Mehr Produktivität durch modulares, serielles Bauen und Digitalisierung?
Erfahren Sie mehr zu diesem Leitthema der BAU 2025. Die Weltleitmesse für Architektur, Materialien, Systeme findet von 13.-17. Januar 2025 in München statt.
Angesichts der zunehmenden Wohnungsknappheit und steigender Bau- und Mietpreise rücken produktivitätssteigernde Maßnahmen in den Fokus. Dies kann einerseits durch den Einsatz digitaler Werkzeuge vom digitalen Zwilling bis zum Einsatz von künstlicher Intelligenz und Robotik geschehen. Aber auch ein anderer vielversprechender Lösungsansatz rückt wieder in den Fokus: die serielle und modulare Bauweise mit industriell vorgefertigten Komponenten. Angepasst an die heutigen Anforderungen hebt es sich durch den innovativen Einsatz modernster Technologien, individuell angepasster Gestaltung und nachhaltiger Materialien deutlich vom ungeliebten Plattenbau der 1970er Jahre ab und setzt auf außergewöhnliche Qualität, einzigartige Architektur und optimale Ressourceneffizienz. Entdecken Sie auf der BAU 2025 die zukunftsweisenden Innovationen und Ideen des modularen Bauens.
Rettet modulares Bauen die Bauwirtschaft?
Der Großteil der heutigen Bauproduktion basiert auf Unikaten, entworfen für den jeweiligen Ort, als Antwort auf die Anforderungen der Nutzer, in der für Klima und Region angepassten Bauweise, gebaut von Hand wie vor 50 Jahren. Das Modulare Bauen transformiert die Bauindustrie hingegen durch den Einsatz vorgefertigter Module, die in Produktionsstätten unter kontrollierten Bedingungen hergestellt und dann zur Baustelle transportiert werden, wo sie zu einem kompletten Gebäude zusammengesetzt werden. Dank digitaler Werkzeuge und Prozesse führt die präzise Vorfertigung zu einer hohen Bauqualität und ermöglicht einen effizienten Materialeinsatz, was nicht nur Kosten spart, sondern auch den Baustellenabfall minimiert. Im Vergleich zur traditionellen Bauweise, bei der jede Phase linear und direkt vor Ort ausgeführt wird, bietet die Modulbauweise somit eine schnellere, kostengünstigere und im Idealfall sortenrein trennbare Lösung.
Durch Standardisierung und Optimierung von Bauprozessen verbessert modulares Bauen die Anfälligkeit von Lieferketten und minimiert viele der traditionellen Risikofaktoren auf Baustellen. Zugleich bietet die Bauweise – anders als in den 1970er Jahren – heute eine hohe Anpassungsfähigkeit an individuelle Designanforderungen.
Auch wenn die Meinungen dazu noch divergieren – wie z.B. im Positionspapier der Bundesarchitektenkammer – besteht Einigkeit darin, dass serielles und modulares Bauen kein Selbstzweck ist, sondern ein Mittel zu einer Erhöhung der Produktivität. Denn nicht nur digitale, integrale Planungstools wie Building Information Modeling (BIM) vereinfachen die Optimierung von Konstruktion und Rohstoffeinsatz, sondern auch auf der digitalen Baustelle – steigern innovative Technologien wie Robotik oder Künstliche Intelligenz KI die Qualität und Sicherheit vor Ort. Auch die Diskussionsrunden auf der BAU 2023 haben gezeigt, dass über die Facetten genauso gerungen werden muss, wie das Potenzial für zukünftige Entwicklungen auszuloten.
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Ist modulares Bauen gleichzusetzen mit seriellem Bauen?
Auch wenn im Sprachgebrauch modular und seriell oft synonym verwendet werden, gibt es Unterschiede, Vorteile und spezifische Herausforderungen, die je nach Projektanforderungen, Entwurfszielen und logistischen Rahmenbedingungen variieren.
Modulare Bauweise
Die modulare Bauweise konzentriert sich auf die Herstellung und Montage von vorgefertigten Modulen, die in der Regel ganze Raumabschnitte oder sogar ganze Geschosse umfassen können. Der Schwerpunkt der Modulbauweise liegt auf der räumlichen und funktionalen Vollständigkeit der einzelnen Module, in die bereits die inneren Installationen wie Elektro-, Sanitär- und Heizungsinstallationen integriert sein können.
Serielles Bauen
Serielles Bauen bezieht sich auf einen weiter gefassten Ansatz der Vorfertigung, bei dem Bauteile oder Elemente in Serie hergestellt und dann vor Ort zusammengesetzt werden. Der Schwerpunkt des seriellen Bauens liegt auf der Wiederholbarkeit und Effizienz der Bauprozesse. Diese kann modulare Elemente oder andere vorgefertigte Komponenten umfassen, die nicht notwendigerweise die vollständige räumliche Struktur eines Moduls aufweisen.
Auch der Begriff der Module kann mehrdeutig interpretiert werden.
Einzelelemente
Einzelelemente sind die einfachste Form modularer Bauteile. Sie bestehen aus einzelnen Bauteilen wie Wänden, Decken, Fenstern oder Türmodulen. Diese Elemente werden im Werk vorgefertigt und zur Baustelle transportiert, wo sie vor Ort zusammengesetzt werden.
Raummodule
Raummodule sind im Wesentlichen komplett vorgefertigte Räume, die alle notwendigen Bauteile wie Wände, Böden und Decken, aber auch größere, komplexe Bauteile wie Wohneinheiten, Hotelzimmer oder Büroeinheiten mit allen Innenausstattungen wie Küchen, Bädern und technischen Installationen enthalten können. Dass sich diese Bauweise besonders für Projekte eignet, bei denen es auf eine schnelle Fertigstellung ankommt, zeigt nicht zuletzt der kürzlich fertiggestellte Luisenblock West in Berlin. Der Neubau eines Bürogebäudes für den Deutschen Bundestag mit 400 Büros wurde in Modulbauweise aus vorgefertigten Holzmodulen in nur 15 Monaten errichtet.
Produktivitätssteigerung durch digitale Tools?
Die Steigerung der Produktivität ist in vielen Branchen ein zentrales Ziel, und insbesondere im Bausektor können das modulare und serielle Bauen, aber auch digitale Lösungen einen großen Unterschied machen.
Werkzeuge wie der digitale Zwilling ermöglichen es, Gebäude und Infrastrukturen virtuell zu modellieren und zu verwalten, wodurch Planungsfehler minimiert und die Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Gewerken in der Planung, aber auch auf der Baustelle verbessert werden. Zudem erlaubt das virtuelle Abbild die Analyse der Gebäudedaten als Gesamtsystem bzw. eine umfassende Lebenszyklusbetrachtung über die Nutzungsphase bis zum möglichen Rückbau.
Auch die sinnvolle Vernetzung von digitalen Anwendungen, Prozessen und Daten im Werk bei Vorfertigungsprozessen und auf der Baustelle ist heute schon gelebte Praxis. Robotikanwendungen, die Mauern bauen, Wände verputzen oder präzise Bohrlöcher für Unterkonstruktionen setzen werden heute schon als Maßnahmen zur Erhöhung der Qualität eingesetzt und sind zugleich ein Anreiz für eine neue Generation Fachkräfte. Ebenso bieten Softwarelösungen für das Projektmanagement eine Plattform für effiziente Arbeitsabläufe und Kommunikation, was zu einer strafferen, zeit- und kosteneffizienteren Umsetzung führt. Darüber hinaus ermöglichen fortschrittliche Analysewerkzeuge und KI-gestützte Systeme Entscheidungsfindung für Prozesse, die Optimierung des Ressourceneinsatzes und möglicher Instandhaltungsstrategien. Der Einsatz einer KI, die aus dem Nutzerverhalten lernt, kann helfen die Betriebskosten langfristig zu senken und die Lebensdauer der Projekte zu verlängern.
Modulares Bauen: Vom Vorurteil zum Vorteil
Als Ergänzung zu einer konventionellen Bauweise liegen die Vorteile in der Verwendung modularer Bauteile auf der Hand.
Kosteneffizienz durch bessere Vorhersehbarkeit der Material- und Herstellungskosten. Präzisere Zuschnitte und die Wiederverwendung von Materialien reduzieren zudem die Materialverschwendung in der Produktion, was zu niedrigeren Gesamtkosten führt.
Qualitätssteigerung durch kontrollierte Herstellungsbedingungen in einer Fabrikumgebung anstelle des Risikos von Baumängeln, die durch Witterungseinflüsse oder auf der Baustelle entstehen können. Moderne Fertigungstechnologie führt zu hoher Präzision und ermöglicht die Einhaltung von Qualitätsstandards.
Verkürzung der Bauzeit durch ganzjährige witterungsunabhängige Produktion, schnellere Montage durch Vorfertigung und kürzere Baustelleneinrichtungszeit durch Just-in-time-Logistik.
Flexibilität durch Anpassungsfähigkeit durch Erweiterung und Modifikation der Module. Dies bietet Flexibilität für zukünftige Nutzungsänderungen.
Antwort auf den Fachkräftemangel, da die Modulbauweise den Bedarf an Arbeitskräften auf der Baustelle reduziert und einen sicheren, wettergeschützten Arbeitsplatz in einer kontrollierten Arbeitsumgebung bietet.
Die digitalen Prozesse der modularen, seriellen Bauweise bieten als partiell standardisiertes System gute Voraussetzungen für das zirkuläre Bauen bzw. den sortenreinen Rückbau und damit die Wiederverwendung von Rohstoffen und Bauteilen.
Mögliche Einschränkungen ergeben sich derzeit noch aus den Investitionskosten und der Transportlogistik. Die Vorurteile der Einschränkung von Gestaltung und Individualität durch Standardisierung konnte durch eine Vielzahl guter Pilotprojekte widerlegt werden, z.B. in Punkto Nachverdichtung. Herausforderungen bestehen auch noch in der Anpassung an den Bestand. Aber auch hier zeigen serielle Sanierungskonzepte für den Wohnungsbestand, wie das Energiesprong-Prinzip, die Innovationskraft der Branche.
Warum sind Nachhaltigkeit und Modulbau ein perfect match?
Modulares Bauen bietet eine Möglichkeit, die Umweltauswirkungen durch den hohen Ressourcenverbrauch und den Beitrag zu den CO2-Emissionen zu minimieren.
- Durch sortenrein trennbare Konstruktionsprinzipien, auch "Design for Disassembly" genannt. Dies erfordert eine bewusste Planung von Verbindungen, Materialauswahl und Bauweisen, um die spätere Trennung, Rückbau und Wiederverwendung der Materialien zu erleichtern.
- Die Verwendung von Materialien, die sich leicht voneinander trennen lassen oder nicht dauerhaft miteinander verbunden sind, z. B. durch Schraubverbindungen, Steckverbindungen und andere reversible Verbindungstechniken anstelle von Verklebung.
- Einen digitalen Gebäuderessourcenpass, der mit einer genauen Dokumentation der verwendeten Materialien und Konstruktionsdetails das Potenzial der Wiederverwendung von Materialien sichtbar macht.
Whats next?
Mitte 2023 startete mit der Ausschreibung „Serielles und Modulares Bauen 2.0“ ein neues europaweites Ausschreibungsverfahren für zukunftsweisende Wohnungsbaukonzepte, initiiert vom Bundesbauministerium, dem Spitzenverband der Wohnungswirtschaft GdW und dem Hauptverband der Deutschen Bauindustrie, um die Vorteile des modularen und seriellen Bauens zu nutzen und schnell bezahlbaren Wohnraum zu schaffen. 25 serielle und modulare Konzepte zur Schaffung von modularem Wohnungsbau wurden ausgewählt, die einen Beitrag zur Lösung des Wohnungsmangels in deutschen Groß- und Mittelstädten leisten können. Neben dem Fokus auf Flexibilität zur Anpassung an den lokalen Kontext und Nachhaltigkeitsaspekten wie einem geringen Carbon Footprint, gibt die Rahmenvereinbarung den kommunalen Wohnungsbaugesellschaften auch ein Preissignal für unterdurchschnittliche Baukosten im Vergleich zur konventionellen Bauweise sowie eine deutlich verkürzte Bauzeit. Die Attraktivität der städtebaulichen, gestalterischen, technischen und ökologischen Gesamtqualität liegt auch in der Offenheit der Materialwahl - von Holzbau über Stahlbeton bis hin zu Hybridbauweisen. Zu sehen auch auf der BAU 2025, wo die Vielfalt der Konstruktions- und Einsatzmöglichkeiten präsentiert wird.
Auch in Punkto Digitalisierung des Bauwesens als Schlüssel für Effizienz und Produktivität ist viel zu entdecken. In der Digitalhalle C3 "powered by digitalBAU" können Sie sich über den aktuellen Stand der Branche informieren, bereits eingesetzte digitale Methoden kennenlernen und die Potenziale von innovativer Baustellensoftware, Künstlicher Intelligenz, Big Data und Blockchain im Bauwesen entdecken.
Die modulare Bauweise bietet gegenüber der konventionellen Konstruktion zahlreiche Vorteile. Diese reichen von der Zeitersparnis und Kosteneffizienz durch standardisierte Produktionsprozesse in der Vorfertigung bis zur Reduktion von Abfall und Störungen auf der Baustelle.
Modulares Bauen umfasst verschiedene Bauweisen, von Einzelelementen aus Holz, Stahl, oder Beton bis zu kompletten vorgefertigten Räumen, die zum Beispiel zu temporären Schul- und Geschäftsräumen umgebaut werden. Die Module können sowohl für temporäre als auch für permanente Strukturen entworfen und an eine Vielzahl von Anwendungen angepasst werden.
Die Grenzen des modularen Bauens liegen unter anderem in der Transportfähigkeit der Module, die durch die Straßenverkehrsordnung eingeschränkt wird, und in der Flexibilität der Gestaltung, da die Modulgrößen und -formen vorgegeben sind.
Serielles Bauen könnte ein Beitrag zur Lösung des Wohnungsmangels in Deutschland sein, da es die schnelle und effiziente Errichtung von Wohngebäuden durch die Standardisierung von Bauteilen und Prozessen ermöglicht. Um die Potenziale des seriellen Bauens voll auszuschöpfen und nachhaltigen, bezahlbaren Wohnraum in ausreichender Zahl zu schaffen, bedarf es jedoch einer entsprechenden politischen Unterstützung z.B. durch Förderprogramme oder Rahmenvereinbarungen wie „Serielles und Modulares Bauen 2.0“.
Digitale Werkzeuge ermöglichen eine präzise Planung und effiziente Koordination durch den Einsatz von Building Information Modeling (BIM), was Zeit und Kosten spart. Sie unterstützen die Automatisierung und Optimierung von Produktionsprozessen, wodurch Bauteile schneller und in höherer Qualität hergestellt werden können. Zudem fördern sie die Nachhaltigkeit durch effizienten Ressourceneinsatz und ermöglichen eine umfassende Dokumentation und Nachvollziehbarkeit aller Bauprozesse.
Robotik und Künstliche Intelligenz (KI) spielen im Modulbau eine zentrale Rolle, indem sie die Automatisierung von Produktionsprozessen und die Präzision bei der Herstellung von Bauteilen erhöhen. KI-gestützte Systeme optimieren Planung und Logistik, indem sie große Datenmengen analysieren und effizientere Bauprozesse entwickeln. Darüber hinaus ermöglichen Roboter und KI eine kontinuierliche Überwachung und Qualitätskontrolle, was die Baugeschwindigkeit erhöht und gleichzeitig die Fehlerquote senkt.
Auf der digitalen Baustelle der Zukunft spielen intelligente Technologien eine zentrale Rolle. Building Information Modeling (BIM) fördert die nahtlose Zusammenarbeit, während Drohnen, künstliche Intelligenz und IoT-Sensoren die Überwachung und Analyse in Echtzeit verbessern. 3D-Druck und autonome Maschinen erhöhen die Effizienz und Sicherheit, indem sie Bauteile vor Ort herstellen und gefährliche Aufgaben übernehmen. AR und VR unterstützen die Visualisierung komplexer Baupläne und die immersive Ausbildung. Blockchain und Big Data optimieren das Vertragsmanagement und die Entscheidungsfindung und revolutionieren damit die gesamte Bauindustrie.
Big Data kann der Bauwirtschaft einen Wettbewerbsvorteil verschaffen, insbesondere durch die Analyse großer Datenmengen, die es Bauunternehmen ermöglichen, fundierte Entscheidungen zu treffen, Risiken besser zu managen und Bauprozesse zu optimieren. Dies führt zu effizienteren Arbeitsabläufen, Kosteneinsparungen und einer höheren Qualität der Bauprojekte. Darüber hinaus ermöglicht Big Data die vorausschauende Wartung und die Verbesserung der Sicherheit auf Baustellen.
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