Automatisierung im Bauwesen: Chancen und Herausforderungen durch Robotik und KI

Automatisierung am Bau: Eine Antwort auf den Fachkräftemangel?

Die Baubranche in Deutschland sieht sich mit einer wachsenden Herausforderung konfrontiert: dem Fachkräftemangel. Angesichts dieser Entwicklung rücken innovative Technologien, insbesondere der Einsatz von Robotik und Künstlicher Intelligenz (KI), zunehmend in den Fokus. Diese Entwicklungen versprechen nicht nur eine Entlastung der menschlichen Arbeitskraft, sondern auch eine Steigerung von Effizienz und Präzision auf der Baustelle.

KI-Roboter im Praxiseinsatz: Das Beispiel Solingen

Ein bemerkenswertes Beispiel für den praktischen Einsatz von KI-Robotern findet sich in Solingen. Dort wird in einem denkmalgeschützten Altbau ein mit Künstlicher Intelligenz trainierter Roboter eingesetzt, um Lehmputz an Decken anzubringen. Diese Tätigkeit gilt als eine der gesundheitsschädlichsten Arbeiten im Bauwesen, da der schwere Lehm mit hohem Druck über Kopf angepresst werden muss. Frau Aleksandra Konopek, eine ehemalige Professorin für Industriedesign, hat ihr historisches Schieferhaus in ein KI- und Robotik-Labor umfunktioniert, um diese Technologie zu entwickeln und zu erproben.

Die Motivation für diese Entwicklung ist primär die Entlastung der Handwerker. Fachkräfte, die über Kopf Lehm verputzen, erleiden oft schon nach etwa 3.600 Arbeitsstunden erste Gesundheitsschäden, die als anerkannte Berufskrankheit gelten. Ein Handwerker berichtete, dass er nach einem Tag dieser Arbeit zwei Tage krank sei und die Belastung spätestens ab Mitte 40 zu einem ernsthaften Problem werde. Der Roboter soll diese körperlich anspruchsvolle Arbeit übernehmen.

Technische Herausforderungen und Fortschritte

Die Entwicklung des Roboters ist mit technischen Hürden verbunden. Zwar kann der Roboter bereits eine Maurerkelle halten, doch das Anlernen für die spezifischen Anforderungen eines unregelmäßigen Altbaus erfordert weitere zwei Jahre Trainingszeit. Ein erster Versuch, Lehm anzubringen, scheiterte zunächst am zu trockenen Lehm und einer unzureichend angefeuchteten Decke. Nach Anpassungen gelang der zweite Versuch erfolgreich, wobei der Lehm haftete und vom Roboter geglättet wurde.

Ein zentrales Problem bleibt das Gewicht der aktuellen Robotersysteme. Geräte, die 300 bis 400 Kilogramm wiegen, sind für den Transport über schmale Treppen in oberen Stockwerken unpraktikabel. Das Ziel ist daher die Entwicklung eines leichteren Geräts von 60 bis 70 Kilogramm. Zukünftig soll der Roboter in der Lage sein, Unebenheiten der Decke selbstständig zu erfassen und zu verputzen. Hierfür sind Kameras, Gewichtssensoren und Laser zur Vermessung des Untergrunds vorgesehen. Das Training erfolgt mittels eines Visual Language Action Models, das Bewegungs- und Bilddaten mit Sprachbefehlen verknüpft. Digitale Zwillinge sollen dabei helfen, Lernprozesse zu simulieren und die Beschaffenheit von Materialien wie Lehm zu berücksichtigen, für die es glücklicherweise eine DIN-Norm gibt.

Potenziale jenseits des Verputzens

Frau Konopek sieht weitere Einsatzgebiete für Roboter im Bauwesen. Dazu gehören Arbeiten mit Lacken oder die Asbestsanierung, bei denen Roboter keine gefährlichen Stäube oder Dämpfe einatmen. Ein Bediener könnte den Roboter in solchen Fällen sicher aus der Ferne steuern, möglicherweise sogar mittels VR-Brille. Auch der Einsatz an Fassaden ist denkbar, wobei ein Roboter auf einer Hebebühne kein Baugerüst mehr benötigen würde.

Es wird jedoch betont, dass die Qualitätskontrolle weiterhin von Menschen durchgeführt werden muss. Zudem sind Roboter empfindlich gegenüber Verschmutzungen an ihren Gelenken, weshalb Schutzmaßnahmen erforderlich sind.

Roboter als Teil der Baustellen-Zukunft

Arnim Spengler, Experte für Digitalisierung im Bauwesen an der Hochschule Ruhr West, bestätigt die Relevanz von Robotern im Bau. Er hat bereits vor acht Jahren einen Roboter entwickelt, der Kalksandsteinmauern errichten kann. Spengler sieht in der Robotik eine logische Konsequenz des Fachkräftemangels: Da immer weniger Menschen körperlich schwere Arbeiten wie das Mauern verrichten möchten, ist der Einsatz von Robotern naheliegend. Dies würde den Maurer von der schweren körperlichen Arbeit entlasten und ihn zum Maschinenführer qualifizieren. Eine "Mensch-Maschine-Symbiose" wird angestrebt, bei der Roboter monotone und körperlich belastende Aufgaben übernehmen, während menschliche Fachkräfte für komplexere oder feinere Arbeiten zuständig bleiben.

Die Baubranche ist jedoch bekannt für ihre konservative Haltung und die seit Jahrhunderten etablierten Normen. Neue Bauverfahren und Techniken haben es daher oft schwer. Hinzu kommen die Anschaffungskosten für Robotersysteme, die noch als höher im Vergleich zu menschlicher Arbeitskraft angesehen werden. Allerdings wird die Robotik kontinuierlich kostengünstiger, während der Fachkräftemangel sich verschärft. Dies deutet auf eine zunehmende Akzeptanz und Integration von Robotern in der Zukunft hin.

Weitere robotische Entwicklungen im Bau

Neben dem Putzroboter sind weitere Projekte in der Entwicklung. An der Universität Duisburg-Essen wird beispielsweise ein Seilroboter entwickelt, der selbstständig Mauern errichtet und Zwischendecken einzieht. Dieser Roboter, dessen Funktionsweise an die Bewegung von Stadionkameras erinnert, kann innerhalb weniger Stunden eine ganze Etage mauern und verschiedene Aufgaben wie das Versetzen von Steinen, das Einziehen von Stürzen und die automatische Bemörtelung übernehmen. Grundlage hierfür ist ein digitaler Bauplan, ein sogenanntes BIM-Modell (Building Information Modeling), dessen Daten direkt an den Roboter gesendet werden.

Auch Unternehmen wie Wienerberger setzen auf Robotik, um dem Fachkräftemangel entgegenzuwirken. Sie planen, ab 2025 Ziegelroboter einzusetzen, die bereits in Prag erfolgreich bei Maurerarbeiten getestet wurden. Diese Roboter können bis zu sechs Quadratmeter Mauerwerk pro Stunde errichten und sind für den Bau von Mehrfamilienhäusern, Schulen und Gewerbegebäuden konzipiert. Der Einsatz solcher Roboter erfordert einen Operator und einen unterstützenden Arbeiter. Eine digitale Plattform ermöglicht die nahtlose Integration in Planungs- und Bauphasen, optimiert Bestellungen, Logistik und Baustellenmanagement und trägt zu einer stärkeren Digitalisierung des gesamten Bauprozesses bei.

Ein weiteres Beispiel ist der "BauBot", ein Befestigungsroboter, der in Kooperation mit fischer entwickelt wurde. Dieser Roboter übernimmt das Bohren von Löchern und die Installation von Befestigungslösungen. Er soll die Produktivität und Präzision steigern, die Gesundheit der Handwerker schonen und durch digitale Dokumentation mehr Sicherheit bieten. Der "BauBot" kann flexibel an Böden, Decken und Wänden eingesetzt werden, was eine nahezu vollständige Automatisierung von Baustellenabläufen ermöglicht.

Ausblick und Integration

Die Einführung von Robotern und KI im Bauwesen ist ein fortlaufender Prozess. Die Forschung konzentriert sich darauf, Roboter agiler, leichter und modularer zu gestalten, um sie an die komplexen und oft unstrukturierten Umgebungen von Baustellen anzupassen. Die Digitalisierung von Bauprozessen und die Entwicklung industrieller Standards sind dabei entscheidende Voraussetzungen. Die Baubranche steht vor einer Transformation, in der Mensch und Maschine in einer Symbiose zusammenarbeiten, um den Herausforderungen des Fachkräftemangels zu begegnen und die Produktivität zu steigern. Es wird erwartet, dass Roboter in den kommenden fünf Jahren verstärkt in Holzbauunternehmen Einzug halten werden, angetrieben durch den Druck des Fachkräftemangels und steigende Produktionskosten.

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