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[ Das Morgen im Heute ]

Digitalisierung in der Fensterbranche

Chancen, die sich im Fensterbau durch digitale Prozesse, Produkte, Prüfungen und Services ergeben.

Von Jörn Lass und Jürgen Benitz-Wildenburg

Die Digitalisierung verändert die gesamte Wertschöpfungskette der Fenster-, Türen- und Fassadenbranche. Dies reicht vom Vertrieb mit online-basierten Verkaufsräumen, Konfigurationstools und Verkaufsplattformen über Planung bis zu Aftersales-Angeboten und Wartung auf Basis digitaler Produktinformationen. Natürlich sind Fenster und Türen mit Sensoren und Aktoren Teil der Digitalisierung. Insbesondere der Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) bei der Verarbeitung von Nutzungs- und Kundendaten, die Sprachsteuerung, 3D-Drucker, Alltagsgegenstände mit Sensoren und Internetanbindung (IOT) sowie Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) werden zu erheblichen Änderungen führen. Erfolgreiche Online-Geschäftsmodelle zeigen, dass Kosteneinsparungen durch vereinfachte Prozesse einen hohen Mehrwert bringen, wie das kleine Beispiel der digitalen Fahrtenschreiber zeigt. Neue Technologien mit Mehrwert werden sich schnell verbreiten und zu disruptiven Veränderungen führen.

Ein Blick in die Zukunft des Fensterbaus.
Fenster, Fassaden und Bauelemente werden in Zukunft transparenter, adaptiv und digital sein und in virtuellen Verkaufsräumen konfiguriert und mit BIM-Systemen geplant. (Bild Siemens AG)

Auch wenn die Fensterbranche kein „Silicon Valley“ ist, gibt es doch vielversprechende digitale Dienstleistungen und Produkte – frei nach dem Motto: „Wo ein Problem ist, gibt es Chancen für neue und bessere Lösungen“, die sich in folgenden Bereichen zeigen:

  • Virtuelle Verkaufsräume mit Augmented (AR) und Virtual (VR) Reality sowie Produkt-Konfiguratoren,
  • CAD und digitale Planungs-, Berechnungs- und Simulationstools,
  • Building Integrated Modeling (BIM) und Computer Aided Facility Management (CAFM)
  • Fensterbausoftware mit durchgängigem Datenmanagement für eine effizientere Organisation aller Bereiche – von der Planung, Fertigung, Logistik, Dokumentenmanagement und Werkseigene Produktionskontrolle (WPK),
  • 3D-Drucker zur Produktion von Losgröße 1 und Kleinserien für Bauteile aus Kunststoff, Holz, Metall oder Glas,
  • Robotik und CNC-Produktion mit autonomer Steuerung und direkter Anbindung an Online-Shops,
  • Online-Tools zur Berechnung und Auslegung von Wärme-/Schallschutz, Statik, CO2-Footprint, Tageslichtnutzung, solare Gewinne, Lüftung etc.,
  • Fenster, Türen, Tore, Fassaden, Glas, Sonnenschutz mit intelligenten Funktionen und Steuerungen (Smart Home),
  • Technologien für Wartung und Instandhaltung (RFID, Transponder, Sensoren, IOT) auf Basis von Nutzungsdaten (Kräfte, Häufigkeit, Wartung, Ersatzteile etc.),
  • Instruktion und Schulung von Mitarbeitern in Produktion, Montage oder Labor per Life-Stream und Datenbrille (AR und VR).

Durch Online-Verkaufsmöglichkeiten können kompetente, innovative und flexible Unternehmen ihren Vertriebsradius enorm erweitern. Wer etwas Besonderes kann und diese Kompetenz über Suchmaschinenoptimierung (SEO) im Internet präsentiert, kann weltweit Kunden gewinnen. Davon können Handwerksbetriebe profitieren, die die Fähigkeit haben, komplexe Probleme zu lösen – das lässt sich nicht kopieren. Im Fensterbereich könnten dies beispielsweise Fenster und Bauelemente mit einer Kombination aus Design und anspruchsvollen Funktionen wie hoher Wärme-, Schall- und Einbruchsschutz sein.

Bremsklötze der Digitalisierung

Der Einstieg in digitale Technologien ist kein Problem der Kosten, sondern der knappen Zeit der Führungskräfte und Unternehmer. Hier ist ein Umdenken notwendig, und die Konsequenzen der Digitalisierung müssen zunächst von der Geschäftsleitung bewertet werden, bevor Aufgaben an Dienstleister oder Mitarbeiter übertragen werden können. Unternehmen müssen Netzwerke bilden, enger mit Hochschulen, Instituten, Verbänden und Softwarehäusern zusammenarbeiten.

Die umfängliche Nutzung digitaler Technologien wird jedoch durch folgende Problembereiche gebremst:

  • schlechte Netzanbindung mit zu geringer Übertragungsbreite,
  • die Tradition des seriellen Bauens mit schrittweiser Ausschreibung,
  • die Zersplitterung des Bauens mit vielen Beteiligten und Schnittstellen,
  • eine Ausführungsplanung, die mit dem Baufortschritt läuft sowie
  • die teilweise schlechte digitale Ausstattung vieler Kommunen und Behörden, aber von Planungsbüros und Handwerksbetrieben.

Der Studie „Das Handwerk wird Digital“ der Friedrich-Ebert-Stiftung aus 2019 werden sich die Betriebe in mittelständischen und handwerklichen Strukturen folgendermaßen aufteilen:

  • 10 Prozent der Betriebe werden Vorreiter in Sachen digitaler Kompetenzentwicklung und betrieblicher Anwendung sein („Early Innovator“),
  • 40 Prozent der wirtschaftlich gesunden Firmen werden vermutlich rechtzeitig, aber dennoch als Nachzügler, erfolgreich auf den Trend der Digitalisierung aufspringen,
  • 50 Prozent der Betriebe werden lange Zeit eine Verweigerungshaltung einnehmen, bis sie nicht mehr wettbewerbsfähig sind oder durch die Marktentwicklungen „zwangsdigitalisiert“ werden.

 

Digitalisierung im Handwerk
Die stärksten Hemmnisse für Digitalisierung im Handwerk (Quelle: Das Handwerk wird digital)

Digitalisierung bei Bau und Ausbau

Der Bau- und Ausbaubereich ist durch eine individuelle Gestaltung geprägt, so dass es viele Schnittstellen, Informationsbrüche und arbeitsintensive Prozesse gibt. Die Effizienzpotenziale der Digitalisierung bei Arbeitsorganisation, Materiallogistik und der Montage werden auf 30 bis 50 Prozent geschätzt. Viele digitale Dienstleistungen zielen daher auf die Automatisierung der Schnittstellen und des Informationsflusses. Die Fensterbranche ist hier ganz gut aufgestellt, weil leistungsfähige Softwareprogramme verfügbar sind. Mit Funktionen, vordefinierten Branchenstandards und normativen Vorgaben für Kunden- und Objektmanagement, Fertigungsplanung und -steuerung, Materialwirtschaft, Versandlogistik, Montageplanung, webbasierter Händlersoftware und mobilen Lösungen lassen sich alle Prozesse im Fensterbau effizient bearbeiten.

Damit ist eine durchgängige Digitalisierung aller betrieblichen Prozesse möglich – vom Angebot bis zur Abnahme der fertig montierten Produkte. Die vollständige digitale Dokumentation aller Arbeitsschritte schafft jederzeit eine Transparenz über Kosten, Auslastung oder den Liefertermin. Workflows bieten eine automatisierte Optimierung von Materialeinsatz, Logistik und der Auslastung von Maschinen und Personal. Diese „End-to-End-Digitalisierung“ bringt Prozess-Sicherheit in allen Bereichen.

Fortschritt durch Cloud-Lösungen

Gebäude und damit auch Fenster, Fassaden und Bauelemente werden in Deutschland und Westeuropa seit der flächendeckenden Verbreitung von PC-Programmen Ende der 1980er mit CAD-Programmen geplant – egal ob von Architekten, Ingenieuren, Technikern, Meistern oder Konstrukteuren. Cloud-Lösungen ermöglichen nun ein übergreifendes, ortsunabhängiges Arbeiten und erleichtern die Arbeit immer stärker durch die Verwendung von Bauteil-Datenbanken (BIM etc.).

Augmented Reality im Fensterbau
Fensterbauprogramme enthalten oft schon leistungsfähige CAD-Module für Planung, Konstrktion und Visualisierungen für Augmented Reality. (Bild: Klaes)

Moderne Fensterbauprogramme enthalten CAD-Funktionen und ermöglichen eine durchgängige Nutzung der Konstruktionsdaten ohne Schnittstellen und Informationslücken. Mit 3D-Planungstools können geometrisch anspruchsvolle Fenster- und/oder Fassadengeometrien konstruiert und gefertigt werden. Es können sowohl Standard-Profilsysteme als auch individuelle Konstruktionsdetails genutzt werden, die dann in allen Projekten immer wieder einsetzbar sind und sich der jeweiligen Bauaufgabe automatisch anpassen. Die Software kann 3D-Ansichten für die Präsentation bei Bauherren und Planern (Augmented Reality) generieren sowie Fertigungsdaten mit Glas- und Profillisten sowie Zuschnittdaten erstellen, die direkt an eine CNC-Maschine übergeben werden können.

Vorteile durch BIM

Die Gestaltung und Planung von Gebäuden erfolgen zwar schon seit über 25 Jahren mittels CAD-Programmen. Aber bisher wurden zu Planungsbeginn die detaillierten Daten von Baustoffen und Bauelementen nicht berücksichtigt, so dass viele Anpassungen und Änderungen in der Werkplanung notwendig waren. Durch digitale Daten, bessere IT-Systeme und cloudbasierte Datenspeicher ist dies nun möglich. Damit lassen sich die Kosten erheblich reduzieren, weil Abweichung von Standardmaßen mit erhöhtem Verschnitt nun vermieden werden können. BIM bietet ein Datenmodell, das bestehende CAD-Systeme ideal ergänzt. Die CAD-Daten können durch umfangreiche Informationen zu Baustoffen und Bauelementen ergänzt werden, beispielsweise Form, Farbe, mögliche Abmessungen, technische Funktion u.v.m. Dies bringt Bauherren, Generalunternehmern, Bauteilherstellern und Planern wichtige Vorteile

  • besserer Informationsfluss, weil Schnittstellen besser funktionieren oder entfallen,
  • alle Beteiligten können jederzeit zentral auf aktuelle Daten zugreifen („Single source of truth“),
  • schnelle Anpassung der bestehenden Planung und zeitgleiche Information aller Projektbeteiligten,
  • definierte Arbeitsabläufe mit Potenzial zur laufenden Optimierung sowie schnellere Entscheidungsprozesse,
  • mehr Transparenz über alle Abläufe, Zeit- und Mengenplanung und damit über die Projektkosten,
  • weniger Fehler, weil im 3D-Planungsprozess geometrische und funktionale Konflikte viel früher auffallen (Kollisionsmanagement),
  • höherer Detaillierungsgrad in einer frühen Planungsphase optimiert den Planungsprozess und minimiert das Risiko (keine Detailplanung mehr auf der Baustelle),
  • bei Aktualisierung der Daten bis zur Abnahme stehen alle Informationen für eine effiziente und nachhaltige Bewirtschaftung des Gebäudes zur Verfügung.

Insbesondere bei technisch anspruchsvollen Bauwerken (Kliniken, Verwaltungs- und Fertigungsgebäuden etc.) bieten BIM-Modelle erhebliche Vorteile. Die Summe der Vorteile wird dazu führen, dass zukünftig immer stärker eine BIM-Planung gefordert wird. In Skandinavien ist dies jetzt schon Standard und Deutschland will BIM 2021 für Baumaßnahmen der öffentlichen Hand einsetzen. Damit ändert sich die Ausschreibungspraxis und Hersteller müssen digitale Daten in vorgegebenen Formaten (openBIM-Austauschformat IFC) [7][6] liefern, damit die Daten vom Planer gelesen, verstanden und bearbeitet werden können.

Neben der Prozessoptimierung ist aber die einfache Visualisierung durch die Integration von BIM-Objekten in CAD-Zeichnungen ein wichtiges Anwendungsfeld. So wird aus einem „nackten“ Gebäudemodell ein virtuelles Haus mit konkreten Produkten. Dies funktioniert aber nur, wenn Architekten mit ihren gewohnten CAD-Programmen arbeiten können und die Benutzeroberfläche einfach zu bedienen ist. Deshalb bevorzugen Architekten Plattformen, in denen verschiedene BIM-Objekte zu finden sind, die per Mausklick in die eigene CAD-Software übernommen werden können. Das zeigt der BIM-Monitor 2019 von BauInfoConsult (siehe Quellen und Informationen).

Hersteller, die keine oder nicht-kompatible BIM-Objekte zur Verfügung stellen, verlieren deshalb bereits zu Beginn des Planungsprozesses diesen Vertriebsweg. Eine Positionierung der BIM-Objekte im Downloadbereich der Firmen-Webseite ist deshalb nicht die beste Lösung.

BIM kann ebenso ideale Daten für die anschließende Bewirtschaftung liefern. Daher sollten beim Aufsetzen eines BIM-Modells Daten erfasst werden, die für die Gebäudenutzung notwendig sind. Dies umfasst Informationen zu Reinigung, Instandhaltung und Wartung, Raumverwaltung, Umzügen, Möblierungen sowie arbeitsplatzbezogene Dienstleistungen. Eine Schnittstelle zu CAFM-Programmen (Computer Aided Facility Management) ist hierfür notwendig.

Produktpass für Nachhaltigkeit

Der Bau- und Immobilienbereich verbraucht große Mengen an Energie und Rohstoffen für die Herstellung (graue Energie) und Nutzung von Gebäuden. Bei der Novellierung der Bauproduktenverordnung (BauPVO) wurde folgerichtig als siebte „wesentliche Anforderung (essential requirement)“ die „Nachhaltige Nutzung der natürlichen Ressourcen“ aufgenommen. „[…] Das Bauwerk, seine Baustoffe und Teile müssen nach dem Abriss recycelt werden können“ […] Für das Bauwerk müssen umweltfreundliche Rohstoffe und Sekundärbaustoffe verwendet werden.“ Die Verordnung sieht vor, eine Bewertung durch eine EPD (Umweltproduktdeklaration) vorzunehmen. Gleichzeitig nimmt die Bedeutung von Zertifizierungssystemen für nachhaltiges Bauen (LEED, BREEAM sowie BNB, DGNB) immer weiter zu. Deshalb sind Hersteller von Bauelementen gut beraten die notwendigen Daten und Produktinformationen zu ermitteln und an den Gebäudenutzer zu übergeben, der diese Daten für die Nutzungszeit, Umbauten oder den Rückbau braucht. Auch hier ist eine effiziente Datenaufbereitung der notwendigen Informationen sinnvoll

Damit Planer, Bauherren und Investoren nachhaltigkeitsrelevante Kriterien einfacher bewerten können, hat das ift Rosenheim den Nachhaltigkeits-Produktpass (NHPP) entwickelt. Dieser enthält die notwendigen Kennwerte für Zertifizierungssysteme wie DGNB, BNB, LEED oder BREEAM. Dazu gehören ein Ökobilanzbericht, eine Umweltproduktdeklaration (EPD), gültige REACH-Herstellererklärungen, gesundheitsrelevante Nachweise (z.B. VOC-Nachweise), Nachweise zur Nachhaltigkeit (z.B. PEFC, FSC oder Cradle-to-cradle), Deklaration des Recyclinganteils, Managementzertifizierung oder CSR-Berichte (Corporate Social Responsibility). Als akkreditierter Programmhalter für EPDs kann das ift Rosenheim diese notwendigen Nachweise erstellen. Der Nachhaltigkeits-Produktpass des ift Rosenheim unterstützt „Stakeholder“ wie Bauherren, Investoren, Gebäudenutzer, Architekten, Planer und Gebäudezertifizierer, Kunden, Lieferanten oder Mitarbeiter mit einer übersichtlichen Darstellung der ökologischen, sozialen und wirtschaftlichen Kennwerte. Die notwendigen Kennwerte für unterschiedliche Gebäudezertifizierungssysteme (DGNB, BNB, LEED und BREEAM) sind übersichtlich zusammengestellt und können einfach als Basis für ein Umweltmanagementsystem oder die ökologische Optimierung von Produkten und der Produktion genutzt werden.

Zertifizierungssysteme
Informationen zur Bewertung nachhaltiger Kriterien unterschiedlicher Zertifizierungssysteme (Bild: ift-Nachhaltigkeitspass)

Digitale Wartung und Recycling

Fenster, Türen und Toren sind bewegliche Teile, deren Funktion und Lebensdauer von einer regelmäßigen Wartung beeinflusst werden. Die Belastung ist abhängig von der Anzahl der Öffnungszyklen und den Kräften, die bei der Benutzung auftreten. Daher ist es intelligenter, die Wartungszyklen nicht nach der Zeitspanne, sondern nach der Nutzungszeit festzulegen. Dies wird möglich, wenn im Beschlag oder dem Fenster ein Sensor sitzt, der nach einer definierten Zyklenanzahl selbstständig eine Info an den Betreiber einer Immobilie sendet oder besser gleich an einen Servicebetrieb. Für eine effiziente Wartung ist es besonders sinnvoll, wenn das Wartungspersonal bereits online alle Informationen zum Fenster zur Verfügung hat, beispielsweise zum Fenstertyp/-profil, zu den Verschraubungen, Beschlägen und Antrieben. So können alle notwendigen Ersatzteile mitgenommen und die Wartung oder Reparatur schnell und zuverlässig ausgeführt werden. Das schafft gerade bei Toren in Gewerbebauten oder bei Feuer- und Rauchschutzanlagen ein großes Plus an Effizienz, Zuverlässigkeit und Sicherheit.

 

 

NFD-Chips im Fensterbau
Im Fenster eingebaute NFC-Chips mit digitalen Infos zum Produkt, Materialien und Nutzungshinweisen vereinfachen die Wartung, Reparatur und ein späteres Recycling. (Bild: BISS.ID)

Die Bauproduktenverordnung, das Kreislaufwirtschaftsgesetz und die Europäische Abfallrahmenrichtlinie fordern alle Recycling vor Abfall. Einzelne Hersteller von Fensterprofilen und Fenstern speichern daher schon umfangreiche Daten zum Produkt sowie Informationen zur Nutzung, Pflege und Wartung auf Chips (NFC, RFID), die direkt im Produkt eingebaut sind. Damit ist eine sichere Verbindung von Produkt und Produktinformationen gegeben, und das lästige Suchen nach notwendigen Informationen entfällt. Wichtig ist, dass die Auslesbarkeit einfach und dauerhaft erfolgt. Diese digitalen Informationen machen die Wartung und das Facilitymanagement wesentlich einfacher und effizienter.

Prof. Jörn Lass ist Leiter des ift Rosenheim, Dipl.-Ing. (FH) Jürgen Benitz-Wildenburg leitet dort den Bereich Kommunikation

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