Bau- und Planungsprozesse
Automatisiert, vereinfacht, vernetzt: Prozesse neu denken
Forschung für Produktivitätszuwachs
Die Bauwirtschaft verzeichnet seit Jahrzehnten kaum Produktivitätszuwächse – während der Fachkräftemangel sich demografisch bedingt weiter verschärft. Zugleich hemmen komplexe Regelwerke, fragmentierte Planungsprozesse und eine konfrontative Vertragskultur die Leistungsfähigkeit der Branche. Die Forschung setzt hier an: Mit robotergestützter Fertigung und automatisierten Baustellenprozessen einerseits, mit neuen Kooperationsmodellen, digitalen Prozessketten und vereinfachten Regelwerken andererseits.
Lights-Off On-Site Timber Construction
Robotergestützte On-Site-Fügung für großformatige Holztragwerke
Das Projekt entwickelt ein System zur autonomen Montage von Holzelementen auf der Baustelle – mittels Roboter-Teams, die unabhängig von Arbeitszeiten jede trockene Stunde nutzen können.
„Die Rasterlogik im Holzbau ist kein gestalterisches Ideal, sondern das Resultat industrieller Fertigungs- und Transportprozesse. Neue Technologien und digitale Ansätze auf der Baustelle eröffnen nun die Chance, diese strukturelle Begrenzung zu überwinden.“
Herausforderung
Der Holzbau gilt als zentraler Baustein einer klimagerechten Bauweise. In der Praxis ist er jedoch weiterhin stark durch industrielle Vorfertigung und deren Randbedingungen geprägt. Bauteilabmessungen, Transportlogik und modulare Raster setzen dem Entwurf enge Grenzen. Insbesondere bei großen Spannweiten oder komplexen Geometrien stößt das System an seine Grenzen. Die Baustelle selbst bleibt dabei überwiegend ein Ort manueller Montage. Präzision und Wiederholbarkeit, wie sie aus industriellen Prozessen bekannt sind, lassen sich nur bedingt erreichen.
Fragestellung und Ansatz
Das Forschungsprojekt Lights-Off On-Site Timber Construction setzt genau an dieser Schnittstelle an. Untersucht wird, wie sich Fertigungslogiken aus der Industrie nicht nur vorbereitend, sondern unmittelbar im Baustellenprozess einsetzen lassen. Kern des Projekts ist ein robotergestütztes System, das Holzelemente vor Ort positioniert, fügt und verklebt. Digitale Planungsmodelle dienen dabei nicht nur der Vorabkoordination, sondern steuern den Bauprozess in Echtzeit. Ziel ist es, die Abhängigkeit von modularen Vorfertigungskonzepten zu reduzieren und den konstruktiven Handlungsspielraum im Holzbau zu erweitern.
Ergebnisse und Bedeutung für die Bauwende
Die bisherigen Untersuchungen zeigen, dass sich durch den On-Site-Fügungsprozess großformatige, nahezu monolithische Holztragwerke realisieren lassen. Spannweiten können erhöht werden, ohne den Materialeinsatz unverhältnismäßig zu steigern. Gleichzeitig sinkt der Aufwand für Transport und Montage. Damit eröffnet das Projekt neue Perspektiven für eine Bauproduktion, die stärker automatisiert und zugleich ressourcenschonend organisiert ist.
Nils Opgenorth
Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Universität Stuttgart, Institute for Computational Design and Construction
Was funktioniert im heutigen Holzbau aus Ihrer Sicht nicht mehr ausreichend – und warum braucht es dafür neue Forschungsansätze?
Der heutige Holzbau erreicht zwar einen sehr hohen Grad an digital gestützter Vorfertigung, stößt jedoch auf der Baustelle an klare Grenzen. Während die Vorfertigung stark digitalisiert ist, erfolgen Montage, Fügung und Toleranzausgleich vor Ort größtenteils manuell. Dieser digitale Bruch führt zu begrenzter Produktivität, eingeschränkter Prozesssicherheit und einer starken Abhängigkeit von spezialisiertem Fachpersonal. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an Geschwindigkeit, Präzision und Zuverlässigkeit. Neue Forschungsansätze sind notwendig, um diese Lücke zwischen digitaler Vorfertigung und analoger Baustellenpraxis zu schließen. Ziel ist es, digitale Prozesse und Automatisierung konsequent auf die Baustelle zu übertragen und so durchgängige, integrierte Bau- und Fertigungssysteme zu ermöglichen.
Was bedeutet „On-Site-Fertigung“ konkret – und worin liegt der Unterschied zur heute üblichen Vorfertigung von Holzbauteilen? Wo liegen die Hürden?
On-Site-Fertigung bedeutet in diesem Projekt nicht die Verlagerung der gesamten Produktion auf die Baustelle, sondern die gezielte Erweiterung der Montagephase durch automatisierte, robotische Prozesse. Ausgangspunkt ist die bestehende industrielle Prozesskette der Holzvorfertigung. Das System soll vollständig innerhalb dieses Rahmens funktionieren und keine zusätzlichen oder disruptiven Produktionsschritte erfordern. Konkret bedeutet dies, gezielte, minimal invasive Bearbeitungsschritte, wie zusätzliche Bohrungen oder Fräsungen, in die Vorfertigung zu integrieren, um eine automatisierte Montage und Fügung auf der Baustelle zu ermöglichen. Zentrale Hürden liegen in den variablen Baustellenbedingungen, im Umgang mit Maßtoleranzen sowie in der Entwicklung robuster und zugleich einfach einsetzbarer Automatisierungslösungen für den Baustelleneinsatz.
Warum spielt das Kleben von Holzelementen auf der Baustelle eine so zentrale Rolle für das Projekt?
Ein wesentlicher Grund ist, dass der heutige Holzbau stark von regelmäßigen Tragwerksrastern geprägt ist. Komplexere Bauanforderungen wie Decken mit mehreren Spannrichtungen oder variablen Stützanordnungen lassen sich nur eingeschränkt umsetzen und werden deshalb häufig mit Stahlbetondecken realisiert. Klebeverbindungen ermöglichen hochleistungsfähige, flächige Kraftübertragungen direkt auf der Baustelle. Dadurch können Holzbauteile zu strukturell wirksamen, durchgängigen Deckensystemen gefügt werden, die größere Spannweiten und punktgestützte Systeme mit geringer Konstruktionshöhe erlauben. Das Kleben ist damit eine zentrale Voraussetzung, um Holz in Bauanforderungen konkurrenzfähig zu machen, die bislang überwiegend dem Stahlbeton vorbehalten waren.
Welche neuen architektonischen oder konstruktiven Möglichkeiten ergeben sich, wenn Holzbauteile nicht mehr streng modular gedacht werden müssen?
Wenn Holzbauteile nicht mehr strikt rastergebunden gedacht werden müssen, entsteht deutlich mehr Flexibilität auf Ebene des Bausystems. Größere Spannweiten und flache, bidirektional tragende Decken ermöglichen offenere Grundrisse, eine reduzierte Anzahl von Stützen und damit eine hohe Nutzungsflexibilität. Dies erleichtert Mischnutzungen und spätere Anpassungen über den Lebenszyklus eines Gebäudes hinweg. Gleichzeitig können komplexe Grundstücksgeometrien besser ausgenutzt werden, was insbesondere für Nachverdichtung und das Bauen im innerstädtischen Bestand von zentraler Bedeutung ist.
