4.0 zusammenhängen, und somit auch relevant für das Bauen 4.0 sind.
1.1 Aufbau dieses Artikels
Zunächst wird ein Überblick über die Bedeutung der Digitalisierung in der Baubranche gegeben. Danach wird genauer auf die Hemmnisse und Chancen der Digitalisierung in der Baubranche eingegangen. Im darauffolgenden Teil wird kurz das Building Information Model (BIM) vorgestellt. BIM gibt erste Einblicke, welche Vorteile eine digitale Methode für die Baubranche mit sich bringt. Die TGAcode GmbH möchte jedoch noch einen Schritt zurück gehen und nicht nur die Digitalisierung in der Baubranche vorantreiben, sondern auch innerhalb der Planung eine Software für die Automatisierung der TGA-Planung mitentwickeln, worum es im vierten Teil dieses Artikels gehen wird. Abschließend wird ein Resümee gezogen, welche Handlungsschritte die in diesem Artikel gewonnenen Erkenntnisse erfordern.
1.2 Überblick über die Digitalisierung in der Baubranche allgemein
„Unter dem Begriff der Digitalisierung ist die Ausstattung mit und Anwendung von modernen Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) sowie die Integration digitaler Ressourcen in Arbeitsabläufen, Prozessen und Wertschöpfungsketten in Unternehmen zu verstehen.“
Hierbei handelt es sich zwar um eine recht allgemeine Definition, da branchen- und unternehmensspezifische Anforderungen der Digitalisierung recht unterschiedlich sind, doch sie zeigt die vielfältige Bedeutung der Digitalisierung auf. Gerade in der Baubranche scheint es aktuell allerdings noch schwierig zu sein, sich der IKT zu bedienen und digitale Ressourcen in den Arbeitsalltag zu integrieren.
Das Baugewerbe zählt laut Digitalisierungsindex zu den am wenigsten digitalisierten Branchen in Deutschland. Seit 2021 befindet sich Deutschland sogar auf dem letzten Platz.
Da die Nutzung von digitalen Technologien und Anwendungen von der Unternehmensgröße abhängig ist und es viele Kleinunternehmen in der Baubranche gibt, könnte das ein Grund dafür sein, weshalb diese Branche so schlecht abschneidet.
Allerdings kann festgehalten werden, dass der Planungsbereich die Teilbranche mit dem höchsten Digitalisierungsgrad ist, besonders die elektronische Rechnungsstellung und die Nutzung von CAD-Software.
Es gibt bereits einige wenige Methoden bzw. Technologien in Richtung Digitalisierung: BIM, KI, 3D-Scanning, Mixed Reality Systeme, cendas. Dennoch steht bisher noch keine einheitliche, allumfassende Software o.ä. zur Verfügung.
Doch gerade die Zeit der Corona-Pandemie hat die Baubranche dafür sensibilisiert, sich über die Bedeutung der Digitalisierung Gedanken zu machen und schrittweise einzuführen sowie zu nutzen,, wie folgende Abbildung 1 zeigt:
Dieses Ergebnis zeigt bereits einen Vorteil des Einsatzes digitaler Möglichkeiten: Unternehmen, die digitale Herangehensweisen nutzen, sind besser durch eine unvorhergesehene Krise wie die Corona-Pandemie gekommen als weniger digitalisierte Unternehmen der Branche.
2. Hemmnisse und Chancen der Digitalisierung in der Baubranche
Die Digitalisierung bzw. die Frage danach, wie man ein Unternehmen digitalisiert, spielt in der Baubranche in jüngster Zeit eine große Rolle.
„Einer Studie der Unternehmensberatung PwC aus dem Jahr 2020 zufolge ist ein Großteil der deutschen Baubetriebe von den Chancen der Digitalisierung überzeugt.“
Beispielsweise sehen inzwischen 97% der Planer und Projektsteuerer und 81 % der Bauunternehmer sehen das große Potenzial von Cloud-Technologien.
2.1 Hemmnisse
Dennoch gibt es einige Hemmnisse, die die Digitalisierung in der Baubranche bremsen, worum
es im nachfolgenden Abschnitt geht.
Besonders deutlich wird, dass Unternehmen der Bau- und Planungswirtschaft vor dem finanziellen und zeitlichen Aufwand der Digitalisierung von Projekten zurückschrecken. Daher sollten sich Unternehmen bereits im Vorhinein im Klaren darüber sein, welche konkreten Kosten und welcher daraus resultierende Nutzen der Investition zu erwarten sind.
Als weitere Herausforderung wird das Fehlen von Standards aufgeführt. Fürthauer argumentiert folgendermaßen: „Die Softwarelandschaft im Bauwesen ist sehr vielfältig. Einerseits haben Sie so eine große Auswahl, andererseits ist die Kompatibilität zwischen mehreren Systemen nicht immer gegeben.“ Das ist für die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Projektbeteiligten mitunter problematisch.
Zudem birgt die IT-Sicherheit einige Gefahren wie Cyberangriffe oder Datenmissbrauch, sofern keine adäquate Software bzw. dafür geschultes Personal bereitsteht. „Einige Sicherheitsvorkehrungen sind dringend nötig, beispielsweise eine verschlüsselte Datenübertragung, ein adäquater Virenschutz, ein umfassendes Berechtigungskonzept und ausfallsichere Server.“
2.2 Chancen
Nichtsdestotrotz ist die Digitalisierung im Bereich der Baubranche mittlerweile kein Fremdwort mehr und wird auch von einigen Unternehmen positiv bzw. neutral wahrgenommen.
Der Nutzen der Digitalisierung, insbesondere von Informations- und Kommunikationstechniken, wurde bereits in anderen Ländern bestätigt. So konnten ElMashaleh, O’Brian, Minichin in einer Untersuchung in den USA bereits im Jahr 2006 nachweisen, dass Informations- und Kommunikationstechnik einen positiven Einfluss auf Profitabilität, Pünktlichkeit, Kosten, Kundenzufriedenheit und Sicherheit (auf der Baustelle) hat.
Auch in Deutschland ist die Verbesserung des Unternehmenserfolgs durch digitalisierte Prozesse deutlich geworden. Betriebswirtschaftliche Kennzahlen aus der Corona-Krise belegen, dass sich Investitionen in Digitalisierung lohnen: Die Digital Leader erwirtschaften mehr Umsatz, reagieren schneller und wickeln Aufträge schneller ab.18 95 % der TopDigitalisierer gaben in einer Umfrage der Telekom an, dass sie schnell und flexibel auf die Corona-Krise reagieren konnten, wohingegen lediglich 40 % der restlichen Bauunternehmen mit der Krise gleichermaßen umgehen konnten, wie aus folgender Abbildung 5 hervorgeht: Durch die Digitalisierung versprechen sich die Unternehmen der Bau- und Planungsbranche zudem eine Verbesserung der Arbeitsproduktivität, denn die heutige Arbeitsweise ist von Papierplänen, Baubehinderungen durch mangelnde Kommunikation und Dokumentation sowie verschenkte Effizienzpotenziale geprägt. Das bedeutet, dass es zumeist lediglich
mündliche Absprachen zwischen Projektbeteiligten gibt und zudem häufig verschiedene Versionen von Papierplänen mit unterschiedlichen Planständen im Umlauf sind, wodurch kein einheitlicher Informationsstand bei allen Beteiligten besteht.20 „Mit einem digitalen Projekttool lässt sich außerdem die Kommunikationshürde überwinden. Durch die Bündelung aller ein- und ausgehenden Nachrichten in einer Plattform gehen weniger Informationen verloren. Das reduziert Missverständnisse, wodurch weniger Fehler passieren. So müssen seltener Nachbesserungen und Korrekturarbeiten durchgeführt werden.“
3. BIM: Ein Weg in Richtung Digitalisierung
3.1 Definition von BIM
Eine digitale Arbeitsmethode, die hinsichtlich der Digitalisierung in der Baubranche besonders hervorsticht, ist das Building Information Modeling – kurz BIM.
Es bezeichnet „eine kooperative Arbeitsmethodik, mit der auf der Grundlage digitaler Modelle eines Bauwerks die für seinen Lebenszyklus relevanten Informationen und Daten konsistent erfasst, verwaltet und in einer transparenten Kommunikation zwischen den Beteiligten ausgetauscht oder für die weitere Bearbeitung übergeben werden.“
Zudem können noch Dimensionen wie Zeit und Kosten berücksichtigt werden (5D-BIM).
Das Building Information Modeling beschreibt eine Methode, deren Kern die Erstellung eines digitalen dreidimensionalen Bauwerksmodells ist.
Der Begriff an sich kann mit Gebäudedatenmodell übersetzt werden und verweist dadurch auf den zweiten wichtigen Bestandteil, der zum Arbeiten mit dieser Methode gehört: nämlich eine Vielzahl von Daten, die das konstruierte Modell mit Informationen beleben. 25 Dieses mit Daten versehene Gebäudemodell soll nun nicht mehr nur als Grundlage während der spezifischen Planung dienen, sondern darüber hinaus für die Realisierung des Baus, den Betrieb und die Erhaltung sorgen. Dahinter steht die Absicht, den gesamten Lebenszyklus einer Anlage oder eines gesamten Bauwerks in einem Modell transparent und für jeden Projektbeteiligten zugänglich zu machen.
3.2 Hintergrund von BIM
Im Jahr 2015 wurde vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur der Abschlussbericht der Reformkommission für Großprojekte verabschiedet.
Zur gesamtdeutschen Implementierung dieser Methode wurde ebenfalls im Jahr 2015 ein Stufenplan für das Planen entwickelt. Dabei handelt es sich um ein Modell, das den Weg zur Anwendung von BIM beschreibt und die Unternehmen der Baubranche zur schrittweisen Einführung des Tools auffordert. Dieses Modell sieht die Einführung in drei Schritten vor und soll dazu führen, dass im Jahr 2022 alle neu zu planenden Projekte im Bauwesen mit der BIMMethode umgesetzt werden.
Die politischen Voraussetzungen für eine Digitalisierung der Bau- und Planungsbranche sind dementsprechend für ganz Deutschland gegeben. Im Jahr 2019 und somit fast am Ende der fünfjährigen Einführungsphase findet BIM dennoch nicht die beabsichtigte Beachtung in den Planungsbüros Deutschlands. Das lässt auf ein Akzeptanzproblem bei all der Euphorie um dieses Planungs-Modell schließen.
3.3 Chancen und Grenzen von BIM
Die tatsächliche Anwendung von BIM ist in Deutschland noch am Anfang. Doch sobald BIM wie vorgesehen in der Mehrheit alle Bauprojekte eingesetzt wird, verspricht man sich einige Vorteile von BIM hinsichtlich folgender Punkte:
- Transparente Verwaltung des Projekts
- Optimierung der Kommunikationsfähigkeit der Projektbeteiligten
untereinander - Erhöhte Kostensicherheit
- Vorbeugung von Missverständnissen sowie Planungsinkompatibilität
- Verbesserung des Risikomanagements
- Optimierung der Möglichkeiten zum Gebäudemanagement nach der
eigentlichen Bauphase
Wie bereits angedeutet, kommt BIM bisher nicht so häufig zum Einsatz bzw. wird nur teilweise eingesetzt. Beispielsweise wird die Planung nach wie vor in PDF an weitere Planungsbeteiligte weitergegeben und landet dann auch als PDF auf der Baustelle. Somit ist der Vorteil von intelligenten, digitalen Plänen nutzlos. Daraus lässt sich schließen, dass bisher noch nicht alle Bauprozesse vollständig digitalisiert und zudem zu wenig Informationen verfügbar sind, um ein BIM-Model mit ausreichend Daten zu versorgen. Das vollständige Potenzial von BIM kann dadurch noch nicht ausgeschöpft werden.
Zusammengefasst kann man folgendes festhalten: „Zeitersparnis, Flexibilität und geringere Kosten sprechen für BIM – der hohe Know-how-Bedarf sowie Investitionskosten sind Barrieren.“ BIM ist jedoch nicht der einzige Ansatz, wie die Digitalisierung im Sinne von „Bauen 4.0“ umgesetzt werden kann, sondern es gibt weitere Technologien und Überlegungen, wie man die Bau- und Planungsbranche in diese Richtung bewegen kann.
4. Einen Schritt zurück denken: Automatisierung in der TGA-Planung
BIM bietet eine Grundlage für „Bauen 4.0“, denn „BIM dient dabei als Sammelstelle für alle projektrelevanten Daten sowie dem Austausch von Informationen aller Projektbeteiligten. Gleichzeitig stellt es eine kollaborative Planungsmethodik dar und damit eher die grundsätzliche Digitalisierung der Planung als die Vision vom vernetzten Bauen. Bauen 4.0 ist also mehr als nur BIM.“ Die grundsätzliche Digitalisierung von digital verarbeitbaren Informationen über bauliche Anlagen steht im Fokus, die lediglich die Grundlage für die weitere Automatisierung und Einbindung von vernetzten Technologien bildet.
Die Automatisierung hängt mit der Digitalisierung zusammen und bietet noch weitere Möglichkeiten und Chancen für die Baubranche, die Effizienz eines Unternehmens voranzutreiben. Laut Hagen gibt es zwei Wege zu mehr Effizienz: „Digitalisierung ist nicht gleichzusetzen mit Automatisierung: Digitalisierung schafft Transparenz, Vorhersagbarkeit und Effektivität; Automatisierung schafft Kapazitäten, Rationalisierung, Amortisation.“ Mit Hilfe des Pareto-Prinzips lässt sich dadurch folgende Annahme treffen:
Trotz dieser Annahme stößt die Automatisierung noch auf Skepsis: Zum Einen, dass es das Potenzial dafür gibt, zum Anderen, dass die Fähigkeit dafür vorhanden ist.
Gerade der Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) und der Automatisierung tragen dazu bei, dass eine große Datenmenge in kürzester Zeit verarbeitet werden kann. 42 Folgende Bereiche schlägt Fürthauer vor, in denen die künstliche Intelligenz bzw. die Automatisierung eingesetzt werden können:
- Generative Gestaltung: In der Planungsphase kann eine KI in kürzester Zeit
zahlreiche Varianten eines Gebäudeentwurfs erstellen und die rundum beste
Lösung finden. - Projektsteuerung: Auf Basis der vorhandenen Baustellendaten erkennt die KI
voraussichtliche Verzögerungen und Budgetüberschreitungen. So kann
frühzeitig eingegriffen und gegengesteuert werden. Je mehr Projektdaten
gesammelt werden, desto besser funktioniert das. - Baustellensicherheit: Anhand der Analyse von Bildmaterial einer Baustelle ist
es möglich, Unfallrisiken und Schwachstellen zu finden (z. B. werden Arbeiter
ohne Schutzkleidung erkannt).
5. Fazit: Noch viel zu tun
Diese Erkenntnisse machen deutlich, dass ein Bedarf an Automatisierung und einer zunehmenden Digitalisierung in der TGA-Branche besteht. Auch die verschiedenen Unternehmen sind grundsätzlich aufgeschlossen, sich diesem Thema zu widmen. Das größte Hemmnispotenzial bietet jedoch der hohe zeitliche und monetäre Investionsaufwand. Das lässt die Unternehmen davor zurückschrecken, sich tiefer in den Bereich der Automatisierung und Digitalisierung im Sinne des Bauens 4.0 einzuarbeiten und weiterzuentwickeln.
Wie bereits in der Einleitung erwähnt, ist es allerdings der TGAcode GmbH ein großes Anliegen, die TGA-Branche weiterzuentwickeln und sich die Vorteile der Automatisierung und Digitalisierung für das operative Tagesgeschäft zu Nutze zu machen. Daher arbeitet sie nun als Teil der Zenesis GmbH an einer Software zur Automatisierung einiger Planungsphasen, nämlich der Leistungsphase 1 bis Leistungsphase 3. Mit Hilfe dieser Software verspricht sich die TGAcode GmbH für sich und andere TGA-Planungsbüros, dass die Plansicherheit und
Effektivität bei gleichbleibender Flexibilität durch eine neue Effizienz möglich wird. So wird einer erfolgreichen Projektbearbeitung nichts mehr im Weg stehen. Dennoch ist bis dahin noch einiges zu tun, denn wie ein bewährtes Sprichwort sagt: „Gut Ding will Weile haben.“
6. Literaturverzeichnis
Bendel, Oliver (2021): Industrie 4.0.
Bertsche et al. (2019): Zukunft Bau. Beitrag der Digitalisierung zur Produktivität in der Baubranche.
Fürthauer, Walter (2022): Digitalisierung der Baubranche: Chancen, Herausforderungen und Trends im Jahr 2023.
Bendel, Oliver (2021): Industrie 4.0.
https://wirtschaftslexikon.gabler.de/definition/industrie-40-54032/version-384598,
aufgerufen am 12.04.23
Berbner, Rebekka (2023): Die Digitalisierung stockt, in Sachen Nachhaltigkeit geht es voran.
https://www.pwc.de/de/managementberatung/capital-projects-andinfrastructure/herausforderungen-der-deutschen-bauindustrie.html, aufgerufen am
12.04.2023
Bertsche et al. (2019): Zukunft Bau. Beitrag der Digitalisierung zur Produktivität in der
Baubranche. Endbericht. S. 13
Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur, Stufenplan Digitales Planen und
Bauen, 2015, S. 5.
Deutsche Telekom AG (Hrsg.) (2021): Digitalisierungsindex Mittelstand 2020/2021. Der
digitale Status Quo der Digitalisierung im deutschen Baugewerbe. S. 6
Fürthauer, Walter (2022): Digitalisierung der Baubranche: Chancen, Herausforderungen und
Trends im Jahr 2023. Hervorhebungen im Originaltext. https://baumaster.com/baublog/digitalisierung-baubranche/, aufgerufen am 12.04.2023
Hagen, Markus (o.J.): Digitalisierung im Mittelstand.
https://www.bdu.de/fachthemenportal/digitales-und-it-beratung/digitalisierung-immittelstand/, aufgerufen am 30.03.2023.
https://bmdv.bund.de/SharedDocs/DE/Publikationen/DG/stufenplan-digitalesbauen.pdf?__blob=publicationFile. S. 5
https://www.bayika.de/de/aktuelles/meldungen/2022-12-20_Fehlende-Nachfrage-bremstDigitalisierung-von-Ingenieurbueros-aus-Umfrage-Bundesingenieurkammer.php.
https://www.bdu.de/fachthemenportal/digitales-und-it-beratung/digitalisierung-immittelstand/, aufgerufen am 30.03.2023
Kogelheide, Louisa (2022): Nachholbedarf. Digitalisierung für Gewerke der TGA. In: Moderne
Gebäudetechnik (Ausgabe 1-2). S. 34
Mensch und Maschine Deutschland GmbH, BIM Ready-Kurshandbuch, o. J., S. 7.
Otto, Jens (2020): „Bauen 4.0“ – Innovationen in der Bauwirtschaft. S. 103.
https://www.bauindustrie-ost.de/artikel/bauen-4-0-innovationen-in-der-bauwirtschaft,
aufgerufen am 12.04.23
PWC (Hrsg.): Baubranche aktuell Wachstum 2020 – Digitalisierung und BIM, S. 19.
Verband Beratender Ingenieure, BIM-Leitfaden für die Planerpraxis, 2016, S. 5.