Vorteile der Digitalisierung für ein
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04 Digitalisierung_BauPortal 19.11.14 12:49 Seite 1 Vorteile der Digitalisierung für ein mittelständisches Bauunternehmen Prof. Dipl.-Ing. Roland Kraus, Nürnberg, und Prof. Dipl.-Ing. Wolfgang Stockbauer, Regensburg Wie wird die Digitalisierung der Bauwirtschaft die Branche verändern? Welche Instrumente können schon heute genutzt werden, um Prozesse zu optimieren und so die Produktivität eines Bauunternehmens nachhaltig zu steigern? Am Beispiel des Baus eines Einkaufszentrums in Leipzig wird gezeigt, wie ein Bauunternehmen von dem Einsatz neuer Technologien profitiert. Durch die intelligente Kombination von Laserscanning und konstruktivem Fertigteilbau konnte unter anderem die Bauzeit erheblich verkürzt werden. Bauen innerhalb bestehender Stadtstrukturen stellt eine besondere Integrationsaufgabe dar. Eines der herausragenden Beispiele dafür ist das Einkaufszentrum am Lindenauer Markt in Leipzig. Hier wurden denkmalgeschützte Fassaden der ehemaligen Bebauung im Karree erhalten und architektonisch gelungen mit einem neuen Korpus unterschiedlich eingefärbter Fassaden aus konstruktiven Fertigteilen verbunden. Darüber hinaus demonstriert das inzwischen abgeschlossene Projekt, wie moderne geodätische Messverfahren den Bauprozess effizienter machen. Das Einkaufszentrum am Lindenauer Markt hat Modellcharakter. Es folgt der Entwicklung, den Handel wieder näher an den Menschen zu bringen. Der Markt liegt in bester Stadtteillage und ist auch zu Fuß gut zu erreichen. Zusätzlich bietet der Neubau auf seinem Dach 230 Parkplätze mit direktem Zugang zu den Verkaufsräumen. Durch die Kombination der geschützten Fassade mit den neuen Elementen aus eingefärbten Fertigteilen ist das neue Einkaufszentrum nicht nur aus ingenieurtechnischer Sicht eine Bereicherung des Stadtbildes. Sicherung der denkmalgeschützten Fassaden Das Quartier liegt unmittelbar im Zentrum des Leipziger Stadtteils Lindenau und war einst gründerzeitlich bebaut. Große Teile der Quartierrandbebauung waren jedoch seit Langem nicht mehr vorhanden. Lediglich drei Gebäude an der Westflanke des Baugebietes erinnerten mit ihren denkmalgeschützten Fassaden noch an den ehemaligen Charakter des Areals. Diese aneinandergereihten straßenseitigen Fassaden waren gemäß den Auflagen der Stadt Leipzig in den Neubau des Einkaufszentrums zu integrieren. Während der Bauphase hielten deshalb massive Fassadengerüste aus Stahl die Außenwände der alten Bestandsbebauung aufrecht. Um den Arbeitsraum im Gebäudeinneren für den Neubau freizuhalten, mussten rd. 20 m hohe Stahlabstützungen auf einer Länge von 55 m außerhalb des Gebäudes im öffentlichen Straßenraum und unmittelbar neben der vorbeiführenden Straßenbahntrasse errichtet werden. Während der Abbruch des angrenzenden Baukörpers fortschritt, musste die zu erhaltende Fassade kontinuierlich an das Abb. 1: Neues Einkaufszentrum mit Fertigteil- und renovierter Fassade temporäre Sicherungsgerüst aus zahlreichen stählernen Aussteifungsböcken und -rahmen sowie Gurtträgern angeschlossen werden. Dabei war es besonders wichtig, die alten Konturen des Gebäudes mit seiner Vielzahl von Schmuckelementen und Fassadenversprüngen aus Erkern und Gesimsen im Vorfeld genau zu erfassen. Nur so ließen sich Kollisionspunkte bei der Montage des stählernen Raumfachwerkes für die Fassadensicherung zielsicher ausschließen. Kollisionsprüfung durch Terrestrisches Laserscanning (TLS) Im Lindenauer Projekt übernahm das Lehrgebiet Vermessungskunde der Fakultät Bauingenieurwesen an der Hochschule Regensburg diese Aufgabe. Mit Hilfe des Terrestrischen Laserscannings (TLS) wurde im Rahmen der Qualitätssicherung im Vorfeld die Kollisionsprüfung im Fassadenbereich durchgeführt. Dazu erfasste man die denkmalgeschützte Fassade von sechs Standpunkten aus mit einem Laserscanner HDS 6100 von Leica. Die gewonnenen Daten wurden mit der 3D-Stahlbauplanung des Raumfachwerkes „verheiratet“ und deckten so mehrere Kollisionspunkte zwischen Fassade und Stahlbau frühzeitig auf. Dies ermöglichte es, die Probleme noch vor Montage des stützenden Fachwerkes zu korrigieren – ohne negative Folgen für Bauablauf und Fassade. Abb. 2: Fassade vor Abriss des Altbestands BauPortal 12/2014 – www.baumaschine.de/Bauorganisation + EDV 25 04 Digitalisierung_BauPortal 19.11.14 12:49 Seite 2 Abb. 3: Ausgangssituation vor Daten-Verheiratung Abb. 4: Verheiratung 3D-Stützkonstruktion mit Punktwolke aus TLS Hochpräzise und vielseitig nutzbar: TLS als geodätische Messtechnik Terrestrisches Laserscanning (TLS) hat sich in den vergangenen Jahren als eine weitere geodätische Messtechnik im Bauprozess etabliert und ergänzt traditionelle Messtechniken wie Nivellement, Tachymetrie und Satellitengeodäsie. Es eignet sich besonders zur berührungslosen Erfassung großflächiger und detailreicher Objekte und zeichnet sich durch kurze Aufnahmezeiten aus. Aus den polaren Messdaten lassen sich 3-D-Koordinaten einschließlich eines zugehörigen Intensitätswertes ableiten, die man als Punktwolken bezeichnet. Als modularer Prozess umfasst Laserscanning über die messtechnische Aufnahme von Objekten hinaus die weitere Verarbeitung dieser Punktwolken mit entsprechender Auswertungssoftware. Die Aufnahme ausgedehnter Objekte erfolgt von mehreren Standpunkten aus. Für die spätere Verknüpfung (Registrierung) der einzelnen Scans sind Verknüpfungspunkte erforderlich. Die Verknüpfungspunkte können sowohl (signalisierte) Passpunkte, sog. Targets, als auch „natürliche“ Punkte sein. Nach der Registrierung liegen sämtliche Punktwol- Abb. 6: Punktwolke aus TLS 26 Abb. 5: Fassade mit Stützkonstruktion ken georeferenziert in einem gemeinsamen örtlichen oder übergeordneten Be zugssystem vor. Darauf aufbauend lassen sich dann weitere Informationen, wie Längs- und Querschnitte, 3-D-Modellierung etc., ableiten. Mit Terrestrischem Laserscanning lassen sich Genauigkeiten im Millimeterbereich erzielen, wenn Ausgangsbedingungen, wie Aufnahmeentfernung, Auftreffwinkel oder Einsehbarkeit, eingehalten werden. Damit ist TLS in der Ingenieurvermessung vielfältig einsetzbar. Über eine Software, z.B. Leica Cyclone PUBLISHER, lassen sich die entstandenen Punktwolken zur gemeinsamen Nutzung und Kommunikation zwischen Planern und Ausführenden im Internet publizieren. Die Leica-TruView-Software zeigt OnlineNutzern in einer Panorama-Ansicht die Punktwolke vom Standpunkt des Scanners während der Aufnahme aus. Diese Ansicht lässt sich in jede Richtung drehen, beliebig vergrößern oder verschieben. Optimierter Bauablauf durch konstruktive Fertigteile Um die engen Terminvorgaben einhalten zu können, bot sich für das Grundgerüst des Gebäudes ein Tragwerk aus Fertigteilstützen, Fertigteilhaupt- und -nebenträgern sowie eingehängten Filigrandeckenelementen an. Die Außenfassade besteht aus eingefärbten Fertigteil-Fassadenplatten. Alle Teile lieferte das Werk Gröbzig Abb. 7: Punktwolke aufbereitet mit TrueView als Basis für Kommunikation www.baumaschine.de/Bauorganisation + EDV – BauPortal 12/2014 04 Digitalisierung_BauPortal 19.11.14 12:49 Seite 3 Abb. 8: Detail der Fertigteil-Fassade Abb. 9: Fassade nach der Renovierung bei Halle, welches seit 1992 zur Unternehmensgruppe Klebl (Neumarkt/Oberpfalz) gehört. Das Unternehmen ist mit 450.000 t Produktionsvolumen in sechs Werken einer der größten Hersteller konstruktiver Beton-Fertigteile in Deutschland. Bei der Fassadengestaltung des Einkaufszentrums war es die Aufgabe des Architekten, die sehr langen Wandflächen der neuen Fertigteil-Sandwichaußenwände in Einklang mit den kleinteiligen Parzellierungen der denkmalgeschützten historischen Fassaden zu bringen. Zudem galt es, das Gebäude optimal in die charakteristische Lindenauer Umgebung einzubinden. Eine Fülle von Gestaltungselementen sorgt dafür, dass sich die neuen Gebäudeteile harmonisch an den Bestand anfügen. „Es wurden unterschiedliche Farbtöne in der Sichtbetonoberfläche der FertigteilAußenwände eingesetzt“, erläutert Dipl.Ing. Roland Kraus, heute Professor an der Nürnberger Fakultät für Bauingenieurwesen. „Außerdem wurde die Anordnung von Fugen und Scheinfugen auf das vorhandene Fassadenrelief abgestimmt und die bestehende Formensprache mit aufwändigen Fertigteil-Attikaelementen ebenso aufgegriffen wie mit Stahl- und Glas-Einlagen und Aufsätzen innerhalb der Fertigteil-Fassadenelemente.“ Rekonstruktion und Anbindung der Fassade Neben der anspruchsvollen Gestaltung der neuen Außenfassaden sollten auch die Außenwände der vorhandenen denkmalgeschützten Fassaden zu einem herausragendem gestalterischen Element des Objektes aufbereitet werden. Fenstereinfassungen, Gesimse und kleinteilige Fassadenelemente wurden in liebevoller Detailarbeit restauriert: Fehlende Schmuckelemente wurden nachgebildet und erneuert, historische Kastenfenster in enger Abstimmung mit der Denkmalbehörde aufgearbeitet oder detailgetreu nachgefertigt. Gereinigt und, wo nötig, mit originalgetreuen Nachbildungen ausgebessert, erstrahlen die alten Klinkersteine ebenso in ursprünglicher Frische wie die zur Gänze renovierten Putzflächen, die farblich an das gestalterische Gesamtkonzept des Gebäudes angepasst wurden. Eine besondere Herausforderung war die Anbindung der alten Außenfassaden an die neue Fertigteilkonstruktion. Zahlreiche ins Bestandsmauerwerk gestemmte, konische Auflagertaschen schaffen über einbetonierte Gewindestähle im Aufbetonbereich der Fertigteildecken einen sicheren Anschluss an den Neubau. Um großflächige Ortbetonbereiche vor der Altbaufassade zu vermeiden, sollte die Fer- tigteilkonstruktion so nahe wie möglich an die Bestandskonstruktion herangeführt werden. Auch hier kam wieder das TLS-Verfahren ins Spiel. Nach dem Abbruch des alten Baukörpers wurden für maximale Planungssicherheit auch die Konturen der Fassadenrückseite per Laserscanning erfasst. Damit ließen sich wie an der Vorderseite aus der „Verheiratung“ von Laserscan und Schalungsplanungs-Daten mögliche Kollisionspunkte ermitteln – in diesem Fall zwischen Fertigteilkonstruktion und Altbau. Dies ermöglichte eine optimierte Schalungsplanung schon im Vorfeld und garantierte den störungsfreien Bauablauf. Moderne Messtechniken garantieren Qualität beim Bauen im Bestand Angesichts der Tatsache, dass Baumaßnahmen im Bestand in Deutschland immer mehr an Bedeutung gewinnen, belegt das Projekt Lindenauer Markt vor allem eines: Die zunehmend wichtigere Rolle, die die geodätische Bestandsaufnahme im Regelkreis des Bauprozesses von der Definition der Bauaufgabe über den Entwurf, die Planung und die Bauausführung spielt. Exakte Kenntnis der bestehenden Bauwerksgeometrie ist im Vorfeld von Planung und Arbeitsvorbereitung unerlässlich. Abb. 10 und 11: Details der renovierten Fassade BauPortal 12/2014 – www.baumaschine.de/Bauorganisation + EDV 27 04 Digitalisierung_BauPortal 19.11.14 12:49 Seite 4 Gebäude-Schadstoffe: Dieses Handbuch klärt auf Gebäude-Schadstoffe lassen sich nicht auf Altstoffe wie z. B. Asbest oder PCB reduzieren. Auch nach Neubau bzw. Modernisierung sind geruchliche oder gesundheitliche Beeinträchtigungen oftmals Grund für Klagen. Das vorliegende Handbuch gibt Ihnen fundiert und gut verständlich den bisher nicht verfügbaren Überblick zu den Ursachen schadstoff- und gebäudebedingter Risiken sowie zu deren Bewertung und adäquaten Handlungskonzepten. Themenvielfalt & Expertenwissen Mit zahlreichen Abbildungen und Tabellen wird das Werk sowohl den Ansprüchen an ein verständliches Lehrbuch als auch denen eines Leitfadens für die Baupraxis gerecht. Handbuch Gebäude-Schadstoffe und Gesunde Innenraumluft Herausgegeben von Dr. Gerd Zwiener und Dr. Frank-Michael Lange Mit Beiträgen von Stephan Anhorn, Sven Bünger, Mario Dethloff, Winfried Ebner, Thomas Gabrio, Birgit Giebel, Lothar Grün, Daniel Haag-Wackernagel, Julia Hurraß, Joachim Kemski, Martin Kessel, Jürgen Kisskalt, Ralf Klingel, Reiner König, Robert Küpper, FrankMichael Lange, Volker Mersch-Sundermann, Hellmuth Mohr, Michael Mund, Dagmar Rötgers, Karl-Heinz Schäffner, Carlo Schillinger, Helmut Scholz, Uwe Schubert, Volker Schubert, Andreas Stache, Christoph Trautmann, Gerhard Volland, Ulrich Weiss und Gerd Zwiener 2012, 850 Seiten, mit zahlreichen Abbildungen, Grafiken und Tabellen, fester Einband, € (D) 148,–. ISBN 978-3-503-12990-4 Die breite Palette von Themen umfasst dabei auch Sonder- und Querschnittsthemen wie z. B. O Feinstaub, O Immobilien Due Diligence, O Rückbau, O Entsorgung von Abfällen sowie O die ausführliche Betrachtung der gesundheitlichen Risiken im Zusammenhang mit GebäudeSchadstoffen. Weitere Informationen: www.ESV.info/978-3-503-12990-4 Bestellungen bitte an den Buchhandel oder: Erich Schmidt Verlag GmbH & Co. KG · Genthiner Str. 30 G · 10785 Berlin Tel. (030) 25 00 85-265 · Fax (030) 25 00 85-275 · [email protected] · www.ESV.info 04 Digitalisierung_BauPortal 19.11.14 12:49 Seite 5 Der Einsatz Terrestrischen Laserscannings als präzises, schnelles und bildgebendes Verfahren zur dreidimensionalen Vermessung hat sich mittlerweile im Baubereich etabliert. „In den kommenden Jahren ist mit einem vermehrten Einsatz dieser Messtechnologie beim Bauen im Bestand zu rechnen. Eine Vielzahl aktueller Forschungs- und Entwicklungsarbeiten rund um die automatisierte Auswertung digitaler Bestandsdaten zeigt das enorme Entwicklungspotenzial dieser Technologie“, so Dipl.-Ing. Wolfgang Stockbauer, Professor an der Regensburger Fakultät für Bauingenieurwesen. „Auch an der Hochschule Regensburg werden wir diesen Entwicklungsweg intensiv mit unseren Praxispartnern im Bereich terrestrisches und luftgestütztes Laserscanning sowie bildgebende Tachymetrie mit automatischer Bildorientierung weiter beschreiten.“ Hoher Arbeitssicherheitsstandard aufgrund exakter Bestandsaufnahme Bauen in Stadtzentren stellt immer aufgrund der beengten Platzverhältnisse und dem weitgehend störungsfrei aufrechtzuerhaltenden umliegenden Verkehr eine besondere Hausforderung für den Baubetrieb und das gesamte Baustellen-Team dar. Soweit als möglich wurde deshalb eine werkseitige Vorfertigung von Bauund Konstruktionsteilen angestrebt, um unnötige Gefährdungen von Arbeitnehmern und direkt an die Baumaßnahme angrenzende Passanten während der Bauarbeiten zu vermeiden. Durch die Bestandsaufnahme der Altbaufassade mittels TLS war es möglich, die massiven Stahlbauabstützungen für den Erhalt der Altbaufassade millimetergenau im Werk vorzufertigen und passgenau auf der Baustelle nach einem speziell dafür ausgearbeiteten Montagekonzept zu montieren. Differenzen und Schwach- punkte der stählernen Abstützkonstruktion zur Altbaufassade konnten vor der Montage bei der Arbeitsvorbereitung erkannt und noch während der Bauvorbereitung im Werk korrigiert werden. Damit konnten örtliche Anpassungen der Stahlbaukonstruktion, die häufig mit Gefährdungen des Montagepersonals verbunden sind, komplett ausgeschlossen werden. Die Montage der Stahlabstützung erfolgte reibungslos in herkömmlicher Art unter Verwendung von Kranen und Hubarbeitsbühnen. Durch den Einsatz des TLS-Verfahrens war es außerdem möglich, die innenseitig an der Altbaufassade angrenzende Neubaukonstruktion detailgenau in Fertigteilbauweise vorzuplanen und vorzufertigen. Komplizierte Verbindungskonstruktionen des Altbaus mit dem Neubau in Ortbetonbauweise, sowie aufwändige örtliche Anpassarbeiten konnten auf ein notwendiges Minimum reduziert werden. Die Montage der Fertigteile erfolgte ebenfalls in herkömmlicher Art unter Verwendung von Kranen und Hubarbeitsbühnen nach einer speziell erstellten Montageanweisung. Bereits frühzeitig stellte sich neben den vielfältigen technischen Herausforderungen, die es zu lösen galt, immer wieder die Frage nach dem Schutz der Beschäftigten während der Abwicklung der komplexen Bauaufgabe. Soweit vorhersehbar wurden in einem Sicherheits- und Gesundheitsschutzplan die notwendigen Maßnahmen vorgegeben. So wurde z.B. die Außenfassade des Neubaus aus Fertigteilsandwichelementen so geplant, dass diese während der Rohbauarbeiten sofort mit dem Tragwerk montiert wurden und die Wandelemente gleichzeitig als vorauseilende Absturzsicherung für die folgenden Bau- und Ausbaugewerke verwendet werden konnten. Gerüste als Arbeitsplätze waren im Wesentlichen nur bei der Sanierung der Altbaufassade erforderlich. Abb. 12: Anbindung Fassade an Bauwerk über Gewindestäbe BauPortal 12/2014 – www.baumaschine.de/Bauorganisation + EDV Kurzfristige Änderungen in der Bauausführung oder der Ablaufplanung aufgrund ungenügender Bauvorbereitung oder aufgrund fehlerhafter Planannahmen stellen häufig in der Bauausführung besonders kritische Gefährdungen von Arbeitnehmern dar. Die exakte Bestandaufnahme mittels TLS ermöglicht neben einer zuverlässigen Erstellung von genauen Konstruktionsplänen gleichzeitig eine detaillierte Arbeitsvorbereitung, bei der kritische Gefährdungen von Arbeitnehmern weitgehend vor der Bauausführung erkannt und frühzeitig beseitigt werden können. Nur so war es möglich, die anspruchsvolle und komplexe Baumaßnahme ohne nennenswerte Unfallereignisse termingerecht abzuwickeln. Gelungener Abschluss für vieldiskutiertes Projekt Die Eröffnung des Einkaufszentrums am Lindenauer Markt beendete die Umsetzung eines der umstrittenen Bauprojekte in Leipzig. Die Realisierung des schlüsselfertigen Objektes binnen einer zwölfmonatigen Bauzeit war nur dadurch möglich, dass sämtliche Baugewerke vom Abbruch über die Sondergründung bis hin zum Ausbau weitgehend parallel liefen. Angesichts des engen Zeitrahmens war die Fertigteilbauweise das einzig erfolgversprechende Verfahren für die Rohbaukonstruktion. Ausschlaggebend für die erfolgreiche Projektabwicklung bei werksmäßiger Vorproduktion und örtlicher Verbindung zu bestehenden Gebäudeteilen war die exakte Bauvorbereitung unter Einbeziehung aller verfügbaren Technologien. Autoren: Prof. Dipl.-Ing. Roland Kraus, TH Nürnberg Prof. Dipl.-Ing. Wolfgang Stockbauer, OTH Regensburg Abb. 13: Verheiratung Daten aus Scan Rückseite mit 3D-Schalungsplanung 29
