Die digitale Transformation des Bauwesens ist äußerst facettenreich. Die Konstruktions-, Bauplanungs- und -überwachungsprozesse werden durch neue Methoden und Technologien abgelöst. Mit der Building Information Modeling Methode (BIM) werden zukünftig digitale Bauwerksmodelle für die Nutzung im gesamten Lebenszyklus von Projekten erstellt. Durch die gemeinsame Nutzung dieser zentralen Bauwerksmodelle können beispielsweise Bauwerke verschiedener Art (Hochhäuser, Brücken, Tunnel oder Verkehrsflächen) digital geplant, durch die robotische Baufabrikation digital (gestützt) erstellt und durch Drohnen-basierte Bauwerksuntersuchung digital vermessen werden. Diese Technologien ebnen den Weg zu einem ressourcenschonenden, ökologischen Bauen der Zukunft. An der TU Braunschweig werden die digitalen Methoden und Technologien des Bauingenieurwesens nicht nur erforscht (beispielsweise in einem eigenen Sonderforschungsbereich), sondern sind auch Gegenstand der universitären Lehre. Absolvent*innen werden somit für zukunftsweisende Arbeitsfelder ausgebildet. Ausgewählte Schwerpunkte der Digitalisierung im Bauwesen werden nachstehend vorgestellt:
An Bauprojekten sind typischerweise eine hohe Anzahl an Fachplanern, ausführenden Firmen und viele weitere Parteien beteiligt. Aus der Zusammenarbeit resultiert unmittelbar eine große Daten- und Informationsmenge wie Planungsunterlagen, Bauproduktinformationen sowie Angaben zu Kosten oder Termin. Die Herausforderungen bestehen einerseits darin, die relevanten Daten zu analysieren, zu strukturieren oder zu filtern und anderseits diese Daten zentral für alle Beteiligten zur Verfügung zu stellen. Im Zuge des digitalen Planens und Bauens bietet die Building Information Modeling Methode in diesem Zusammenhang neue Möglichkeiten der Verwaltung und der Verwendung von relevanten Informationen mittels digitaler Gebäudemodelle („digitaler Zwilling“). Mit dieser Methode wird die konstruktive Zusammenarbeit aller Beteiligten unterstützt, indem beispielsweise die Informationsverluste an Schnittstellen minimiert werden und den Projektbeteiligten ein aktueller Stand der Maßnahme in digitaler Form jederzeit zur Verfügung steht.
Eine mögliche Anwendung der BIM-Methode stellt das Aufgabenfeld der Baulogistik dar. Die bislang oft analogen Planungs- und Steuerungsprozesse der Baulogistik sollen durch eine daten- und modellbasierte Arbeitsweise abgelöst werden. Digitale Bauwerksmodelle können dabei helfen, genauere und zielgerichtete Materiallieferungen und -entsorgungen sowohl in zeitlicher als auch in räumlicher Hinsicht zu schaffen. Eine Minimierung von Such- und Wegzeiten sowie eine Effizienzsteigerung auf der „Last Mile“, also des letzten Transportprozesses bis zum Einbauort trägt dazu bei, nachhaltig die Produktivität der Bauwirtschaft zu erhöhen.
Weiterführende Informationen finden Sie auf der Seite eines Forschungsprojekts:
Die Grundlagen für die Erstellung von digitalen Bauwerksmodellen werden in dem Fach „Einführung in CAD“ im Bachelorstudium gelegt und bei Interesse im Masterstudium in der Veranstaltung „3D-CAD und Produktmodellierung“ vertieft. In der Veranstaltung im Master wird Ihnen beispielsweise auch vermittelt, wie Sie selbstständig den Funktionsumfang der Konstruktionssoftware nach Ihren Bedürfnissen erweitern können.
Die Building Information Modeling Methode fordert nicht nur digitale Bauwerksmodelle, sondern setzt auch kooperatives Arbeiten voraus. Im Rahmen des Workshops “Akquisition und Vergabe von Bauaufträgen” wird beides praxisnah gelehrt. Mehrere Studierendengruppen schlüpfen in die Rolle eines Bauunternehmers, arbeiten zusammen an digitalen Modellen und ermitteln für ein Bauprojekt einen Angebotspreis.
Die 3-dimensionale Dokumentation und Vermessung von Neubauten wird sehr häufig erst nach Abschluss des gesamten Baus durchgeführt. Die technische Gebäude Ausstattung, wie Rohre und Leitungen, kann zu diesem Zeitpunkt leider nicht mehr erfasst werden und so fehlen diese wichtigen Informationen in einer Punktwolke oder in einem digitalen Gebäudemodell.
Um für den Neubau des ZeBra - Zentrums für Brandforschung eine möglichst detaillierte Baufortschrittsdokumentation umzusetzen, werden in regelmäßigen Abständen Befliegungen mit Hilfe eines Multicopters durchgeführt. Nach anschließender Auswertung entstehen Produkte, wie Höhen- oder Oberflächenmodelle. Diese Modelle bilden zu unterschiedlichen Zeitpunkten ab, wie weit eine Bauphase bereits vorangeschritten ist und können somit in der Zukunft für Planungen oder Umbauten im gesamten Lebenszyklus des Gebäudes verwendet werden.
Institut für Bauwirtschaft und Baubetrieb (IBB)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Patrick Schwerdtner
Schleinitzstraße 23 A
38106 Braunschweig
Institut für rechnergestützte Modellierung (IRMB)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Manfred Krafczyk
Pockelsstr. 3
38106 Braunschweig
Die BIM-Werkstatt bietet mehrere Arbeitsplätze mit leistungsstarken Rechnern, um den Anforderungen der Modellierung gerecht zu werden und gemeinsame Diskussionen direkt an Bauwerksmodellen zu führen.
Mit dem 3D-Drucken (Additive Fertigung) steht eine digital gesteuerte Fertigungstechnologie bereit, die das Potenzial hat, spezifisch für das Bauwesen entwickelt, zu einer Schlüsseltechnologie für die Digitalisierung der Bauwirtschaft zu werden. Bei der Additiven Fertigung erfolgt der Bauteilaufbau allein durch einen digital gesteuerten, schichtenweisen Werkstoffauftrag. Dies stellt einen Paradigmenwechsel zu den noch überwiegend handwerklichen, formgebenden Bauprozessen dar. Um das Potenzial dieser Technologie voll auszuschöpfen, müssen Strukturdesign, Materialverhalten und Fertigungsprozess aufeinander abgestimmt werden. Dies ermöglicht Bauwerke von hoher Gestaltungsfreiheit und einen ressourceneffizienten Einsatz von Werkstoffen. An der TU Braunschweig wird seit mehreren Jahren interdisziplinär an Verfahren für den 3D-Druck von großformatigen Betonbauteilen geforscht. Hier wurde u.a. das Shotcrete-3D-Printing-Verfahren (SC3DP) entwickelt. Bei der SC3DP-Technologie handelt es sich um ein automatisiertes robotisches, additives Fertigungsverfahren, das Betonbauteile unter kontrollierter Zugabe von Druckluft Schicht für Schicht aufbaut.
Dieses Forschungsfeld konzentriert sich auf den hochauflösenden Partikelbett-3D-Druck von bewehrten zementbasierten Verbundwerkstoffen als neue Technologie in der Bauindustrie. Bei der selektiven Zementaktivierung wird eine Partikelbett-Schicht - bestehend aus Sand und Zement - mittels einer Flüssigkeit selektiv aktiviert und der Erhärtungsprozess somit ausgelöst wird. Dies wird für jede Schicht wiederholt, um schlussendlich eine dreidimensionale Struktur zu errichten. Ziel dieses Forschungsfeldes ist es mechanisch hochfeste, geometrisch präzise und bewehrte Bauteile herzustellen. Hiermit können zukünftig nicht nur frei geformte und industrierelevante, sondern auch ressourceneffiziente und somit ökologische Bauteile hergestellt werden.
In Zukunft wird schneller gebaut – bei höherer Qualität. Das ist mit einer zunehmenden Vorfertigung von Bauelementen möglich. Die Fertigteile oder Module werden erst auf der Baustelle – schnell, sauber und leise – zusammengefügt und bilden ein stabiles und nachhaltiges Bauwerk. Durch die Digitalisierung der Bauverfahren, z. B. durch automatisierte oder robotergestützte Fabrikation, können die Fertigteile hochpräzise werksseitig hergestellt und mit geringem Aufwand zusammengefügt werden. Ein wichtiger Bereich dieser modularen Bauwerke sind die Fügestellen. Daher werden insbesondere verschiedene - zum Teil robotergestützte - Fügetechniken, aber auch Effekte aus der Topologie und Maßhaltigkeit der Fugen auf das Tragverhalten von Fertigteilen erforscht. Neben experimentellen Untersuchungen in den Versuchshallen werden vermehrt FE-Simulationen durchgeführt, welche eine Vorhersage des Verhaltens der späteren Bauteile und Bauwerke ermöglichen.
ITE | Institut für Tragwerksentwurf / Juniorprofessur Digitale Baufabrikation
Prof. Dr.-Ing. Harald Kloft, Jun.-Prof. Dr.-Ing. Norman Hack
Pockelsstraße 4
38106 Braunschweig
iBMB | Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz
Prof. Dr.-Ing. Dirk Lowke, Prof. Dr.-Ing. Martin Empelmann
Beethovenstraße 52
38106 Braunschweig
Prof. Dr. sc. techn. Klaus Thiele
Beethovenstraße 51
38106 Braunschweig
Leichtweiß-Institut für Wasserbau
Prof. Dr.-Ing. Nils Goseberg
Beethovenstraße 51a
38106 Braunschweig
In diesem Video finden Sie einen Einblick, zu welchem Ergebnis man in einem interdisziplinären Team aus Architekten, Maschinenbauern, Robotikern und Bauingenieuren kommen kann:
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Ziel der digitalen Bestandserfassung im Bauwesen ist es die dreidimensionale Realität zu erfassen und zu dokumentieren, um diese für die Weiterarbeitung zu Modellen und Planunterlagen, für Visualisierungen und die Analyse und Überwachung von Bauwerken zu verwenden.
Dafür gibt es innovative und effiziente Methoden, wie z.B. Laserscanning und Photogrammetrie. Laserscanner bezeichnen Geräte, die viele Strecken- und Winkelmessungen in Bruchteilen von Sekunden durchführen und dadurch 3D-Punkte der Umgebung erfassen. Der Einsatz von Kameras zum Vermessen von 3D-Szenen wird als Photogrammetrie bezeichnet. Diese Kameras können dabei auf unterschiedlichsten Trägern montiert sein, wie z.B. auf Drohnen.
Das wohl erste Produkt, welches man mit diesen Erfassungsmethoden verbindet, sind Punktwolken: einzelne Punkte, die auf der Oberfläche von Objekten gemessen werden und jeweils eine 3-dimensionale Koordinate erhalten. Zusätzlich zu den Koordinaten werden auch weitere Informationen wie Intensität und Farbe abgespeichert. Auf die Erfassung der rohen Daten folgt dann eine teils automatisierte Auswertung, damit die Verknüpfung von Datensätzen zu einer Gesamtheit und eine Qualitätsbeurteilung folgen kann. Nur so kann sichergestellt werden, dass vorher definierte Toleranzen eingehalten werden und die Ergebnisse belastbar sind. Die ausgewerteten Punktwolken sind dann die Grundlage für 3D-Modelle des Ist-Zustandes von Gebäuden, Building Information Models (digitale Gebäudemodelle), Deformationsanalysen und viele weitere Aufgaben.
Institut für Geodäsie und Photogrammetrie
Prof. Dr.-Ing. Markus Gerke
Bienroder Weg 81
38106 Braunschweig
PD Dr.-Ing habil. Ulrich Knufinke
Pockelsstr. 4
38106 Braunschweig
Institut für Baukonstruktion und Holzbau (iBHolz)
Prof. Dr.-Ing. Mike Sieder
Schleinitzstraße 21 A
38106 Braunschweig
Die automatisierte Vermessung der Schieneninfrastruktur wurde am Beispiel des Hamburger Hafens erforscht. Die von den Automatikkranen genutzten Schienen müssen regelmäßig auf Verformungen überprüft und millimetergenau vermessen werden. Im Projekt wurden Multicopter, sogenannte Vermessungsdrohnen, eingesetzt, die hochauflösende und sich überlappende Bilder aufnehmen. Aus diesen Bildern wurde anschließend mit Hilfe von Photogrammetrie ein 3-dimensionales Modell der Schienen berechnet. Mit diesen Daten können Schienenprofile und ein Bericht erstellt werden, die den Verantwortlichen für die Krananlagen zur Inspektion und Überprüfung von Sicherheitsaspekten dienen.
Digitale Bestandserfassung geschieht nicht nur in Laboren, sondern überwiegend an den verschiedensten Orten. Dafür kommen vielfältige Vermessungssysteme zum Einsatz.
Das Spektrum reicht von mobilen Laserscannern (linker Bildrand), über statische Laserscanner (mittig im Hintergrund) und moderne Tachymeter (rechter Bildrand), bis hin zu Messkameras für die händische Verwendung am Boden und Multicopter für die Erfassung von Bildern aus der Luft.
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„An der TU Braunschweig mag ich die fortschrittlichen und modernen Vertiefungsrichtungen im Bauingenieurwesen. Dies waren ideale Voraussetzungen für meine heutige Tätigkeit bei GOLDBECK, wo ich für die Weiterentwicklung von digitalen Technologien zur Unterstützung unserer Baustellen zuständig bin.“
„Die Zusammenstellung des Masterstudiums nach eigenen Interessen und die Vielseitigkeit informatischer und numerischer Fächer haben mir am Bauingenieurwesen der TU Braunschweig sehr gut gefallen. Dies hat mich gut auf meine Forschung an der ETH Zürich, wo ich mich auf experimentelle Untersuchungen und die numerische Modellierung von Holz fokussiere, vorbereitet.“
„In meinem Job als Projektleiter in der Tragwerksplanung werde ich mit vielfältigen und anspruchsvollen Problemstellungen konfrontiert, die ohne digitale Methoden nicht umzusetzen wären. Durch ein breit gefächertes Grundlagenstudium sowie gezielte Vertiefungen im konstruktiven Ingenieurbau und in der Baustofftechnologie war ich diesen Aufgaben bislang aber stets gewachsen.“
„Mein Interesse an der BIM-Methodik und die flexiblen Wahlmöglichkeiten im Bauingenieurstudium an der TU Braunschweig haben mir geholfen, meinen eigenen Weg zu gehen. Bei HOCHTIEF Building helfen mir die theoretischen Kenntnisse der BIM-Methodik in verschiedenen Unternehmens- und Aufgabenbereichen, wie der Kalkulation, der Arbeitsvorbereitung oder der Bauleitung.“
“An der TU Braunschweig hat mich die große Auswahl an Vertiefungsmöglichkeiten überzeugt, durch die man sich auch in Nebensparten des Bauingenieurwesens wie der Geodäsie und Photogrammetrie vertiefen kann. Nach meinem Abschluss werde ich an der TU Hamburg Harburg als Wissenschaftliche Mitarbeiterin anfangen, um mich dort weiterhin Forschungsfragen in diesem Bereich zu widmen.”
„Auch bei APOprojekt hält BIM basierte Planung und deren Integration in andere Arbeitsabläufe wie Kalkulation und Einkauf Einzug. Durch ein breit aufgestelltes und zukunftsorientiertes Studium an der TU Braunschweig fühle ich mich darauf gut vorbereitet“