Die Produktivität und Materialeffizienz im Baugewerbe sind im Vergleich zu anderen Industriezweigen vergleichsweise niedrig, hinzu kommt ein zunehmender Handwerkermangel in der Branche. Um diesen Problemen gegenzusteuern, ist ein verstärkter Automatisierungsprozess in Planung und Bau zwingend erforderlich. Eine grundlegende Basis hierfür sind wiederholbare Prozesse in Planung und Produktion, die jedoch häufig zu monotonen Konstruktionen führen, wie sie in den 1970er Jahren weit verbreitet waren. Im Gegensatz zu dieser Monotonie steht die heutige hochwertige Baukultur, die durch hohe Individualität charakterisiert ist, was wiederum im Gegensatz zur Automatisierung zu stehen scheint. Um eine solide Grundlage für die Entwicklung modularer Bausysteme zu schaffen, die automatisch optimiert und hergestellt werden können, ist die Evaluierung der Bedürfnisse und Anforderungen hinsichtlich der gewünschten Individualität ausschlaggebend. Am Institut werden hierfür die Grundlagen für ein besseres Verständnis dieser Thematik erforscht. Darüber hinaus werden automatisierte Entwurfs- und Optimierungsstrategien für Betonbauteile wie Balken und Deckenelemente entwickelt, wobei besonderes Augenmerk auf die Vereinfachung und Verallgemeinerung dieser Strategien gelegt wird, um eine tatsächliche Effizienzsteigerung zu erreichen. Ziel ist es, der Bauindustrie modulare, anpassbare und ressourcenschonende Strukturelemente bereitzustellen, die automatisch entworfen und in automatisierten Prozessen hergestellt werden können. Parallel dazu erfolgt die Erforschung der möglichen Automatisierung von Fertigungsprozessen. Während aktuelle automatisierte Verfahren, wie sie in der Fertigteilindustrie beispielsweise bei der Doppelwandproduktion eingesetzt werden, nur eingeschränkte Flexibilität bieten, soll durch den Einsatz multipler 6-achsiger Industrieroboter eine erhebliche Steigerung der Produktivität erreicht werden. Automatisierte Schalungssysteme für statisch optimierte Decken- und Unterzugskonstruktionen sowie Strategien für einen einfachen und letztlich automatischen Geometriewechsel stehen hier im Zentrum.

AutomConcrete I

Im ersten Projekt AutomConcrete I lag der Fokus auf der Entwicklung grundlegender Methoden und Technologien für das automatisierte Bauen mit Beton. Dazu zählten erste Konzepte für automatisierte Schalungssysteme, die Entwicklung von Materialmodellen und digitale Strategien zur strukturoptimierten Gestaltung von Bauteilen. In Laborumgebungen wurden Prototypen getestet und die Machbarkeit des robotergestützten Bauens aufgezeigt.

AutomConcrete II

Das Folgeprojekt AutomConcrete II baut auf diesen Ergebnissen auf und überträgt die entwickelten Ansätze in praxisnähere Anwendungsbereiche. Während in der ersten Projektphase vor allem Grundlagen erarbeitet wurden, richtet sich der Blick nun auf das Hochskalieren der Modelle und den Nachweis ihrer Anwendbarkeit an Bauteilen im Realmaßstab. 

Ein Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung der Platziergenauigkeit der Schalungssysteme, die im experimentellen Maßstab überprüft wird. Ergänzend dazu werden 3D Laserscanning Technologien eingesetzt, um eine präzise Vermessung und damit eine durchgehende Qualitätskontrolle der Bauteile zu gewährleisten. Parallel dazu entsteht eine digitale Simulationsumgebung, in der verschiedene Prototypen, Robotik Szenarien und Platzierungsstrategien getestet werden. Ziel ist es, die Effizienz bei der Positionierung von Schalungen weiter zu steigern, bevor diese in realen Versuchen umgesetzt werden. 

Darüber hinaus werden strukturoptimierte Träger modelliert und hergestellt. In begleitenden Versuchen wird das im Projekt entwickelte Materialmodell überprüft und validiert, um den Transfer der theoretischen Ansätze in die Praxis sicherzustellen. Durch die Einführung einfacher, wiederholbarer Hohlräume, die von bekannten Fachwerkkonfigurationen inspiriert sind, in die Stahlbetonträger können bis zu 20 % Beton eingespart und entsprechende CO₂-Emissionen reduziert werden – ohne auf kostenintensive Hochleistungsmaterialien angewiesen zu sein.

Mit AutomConcrete II soll damit ein entscheidender Schritt in Richtung eines integrierten robotergestützten Bauprozesses erfolgen, der nicht nur Effizienz und Präzision steigert, sondern auch die Qualität und Variabilität im modernen Betonbau gewährleistet.

Projektpartner:

  • Holcim AG
  • Umdasch Group Ventures GmbH
  • Kirchdorfer Industries GmbH

 

Kontaktpersonen:

Univ.Prof. Dipl.-Ing.Dr.techn. B.Sc. Benjamin Kromoser
Univ.Prof. Dipl.-Ing.Dr.techn. B.Sc. Benjamin Kromoser
Dipl.-Ing.Dr.techn. Sara Reichenbach
Dipl.-Ing.Dr.techn. Sara Reichenbach
Dipl.-Ing. B.Sc. Peter Gappmaier
Dipl.-Ing. B.Sc. Peter Gappmaier
M.Sc. Iyad Ahmed
M.Sc. Iyad Ahmed
Dipl.-Ing.Dr.nat.techn. Mathias Hammerl
Dipl.-Ing.Dr.nat.techn. Mathias Hammerl

News:

Einblicke ins AutomConcrete Projekt

AUTOMCONCRETE II: Industrie 4.0

Ressourceneffiziente Stahlbetonträger

Experimentelle Untersuchungen zur Erforschung neuer Möglichkeiten zur Optimierung von Stahlbetonträgern.

AUTOMCONCRETE II: Von der digitalen Planung zum realen Bauteil

Fib Symposium in Neuseeland

AUTOMCONCRETE II: Forschung zur automatisierten Betonfertigung

Digital Concrete Konferenz

Publikationen: