Zwischen 185 000 bis 400 000 neue Wohneinheiten pro Jahr – so unterschiedlich die Bedarfsprognosen für Deutschland auch sein mögen, eines ist klar: Die öffentliche Hand ist alleine wegen des Zuzugs von Flüchtlingen derzeit besonders gefordert, schnell günstigen und menschenfreundlichen Wohnraum zu schaffen. Bisher ist Bauen jedoch eher langwierig und häufig auch wegen zahlreicher Qualitätsmängel und Abstimmungsprobleme im Bauprozess teuer. Das ist schlecht für den Staat und seine Bürger, insbesondere mit Bedarf an bezahlbarem Wohnraum vor allem in Ballungsgebieten. Dass Bauen teuer ist, liegt nicht nur an den hohen Grundstückspreisen in begehrten Ballungsräumen und an hohen Löhnen und Materialkosten, sondern in der Bauwirtschaft noch nach Prinzipien gearbeitet wird, die in anderen Industrien schon lange nicht mehr angewendet werden. Mittels der Modularisierung soll sich das in Zukunft ändern.
Manfred Grundke, Geschäftsführender Gesellschafter der Unternehmensgruppe Knauf, und Professor Horst Wildemann von der TU München und Geschäftsführender Gesellschafter der TCW Management Consulting haben erstmalig den kompletten Wertschöpfungsprozess eines Hauses, von der Produktentwicklung bis zur Baustelle, aufgerollt. Die Intention: Durch eine zentrale industrielle Fertigungsanlage und Modulbauweise Kosten um bis zu 30 Prozent zu senken, Bauzeiten zu beschleunigen und Qualität in erheblichem Maß zu steigern. Auf dem zweiten Münchner Kolloquium zum modularen und seriellen Bauen mit dem Fokus auf Digitalisierung, Hybridbauweise und Nachverdichtung haben über 150 internationale Experten aus Architektur, Immobilienwirtschaft, Industrie und Politik vor diesem Hintergrund folgende Fragen beleuchtetet und kritisch diskutiert:
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Welche Anwendungsmöglichkeiten bestehen für Raummodule in der Hybridbauweise sowie der modularen Nachverdichtung?
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Wie muss der Auftragsabwicklungsprozess in urbanen Gebieten gestaltet werden?
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Wie kann die Digitalisierung in den Bauprozess eingebunden werden und welche Vorteile bringt diese mit sich?
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Welchen Beitrag leistet die hohe Datenintegration bei der Erbringung von Dienstleistungen im Hausbau?
„Mehr Effizienz wagen“, so lautete der Aufruf von Professor Klaus Sedlbauer, Ordinarius Lehrstuhl für Bauphysik an der TU München, in seinem Vortrag zum modularen und seriellen Bauen. Mit dem Prinzip des modularen Hausbaus planen und bestellen Baumeister und Bauherren ihr Projekt aus einem Modulbaukasten im Handumdrehen mit Hilfe eines Konfigurators. Klick, und sie verschieben das Bad, Klick, und das Treppenhaus wird breiter. Parallel berechnet das Programm die Kosten des Hauses. Auf einen Blick wird klar, ob man sich noch eine Terrasse leisten kann oder ein extragroßes Bad. Ein letzter Klick, und schon fertigt ein 3D-Drucker das Modell des Hauses, während der Bauantrag online an die Gemeinde geht. Im Produktkonfigurator sind alle relevanten Modul- sowie Servicevarianten digital hinterlegt und können vom Kunden flexibel und individuell zu seinem individuellen Haus zusammengestellt werden. Der Einsatz eines Produktkonfigurators für den modularen Hausbau ermöglicht unterschiedliche Vorteile für den Kunden sowie für alle Beteiligten am Bauprojekt. Die visuelle Darstellung des Hauses beugt Missverständnissen zwischen dem Bauausführenden, dem Architekten und den Vorstellungen des Kunden vor. Durch die transparente Preiskalkulation des Hauses kann der Kunde die voraussichtlichen Kosten mit dem ihm zur Verfügung stehenden Budget abgleichen.
Bei Abweichungen können im Konfigurator schnell und übersichtlich Anpassungen vorgenommen werden. Für eine detaillierte Kostenkalkulation sind in Datenbanken Stücklisten und Konstruktionspläne im Produktkonfigurator hinterlegt. Professor Christoph Achammer, Partner und Vorstandsvorsitzender der ATP architekten ingenieure, ist davon überzeugt, dass digitalisiertes Bauen nur in Kombination mit digitalisierter Planung stattfinden kann. Die direkte Anbindung an Building Information Modeling (BIM) ermöglicht es, auf Daten aus unterschiedlichen Bereichen der Wertschöpfungskette, wie etwa der Haustechnik, in Echtzeit zuzugreifen. Manfred Grundke beschrieb das Gebäudedatenmodellierungssystem als ein Konzept, das als Daten- und Wissensplattform fungiert. Durch die direkte Anbindung an den Produktkonfigurator können Missverständnisse in der Planungsphase erkannt und beseitigt werden, stellte er dar. Nach Abschluss der Planungsphase können die produktionsrelevanten Daten direkt von der Produktion abgerufen werden. Das integrierte Datenmodell erlaubt nach der Finalisierung des Bauprojektes, dass entlang des gesamten Produktlebenszyklus weitere Parteien, wie Servicedienstleister, die bestehende Datenbasis nutzen.
Die Fertigung der Häuser erfolgt nach den Prinzipien der getakteten Fließfertigung in der Fabrik, erklärte Professor Wildemann. Die industrielle Produktion unterteilt sich in die Fertigung der Wand-, Boden- und Deckenelemente sowie die Montage der Module. Die Hauptlinie ist getaktet, sodass Prozesse, die eine längere Bearbeitungszeit in Anspruch nehmen, in Vorarbeitsplätze parallelisiert werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Elemente unter Berücksichtigung eines hohen Automatisierungsgrades sowie dem Einsatz von Just in Time zu fertigen. Durch die detaillierte Planung der einzelnen Prozessschritte wird die Qualität mithilfe von kontinuierlich mitlaufenden Quality-Gates digital überwacht und kontinuierlich verbessert.
Die einzelnen Bearbeitungsmaschinen sind dabei über ein virtuelles Produktionssteuerungssystem rund um die Uhr miteinander vernetzt. Eine SMART-Factory kann so in einem Dreischichtbetrieb ein jährliches Produktionsvolumen von 225 000 Quadratmetern Wohnfläche erreichen, was etwa 1 500 Einfamilienhäusern entspricht. In der Modulmontage werden die einzelnen Elemente zu Raummodulen montiert und so ein Vorfertigungsgrad von über 90 Prozent realisiert. Danach wird in der Modulmontage eine Prüfung des Moduls vorgenommen. Auf Basis einer detaillierten Checkliste checkt der Mitarbeiter die vorgegebenen Punkte ab und gibt das Modul nach Abschluss eventueller Nacharbeiten für den Transport frei. Die Kapazität der Modulmontage ist flexibel an die Anforderungen der Region anzupassen. Bei größeren Entwicklungsprojekten kann eine temporäre Modulmontage aufgebaut werden, die nach Fertigstellung des Projektes wieder abgebaut und an anderer Stelle aufgebaut wird.
Die technologischen Weiterentwicklungen im Zuge der Digitalisierung ermöglichen eine durchgehende und integrierte Umsetzung der vom Kunden im Konfigurator geplanten Häuser. Die Anwendung von Building Information Modeling erlaubt die Erzeugung digitaler Modelle, Customizing, detaillierte Stücklisten, bessere Maschinensteuerung sowie eine ausgereiftere Baustellenlogistik. Building Information Modeling eröffnet den Weg zur individualisierten Massenfertigung und läutet somit das Zeitalter von Bauen 4.0 ein, so Professor André Borrmann, Leiter des Lehrstuhls für Computergestützte Modellierung und Simulation an der TU München. Auf diese Weise werden die vorgefertigten Module genauso auf der Baustelle zusammengesetzt, wie es der Kunde im Konfigurator vorgesehen hat. Bereits auf Basis der Informationen im Produktkonfigurator können Bauunternehmen die Baustellenvorbereitung durchführen. So lassen sich etwa mit speziellen vorkommissionierten Baustellencontainern Bereitstell- und Handlingzeiten der benötigten Hilfsmaterialien reduzieren. Im Handumdrehen ist die Baustelle geplant, vorbereitet und funktioniert nach einheitlichen, standardisierten Prozessabläufen. Durch den hohen Standardisierungsgrad der Module können hausspezifische Arbeitsanweisungen mit detaillierten Prozessbeschreibungen und geplanten Montagezeiten auf der Baustelle ausgegeben werden. Die Steuerung auf der Baustelle erfolgt über den Projektkoordinator, der die Aufgaben an die jeweiligen Gewerke, wie etwa Klempner, Elektriker, Bodenleger und Sanitärtechniker, soweit noch erforderlich, verteilt und im Baustellenmanagementsystem verwaltet. Die Gewerke müssen so koordiniert werden, dass ein reibungsloser Ablauf ohne Leerzeiten ermöglicht wird. Um den störungsfreien Ablauf aller Arbeitsschritte zu gewährleisten, ist eine sequenzgenaue Anlieferung des Baustellenmaterials wichtig, sodass die Zwischenlagerung der Module auf der Baustelle entfällt. Mit GPS- oder RFID-Technologien können die produzierten Elemente und Module über den gesamten Prozess verfolgt werden und minutengenau an der Baustelle angeliefert werden. Die digitale Erfassung und Zuteilung der Module auf der Baustelle ermöglicht, die Montagearbeiten der Module bei einem Einfamilienhaus auf einen Tag reduzieren zu können und lässt das 24-Stunden-Haus zur Realität werden. Bei einer Bauweise (ohne Innenausbau, aber inklusive Rohrmontage von Zu- und Abwasser, Elektrizität, Heizung und Lüftung) werden die restlichen Arbeitsschritte innerhalb von drei bis vier Tagen abgeschlossen. Dazu zählen die Maler- und Verputzarbeiten der Außenfassade, die finalen Bodenbeläge und Anstriche der Wände sowie die Finalisierung der Inneneinrichtung.
Was nach einem abgeschmackten Werbeslogan klingt, könnte bald Realität werden – ausgerechnet dort, wo die Industrialisierung bislang in weiten Bereichen scheiterte, beim Hausbau. Seelenlose Großsiedlungen der 1960er-Jahre haben das modulare Bauen diskreditiert und Wohn-ghettos geschaffen, denen oft nur mit der Abrissbirne beizukommen war. Doch genau diese Viertel können im Rahmen von Nachverdichtungsprojekten mit der Modulbauweise reanimiert werden. In vielen Städten könne ein hohes Potenzial an Nachverdichtungsprojekten durch den aktuellen Gebäudebestand umgesetzt werden, berichtete Professor Dietmar Eberle, Ordinarius Lehrstuhl für Architektur und Entwurf an der ETH Zürich. Allerdings bedeutet eine Nachverdichtung auch immer eine Veränderung der Atmosphäre in Quartieren. Denn der Schlüssel liegt in der Modularisierung des Produktes, die Module mit genau definierten Anschlussstellen für Decke, Außenwand oder Fenster versieht. Solche Module lassen sich zu unendlich vielen Varianten, also völlig verschiedenen Bauten zusammensetzen. Bereits heute kann bei einem Einfamilienhaus mit acht Modulen und einem Baukasten mit 50 verschiedenen Raummodulen eine nahezu unbegrenzte Varianz unterschiedlicher individueller Grundrisse ermöglicht werden. Dazu kommt noch die Individualität in der Fassadengestaltung. Individualität entsteht durch die Kombination völlig verschiedener Module mit verschiedenen Ausstattungsvarianten, vom Terrakottaboden über Laminat bis zu Echtholzparkett, von der einfachen Haussteuerung bis hin zu aufwendigen BUS- und IT-Systemen für Licht und Wärme. Neben der Individualität schafft es das modulare und serielle Bauen auch auf die in den letzten 40 Jahren deutlich gestiegenen Energieeffizienzanforderungen für Gebäude einzugehen. Die Skaleneffekte der industriellen Fertigung wirken sich auch auf innovative Energieeffizienztechnologien aus. Das neue Konzept ermögliche es so, kostengünstige Energielösungen anzubieten, berichtete Dr. Tobias Engelmeier, Geschäftsführer der TFE Consulting GmbH.
Was die Kosten betrifft: Die Anwendung der Modularisierungsprinzipien und industrieller Prozessabläufe ermöglicht eine Herstellkostensenkung von bis zu 30 Prozent gegenüber der konventionellen Bauweise, machte Professor Wildemann deutlich. Eine hohe Standardisierung und abgestimmte Prozesse unter kontrollierten Produktionsbedingungen in der Fabrik und der Planung führen zu einem stabilen, hohen Qualitätsniveau. Es gilt das Prinzip: Die richtigen Dinge korrekt tun und dies bereits beim ersten Mal. Bauprojekte werden so erheblich schneller abgewickelt. Deutlich zu spüren sind die Vorteile des modularen Hausbaus im Bereich „Qualität“. Eine Studie des Instituts für Bauforschung zum Thema „Analyse der Entwicklung der Bauschäden und der Bauschadenkosten“ belegt, dass in jedem Ein- und Zweifamilienhaus etwa 18 Baumängel nach Fertigstellung auftreten, die im Durchschnitt zu einem Bauschaden je Bauvorhaben von etwa 66 000 Euro führen.
Geht man davon aus, dass in der modularen Bauweise nur bei jedem zehnten Haus ein Fehler auftritt – was im Vergleich zur Automobilindustrie noch das zehnfache an Fehlern bedeutet – reduzieren sich die Qualitätskosten pro Quadratmeter Wohnfläche um rund 99 Prozent. Darüber hinaus fallen langwierige Abstimmungsprozesse mit unterschiedlichen Gewerken sowie aufwendige Nachbesserungsarbeiten weg und gehören beim industriellen Bauen der Vergangenheit an. Hieraus ergeben sich auch volkswirtschaftliche Effekte: Laut dem statistischen Bundesamt werden in Deutschland im Durchschnitt rund 26 Prozent des monatlichen Einkommens für das Abbezahlen der Wohnung oder Mietaufwendungen, inklusive der Nebenkosten wie Wasser, Strom und Heizung aufgewendet. Die Wohnkosten gelten als die größte monatliche Belastung eines Durchschnittshaushalts. Für den Kunden bietet der modulare Hausbau die Möglichkeit, die monatlichen Wohnkosten signifikant zu reduzieren und somit Einkommensanteile für eine alternative Verwendung freizusetzen. Eine Studie der TU Darmstadt hat gezeigt, dass durch Aufstockung die Wohnfläche in Städten um etwa 20 Prozent gesteigert werden könnte. Bei konventioneller Bauweise könne eine solche Aufstockung bei den bestehenden Mietern zu lang anhaltenden Belästigungen führen, so Professor Karsten Tichelmann von der TU Darmstadt. Mit dem modularen Hausbau hingegen könnte ein Projekt schon innerhalb von zwei Wochen abgeschlossen werden. In München, Hamburg und Köln aber geht es nicht nur um Wohnungen. Hunderte von Schulen und öffentlichen Gebäuden müssen in den nächsten Jahren saniert, ganze Quartiere nachverdichtet werden. Die Möglichkeiten des modularen Hausbaus sind praktisch unbegrenzt.
Erste Modulhäuser sind bereits in der Schweiz entstanden und werden in Saudi-Arabien, Russland und China nachgefragt. Warum sollten sie nicht auch im Land des Bauhauses Einzug halten? Die Experten auf dem 2. Münchner Kolloquium sind sich einig – Vieles spricht für eine solche Entwicklung. Es wird Zeit, die Industrialisierung 4.0 auf den Hausbau auszudehnen und die Vorteile der Fabrik zu nutzen.
Über das erste Münchner Kolloquium haben wir bereits berichtet unter www.baublatt.de/startseite/2016/07/22/haeuser-aus-dem-baukasten.
Weitere Informationen zum zweiten Münchner Kolloquium „Modulares und serielles Bauen“ gibt es online unter www.modular-housing.de.
Ein Film auf 3sat liefert einen weiteren Beitrag zum modularen Bauen unter www.3sat.de/mediathek/?mode=play&obj=53723.
November/Dezember 2016