Gesamtprozess wie vor 100 Jahren

Wer sich in der Baubranche umhört, merkt schnell: Die Digitalisierung schreitet nur langsam voran. Warum ist das so? Markus Weber betont, dass sich die Baubranche in einem grundlegenden Wandel befindet und die Anforderungen rasant zunehmen. Seiner Meinung nach hängen die Herausforderungen stark mit der Kultur, der Zusammenarbeit in der Bauwirtschaft sowie der komplexen Wertschöpfungskette zusammen. Um ein Endprodukt - ein Bauobjekt - zu erschaffen, sind zahlreiche Akteure beteiligt, die nacheinander Leistungen erbringen. «Diese Komplexität braucht Zeit und macht Umbaumassnahmen entsprechend aufwändig», so Weber. Dennoch ist er überzeugt, dass der Zeitpunkt für den Umbau reif ist. 

Um zu verstehen, was sich ändern muss, erklärt Markus Weber zunächst die aktuelle Situation. Heute habe jeder Akteur seinen spezifischen Bereich in der Wertschöpfungskette. Der Sanitärinstallateur erhalte seine Anweisungen vom Planer, bestelle das benötigte Material und installiere es nach den Vorgaben. Auf die vorangehenden Prozesse habe er kaum Einfluss. «Würde er die Pläne in einer anderen Form erhalten, könnte er seinen Arbeitsablauf optimieren. Der Kern der Digitalisierung liegt in der Schaffung durchgängiger Prozesse, in denen jeder Beteiligte eine wichtige Rolle spielt». Diese Kulturveränderung bedeute Zusammenarbeit anstelle von Einzelkämpfertum. Markus Weber weiss, worauf es ankommt: «Wir müssen gemeinsam den Blick auf das Endprodukt - das Bauobjekt im Lifecycle - legen: ein Gebäude, das die zum Teil diametralen Anforderungen in möglichst optimaler Weise erfüllt. Diese Sichtweise im Fokus zu behalten, ist mit der gegenwärtigen sequenziellen Prozessabfolge schwierig.»

Das würde bedeuten, dass jeder Akteur einen Einfluss auf die Gestaltung des Bauwerks hat. Will er das, und kann er das? «Das ist eine spannende Frage. Der Prozess ist historisch anders gewachsen, das können wir nicht von heute auf morgen ändern. Digitalisierung heisst: Wir können bereits in der Konzept- und Entwurfsphase einen hoch integrativen Prozess fahren, bei dem alle relevanten Anforderungen berücksichtigt werden», sagt Weber. Also nicht zuerst das Konzept, dann die Planung und dann schauen, wie wir es bauen können. Aus dieser Sichtweise sei die Trennung von Planung und Ausführung komplett falsch. «Durch die Digitalisierung und die BIM-Methode (Building Information Modeling) haben wir die Möglichkeit, gemeinsam einen digitalen Zwilling - ein digitales Abbild des realen Bauobjekts - zu entwickeln und zu optimieren, bevor wir mit der detaillierten Planung und dem Bau beginnen», doziert der Co-Studienleiter.

Neue Kompetenzen wie Data Thinking sind gefragt

Dieses Verständnis, so die Vermutung, verlangt nach neuen Lösungen in der Zusammenarbeit. Laut Markus Weber trifft das nur bedingt zu: «Cloud-Computing ermöglicht es schon lange, dass Architekten, Bauingenieurinnen und Gebäudetechnikplaner nicht mehr im selben Büro sitzen müssen, um zusammenzuarbeiten und Projekte zu entwickeln. Stattdessen können sie in der virtuellen Welt gemeinsam arbeiten.» Das symbolisiert seiner Meinung nach einen Paradigmenwechsel, der noch nicht stattgefunden hat. Die digitalen Technologien seien zwar vorhanden und könnten einzelne Prozesse verändern, «der Gesamtprozess funktioniert aber immer noch wie vor hundert Jahren.»

Dass diese Transformation der Prozesse auch ein Umbau der Ausbildung erfordert, steht für den HSLU-Dozenten ausser Frage. Wie soll das geschehen? «Das Bildungswesen hat wahrscheinlich die grössere Herausforderung zu bewältigen als die Wirtschaft. Ein Architekturstudiengang an der HSLU hat sich über Jahrzehnte entwickelt, Module wurden optimiert, und die meisten Dozierenden sind in Vollzeit an der Hochschule tätig. Doch die Transformation findet in der Wirtschaft statt, dort sind die treibenden Kräfte.» Diese Entwicklung braucht Zeit. Ein Bildungs-Curriculum umzubauen, dauere mindestens zehn Jahre, gibt Weber zu bedenken, und vergleicht es mit einem Supertanker. «Der ist nicht agil. Daneben stellen wir drei Schnellbote bereit - die Digital Construction-Studiengänge Fachrichtung Architektur, Bauingenieurwesen und Gebäudetechnik. Diese können agil neues Wissen integrieren und neue Inhalte aufbauen.» Die HSLU öffnet diese neuen Module Schritt für Schritt auch für Studiengänge wie Architektur, Bauingenieurwesen und Gebäudetechnik. «So können sich Studierende dieser Fachrichtungen zusätzlich digitale Kompetenzen aneignen», freut sich Weber.

Bleibt die Frage, was sich in der Ausbildung konkret ändern muss, damit die zukünftigen Fachkräfte in der Bauwirtschaft über die notwendigen Kompetenzen verfügen, um in einer zunehmend datengetriebenen Branche erfolgreich zu sein. Wenn es nach dem Willen von Markus Weber geht, braucht es neue Kompetenzen wie Data Thinking, die bisher komplett fehlen. «Heutzutage zeichnet ein Architekt nicht mehr einen Plan, sondern modelliert ein Gebäude mit Daten. Das bedeutet, dass Daten einen ganz anderen Stellenwert erhalten haben. Die Vernetzung der Wertschöpfungskette ist nur durch den Einsatz und die Nutzung von Daten möglich.» Daten, die neue Währung in der Baubranche. Markus Weber widerspricht nicht.

Plötzlich kann jeder mitmachen, Daten liefern und Daten beziehen. Ein solcher Paradigmenwechsel verändert auch die Arbeitsweise der an einem Bauwerk Beteiligten. Markus Weber ordnet ein: «Wenn zum Beispiel ein Heizungsinstallateur anstelle von Plänen Daten erhält, kann er diese an den Grossisten weiterleiten, um das benötigte Material just in time zu bestellen. Ein anderes Beispiel: Der Energieingenieur erhält vom Architekten und vom Fassadenplaner ein Modell mit allen Daten zur Gebäudehülle, strukturiert und maschinenlesbar. Er verbindet sein Simulationstool direkt mit diesem Modell und kann sofort Aussagen zum Beispiel über den Energieverbrauch und die CO2-Emissionen treffen.» Für Markus Weber verdeutlicht diese neue Art des Arbeitens den grundlegenden Wandel: «Das Arbeiten mit Daten ermöglicht die nahtlose Vernetzung der Prozesse – aus Schnittstellen werden Verbindungsstellen.» Es soll zusammenwachsen, was ohnehin zusammengehört.

Daten müssen maschinenlesbar sein

Daten sind bereits heute ein fester Bestandteil der Bauwirtschaft. Und doch scheint etwas zu fehlen. Markus Weber kennt den Grund: «Natürlich enthalten Pläne Informationen wie Bauteile, Masse, Beschriftungen und Legenden, aber sie sind unstrukturiert und nicht maschinenlesbar. In einem digitalen Modell ist zum Beispiel ein Wasserhahn oder Lavabo ein Objekt, und alle Angaben, die benötigt werden, um dieses Objekt eindeutig zu beschreiben, sind strukturiert und in einer für Maschinen interpretierbaren Form vorhanden.» Der Nächste im Prozess, so Weber, könne ein solches Objekt direkt nutzen. «Der Lüftungsplaner will damit eine Submission erstellen, der Sanitärinstallateur das Material bestellen, der Facility Manager benötigt das Fabrikat und das Wartungsintervall. Jeder Akteur hat seine eigene Sichtweise auf diesen Prozess.»

Auf die Frage, ob wir hier über ein BIM-Modell und einen digitalen Zwilling sprechen, antwortet Markus Weber: «Ein BIM-Modell ist mit Objekten modelliert. Das ist auch der Unterschied zwischen 3D und BIM. In einer 3D-Darstellung besteht eine Leitung beispielsweise aus 2 Strichen. Im BIM-Modell ist diese Leitung ein Objekt, das mit Daten angereichert und mit Dokumenten verlinkt werden kann.» BIM konzentriere sich auf den Planungs- und Erstellungsprozess eines Bauobjekts und ende typischerweise nach Abschluss der Bauphase, obwohl es Informationen für den zukünftigen Gebäudebetrieb bereitstellen könne. Gemäss Weber ist der digitale Zwilling eine fortlaufende digitale Repräsentation, also ein datentechnisches, raumzeitliches Abbild von Gegenwart, Vergangenheit und Zukunft, das auch Daten in Echtzeit nutzt. «Er geht über das Bauwesen hinaus und erstreckt sich auf den gesamten Lebenszyklus eines Bauobjekts.»

Im gesamten Wertschöpfungsprozess haben alle Beteiligten ihre eigenen Anforderungen, der Bauherr, der Planer, die Ausführenden, und auch der Facility Manager. Laut Weber werden diese Anforderungen über Anwendungsfälle, sogenannte Use Cases, definiert: Wer muss wann, was und wie tun und dazu welche Informationen bereitstellen? Die Summe der Use Cases definiert die Anforderungen an das BIM-Modell.

Zurück zur Ausbildung: Die digitale Entwicklung kann behutsam angegangen werden, aber die Berufsleute müssen verstärkt mit Daten arbeiten und sich intensiver mit den anderen Berufsfeldern auseinandersetzen. Teilen Sie diese Einschätzung, Herr Weber? «Für die nächsten zehn Jahre mag das zutreffen. Wie sich das Ganze danach weiterentwickelt und die Wertschöpfungskette verändert, ist eine andere Frage. In den nächsten zehn Jahren müssen wir erreichen, dass der Installateur nicht mehr Pläne, Excel-Listen und PDFs erhält, sondern ein strukturiertes Modell mit Daten.» Der Installateur müsse lernen, diese Daten in seine Prozesse zu integrieren und diese Prozesse so zu gestalten, dass er am Schluss den Output nutzbringend an den nächsten der Wertschöpfungskette weitergeben könne.

Neue Möglichkeiten für Installateure und Zulieferer

Für Markus Weber ist klar, dass sich durch die neue Arbeitsweise die Tätigkeit auf der Baustelle verändern wird. Chancen erwartet er vor allem im Bereich der Effizienz- und Qualitätssteigerung und nennt als Beispiel die Vorfertigung. «Wenn der Sanitär- oder Heizungsinstallateur die Rohrleitungen direkt aus dem Modell vorkonfektioniert bestellen kann, kann er auf der Baustelle deutlich schneller arbeiten, und die Qualität steigt.» Das bedeute auch, dass sich für Installateure und Zulieferer durch die Digitalisierung neue Möglichkeiten eröffnen. «Die Frage ist, wer am Schluss die Wertschöpfung kontrolliert.»

Mit dem Aufkommen von BIM ist auch eine neue Tätigkeit entstanden, die des BIM-Managers. Eine von vielen, wie Markus Weber erklärt: «BIM hat eine inflationäre Vermehrung von neuen Spezialisten gebracht: BIM-Manager, BIM-Koordinator, ICT-Verantwortliche, usw. Es gibt einen Bedarf an neuen Kompetenzen, die heute noch fehlen. Also übernehmen spezialisierte Kräfte diese Aufgaben.» Die Branche werde sich weiterentwickeln, und in zehn Jahren würden diese Tätigkeiten zum Angebot jedes Akteurs gehören. «Auch unser Studiengang wird sich entsprechend weiterentwickeln. Was wir heute lehren, wird dann, so meine Vermutung, Teil der etablierten Studiengänge sein.»

Die Digitalisierung in der Bauwirtschaft ist seit Jahren ein wichtiges Thema. Stellt sich die Frage, wie die Schweiz im internationalen Vergleich dasteht. Laut Markus Weber sind alle Länder auf einem ähnlichen Stand. Die skandinavischen Länder hätten etwa zehn Jahre vor uns begonnen und seien deshalb führend. «Und die Amerikaner gehen das Thema auf eine andere Weise an und probieren verschiedene Ansätze.» Mit Blick auf die Schweiz stellt Weber fest, dass hier die Besonderheit vorherrscht, vor dem Handeln gründlich nachzudenken. Und er betont das aktive Mitgestalten: «Es gibt den Use Case Management Service, einen internationalen Service von Building Smart, der eine Plattform bietet, um die Prozesse beziehungsweise Use Cases strukturiert zu beschreiben und mit anderen zu teilen.» Dieser Dienst wurde in der Schweiz vom Verein Bauen digital Schweiz entwickelt, jener Organisation, die Markus Weber präsidiert. »Unser Ansatz war es, zunächst methodisch zu überlegen, wie wir dieses Thema nachhaltig angehen sollen. Wir haben eine Methode entwickelt, und nun ist es an uns, sie zu etablieren. Das zentrale Element ist das Denken in Use Cases, wobei jeder Akteur seine Anforderungen über Use Case an das BIM-Modell definiert». Dank der Methodik des Use Case Management Service können, so der Vereinspräsident, die zahlreichen Anwendungsfälle zu einem Gesamtprozess zusammengeführt werden.

Kann digitales Bauen mit BIM gleichgesetzt werden? Nicht ganz, wie Markus Weber erklärt. «Über Daten lassen sich Wertschöpfungsketten vernetzen. Das Ziel sind durchgängige, datenbasierte Prozesse. Dazu sind geordnete und strukturierte Daten notwendig. Das erreichen wir mit dem BIM-Modell, denn dieses ist strukturiert und objektorientiert.» BIM sei die Methode, um den Prozess überhaupt digital gestalten zu können. Doch gemäss Weber ist BIM kein klar definierter Begriff, jeder verstehe etwas anderes darunter. «BIM ist die Methode, und darauf aufbauend muss der Nutzen definiert werden, den ich erzielen möchte. Was will ich mit den Daten erreichen?» Hier kommen die erwähnten Use Cases ins Spiel, «und diese müssen von jedem Akteur definiert werden, denn sie legen fest, welche Anforderungen an das Modell gestellt werden und welche Informationen benötigt werden.» Es reiche eben nicht zu sagen, man arbeite nach BIM. «BM (Building Modeling) bedeutet, dass ich ein objektorientiertes Modell erhalte. Mit dem «I» (Information) definiere ich, welche Informationen in das Modell einfliessen müssen. BIM ist das Synonym für Digitalisierung in der Bauwirtschaft», erklärt Weber.

Veränderung der Wertschöpfungskette

Zusammen mit BIM trägt auch das Life Cycle Data Management (LCDM) dazu bei, die Lebenszykluskosten eines Gebäudes zu senken und die Nachhaltigkeit zu steigern. Markus Weber ordnet ein: «BIM und Life Cycle Data Management, also die Verwaltung der Daten über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes hinweg, sind eng miteinander verbunden. Entlang der gesamten Wertschöpfungskette generieren und beziehen alle Beteiligten Daten, über die eine Vernetzung stattfindet.» Während BIM die Methode ist, um Ordnung und Struktur zu schaffen, geht es den Bestellern und Bewirtschaftern vor allem um Lifecycle-Daten, und das aus gutem Grund: «Studien belegen, dass während des Betriebs mit strukturierten Lifecycle-Daten bis zu 50 Prozent der Investitionssumme eingespart werden kann.» Die Lockerung des öffentlichen Beschaffungswesens unterstütze diese Sichtweise, indem nicht mehr das billigste Angebot berücksichtigt werden muss, sagt Weber. Stattdessen könnten auch andere Kriterien, wie zum Beispiel die Lebenszykluskosten und die Nachhaltigkeit, miteinbezogen werden.

Nach all dem Gesagten steht fest: Die Digitalisierung verändert die Arbeitsweise in der Baubranche. Aber wie genau? «Neue Methoden wie Design-Build und Integrated Project Delivery (IPD), die eine agile, integrative und kollaborative Zusammenarbeit fördern, werden sich langsam durchsetzen. Dies verändert einerseits die Wertschöpfungskette, andererseits aber auch die Leistungsabgrenzungen zwischen den verschiedenen Leistungserbringern», prognostiziert Weber. BIM-Modelle, also die datenbasierten Repräsentationen der Gebäude, würden immer konsequenter genutzt. Dadurch werde sich beispielsweise die Fertigung von Bauwerken immer mehr von der Baustelle in die Werkstatt verlagern, und die Werkstätten würden zu industriellen Produktionsmaschinerien mit einem hohen Automatisierungsgrad ausgebaut. «Das digitale Planen wird die Modularisierung und Standardisierung von Bauteilen und Bauteilgruppen vorantreiben. Ein längst fälliger Schritt, denn aktuelle Studien zeigen, dass ein Gebäude, unabhängig von Design und Nutzung, aus einer Vielzahl von Wiederholungen gebaut werden kann.» Und weiter: «Heute ist noch fast jedes Gebäude ein Prototyp. Hier schlummert ein grosses Potenzial, um schneller, kostengünstiger und in besserer Qualität zu bauen.»

Zum Schluss die entscheidende Frage: Welche Vorteile bringt die Digitalisierung in der Bauwirtschaft? Markus Weber sieht vier zentrale Hebel, die sich damit bewegen lassen: «Erstens steigern wir die Effizienz und Produktivität durch die Vernetzung und Automatisierung von Prozessen. Zweitens verbessern wir die Qualität durch die Verringerung von Schnittstellen und Eliminierung von parallelen Datenhaltungen. Gemäss Statistiken gibt die Schweiz jährlich zwischen 3 und 5 Milliarden Franken für Fehlerbehebungen aus. Drittens fördern wir die Nachhaltigkeit, Stichwort CO2-Emissionen und Kreislaufwirtschaft. Und viertens erhöhen wir die Attraktivität der Arbeitsplätze, indem wir vor allem die weniger erfreulichen Arbeitsschritte eliminieren.» Die Digitalisierung ist daran, die Bauwirtschaft zu verändern. Der Bedarf dafür ist ausgewiesen.

HSLU-Interview mit Markus Weber (2-Min-Video)

Markus Weber

verantwortet an der Hochschule Luzern als Co-Studienleiter die neuen BA/BSc Bachelor-Studiengänge und CAS/MAS-Weiterbildungsangebote Digital Construction. Er ist zudem Präsident von Bauen digital Schweiz/buildingSMART Switzerland und vom netzwerk_digital.

Bachelor Digital Construction

Die Studierenden des interdisziplinären Studiums Digital Construction erwerben sowohl ein digitales als auch ein fachliches Kompetenzprofil. Nach dem Abschluss besetzen sie die Schnittstellen zwischen den klassischen Gestaltungs- und Ingenieurberufen im Bauwesen. Fokus-Themen sind BIM (Building Information Modeling), Digital Twin (digitaler Zwilling), Data Thinking und IoT (Internet of Things).

hslu.ch/wb-digital-construction