Bauindustrie im Wandel

Innovative Bauchemikalien, digitale Planungsprozesse und 3D-Drucktrends verändern die Branche

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  • Martin Erharter, Roland Berger
  • Dr. Kai-Stefan Schober, Roland Berger
  • Dr. Philipp Hoff, Roland Berger
  • Dr. Gunter Lipowsky, Roland Berger
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Globale Trends beeinflussen die Art, wie wir bauen, massiv. So haben Innovationen neue Techniken, Prozesse, Qualitäten und Designs beim Bau von Gebäuden und Infrastruktur möglich gemacht. Gleichzeitig stellt die moderne Architektur selbst hohe Anforderungen an Arbeitsweisen und Baustoffe. Der folgende Beitrag skizziert die wichtigsten Entwicklungen und zeigt, wie erfolgreiche Unternehmen der Branche den Wandel aktiv gestalten.

Bauen hat Zukunft. Das gilt heute mehr denn je, denn gebaut oder renoviert wird ständig, vor allem in den stark wachsenden Regionen wie Asien oder dicht besiedelten Gebieten wie Mitteleuropa oder Nordamerika. Megatrends, wie Urbanisierung, Bevölkerungswachstum, Digitalisierung, Wiederverwendung bzw. Renovierung, aber auch Umweltaspekte oder Fortschritte bei der Entwicklung der Infrastruktur prägen, wenn auch mit unterschiedlicher Intensität, fast alle Regionen dieser Welt. Und sie haben massiven Einfluss auf die Entwicklung des Bauwesens und des Marktes für Bauchemikalien. Eines ist dabei sicher: Die Nachfrage nach Bauchemikalien wird weiter zunehmen.

Chemieinnovationen ermöglichen neue Anwendungen

Bauchemikalien zeichnen sich durch eine große Produktvielfalt aus, denn es gibt viele verschiedene Chemikalienfamilien. Je spezifischer die Anforderungen, desto spezieller die Lösungen. Zum einen fordert der Markt insbesondere bei großen, komplexen Bauten wie Hochhäusern oder Brücken und Tunneln immer bessere Lösungen (innovation pull), die kundenspezifisch entwickelt werden. Zum anderen sind Bauchemiehersteller sehr kreativ und entwickeln ständig neue Produkte (innovation / technology push), die auch in klassischen Bauten wie kleineren Familiengebäuden oder einfachen Infrastrukturbauten wie Straßen zum Einsatz kommen.

Für Chemieproduzenten eröffnen sich damit interessante Optionen. Es gibt eine ganze Reihe neuer Produkte mit unterschiedlichem Reifegrad für Massen- oder Nischenmärkte (Grafik 1). Bislang sind allerdings nur wenige Unternehmen in diesem Segment aktiv, etwa NeptuTherm mit innovativen Seegras-Isolationsmaterialen, Ducon, Sika und BASF mit UHPC Hochleistungsbetons oder Evonik mit Betonadditiven zur Luftregulierung im Abbindeprozess.

Beton ist ein gutes Beispiel, um zu zeigen, wie unterschiedliche Anforderungen zu wichtigen Innovationen bei einem Baustoff führen.

Denn je nach Anwendung muss sich Beton entweder sehr gut pumpen oder sehr lange verarbeiten lassen, zu einem bestimmten Zeitpunkt sehr schnell abbinden können oder auch sehr hart sein. Möglich wird das durch Additive.

Eine weitere Anforderung ist die Selbstheilbarkeit, also die Eigenschaft, selbstständig Verletzungen der Oberfläche zu kompensieren, so dass keine weiteren Schäden am Beton selbst oder auch an den Eisengeflechten im Inneren entstehen. Hier zählen Mikrokapseln zu den wichtigsten neuen Entwicklungen. Sie werden eingearbeitet, platzen im fertigen Beton genau an der Schadstelle und reparieren sie. Alternativ kommt Biobeton zum Einsatz, in dem Bakterien Spannungsrisse durch die Produktion von Kalkstein verschließen.

Der Bau des Burj Khalifa, des mit 828 m höchsten Hochhauses der Welt in Dubai, wäre ohne Innovationen bei Baustoffen und Baudurchführung undenkbar gewesen. So ermöglichte ein neuartiges Betonzusatzmittel einen selbstkompaktierenden Hochleistungsbeton, der gleichzeitig über mehrere hundert Höhenmeter (601 m) gepumpt werden kann, ohne vorzeitig zu verfestigen. Unfassbare 330.000 m³ dieses Betons wurden in Dubai verbaut. Gleichzeitig mussten Integrität und Haltbarkeit der Baustruktur unter erschwerten klimatischen Bedingungen gewährleistet werden. Das wiederum war nur durch neuartige Hochleistungsstähle, Hochleistungsdichtstoffe und Flammschutzmittel möglich. Ohne Übertreibung kann man die Innovationskraft der modernen Bauchemie als Grundvoraussetzung für die Erstellung des Rekordbauwerks bezeichnen.

Eine Entwicklung, die nicht marktseitig, sondern auf Initiative der Bauchemiefirmen in den Markt getragen wurde (push), ist dagegen der Graffiti-Schutz. Spezialpolymere, die flüssig oder in Pulverform aufgetragen werden, machen Graffiti leicht abwaschbar. Auf diese Weise lassen sich jährlich mehrere Millionen Euro an Renovierungs- oder Reinigungskosten einsparen.

Digitalisierung in der Bauindustrie – noch in den Anfängen

Im Gegensatz zu anderen Industrien spielt die Digitalisierung in der Bauindustrie noch keine bedeutende Rolle. Zwar gehen nach unseren Erfahrungen mehr als 90 % der Marktteilnehmer davon aus, dass die Digitalisierung künftig jeden Prozess beeinflussen wird, aber nur 5-6 % der Baufirmen nutzen die ganze Bandbreite digitaler Planungswerkzeuge. Vielleicht hindert die schiere Fülle der Optionen von digitalen Planungswerkzeugen über Bauwerksdatenmodellierung, Big Data in der Produktion, E-Commerce und E-Procurement bis hin zu cloud-basierten Logistikwerkzeugen die Unternehmen daran, sich klar in eine Richtung weiter zu entwickeln.

Bauwerksdatenmodellierung (Building Information Modeling, BIM) gilt als einer der wichtigsten Trends. BIM ist eine Methode zur optimierten Planung, Ausführung und Bewirtschaftung von Gebäuden und Bauwerken. Dazu werden alle relevanten Bauwerksdaten digital modelliert, kombiniert und erfasst. Das Bauwerk kann als Computermodell visualisiert werden. Dadurch lassen sich Schwachstellen bspw. im Planungsprozess wesentlich früher und effizienter erkennen und beheben. BIM unterstützt Baustoffhersteller, Bauunternehmer, Baufirmen, Planer, Architekten und Endkunden. Für Bauunternehmer und Planer dürfte es jedoch das größte Potenzial haben. Mit der zunehmenden Vernetzung der beteiligten Partner lassen sich auch komplexe Planungsprozesse künftig wesentlich einfacher gestalten (Stichwort vernetzte Baustelle).

Bisher kommt BIM allerdings nur in wenigen Großprojekten in Deutschland zum Einsatz, denn sie setzt eine aufwändige IT-Infrastruktur voraus. Mit dem Einzug von Smartphones, Tablets und Apps wird die Anwendung zunehmend günstiger und für mehr Unternehmen praktikabel.

Auch Vernetzungsmöglichkeiten, wie sie unter dem Stichwort Construction Site 4.0 bekannt sind, eröffnen neue Optionen. So haben Architekten und Planer bspw. jederzeit Zugriff auf aktuelle Informationen zu Dach- oder Bodensystemen. Baustoffhersteller können wesentlich früher in den Prozess eingebunden werden und die spezifische Anwendung ihrer Systeme aktiv mitgestalten, statt wie früher nur Produkte anzuliefern.

3D-Drucker bringen die Produktion zurück auf den Bauplatz

Der dritte Treiber, der für Unternehmen der Bauchemie enorme Veränderungen mit sich bringt, ist die fortschreitende Industrialisierung. Vor dem 20. Jahrhundert war Bauen eine langwierige, manuelle Tätigkeit. Im letzten Jahrhundert erleichterten Maschinen die Arbeit, viele Tätigkeiten konnten spezialisierter durchgeführt werden.

Inzwischen befinden wir uns in der zweiten Phase der Bauindustrialisierung, in der vermehrt große Elemente oder gar ganze Gebäudeteile in der Fabrik vorproduziert und Bausysteme und Komponenten verwendet werden können. Die Vorproduktion reduziert Bauzeit (um etwa vier Wochen) und Baukosten (bis zu 20 %).

Für die dritte Phase rechnen Experten in Kürze (Zeithorizont 5-10 Jahre) damit, dass ganze Gebäude vorproduziert und in Gänze zum Bauort gebracht werden. Damit einhergehen wird eine weitere Standardisierung des Bauprozesses. Wieder werden spezielle Chemikalien Standardisierung oder auch die Automatisierung durch intelligente Roboter erst möglich machen. In der ferneren Zukunft könnte sich die Produktion mit der Skalierung des 3D-Drucks schließlich wieder zum Bauplatz zurückverlagern. Experten rechnen damit, dass sich die Bauzeit dadurch um bis zu 70 % verringert.

Ausblick: Vernetzung und Präsenz in digitalen Systemen sind entscheidend

Für Bauunternehmen bleibt der Anpassungsdruck damit auch künftig hoch. Sie müssen neue Entwicklungen schnell integrieren – oder bekommen erhebliche wirtschaftliche Schwierigkeiten. Einmal mehr spielt die Bauchemie eine zentrale Rolle, denn erst die Eigenschaften von speziellen Polymeren oder Spezialbeton machen Trends wie Industrie 4.0, also die Verknüpfung von modernen Produktionsprozessen mit Informations- und Digitaltechnik, im Bauwesen möglich.

Vernetzung und Präsenz in digitalen Systemen wie BIM sind wichtige Erfolgsfaktoren, denn Entscheider wie Bauherren, Planer und Architekten wollen frühzeitig eingebunden werden. Außerdem erlauben sie die zielgerichtete Entwicklung von Produkten für spezielle Anwendungen – und damit eine deutlich aktivere Rolle im gesamten Planungs- und Bauprozess.

Noch ist der Markt für Bauchemikalien stark fragmentiert. Wir gehen davon aus, dass er sich in den nächsten Jahren massiv konsolidieren wird. Überleben werden nur die schnellsten. Wer nicht in der Lage ist, innovative – auch chemische – Lösungen mit digitalen Möglichkeiten und modernen Produktionsmethoden zu verbinden, wird es schwer haben.

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