Von Simulation bis digitale Steuerung Die IT könnte der Bauindustrie helfen, nachhaltiger zu sein

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Was kann die IT dazu beitragen, die Bauindustrie nachhaltiger zu machen? Ein hochrangig besetztes Panel während der „Clean-IT“-Tagung des Hasso-Plattner-Instituts in Potsdam im vergangenen Jahr befasste sich mit dieser Frage.

Gebäude erzeugen bis zu 40 Prozent des landesweiten Kohlendioxidausstoßes. Gleichzeitig halten sich Menschen neun Zehntel ihrer Zeit in ihnen auf. Die Frage, wie nachhaltig sie sind und was IT dazu beitragen kann, sie nachhaltiger zu machen, ist somit auch für Rechenzentrumsprojektierer relevant.

Für Veränderungen gut sind dabei schon die Baumaterialien. Insbesondere gilt das für den Zement, dessen Erzeugung allein für acht Prozent des weltweiten Kohlendioxidausstoßes gut ist. Doch man muss das Material deshalb nicht unbedingt aussortieren.

Lean Construction bei Rechenzentren

Integrierte Projekte = effiziente Planung von Bauvorhaben

Leonid Berov, Machine Learning Engineer beim Softwarespezialisten Alcemy, berichtete von bemerkenswerten Fortschritten, die allein durch den Einsatz intelligenter Software und der vorhandenen Daten aus der Herstellung erreicht werden können. Denn Zement ist ein Material, dessen Qualität sich vor der Produktion kaum definieren lässt.

So ändert sich die Qualität der Input-Materialien. Luftfeuchtigkeit und Temperatur Auswirkungen und wie gut eine Charge tatsächlich ist, zeige sich, so Berov, erst nach 28 Tagen. „Deshalb werden sehr hohe Sicherheitsmargen eingerechnet“, berichtet er. Und die kosten Energie.

Mehr Genauigkeit – geringere Sicherheitsmargen

Sie lassen sich reduzieren, wenn intelligente Software Produktions- und Prozessdaten auswertet und sich die gesamte Produktionsqualität dadurch genauer steuern lässt. „Unsere Lösung verringert die Variabilität des Produktionsprozesses um zwei Prozent jährlich. Das bedeutet aber hochgerechnet bereits eine Einsparung von erheblichen Kohlendioxidmengen“, so Berov.

Außerdem könne AI auch helfen, andere Betonrezepturen zu ersinnen. Beispielsweise sei es durch eine andere Rezeptur gelungen, den Kohlendioxidausstoß eines Kubikmeters Zement von 260 auf 130 Kilo zu senken.

Professor Lucio Soibelman, Lehrstuhl für Bau- und Umweltingenieurwesen sowie Leiter des Instituts für Raumwissenschaften an der Universität of Southern California, betonte, es gebe bereits jetzt viele Möglichkeiten, intelligente IT im Bauwesen einzusetzen.

Beispielsweise könnte man vermehrt gefährliche Arbeiten durch Roboter erledigen lassen – schließlich stürben in den USA noch immer jährlich 100 Bauarbeiter durch Unfälle am Arbeitsplatz. Drohnen könnten bei Vermessungsaufgaben helfen, intelligente Software bei der Optimierung von Verbräuchen unterstützen.

Modulares Bauen

Ein weiterer Ansatz ist das modulare Bauen samt serieller Produktion der Module, das stark von digitalen Anwendungen unterstützt wird. Modulares Bauen bedeutet, möglichst viele Teile von Gebäuden, etwa tragende Wände, Türen, Fenster, Leitungswege oder andere Elemente in Fabriken vorzufertigen, wo die Qualität sich besser kontrollieren lässt als auf der traditionellen Baustelle.

Geplante Gebäude werden mit digitalen Mitteln zusammen mit den späteren Nutzern aus den verfügbaren Modulen vorausgeplant und dann vor Ort nur noch zusammengebaut. Innenausbau und Leitungsverlegung sowie weitere Ausgestaltung erfolgen hernach auf dem Bau. Zudem ermöglicht diese Vorgehensweise eine besser planbare Lieferkette und eine transparentere Preisgestaltung.

Späterer Umbau, Modul-Recycling

Philipp Erler, Mitgründer und technologischer Leiter des Modulbau-Spezialisten Gropyus: „Mit maschinellem Lernen können wir die Planung besser optimieren und den Materialverschleiß verringern.“ Beispielsweise sei es damit möglich, besonders wenig Material auf der Baustelle zu lagern.

Auch ermögliche die Bauweise, schon in der Bauphase darüber nachzudenken, wie man spätere Nutzungsänderungen ermöglichen oder die verwendeten Baumaterialien weiter verwenden könne. Mit intelligenter IT falle dies natürlich leichter.

Ganz neue Potentiale könnte auch der Digitaldruck eröffnen. So wurde von Heidelberg IT Management gerade Europas erstes Rechenzentrum aus einem neuartigen Beton ohne gebrannten Kalk gedruckt. Dabei setzte man einen Drucker mit 25 Metern Kantenlänge ein (siehe: Revolution im Rechenzentrumsbau; Ein Co-Location-Datacenter im 3D-Druck für Heidelberg IT von der Kraus Gruppe)

Mehr Sensoren ins Gebäude!

Weiter gehe es darum, Gebäude für eine bessere Steuerfähigkeit verstärkt mit Sensoren auszurüsten. Professor Christof Reinhart, am MIT (Massachusetts Institute of Technology) Leiter des Bereichs Bautechnologie, hält fest: „Heute haben wir via Smartphone mehr Sensoren in der Tasche als sich in einem traditionellen Gebäude befinden.“

Erst wenn ausreichend Daten vorhanden seien, ließen sich ein Gebäude optimal steuern. Daran arbeiten derzeit bereits vo allem Startups. In Potsdam stieß die Autorin auf einen Gründer, der seinen Namen noch nicht in den Medien lesen möchte. Sein Ziel: die relativ kostengünstige, individuelle Optimierung der Raumheizung durch die Kombination von Sensoren und einer intelligenten Software.

BIM: Ontologie fehlt

Suboptimal sei derzeit noch der Umgang und die Einsatzbreite von BIM (Building Information Modelling). Solche Applikationen liefern neben 2D- und 3D-Plänen zusätzlich noch viele Meta-Informationen und ermöglichen Modellierungen des künftigen Gebäudes.

Allerdings, so Erler, würden diese Systeme derzeit noch kaum genutzt. Beispielsweise seien viele baurelevante Daten kaum maschinenlesbar. Außerdem fehlen derzeit standardisierte Kommunikations-Tools zum Austausch von Bau-Informationen. Auch eine bruchlose Beschreibung von Bau-Elementen ist derzeit noch unmöglich. Nötig sei eine zentral verwaltete Ontologie, um Ordnung im Begriffswirrwarr zu schaffen.

Reinhart forderte, schon Studenten müssten lernen, integrierte, digital gestützte Designprozesse beim Bauen durchzuführen. Damit die Fähigkeit dazu sich schneller verbreitet, hätten sich 20 US-Architekturschulen dazu entschlossen, entsprechende Moocs (Massive Open Online Courses) dazu anzubieten.

Datenquelle Smart Meter

Wichtig sei es, vor allem in den USA, den Energieverbrauch von Gebäuden anzugehen. Dabei gehe es auch um die Erfassung der Interaktionen zwischen Mensch und Gebäude.“ Soibelman: „Es fehlen Zahlen, um die graue Energie von Gebäuden zu erfassen.“

Bessere Planung, Standardisierung und entsprechende Ausrüstung von Gebäuden könnten deren Kohlendioxidausstoß um 95 Prozent reduzieren. Dazu seien digitale Hilfsmittel unverzichtbar.

Ein Beispiel für Datenquellen, die ins Gebäude integrierte KI nutzen könne, seien Smart Meter. Reinhart: „Die dort erzeugten Daten müssen dringend geerntet werden.“ Allerdings sei dabei der Datenschutz zu berücksichtigen.

Echtzeitdaten aus dem Bauprozess

Ebenfalls große Potentiale für Optimierungen schlummern in Echtzeitdaten aus dem Bauprozess. Das betrifft Zeitpläne, Qualitätsprognosen und vieles mehr, ergänzte Soibelman. Noch mehr gelte das allerdings für den Betrieb. So gäbe es bereits Smart Bridges, die mit Sensoren ausgerüstet sind und somit selbständig Daten über ihren Zustand liefern.

Intelligente Digitalisierung am und um den Bau hat ihre Potentiale noch bei weitem nicht ausgeschöpft. Das liegt an fehlenden Daten, fehlender Standardisierung und fehlender Ausbildung. Werden diese Themen angegangen, ist die Chance auf die Entstehung einer nachhaltigeren Baukultur groß.

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