Theoretisch sind alle technologischen Voraussetzungen für die papierlose Baustelle gegeben, praktisch werden heute aber noch die meisten Bauarbeiten auf der Basis von 2D-Plänen ausgeführt. Diese statischen Konstruktionszeichnungen haben deutliche Nachteile: Lokal abgespeicherte Pläne ohne automatisierte Versionierungen führen dazu, dass Gewerke keine vollständigen Informationen haben und Aktualisierungen häufig nicht rechtzeitig berücksichtigt werden. Dadurch können leicht Fehler entstehen.

Im Rahmen eines Design-Build-Seminars haben Studierende an der Leibniz Universität Hannover daran geforscht, wie Bauwerke durch das Zusammenspiel verschiedener Möglichkeiten digitaler Technologien nicht nur geplant, sondern auch erstellt werden können, z.B. mithilfe von Augmented Reality und ohne weiterhin klassische Konstruktionszeichnungen zu gebrauchen. Was sind die Erkenntnisse? Was die nächsten Forschungsansätze?

Von der digitalen Planung zur digitalen Umsetzung

Xella möchte die Lücke zwischen digitaler Planung und analoger Umsetzung auf der Baustelle schließen und beschäftigt sich schon seit vielen Jahren mit dem Einsatz von Augmented Reality auf der Baustelle. So setzt das Unternehmen beispielsweise die Hololens2 in der Baustellenversion der Firma Trimble dazu ein, digitale Planungen zu visualisieren und auf der Baustelle einen Qualitäts-Check im Rahmen eines Soll-Ist-Vergleichs vorzunehmen. Dieses Verfahren wird bereits seit einigen Jahren u.a. in den Niederlanden, Deutschland und Polen angewendet.

Projektarbeit: Papierlose Baustelle

Die Studierenden an der Fakultät für Architektur und Landschaft unter der Leitung von Prof. Mirco Becker gehen nun gezielt einen Schritt weiter: Das Projekt "Papierlose Baustelle" schlägt einen neuen Ansatz in der Bauindustrie vor, bei dem ausschließlich der Computer bzw. Smartphones, Tablets und Head-Mounted-Displays über Augmented Reality für detaillierte und erweiterte Informationen während des Bauprozesses verwendet werden. Das Forschungsziel bestand darin, die Vorteile und den Einfluss der Augmented-Reality-Technologie auf den architektonischen Entwurfs- und Bauprozess zu erforschen.

Xella liefert Expertise und Ytong Planblöcke

Xella hat dieses Forschungsvorhaben mit praktischer Expertise und der Lieferung von Ytong Planblöcken P2 unterstützt. Im stark vereinfachten Projekt gegenüber der Ist-Situation auf der Baustelle wurde in Anlehnung an ein echtes Gebäude eine Steinskulptur aus 410 Planblöcken mit Hilfe eines Algorithmus geplant, die mit der Software Rhinoceros 3D und der Visual-Scripting-Umgebung Grasshopper erstellt wurde. Mithilfe des digitalen Modells wurden die erste Lage Ytong-Blöcke nicht nur auf der Grundfläche zunächst planungsgetreu platziert, sondern im Anschluss auch sukzessive trocken gefugt. Die Anordnung der Blöcke erfolgte mit Hilfe von Smartphones und drei Virtual-Reality-Brillen durch die Studierenden selbst. Die QR-Codes, mit denen manche Blöcke versehen waren, dienten als Anker für die Platzierung in der Realität.

Nach Fertigstellung der Skulptur wurde mithilfe der Unity Game-Engine für Smartphones eine Augmented-Reality-Umgebung geschaffen, die es den Besuchern der Baustelle ermöglichte, eine virtuelle Ausstellung der im Projekt erforschten Konzepte zu besuchen: Tafeln mit Bildern, Texte und Videos wurden hier angezeigt. Die Krönung des Projekts: Zusätzlich wurde ein Hologramm am bestehenden Demonstrator eingebaut, um das Potenzial für Bauerweiterungen zu visualisieren.

Fotos: Leibniz Universität Hannover, Fakultät für Architektur und Landschaft

Augmented Reality überträgt digitale Entwürfe in die Praxis

Der Versuch hat schließlich gezeigt, dass der Einsatz von Augmented Reality in der Bauphase auch ohne klassische Entwurfspläne in 2D möglich ist. Beim gegenwärtigen Stand der Smartphone-Selbstreferenzierungstechnologie konnte jedoch gezeigt werden, dass bei der Positionierung der Blöcke Toleranzen von bis zu 3 cm eingeplant werden müssen – eine Herausforderung, die aber beispielsweise durch die Einbindung einer Totalstation aus der Vermessungstechnik in Zukunft behoben werden könnte.

Wie ist der aktuelle Stand der Forschung?

Prof. Mirco Becker von der Leibniz Universität Hannover ist sich sicher: „In der Zukunft des Bauens werden autonome Maschinen und Menschen gemeinsam auf der Baustelle arbeiten. Maschinen brauchen keine Pläne; sie erhalten ihre Anweisungen aus den Routinen intelligenter 3D-Modelle. Das Gleiche gilt für Menschen, die ihre Anweisungen von denselben Routinen auf Tablets oder Head-Mounted-Displays erhalten. Die menschliche Fähigkeit wird nur dort eingesetzt, wo sie die derzeitige maschinelle Wahrnehmung übertrifft oder wo der Mensch als verantwortliches Rechtsorgan fungiert.“ 

Auch Andreas Radischewski, Digital Building Solution und Transformation Manager, der das Projekt auf Seiten der Xella Gruppe begleitet hat, sagt: „Der Versuch zeigt, dass es mit Hilfe von Augmented Reality möglich sein wird, auf klassische Pläne zu verzichten.“

Allerdings sieht er noch einige Hindernisse, die es zu überwinden gilt, bevor das Verfahren so aktuell serienmäßig eingesetzt werden kann. Hier schlagen vor allem die hohen Kosten einer Augmented-Reality-Brille zu Buche: in der Baustellenausfertigung liege diese aktuell bei rund 4.800 Euro. Darüber hinaus müsse jederzeit eine starke Internetverbindung auf der Baustelle gegeben sein, da die zugrundeliegenden Daten in der Cloud seien. Eine flächendeckende Verfügbarkeit von 5G kann hier schon bald eine Lösung sein. 

Professor Becker macht zudem deutlich, dass das Forschungsprojekt eine starke Vereinfachung der Ist-Situation auf der Baustelle darstelle: So können beispielsweise auch praktische Umstände wie die Sonneneinstrahlung heutiger Hardware-Probleme bei der Lokalisierung des virtuellen Modells machen. 

Wann sind 2D-Pläne auf der Baustelle Geschichte?

Wie lange es noch dauert, bis der Einsatz von Augmented Reality-Lösungen auf Baustellen zum Standard wird, lässt sich noch nicht sagen. „Es ist schwer, ein Datum festzulegen“, meint Prof. Mirco Becker, „aber wir glauben, dass 2D-Pläne bald von der Baustelle verschwinden, da sie im Entwurfsprozess schon obsolet werden, da wir in 3D-Modellen arbeiten. Wir denken Raum und architektonische Form nicht in Plänen.“

Der Hauptnutzen von Augmented Reality zu diesem Zeitpunkt stehe jedoch schon fest: „Mit Augmented Reality ist die Umsetzung auf der Baustelle viel weniger abstrakt, weil man den Entwurf vor Ort in einem realen Maßstab visuell erleben und sich darin bewegen kann. Dadurch wird es möglich zu verstehen, wie die neuen Vorschläge mit dem bestehenden Standort interagieren werden. Mit der zunehmenden Verbreitung von Smartphones und Tablets, der Entwicklung kommerziell erhältlicher AR-Brillen und neuer, einfach zu bedienender Software, die in unsere CAD-Umgebungen integriert ist, werden immer mehr Menschen diese Technologie in einer bestimmten Phase des Planungs- und Bauprozesses anwenden“, so Becker.

„Fünf bis zehn Jahre“, schätzt Andreas Radischewski wird es vor dem Hintergrund der aktuellen Herausforderungen noch dauern, bis 2D-Pläne Geschichte sind. Ein spannendes Thema, das Xella weiterhin eng begleiten wird. In den kommenden Jahren wird sich hier noch einiges in Richtung Produktivität und Effizienz auf der Baustelle tun. 

Wir halten Sie weiterhin auf dem Laufenden.