Auswirkungen der Hybridbauweise auf Projektierung und Projektabwicklung

(11.11.2015) Der Begriff „Hybrid“ steht spätestens seit der Einführung des Toyota Prius im Jahr 1997 im öffentlichen Fokus. Das damalige Ziel des japanischen Unterneh­mens: ein niedriger Benzinverbrauch durch die smarte Kombination eines Benzinmotors mit zwei Elektromotoren - in Verbindung mit einer strömungsgünstigen Karosserieform. Heute sind Hybridbauweisen auch für das Bauhauptgewerbe nichts gänzlich Neues mehr. So wird etwa im Ingenieurbau bereits seit Jahren mit Stahlbetonverbundtech­nologien gearbeitet - unter anderem bei Brückenbauwerken. Auch im Hochbau ist die Hybridbauweise immer häufiger der Schlüssel zur Lösung zentaler Bauaufgaben. Denn oftmals bewältigen diese Bauweisen komplexe Herausforderungen hinsichtlich der As­pekte „Nachhaltigkeit“, „Effizienz“ und „Ablaufgeschwindigkeit der Baustelle“.

Stahl-Beton-Verbund (Quelle: archiproducts.com/de/produkte/...  vom 19.4.2015; Bild vergrößern)

Durch die gezielte Kombination unterschiedlicher Materialien lassen sich - hinsichtlich eines speziellen Anforderungsprofils - Werkstoffeigenschaften erzielen, die durch den schlichten Einsatz einzelner Werkstoffe so unerreichbar wären. Hybridbauweisen wer­den daher sowohl auf Bauteil-, als auch Materialebene betrachtet. Im Fokus steht auf Bauteilebene dabei die werkstoffgerechte Produktionstechnologie - sowohl zwi­schen verschiedenen Materialien als auch zwischen den erforderlichen Verbundbau­teilen. Dies wird unter anderem durch Kombinationen von mehreren Verfahren reali­siert. Die Perspektive, dass mindestens zwei Materialien in einem bestimmten Verfah­ren Systemeigenschaften bekommen, die einen einzelnen Werkstoff ersetzen können, vergrößert die Möglichkeit aus Sicht von Architekten und Statikern, sich auch von Reinsystemen nicht mehr abhängig machen zu müssen.

Insbesondere den gängigen am Bau verwendeten Materialien für Primär- und Sekun­därkonstruktionen wie Holz, Beton, Stahl und Aluminium - in den unterschiedlichen Qualitätsstufen - kommt in diesem Kontext eine besondere Bedeutung zu. Denn mit diesen vier Materialien können unterschiedliche Bauteilpaarungen entstehen und in der Folge individuelle, moderne Systeme entwickelt, konstruiert und gefertigt wer­den. Dabei ist es von Vorteil, wenn besagte Systeme nicht auf der Baustelle, son­dern in der stationären Fertigung produziert werden.

Es gibt bereits einige erprobte Ansätze von Hybridbauweisen mit serieller Vorferti­gung - zum Beispiel der Life Cycle Tower (LCT One) im österreichischen Dornbirn (siehe Beitrag „Erster LifeCycle Tower wird als LCT ONE Realität“ vom 15.8.2011) oder das Objekt H7 im westfälischen Münster, welches sich aktuell in der Umset­zungsphase befindet.

Folgende hybride Fertigteilsysteme werden bereits heute seriell produziert:

• Stahl-Beton-Verbund,
• Holz-Beton-Verbund,
• Holz-Stahl-Verbund und
• Holz-Alu-Verbund.

Eine Hybridbauweise unterscheidet sich im direkten Vergleich zu konventionellen Bau­weisen dadurch, dass sich mit ihr Prozesse und bekannte Bauverfahren verändern. Zudem müssen diese neuen Systeme in der Lage sein, in den Herstellkosten eines Bauvorhabens vergleichbar zu bekannten, konventionellen Bauverfahren zu sein.

Der Einsatz hybrider Fertigteile kann in diesem Zusammenhang ganz flexibel gestal­tet werden. Ein Bauvorhaben, das die Anwendung von Hybridbauweisen erforderlich macht, müsste idealerweise folgende Ausgangsparameter vorweisen:

• Bauort: innerstädtisch, Nachverdichtung, (Gewerbegebiet – steht in Abhängig­keit zur Masse)
• Bauart: Neubau, Bauen im Bestand, Sanierung
• Konstruktionen: Primärkonstruktion und/oder Sekundärkonstruktionen, Fassa­denkonstruktionen
• Gründung: kostenintensiv bei konventioneller Bauweise
• Baustellenumgebung: eng
• Baustellenabwicklungszeit: kurz
• Aspekte des Auftraggebers: nachhaltig, emissionsfrei (Staub, Lärm)

Einfluss auf Prozesse, Effizienz und Nachhaltigkeit

Die Projektierung von Hybridbauweisen macht es erforderlich, sich mit den Hauptpro­zessen entlang der Prozesskette sowohl auf Seiten des Kunden als auch auf Seiten des ausführenden Unternehmens auseinanderzusetzen. Dabei kommt den Übergängen vom Kundenprozess zum Prozess beim ausführenden Unternehmen eine besondere Be­deutung zu. Insbesondere die integrale Betrachtung der Eigenleistungen und Fremd­leistungen (design-prefabrication-realization) (rote Umrandung in der folgenden Grafik) ist daher für die intelligente Hybridbauweise elementar:

Integration bedeutet immer auch das „Wir-Gefühl“ zu stärken. Innerhalb des Eigen­leistungs-Clusters tragen integrierende Ansätze zur effizienten Projektentstehung und -abwicklung daher maßgeblich sowohl zur Veränderung der Unternehmens- als auch der Baukultur bei. Bedeutende Punkte des integralen Ansatzes, die sich nicht selten auch von konventionellen Herangehensweisen, die in der Projektierung und Projektab­wicklung von Bauvorhaben bis heute gängig sind, ablösen sind:

• Building Information Modeling
• Integrale Produktion
• Modellorientierte Logistik
• Nachhaltigkeit

Building Information Modeling (BIM)

Insbesondere im Zusammenhang mit intelligenten Hybridbauweisen wird die BIM-Me­thode heute bereits sehr umfassend angewendet. Sie bezieht sich in diesem Kontext nicht nur auf die physikalischen und funktionalen Eigenschaften eines Gebäudes, die mittels eines Modells verwaltet werden. Vielmehr ist das effiziente Handling von mög­lichst allen projektrelevanten das erklärte BIM-Ziel. Dazu gehören beispielsweise auch die Verweise auf Ressourcen, Prozesse, schriftliche Dokumentationen, Kontakte, Plan­dokumentationen sowie auf weitere Informationen, die zum Projekterfolg beitragen und mit anderen Werkzeugen gebündelt werden.

Durch die stationäre Vorfertigung von Hybrid-Systemen sind produktionsnahe Unter­nehmen bereits seit Jahren in der Lage, eine wichtige Voraussetzung für erfolgrei­ches BIM in der Praxis umzusetzen: modellorientiertes Arbeiten. Es hat den wesent­lichen Nutzen, Informationen zwischen den einzelnen Teilprozessen und Aufgabenge­bieten wiederzuverwenden und somit Synergieeffekte zur Standardisierung effizient zu nutzen. Für die Hybridbauweise bedeutet dies: Durch die Anwendung von BIM mit den Eigenschaften von Materialien und Bauweisen können ganze Bauteile und Syste­me zu einem Produkt in einem einzigen Datenmodell aufgebaut werden. Die hybride Bauweise trägt daher maßgeblich dazu bei, die grundsätzlichen Philosophien des BIM - wie Transparenz, Effizienz und Sicherheit - erfolgreich in die Praxis umzusetzen (sie­he auch BIM-Magazin auf Baulinks).

Integrale Produktion

Die integrale Produktion begleitet das Bauvorhaben von der Projektidee bis zum ferti­gen Produkt. Entlang des integralen Produktionsansatzes liegen die Prozesse „Entwi­ckeln“, „Konstruieren“, „Produzieren“ und „Montieren“ in einer Hand. Ein Maximum an Effizienz erlangt dieses System, wenn die Produktion hybrider Elemente an einem zen­tralen Standort erfolgt.

Für die Hybridbauweise bedeutet eine integrale Produktion erhebliche Vorteile, um auch eine anspruchsvolle, individuelle Architektur zu realisieren. Eine solche Produktion lässt gerade in der Konzeptionsphase neuer Produkte den Prototypenbau zu. Von einer Null-Serien- bis zur Serien-Produktion werden verschiedene Varianten wertanalytisch betrachtet. Sie geben bereits frühzeitig wertvolle Informationen darüber, welche Ma­terialien und Verfahren bei Bedarf zu optimieren sind.

Modellorientierte Logistik

Das Arbeiten im BIM-Verfahren sowie die integrale Produktion sind die Grundpfeiler einer bauteilbezogenen Termin- und Statusplanung. Auf Basis der physikalischen und funktionalen Eigenschaften des Gebäudemodells werden pro Bauteil oder Bauteilgrup­pe ein angepasster Status und ein Endtermin gepflegt. Dadurch bekommt das gesam­te Gebäudemodell sowohl einen visualisierten als auch berechneten Teil- und Gesamt­status - zu vergleichen mit dem Sendestatus eines Paketversenders.

Unter dem Gesichtspunkt der modellorientierten Logistiksteuerung trägt dieses Verfah­ren maßgeblich dazu bei, die Wege und Prozesse auf dem Weg zur Baustelle sowie das Arbeiten später vor Ort effizienter zu gestalten. Insbesondere bei hybriden Fertigteilen ist der Umgang mit transparenten und schnell verfügbaren Termininformationen ein nachhaltiges und effizientes Vorgehen.

Nachhaltigkeit

Die Hybridbauweise hat einen gesteigerten Anspruch an eine hohe Qualität von der Planung bis zur Ausführung. Die integralen Ansätze für eine Null-Fehler-Toleranz tra­gen dazu bei, verstärkt Nachhaltigkeitsaspekte in die Realität umzusetzen. Letztere treffen für intelligente Hybridbauweisen wie folgt zu:

• Die Verschiedenartigkeit von Material- und Bauteilpaarungen trägt dazu bei, ressourcenschonender mit einzelnen Rohstoffen umzugehen.
• Mit Hilfe der integralen Produktion an einem zentralen Standort können entste­hende Abfälle – zum Beispiel aus der Holzverarbeitung und Systemproduktion – zur Energieerzeugung wiederverwendet werden. Abfälle werden so einem alter­nativen Kreislauf zugeführt.
• Die serielle Vorfertigung von qualitativ hochwertigen, aber kosteneffektiven Bauteilen und Tragwerken zu hybriden Fertigteilen, beeinflusst auch Transport- und Baustellenabläufe in erheblichen Maß. Denn die wasser-, staub- und emis­sionsreduzierte Bauweise senkt den gesamten Energieeinsatz für ein Bauvorha­ben signifikant.
• Der Baustoff Holz aus einer nachhaltig betriebenen Waldwirtschaft trägt als natürlicher Klimaschützer dazu bei, CO₂-Belastungen zu begrenzen: So würde - nach aktuellen Berechnungsstandards der CO₂-Bank - bei der Realisierung eines achtgeschossigen Bürogebäude in Hybridbauweise (nach aktueller Landesbau­ordnung Nordrhein-Westfalens) allein die Verwendung des Baustoffes Holz eine CO₂-Einsparung von 264 Tonnen bewirken.

Veränderungen durch hybride Bauweisen

Der integrale Ansatz, den intelligente Hybridbauweisen einfordern, trägt dazu bei, dass sich Baukulturen und Unternehmensphilosophien einem erheblichen Veränderungspro­zess stellen müssen. Kunden- und Nutzerbedürfnisse wie ...

• transparente Wirtschaftlichkeit,
• individuelles Nutzerverhalten,
• Wohlbefinden durch natürliches Raumklima sowie
• nachhaltige Lebenszyklen

... verändern Gebäudewelten in besonderem Maße: Immobilienprodukte müssen sich zukünftig zu individuellen Produktlösungen mit System und hoher Anpassungsfähigkeit entwickeln. Nicht zuletzt sind intelligente Gebäude im sozialen und kulturellen Denken und Handeln Kommunikations-Mittelpunkt. Sie müssen daher verstärkt den Menschen und seine Wertvorstellungen im Fokus haben. Intelligente Hybridbauweisen stehen be­reits gegenwärtig für Beständigkeit. Es handelt sich bei ihnen um eine ausgereifte und zuverlässige Produktions- und Bautechnologie, die genügend Spielraum für Verände­rung und Fortschritt bietet. In diesem teils emotionalen Wechselspiel muss die Faszi­nation Hybridbauweise nachhaltig auch in Zukunft weitergeführt werden.

Weitere Informationen zu Gebäuden in Hybridbauweise können per E-Mail an Brüninghoff angefordert werden.