Die Revolution die auf sich warten lässt

STZ, November 2021 - Während Roboter in der Industrieproduktion längst zum Alltag gehören, sind sie auf Baustellen noch Exoten. Obwohl ihre Produktivitätszuwächse seit Jahrzehnten hinter anderen Branchen zurückbleiben, tut die Bauindustrie sich noch schwer mit der Automatisierung.

Die beiden lustigen Roboter R2D2 und C3PO kennen Sie wahrscheinlich noch aus den Anfangszeiten der Star-Wars-Saga. Aber kennen Sie auch HRP-5P? Das ist ein humanoider Roboter, den das japanische National Institute of Advanced Science and Technoloy (AIST) gebaut hat. Rein äusserlich könnte sich der schwarze 1,82 m grosse und mit 101 kg Körpermasse leicht übergewichtige Roboter prächtig in die Kampftruppen des Darth Vader auf der dunklen Seite der Macht einreihen. Doch seine Kernkompetenz ist – völlig harmlos – der Trockenbau. HRP-5P kann autonom Gipskartonplatten montieren. Er nimmt die 11 kg schweren Platten selbstständig vom Stapel. Etwas ungelenk trägt er sie an den Verwendungsort, ohne jedoch aus dem Gleichgewicht zu geraten, und montiert sie mithilfe eines Akkuschraubers.

Als Bauherr brauchen Sie sich noch keine Sorgen zu machen. Sie werden HRP-5P in naher Zukunft noch nicht auf ihrer Baustelle antreffen. Er ist für kommerzielle Einsätze bisher nicht verfügbar. Aber der mechanische Trockenbauer demonstriert, dass Automatisierung und Robotik in absehbarer Zeit auch auf dem Bau Einzug halten könnten.

Die Baubranche hat Nachholbedarf

Bedarf ist vorhanden. Nach Angaben der Unternehmensberatung McKinsey hat sich die Produktivität im Baugewerbe in den letzten Jahrzehnten weniger gesteigert als in jeder anderen Branche. Laut einer Studie der niederländischen ING-Bank ist die Produktivität des Bausektors in der Eurozone zwischen 1995 und 2007 sogar um rund zehn Prozent gesunken, während die Produktivität der Industrie im gleichen Zeitraum um rund 40 Prozent stieg. Seit 2007, so die ING-Experten, hält das Produktivitätswachstum auf dem Bau zwar mit dem der Gesamtwirtschaft Schritt, bleibt aber hinter der Industrieproduktion zurück. Laut ING-Studie investiert die Baubranche durchaus in Digitalisierung, vor allem im Bereich der Planung und des Managements, nicht aber in Produktion und Maschinen. Technologien wie die Robotik würden noch nicht häufig eingesetzt, obwohl sie für viele Tätigkeiten im Bauwesen geeignet sein könnten. Die Revolution lässt auf sich warten.

Roboter mauern, bohren …

Dennoch: Die Frage ist nicht, ob uns in Zukunft Roboter auf den Baustellen begegnen, sondern, wann es so weit sein wird. Der experimentelle Trockenbauroboter HRP-5P ist zwar ein Unikat, ein Einzelfall ist er jedoch nicht.

Bereits 2016 sorgte der australische Mauerroboter Hadrian X für Schlagzeilen, indem er 1000 Mauersteine in einer Stunde verlegte. Zum Vergleich: Ein menschlicher Maurer kann normalerweise 300 bis 500 Steine pro Tag verlegen. Hadrian X verwendet spezielle Blöcke, die ineinandergreifen und zwölfmal grösser sind als ein herkömmlicher Ziegelstein. Auch der verwendete Mörtel wurde speziell für den Einsatz mit dem Roboter entwickelt. Die Steine müssen manuell auf den Roboter geladen werden, danach arbeitet dieser autonom.

«Die Produktivität der Bauindustrie hinkt seit Jahren anderen Branchen hinterher. Die Digitalisierung bitet uns die Chance, dies zu kompensieren.»

Hilti-Manager Jahangir Doongaji

Doch nicht nur Down Under drängen die autonomen Maschinen auf die Baustellen. Das Liechtensteiner Unternehmen Hilti hat im vergangenen Jahr den teilautonomen mobilen Baustellenroboter Jaibot vorgestellt. Seine Spezialität – wie könnte es anders sein – ist das Bohren. Jaibot führt die an ihn übertragenen Arbeiten auf der Grundlage von BIMDaten aus. Er ist selbstständig in der Lage, sich in Innenräumen auszurichten, Löcher zu bohren und diese anschliessend für die verschiedenen Gewerke zu markieren. Anlässlich der Markteinführung des Jaibot erklärte Jahangir Doongaji, Mitglied der Konzernleitung der Hilti-Gruppe: «Die Produktivität der Bauindustrie hinkt seit Jahren anderen Branchen hinterher. Der Margendruck und der Fachkräftemangel in der Baubranche machen es immer schwieriger, diesen Rückstand aufzuholen. Die Digitalisierung bietet uns die Chance, dies zu kompensieren.»

… und montieren Aufzüge

Bereits 2018 präsentierte Schindler den Prototypen eines Roboter-Installationssystems für Aufzüge. Ein autonomer, selbstkletternder Roboter ermögliche eine sichere, qualitativ hochwertige Aufzugsinstallation und eigne sich damit ideal für den Einsatz in Hochhäusern und trage zur Verbesserung der Arbeitssicherheit bei, teilte das Ebikoner Unternehmen mit. Die innovative Technologie kam bei der Installation mehrerer Aufzüge in Gewerbekomplexen und hohen Wohngebäuden in Europa zum Einsatz. Für dieses Pilotprojekt arbeitete Schindler mit der ETH Zürich und mit ABB Robotics zusammen. Der schwedisch- schweizerische Anlagenbauer hat vor Kurzem verkündet, das Thema Robotik auf dem Bau vorantreiben zu wollen, und dazu ein White Paper präsentiert. Grosses Potenzial sieht der Konzern vor allem in zwei Bereichen: der Modulbauweise und dem 3D-Druck.

Roboter in der Modulfertigung und beim 3D-Druck

Die modulare Vorfertigung ermöglicht laut ABBs White Paper die Kombination aus Standardisierung und kundenspezifischer Massenfertigung. Da die Arbeit in Fabriken und nicht auf der Baustelle ausgeführt wird, können viele der mit der Arbeit auf der Baustelle verbundenen Unwägbarkeiten eliminiert werden, was zu Zeit- und Kostenersparnissen, aber auch Qualitätsverbesserungen führe. Zwar hat die modulare Vorfertigung noch nicht das Stadium der Massenmarktakzeptanz erreicht, ihr Anteil nimmt aber zu. Ein Bericht von McKinsey schätzt, dass bis 2030 in den Vereinigten Staaten und Europa etwa 15 bis 20 Prozent der neuen Gebäude in Modulbauweise errichtet werden. In Schweden werden bereits jetzt etwa 80 Prozent der Häuser abseits der Baustelle vorgefertigt.

Laut ABB ist die modulare Vorfertigung ein ideales Betätigungsfeld für Roboter. Die Liste der Arbeiten, die bei der Fertigung fernab der Baustelle an die Maschinen übertragen werden können, ist beinahe endlos. Sie reicht vom Transport schwerer Bauteile über das Bohren, Schrauben, Nieten und Schweissen bis hin zum Einbau von Türen und Fenstern, die Qualitätskontrolle und den Schlussanstrich.

Auch am 3D-Druck zeigt die Baubranche verstärktes Interesse. Vor allem der 3D-Betondruck bietet vielversprechende Perspektiven: Er ermöglicht die Herstellung komplexer Formen an Ort und Stelle, bei vergleichsweise niedrigem Energieverbrauch. Dabei sind Roboter unverzichtbare Helfer, die mithilfe präziser Bewegungen aus CAD-Daten unterschiedlichste Strukturen erstellen können, von einzelnen gekrümmten Flächen für Wände und Fassaden bis hin zu Brücken oder Häusern.

Das DFAB House zeigt was möglich ist

Was dabei herauskommt, wenn Roboter ein Haus bauen, zeigt das DFAB-Haus auf dem Gelände der Empa in Dübendorf. Für den Bau des 2019 fertiggestellten Gebäudes haben ETH-Forscher in Zusammenarbeit mit Industriepartnern mehrere neuartige, digitale Bautechnologien vom Labor in reale Anwendungen überführt.

Die Bauarbeiten starteten mit der «Mesh Mould»-Technologie, die das Bauen mit Beton künftig grundlegend verändern könnte. Eine zentrale Rolle kommt dabei dem zwei Meter grossen Bauroboter «In situ Fabricator» zu, der sich auf Raupen autonom bewegen kann. Ein von ihm fabriziertes Stahldrahtgitter dient sowohl als Schalung als auch als Bewehrung für den Beton. Dank der engmaschigen Struktur des Stahldrahtgitters und der speziellen Betonmischung bleibt der Beton innerhalb des Gitters. So resultierte im Fall des DFAB House eine doppelt gekrümmte, tragende Wand. Auf ihr kam ein sogenannter «Smart Slab» zu liegen– eine statisch optimierte und funktional integrierte Geschossdecke, deren Schalung mittels grossformatigen 3D-Sanddrucks erfolgte. Für die Fassade des Basisgeschosses kam die Technologie «Smart Dynamic Casting» zum Einsatz. Das automatisierte, robotische Gleitschalungsverfahren kann massgeschneiderte Fassadenpfosten aus Beton fabrizieren. Die beiden oberen Stockwerke mit Einzelzimmern wurden mittels «Spatial Timber Assemblies» als räumlich von kooperierenden Robotern zusammengefügter Holzbau im Robotic Fabrication Laboratory der ETH Zürich vorfabriziert.

Mauerroboter, Aufzugsmontage oder 3D-Betondruck: Beispiele dafür, dass Robotik auch der Produktivität in der Baubranche auf die Sprünge helfen könnte, gibt es zur Genüge. Beim Roboterhersteller ABB ist man deshalb der Überzeugung, dass es nur eine Frage der Zeit ist, bis die Automatisierung in der Baubranche Einzug hält: «Aktuell nutzen nur wenige Bauunternehmen Automatisierungslösungen. Vor diesem Hintergrund bietet sich uns ein enormes Potenzial, die Branche durch den Einsatz von Robotik grundlegend zu verändern», so Sami Atiya, Leiter des ABB-Geschäftsbereichs Robotik & Fertigungsautomation.

 

Autor: Hendrik Thielemann
Bildquelle: AIST, NFS Digigale Fabrikation / R.Keller
Artikel aus der STZ: Ausgabe Oktober 2021

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