Automatisierung in der Bauindustrie
Wenn leistungsstarke Roboter mit anpacken
In der Baubranche braut sich ein Sturm mit gewaltigen Ausmaßen zusammen. So steht die immer größere Nachfrage nach Wohnungen und Gewerbeimmobilien dem Druck gegenüber, nachhaltiger zu bauen – während der Mangel an Arbeitskräften so groß ist wie nie. Eine Transformation scheint unausweichlich, um das Spannungsverhältnis zwischen Produktivität, Nachhaltigkeit und dem effektiven Einsatz vorhandener Arbeitskräfte aufzulösen.
Doch während die Automatisierung in anderen Industriezweigen Abhilfe schafft, ist ihr Einsatz im Bauwesen überschaubar. Das soll sich ändern: Laut einer vom Technologieunternehmen ABB in Auftrag gegebenen Studie erwägen 81 Prozent der befragten Bauunternehmen, in den kommenden zehn Jahren verstärkt in Robotik und Automatisierung zu investieren.
Trotz spektakulärer Wahrzeichen wie The Shard in London oder dem Burj Khalifa in Dubai: Vom technologischen Fortschritt hat die Bauindustrie im Vergleich zu anderen Branchen – wie etwa die Automobilfertigung – in den letzten Jahren eher wenig profitiert. Viele Verfahren und Praktiken sind seit Generationen dieselben. Dafür gibt es triftige Gründe. So findet der Großteil der Arbeiten nach wie vor direkt auf der eigentlichen Baustelle statt. Auch werden viele Komponenten und Materialien meist noch vor Ort hergestellt beziehungsweise zusammen-gesetzt. Das schränkt den Einsatz von Produktionsmethoden wie die Serienfertigung oder Vormontage von Bauteilen, die in anderen Branchen längst Standard sind, ein – ebenso wie potenzielle Skaleneffekte. Hinzu kommt: Die heutige Bauindustrie arbeitet meist projektbasiert, ist fragmentiert und komplex. Ihre Wertschöpfungskette ist stark dezentralisiert, sprich:
An jedem Schritt sind zahlreiche Akteure beteiligt, was die Möglichkeiten zur Koordination einschränkt und Kollaboration erschwert. Ein Großteil der Arbeiten wird vor Ort von Mitarbeitenden ausgeführt, die eher Generalisten als Spezialisten sind und größtenteils auf Zeit-basis beschäftigt werden. Dem gegenüber steht der immer häufigere Einsatz digitaler und durchgängiger Prozesse und Tools, etwa Building Information Modelling (BIM).
Nicht nur dadurch beginnen sich die Dinge zu ändern. Ein volatiles Marktumfeld, gepaart mit stets neuen Regularien, veranlassen viele Akteure, ihre Arbeitsweise zu überdenken. Die Verknappung der öffentlichen Haushalte sorgt für zusätzlichen Druck, ebenso die Sorge vieler Menschen um die Bezahlbarkeit von Wohnungen. Eigentümer und Kunden werden zunehmend anspruchsvoller und wollen Gebäude, die anpassungsfähig sind und niedrige Betriebskosten haben, während sowohl die Eigentümer als auch die Regierungen an Immobilien interessiert sind, die energieeffizienter sind und bei deren Bau und im Betrieb Ressourcen geschont beziehungsweise besser genutzt werden. Für eine weitere Komplexität sorgen die steigende Stadtbevölkerung sowie der wachsende Anteil von Einpersonenhaushalten. Bauland zu finden, erweist sich vielerorts als Herkulesaufgabe. Über allem schwebt wie ein Damoklesschwert der zunehmende Arbeitskräftemangel. Laut einer von dem Hersteller für Roboterlösungen ABB in Auftrag gegebenen weltweiten Umfrage unter 1900 Bauunternehmen in Europa, den USA und China rechnen 91 Prozent der Befragten in den kommenden zehn Jahren mit einem Mangel an Fachkräften.
In der EU waren allein im zweiten Quartal 2020 mehr als 200.000 Stellen für gering- und hochqualifizierte Arbeitskräfte in der Baubranche unbesetzt. Unter der Annahme, dass die Tätigkeiten gefährlich seien, entscheiden sich besonders jüngere Menschen oftmals gegen eine Karriere im Baugewerbe. Rund 30 Prozent der Arbeitsunfälle ereignen sich heute auf dem Bau.
Gleichzeitig ist die Gefahr, auf dem Bau in einen tödlichen Unfall verwickelt zu sein, mit geschätzt weltweit über 108.000 Todesfällen im Jahr viermal höher als in anderen Branchen.
Wie also lässt sich dieses große Bündel an Herausforderungen meistern? Dafür richten viele ihren Blick auf die Auto-mobilindustrie, die bekanntlich einen hohen Automatisierungsgrad aufweist. Die dort gewonnenen Erkenntnisse können Bauunternehmer als eine Art Richtschnur nutzen, wenn sie eigene Wege ausloten, um das Produktivitätsniveau der Automobilhersteller zu erreichen.
Der Vergleich der Branchen ist durchaus nicht abwegig: Beide stellen Produkte her, die den Zusammenbau eines "Grundgerüstes" erfordern, welches durch das Hinzufügen einer Vielzahl von Bauteilen erweitert und ausgebaut wird.
Einige der zugrundeliegenden Produktionsschritte – wie das Verschweißen, das Anbringen von Türen, das Einsetzen von Fenstern, das Ausrichten von Schrauben und die Installation von elektrischen Geräten – sind sowohl im Automobilbau als auch im Wohnungsbau üblich, wenn auch in unterschiedlichem Umfang. Zudem fertigen beide Branchen ein Produkt, das sich in den meisten Fällen auch an spezifische Kundenwünsche anpassen lässt. Auch hier gibt es Parallelen, wie etwa bei der Konfiguration der Verkleidung, der Farbgebung und der Gesamtform. Natürlich existieren bei allen Gemeinsamkeiten auch signifikante Unterschiede, und es gilt, den tatsächlichen Einsatz von Robotik stets sorgfältig abzuwägen.
Laut Branchenprognosen wird der Gesamtwert der Bauindustrie weltweit bis zum Jahr 2030 um 85 Prozent auf 15,5 Billionen US-Dollar ansteigen. Interne Analysen des Herstellers zum Marktpotential von robotergestützter Automatisierung gehen von hohen zweistelligen Wachstumsraten in Schlüsselbereichen des Bauwesens aus, einschließlich Fertigteilbau und 3D-Druck. Das haben auch die Unternehmen erkannt:
Mehr als 80 Prozent möchten in den kommenden zehn Jahren Robotik und Automatisierung einführen oder deren Einsatz intensivieren.
Robotik kann durch die Verbesserung der Qualität und der Konsistenz zur Reduzierung von Abfällen beitragen – ein wichtiger Aspekt, da schätzungsweise bis zu einem Viertel des herangeschafften Materials eine Baustelle als Abfall wieder verlässt. Durch den Einsatz von Automatisierung und digitalen Lösungen lassen sich Konstruktions- und Fertigungsprozesse effektiver gestalten und bereits von Projektbeginn an Bauabfälle vermeiden. Ein weiterer Pluspunkt: Roboter erhöhen die Sicherheit, indem sie große und schwere Lasten bewegen, in gefährlichen Bereichen arbeiten und neue, sicherere Bauverfahren ermöglichen, etwa die automatisierte Fertigung von modularen Häusern und Bauelementen abseits der Baustelle, das robotergestützte Schweißen und die Materialhandhabung vor Ort oder der roboterbasierte 3D-Druck von ganzen Häusern und maßgeschneiderten Bauelementen. Hinzu kommt, dass Roboter repetitive und gefährliche Aufgaben erledigen, die Menschen nicht mehr ausführen möchten. Damit trägt die Automatisierung dazu bei, dem Arbeits- und Fachkräftemangel in der Branche entgegenzuwirken und Bauberufe für junge Menschen wieder attraktiver zu gestalten.
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ABB Robotics kann nach eigenen Angaben bereits einige Pilotprojekte vorweisen, die zeigen, wie Kunden aus der Bauindustrie mit dem Einsatz von Robotern ihre Flexibilität, Produktivität und Qualität gesteigert haben.
Dazu zählen die automatisierte Herstellung von Wänden, Böden und Decken für mehrstöckige, bezahlbare Wohnbauprojekte bei Autovol in den USA sowie die automatisierte Herstellung von vorgefertigten Modulhäusern bei Intelligent City in Kanada. Hier hat sich die Produktionsleistung um 15 Prozent und die Geschwindigkeit um 38 Prozent erhöht, während die Abfallmenge um 30 Prozent gesunken ist.
Das schwedische Bauunternehmen Skanska nutzt eine roboterbasierte Schweißanwendung, um Stahl-Bewehrungskörbe vor Ort herzustellen. Die automatisierte Lösung hat geholfen, sowohl die Qualität, die Sicherheit sowie die Produktivität der Mitarbeitenden zu verbessern. Darüber hinaus konnte das Unternehmen die Kosten ebenso wie die Umweltbelastung reduzieren, da die fertigen, sperrigen Bewehrungskörbe nicht mehr zur Baustelle transportiert werden müssen.
Der Schweizer Aufzugshersteller Schindler hat mit den Programmierexperten von ABB Robotics Schweiz und der ETH Zürich in einem gemeinsamen Pilotprojekt das "Robotic Installation System for Elevators" entwickelt – ein autonom arbeitendes Roboterinstallationssystem. Schindler automatisiert damit erstmals die Installation von Aufzügen in engen Liftschächten. Die primäre Aufgabe des Roboters besteht darin, Löcher zu bohren und Ankerbolzen im Liftschacht zu setzen. Das System verschiebt sich sogar selbst über eine automatisierte Winde von Etage zu Etage. Der Prototyp hat sich inzwischen bei der Einrichtung von mehreren neuen Liftanlagen in Europa bewährt und entlastet die Liftmonteure von mühsamen, repetitiven und körperlich anspruchsvollen Tätigkeiten.
Noch hat die robotergestützte Automatisierung ihr Potenzial im Bauwesen längst nicht ausgeschöpft. Erfolgsbespiele aus anderen Branchen animieren und motivieren die Unternehmen jedoch, verstärkt in diese Technologie zu investieren. Die Notwendigkeit, Produktivität und Effizienz zu verbessern, wird verstärkt durch den Druck, den Megatrends wie die Urbanisierung verursachen, den Arbeitskräftemangel, veränderte Verbraucherwünsche und das Streben nach emissionsfreiem Bauen. Robotergestützte Lösungen können die Automatisierung in der Bauindustrie vorantreiben. Und sie sollen der Branche helfen, Herausforderungen wie den Bedarf an erschwinglicherem und umweltfreundlicherem Wohnraum, die Reduktion der Umweltbelastung und den Arbeits- und Fachkräftemangel zu meistern.
