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Forschungsbericht: Automatisierungssysteme im Wohnungsbau

Automatisierungssysteme im Wohnungsbau
Bau- und Wohnforschung
Thomas Bock, Frank Prochiner
TU München, Lehrstuhl für Baurealisierung und Bauinformatik
1999, 250 S., m. Abb. 30 cm
Fraunhofer IRB Verlag

Kurzbericht [PDF] deutsche Version
Short Version [PDF] englische Version

Inhalt

Seit Ende der siebziger Jahre befassen sich die großen Baufirmen Japans mit der Forschung und Entwicklung zur Automatisierung von Bauprozessen. Sie werden dabei von staatlichen Behörden und Instituten unterstützt, haben ihre Roboter der vierten Generation bereits im Einsatz und errichten Hochhäuser mit vollautomatischen Systemen. Der Bericht vergleicht den derzeitigen Technikstand der Automatisierung beim Beton- und Mauerwerksbau sowie beim Holz- und Stahlbau in Japan mit dem in Deutschland. Unter Beachtung der unterschiedlichen Arbeitswelten, Baumethoden und bauwirtschaftlichen Strukturen in beiden Ländern wird analysiert, ob mit japanischen Automatisierungssystemen Fortschritte im deutschen Wohnungsbau erreichbar sind. Es interessiert, welche von den über 400 japanischen Prototypen leicht modifiziert im deutschen Wohnungsbau eingesetzt werden können, oder ob man neue, speziell auf deutsche Verhältnisse ausgerichtete Systeme entwickeln muss. Weiterhin untersucht der Bericht den Einfluss der Automatisierung auf die Wirtschaftlichkeit, Qualität und Arbeitssicherheit beim Bau von Wohnungen und befasst sich mit der notwendigen Qualifikation der Arbeitnehmer. Die Resultate aller Gegenüberstellungen, Recherchen und Analysen fasst der Bericht in Leitlinien zusammen, die sich an die deutsche Bauwirtschaft, große Bauunternehmen sowie an die kleinen und mittelgroßen Vorfertigungsbetriebe der Bauindustrie Deutschlands richten.

Verfügbare Formate

Inhaltsverzeichnis

1.0 Einleitung 1
1.1 Analyse der Bauwirtschaft in Japan und Deutschland 1
1.1.1 Umweltfaktoren und Klima Japan 1
1.1.1 Bevölkerung 2
1.1.3 Arbeitsmarkt 4
1.1.4 Außenhandel 5
1.1.5 Konsum und Qualitätsbewusstsein 5
1.1.6 Betriebsgrößenstruktur im Bauwesen 5
1.1.7 Arbeitsverhältnisse und Management 7
1.1.8 Entwicklung des Wohnungsbaus in Japan 8
1.1.9 Rückblick auf die Wohnungsbaupolitik in Japan 10
1.1.10 Rückblick auf die Entwicklung der Vorfertigung in Japan 11
1.1.11 Der Japanische Wohnungsmarkt 13
1.2.0 Baurobotersysteme / Bauautomatisierungssysteme in Deutschland und Japan 14
1.2.0.0 Verwendete Bauverfahren und Bausysteme in Beton 18
1.2.0.1 Kleinelemente 19
1.2.0.2 Großelemente 20
1.2.0.3 Raumelement 34
1.2.0.4 Steuerungssysteme für die Fertigungstechnologie in Deutschland 0 IM - Computerintegrated Manufacturing 40
1.2.0.5 Software zur Herstellung von Bauelementen aus Beton 41
1.2.0.6 Software zur Herstellung von Bauelementen in Ziegelbauweise 42
1.2.0.7 Teilautomatische Anlagen und Maschinen zur Fertigung von Betonfertigteilen 44
1.2.0.8 Anwender der Fertigungstechnologie in Deutschland 53
1.2.1.0 Verwendete Bauverfahren Mauerwerkselemente 55
1.2.1.1 Entwicklung 55
1.2.1.2 Kleinelemente 56
1.2.1.3 Tafelelemente 56
1.2.1.4 Zusammenfassung 62
1.2.1.5 Baurobotersysteme / Bauautomatisierungssysteme im Mauerwerksbau 63
1.2.2.0 Verwendete Bauverfahren Holz 86
1.2.2.1 Holzbausysteme /Wandsysteme 86
1.2.2.2 Blockbauweise 87
1.2.2.3 Fachwerkbau 89
1.2.2.4 Rahmenbau/Ständerbau 90
1.2.2.5 Skelettbau 91
1.2.2.6 Tafelbau 92
1.2.2.7 Raumzellen 96
1.2.2.8 Baurobotersysteme / Bauautomatisierungssysteme im Holzbau in Deutschland 98
1.2.3 Verwendete Bauverfahren im Stahlbau 110
1.2.3.0 Vorteile des Baustoffes Stahl 110
1.2.3.1 Vorbehalte gegen Stahl 110
1.2.3.2 Art der eingesetzten Bauteile 111
1.2.3.3 Frühe Entwicklungen im deutschen Stahlbau 112
1.2.3.4 Stahl in Abgrenzung zu anderen Materialien 114
1.2.3.5 Vorteile für den Einsatz von Stahl im Wohnungsbau 115
1.2.3.6 Bauweisen in Stahl 116
1.2.3.7 Automatisierung in der Stahlbaufertigung 123
1.2.4 Automatisierungssysteme und Robotersysteme in Japan 125
1.2.4.0 Robotersysteme für Erdarbeiten 125
1.2.4.1 Robotersysteme und Bauautomatisierungssysteme im Betonbau 126
1.2.4.2 Robotersysteme und Bauautomatisierungssysteme im Holzbau 135
1.2.4.3 Robotersysteme und Bauautomatisierungssysteme im Stahlbau 143
1.2.4.4 Robotersysteme und Bauautomatisierungssysteme in Ausbau und Montage 149
1.2.4.5 Robotersysteme und vollautomatische Hochbausysteme 155
1.2.4.6 Sonstige Robotersysteme und Gebäude - Serviceroboter 168
2.0.1 Technische, planerische und strukturelle Voraussetzungen für die Automatisierung in Deutschland 171
2.0.1.0 Tayloristische Grundsätze 171
2.0.1.1 Computerunterstützte Fertigung 171
2.0.1.2 Vorbild Maschinen- und Fahrzeugbau 172
2.0.1.3 Programm übergreifende Produktdatenmodelle 173
2.0.1.4 Innovations- und Kommunikationsfähigkeit 173
2.0.1.5 Ort der Wertschöpfung - Ort der Montage 174
2.0.1.6 Ausweitung der Automatisierung in der Baustoffindustrie 174
2.0.1.7 Qualitätsverbesserung 174
2.0.1.8 Sozialverträglichkeit und Automatisierung 174
2.1.0 Untersuchung und Bewertung der Möglichkeiten japanische Bauweisen und Bauverfahren auf den deutschen Wohnungsmarkt zu übertragen 176
2.1.1 Elementierte Stahlrahmenfertighäuser 178
2.1.2 Modulare Stahlraumzellenbauweise 180
2.1.3 Holzhausbau in der Fertighausindustrie 184
2.1.4 Automatische Hochbaustellen 187
3.0 Automatisierungsuntersuchungen 189
3.1.0 Untersuchung der Möglichkeiten japanische Automatsierungs- und Robotersysteme respektive Konzepte für den deutschen Wohnungsbau zu modifizieren 189
3.1.1 Robotersysteme für Erdarbeiten 191
3.1.2 Automatisierungssysteme im Betonbau 191
3.1.3 Automatisierungssysteme im Holzhausfertigbau 193
3.1.4 Automatisierungssysteme im Stahlhausbau 194
3.1.5 Automatisierte Hochbaustellen 195
3.2 Untersuchung bestehender Bauverfahren und Fertigungssysteme in Deutschland auf die Möglichkeit der Automatisierung 196
3.2.1 Voraussetzung für die Baurobotereinführung 196
3.2.2 Automatisierungspotential der einzelnen Gewerke 198
3.2.2.1 Erdarbeiten 198
3.2.2.2 Betonarbeiten 198
3.2.2.3 Mauerwerksarbeiten auf der Baustelle 199
3.2.2.4 Vorfertigung von Mauertafeln im Werk 202
3.2.2.5 Zimmermannsarbeiten 204
3.2.2.6 Dachdeckerarbeiten 205
3.2.2.7 Blechnerarbeiten 206
3.2.2.8 Installationen 206
3.2.2.9 Estrichlegerarbeiten 208
3.2.2.10 Gipser- und Trockenbauarbeiten 210
3.2.2.11 Fliesenlegerarbeiten 213
3.2.2.12 Restliche Innenausbauten 214
4.0 Auswirkungen auf den Wohnungsbau 215
4.1.0 Chancen für neue Bausysteme 215
4.1.1 Chancen für den Stahl- und Fertighausbau 215
4.1.2 Organisatorische Rationalisierung 216
4.1.3 Kostengünstiges Bauen durch industrielle Vorfertigung 217
4.1.4 Neue Arbeitsfelder für System- und Fertighaushersteller 219
4.1.5 Verbesserung vorhandener Systeme und Entwicklung Innovativer Produkte 219
4.2 Untersuchung der Auswirkungen einer Automatisierung im Wohnungsbau auf die Fertigungstechnologie, Qualitätsänderungen, Wirtschaftlichkeit 223
4.2.1 Wirtschaftlichkeit - Qualitätsänderung 223
4.3 Abschätzung der Anforderungen an die Arbeitnehmer hinsichtlich Ausbildung und Qualifikation 225
4.3.1 Imageverbesserung der Bauberufe 227
4.3.2 Qualifikationserfordernisse 227
4.3.3 Arbeitssicherheit 228
4.3.4 Arbeitsplatzverluste 229
4.3.5 Lebenslanges Lernen 229
4.4 Untersuchung von ökologischen Aspekten 230
4.4.1 Vorfertigung contra Ortbetonbauweise : Abfälle durch Schalungsmaterial und Reststoffe 230
4.4.2 Automatisierte Baustoffzubereitung auf der Baustelle 223
5.0 Erstellung von Leitlinien für die deutsche Bauwirtschaft 233
5.0.1 Marktpotential für den Robotereinsatz 233
5.0.2 Forderung nach ganzheitlichen Unternehmensstrategien 233
5.0.3 Anforderungen an die Forschungs- und Innovationspolitik 234
5.0.4 Modelle neuer Berufsbilder und Beziehungen zwischen den Sozialpartnern 235
5.1 Leitlinien für große Vorfertigungsbetriebe und Bauunternehmen 236
5.1.1 Entwicklungs- und Einsatzmöglichkeiten für automatisierte Systeme in großen Vorfertigungsbetrieben 237
5.1.2 Entwicklung und Einsatz neuer Daten- Fertigungs- Montage- und Transportsysteme 238
5.2 Planungsvoraussetzungen für "Robot Oriented Design" 240
5.2.1 Automatisierungsgerechter Entwurf 240
5.3 Leitlinien für kleine und mittlere Vorfertigungsbetriebe in der deutschen Bauindustrie 243
5.3.1 Strukturelle Veränderungen 243
5.3.2 Vom Bauteilhersteller zum Systemanbieter 248
5.3.3 Kundenorientierung - neues Marketingbewußtsein - neue Aufgaben 249
6.0 Zusammenfassung 252
7.0 Quellen

Publikationslisten zum Thema:
Automatisierung, Roboter, Wohnungsbau, Wohngebäude, Wohnhaus, Betonbau, Mauerwerksbau, Datenverarbeitung, EDV, Holzbau, Entwicklung, Trend, Stahlbau, Rationalisierung, Bauverfahren, Baumethode, Fertigung, Arbeitnehmer, Bauwirtschaft,

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Forschungsberichte

Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

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Automatisierungssysteme im Wohnungsbau
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1999, 250 S., m. Abb. 30 cm,
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Ziel des Forschungsvorhabens ist die Analyse bestehender Rationalisierungs- und Automatisierungsmöglichkeiten im Wohnungsbau sowie die Überprüfung ihrer Anwendungsmöglichkeiten in Deutschland. Der Bericht überprüft den Stand der Technik in Japan und die Möglichkeiten, mit diesen Konzepten und Entwicklungen zu Verbesserungen im deutschen Bauwesen zu gelangen. Dabei werden die Spezifikationen des deutschen Bauwesens und die unterschiedlichen Bauverfahren der beiden Länder berücksichtigt. Ebenso wird der Frage nachgegangen, ob bestimmte Systeme mit leichten Modifikationen auf deutschen Baustellen eingesetzt werden können. Die zu automatisierenden und zu roboterisierenden Bauprozesse und -systeme müssen neu entwickelt werden. Die vorhandenen Managementmethoden müssen überarbeitet und die Arbeitskräfte entsprechend dem Anwenden neuer Technologien qualifiziert werden. Eine erfolgreiche Implementierung der Robotertechnologie wird mit einem roboterorientierten Bauwesen ermöglicht, das bestimmte Merkmale aufweist: flexible industrielle Vorfertigung, flexible Herstellung unterschiedlicher Gebäudeteile vor Ort und ein Projektmanagement, das den Einsatz von Baurobotern ermöglichen soll. Ein automatisiertes Bauen besteht aus einer industriellen flexiblen Vorfertigung von komplexen, standardisierten Bauteilen und deren automatischer Errichtung und Unterhaltung unter Verwendung von Baurobotern. Automatisierte Bauproduktionsbetriebe können eine hohe Variantenbildung mit einem breiten Bauteilsortiment erreichen. Mit Hilfe von frei programmierbaren Robotern kann eine flexible Herstellung von unterschiedlichsten Gebäudeteilen ermöglicht werden, die rechnergestützt verwaltet wird. Zur Automatisierung des Baubetriebs sollte die Entwicklung eines integrierten Systems zur Planung und Herstellung von Gebäuden geplant werden, das sowohl beim Entwurf von Gebäuden als auch bei der Betriebsplanung von Robotern und der Logistik für die Baustelle verwendet wird.

Edgar Jung
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1993, 68 S.,
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Durchbohren von Holz und Guss in einem Arbeitsgang. Schlußbericht
1993, 78 S.,
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Die vorliegenden Versuche dienen dazu, die herkömmlichen handelsüblichen Spiralbohrer auf ihre Tauglichkeit beim Duchbohren von Holz und Guß in einem Arbeitsgang zu untersuchen. Grundlage war die Vermutung, daß sich durch Veränderung der Spitzenwinkel von Spiralbohrern sowohl in der Qualität der Bohrungen als auch in der Bohrgeschwindigkeit Unterschiede ergeben müßten. Inwieweit der Freiwinkel das Bohren mit Spezialbohrern beeinflußt, konnte mit den zur Verfügung stehenden Schärfwerkzeugen nicht ausreichend ermittelt werden. Einige Versuche ergaben jedoch, daß die an handelsüblichen Bohrern vorhandenen Freiwinkel gute Ergebnisse zeigen. Bei größeren Freiwinkeln besteht die Gefahr, daß sich der Bohrer zu schnell in den Werkstoff "frißt". Außerdem wurde die Schneide schneller stumpf. Versuchsmaterial: 1. Holz - Durchbohrt wurde Brettschichtholz mit einer Dicke von 80 mm. 2. Gegossene Platten - Verwendet wurden gegossene Platten aus GGG 400 mit einer Dicke von 12 mm. 3. Holz und Guß zusammen - Beim Durchbohren von Holz und Guß in einem Arbeitsgang kam das gleiche Material zur Anwendung wie vorgehend beschrieben. Geprüft wurde außerdem das Verhalten von Spiralbohrern mit unterschiedlichen Spitzwinkeln an drei Varianten von Versuchskörpern. (-y-)

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Das Ziel des Forschungsvorhabens bestand darin, die notwendigen Voraussetzungen seitens des Mauerwerks, des Füllmörtels und der Verfahren zu untersuchen, durch die eine einwandfreie geschoßhohe Verfüllung lotrecht bewehrter Kanäle mit kleinem Querschnitt 60/60 mm in Mauerwerk gewährleistet werden kann. Nach Vorversuchen wurden ca. 110 geschoßhohe Kanäle mit eingestellter Bewehrung, Durchmesser 12 mm, mit 4 Mörtelarten ausschließlich von oben verfüllt. In zahlreichen Quer- und Längsschnitten wurde das Mörtelgefüge beurteilt und die Kleinstmaße der Mörtelüberdeckung gemessen. (-y-)

Optimierung der Bauleitungsaufgaben für kleinere und mittlere Baustellen des Wohnungsbaus durch Einsatz neuer Informations- und Kommunikationstechniken. Vorbereitung des EDV-Einsatzes in kleinen und mittleren Bauunternehmen. Abschlußbericht

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Optimierung der Bauleitungsaufgaben für kleinere und mittlere Baustellen des Wohnungsbaus durch Einsatz neuer Informations- und Kommunikationstechniken. Vorbereitung des EDV-Einsatzes in kleinen und mittleren Bauunternehmen. Abschlußbericht
Bau- und Wohnforschung
1990, 189 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

Der Forschungsbericht hat zum Ziel, kleinen und mittleren Bauunternehmen Hilfestellung bei der Suche nach firmenspezifischen EDV-Lösungen zu geben. Unter Berücksichtigung der organisatorischen, personellen und finanziellen Situation der Betriebe werden mit Hilfe verschiedener, betriebsspezifisch erstellter Checklisten Anforderungen aus (bau)betrieblicher Sicht für einen zweckmäßigen EDV-Einsatz formuliert. Die Checklisten folgen dabei, soweit möglich, dem modularen Aufbau der meisten auf dem Markt vorhandenen Softwareprogramme und gliedern sich in die Arbeitsgebiete: I. Angebotsbearbeitung, II. Rechnungsstellung, III. Mengenermittlung, IV. Auftragsbearbeitung und Baustellenkontrolle, V. Termin-/Kapazitätsplanung, VI. Tagelohn und Regiearbeiten. Die Checklisten umfassen über 100 Einzelkriterien, die auch Fragen der Hardwareauswahl sowie allgemeine Gesichtspunkte der Softwarebeurteilung wie Handhabung und Benutzerfreundlichkeit mit einschließen. Dem Bauunternehmer ist es damit möglich, Software in einer Vorauswahl zu vergleichen und auf seine speziellen Anforderungen hin zu beurteilen. (-y-)

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Zeitschriftenartikel

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