Digitalisierung und Automatisierung von Massivbauarbeiten auf Baustellen - BAG Bau-Holz-Farbe

Fachtagung Bau Holz Farbe, Siegen, 11. März 2019

   Digitalisierung und Automatisierung
  von Massivbauarbeiten auf Baustellen
   Substituierbarkeit von Routine-Tätigkeiten
und Qualifikationsanforderungen an Facharbeiter

                      Dipl.-Ing. Thomas Kölzer
                 Technische Universität Hamburg
        Institut für Baustoffe, Bauphysik und Bauchemie

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Gliederung des Vortrags

1. Studien zu Substituierbarkeiten in Berufen
   und Verortung von Routine-Tätigkeiten

2. Digitale Arbeitsmittel für den Massivbau
   und mit der Einbindung einhergehende Schwierigkeiten

3. Substituierbarkeitspotenziale infolge
   Digitalisierung und Automatisierung

4. Qualifikationsanforderungen im Massivbau

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Substituierbarkeiten von Berufen und Tätigkeiten

Oxford-Studie (2013):        47 % der Beschäftigten arbeiten in Berufen,
(Frey/Osborne)               die bis 2030 substituiert werden könnten (USA)
ZEW-Studie (2015):           42 % der Beschäftigten arbeiten in Berufen,
(Bonin et al.)               die bis 2030 substituiert werden könnten (Deutschland)
IAB-Studie (2015):           5 bis 25 % Substituierbarkeitspotenzial
(Dengler et al.)             für Hoch- u. Tiefbauberufe je nach Anforderungsniveau

Klassifizierung von Routine- und Nicht-Routine-Tätigkeiten nach Spitz-Oener (2006):
• Kognitive Routine-Tätigkeiten         durch Computer/Maschinen ersetzbar
• Manuelle Routine-Tätigkeiten          durch Computer/Maschinen ersetzbar
• Analytische Nicht-Routine-Tätigkeiten  durch Computer/Maschinen unterstützbar
• Interaktive Nicht-Routine-Tätigkeiten  durch Computer/Maschinen unterstützbar
• Manuelle Nicht-Routine-Tätigkeiten    nicht ersetzbar        Baustellentätigkeiten?

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Automatisierung im Massivbau

Job-Futuromat des IAB für Maurer/-innen:
Von 7 verschiedenen Tätigkeiten kann keine von Robotern übernommen werden.

Job-Futuromat des IAB für Stahlbetonbauer/-innen:
Von 6 verschiedenen Tätigkeiten kann eine von Robotern übernommen werden:
 Veredeln und Versiegeln von Oberflächen

Automatisierungswahrscheinlichkeiten für das Jahr 2030 (Frey/Osborne 2013):
Maurer/-innen:              82 %
Baufacharbeiter/-innen:     88 %
Betonverarbeiter/-innen:    94 %

 Wie groß ist der Einfluss digitaler Arbeits- und Hilfsmittel?
  (z. B. Scanner, Auto-ID-Techniken, Wearables, Datenbrillen, 3D-Druck, … + BIM)
 Kerntätigkeiten im Massivbau: Mauern, Schalen, Bewehren, Betonieren
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Roboter für den Mauerwerksbau

Mauerwerkserstellung durch Hadrian X    Bild: Fastbrick Robotics

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         SAM 100 bei der Erstellung eines Verblendmauerwerks                                 5
                                    Bild: Construction Robotics

Schalen, Bewehren und Betonieren

Herstellung von Einzelfundamenten                     Eigene Aufnahme

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Digitale Systemschalung mit Augmented Reality

PERI Augmented Experience App                    Bild: PERI

                                                              Hololens 2 in der Anwendung   Bild: Microsoft

                                                                  Hololens 2 mit Bauhelm
       Augmented Reality mit Tablet Bild: PERI                    Bild: Microsoft
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Schalungsarbeiten ohne Systemschalung

Schalungsarbeiten eines Anbaus               Eigene Aufnahme

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Digital gestützte Bewehrungsverlegung u. -abnahme

Deckenbewehrungsarbeiten         Eigene Aufnahme

                                                   „Computer Vision”   Bilder: Klemt-Albert 2018

Zulagebewehrung einer Elementdecke Eig. Aufnahme
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Betoniervorgänge

Einbringen, Verdichten und Begradigen der Oberfläche von Beton   Bild: Bauen.de

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Zusammenfassung: Substituierbarkeiten
 Massivbauarbeiten sind i. d. R. keine Routine-Tätigkeiten

• Mauern            Substituierbarkeitspotenzial vorhanden, aber kaum Umsetzung
• Schalen           geringes Substituierbarkeitspotenzial
• Bewehren          geringes Substituierbarkeitspotenzial
• Betonieren        geringes Substituierbarkeitspotenzial

 Prozesse können digital unterstützt werden

 Umgang mit neuen digitalen Arbeitsmitteln erforderlich:
  z. B. auch mobile Endgeräte, RFID-Scanner, Datenbrillen, Laserscanner etc.

 damit einhergehend eine immer stärker werdende Mensch-Maschine-Interaktion

 … und eine zunehmende Informatisierung!

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Qualifikationsanforderungen infolge BIM
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                                                   z. B. Model Viewer, Dokumentationsprogramme

                                                  • Digitale Baudokumentationen
                                                   z. B. Dateneingabe in Echtzeit

                                                  • Neues Rollenverständnis
                                                   z. B. Ausführende als „BIM-Nutzer” (VDI 2552-7)

                                                  • Neue Fachsprache und Begriffe
                                                   z. B. LOD, MVD, IFC, BCF, IDM, CDE, BAP, AIA etc.

                                                  • Neues Logistik- und Prozessverständnis
Lebenszyklus eines Bauwerks                         zentrales Bauwerksinformationsmodell
Eigene Darstellung nach Borrmann et al. 2015, 4     transparentes Arbeiten

                        Anforderungen sind gewerkeübergreifend!

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Fachtagung Bau Holz Farbe, Siegen, 11. März 2019

   Digitalisierung und Automatisierung
  von Massivbauarbeiten auf Baustellen
   Substituierbarkeit von Routine-Tätigkeiten
und Qualifikationsanforderungen an Facharbeiter

                      Dipl.-Ing. Thomas Kölzer
                 Technische Universität Hamburg
        Institut für Baustoffe, Bauphysik und Bauchemie
                     thomas.koelzer@tuhh.de

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Quellenangaben (1/2)
Bauen.de (2019): https://www.bauen.de/a/die-bodenplatte-selbst-betonieren-auf-den-fundamentplan-kommt-
es-an.html (06.03.2019)

Bonin, H./ Gregory, T./ Zierahn, U. (2015) : Übertragung der Studie von Frey/Osborne (2013) auf Deutschland.
ZEW Kurzexpertise, No. 57, Zentrum für Europäische Wirtschaftsforschung (ZEW), Mannheim. Online:
https://www.bmas.de/DE/Service/Medien/Publikationen/Forschungsberichte/Forschungsberichte-
Arbeitsmarkt/forschungsbericht-fb-455.html (06.03.2019).

Borrmann, A./König, M./Koch, C./Beetz, J. (2015): Building Information Modeling. Springer Vieweg.
Wiesbaden. ISBN: 978-3-658-05605-6. DOI 10.1007/978-3-658-05606-3.

Boston Dynamics (2019): Atlas. Online: https://www.bostondynamics.com/atlas (06.03.2019).

Construction Robotics (2019): SAM 100. Online: https://www.construction-robotics.com/sam100/ (06.03.2019).

Fastbrick Robotics (2019): Hadrian X. Online: https://www.fbr.com.au/view/hadrian-x (06.03.2019).

Frey, C. B./Osborne, M. A. (2013): The Future of Employment. How Susceptible are Jobs to
Computerisation?. Oxford Martin School & University of Oxford. Online:
https://www.oxfordmartin.ox.ac.uk/downloads/academic/The_Future_of_Employment.pdf (06.03.2019).

Dengler, K./Matthes, B./Paulus, W. (2014): Berufliche Tasks auf dem deutschen Arbeitsmarkt – Eine alternative
Messung auf Basis einer Expertendatenbank (FDZ Methodenreport 12/2014).
Online: doku.iab.de/fdz/reporte/2014/MR_12-14.pdf (06.03.2019).

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Quellenangaben (2/2)
IAB (2019): Job-Futuromat. Online: www.job-futromat.iab.de (06.03.2019)

Microsoft (2019): Hololens 2. https://news.microsoft.com/microsoft-at-mwc19/photos/trimble-xr10-with-
hololens-2/ (06.03.2019)

Klemt-Albert, K./Ostermann, J./Munderloh, M./Bahlau, S. (2018): Digital gestützte Bewehrungsabnahme als
Beitrag zur Qualitätssicherung auf Baustellen. In: Bautechnik 95, H. 3. 189-197. DOI: 10.1002/bate.201700096.

PERI (2019): PERI Augmented Experience App. Online: https://www.peri.de/produkte/planungssoftware-apps-
tools/peri-app-fuer-augmented-reality-virtual-reality-mixed-reality.html (06.03.2019).

Spitz-Oener, A. (2006): Technical Change, Job Tasks, and Rising Educational Demands: Looking outside the
Wage Structure. In: Journal of Labor Economics, 2006, Vol. 24, Nr. 2 (University of Chicago) 235-270.

VDI 2552-7 (2018): Building Information Modeling – Blatt 7: Prozesse (Entwurf). (Hrsg.): Verein Deutscher
Ingenieure (Beuth Verlag)

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