Digitalisierung heißt nicht nur Software

Warum sich die Bauindustrie schwer tut, wer es richtig macht und was man davon lernen kann. Gedanken zu Digitalisierungsprozessen im Bau. Inspiriert durch die digitalBAU, Open Source Software und eine große Vision.

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ModuGen

10 min readJul 2, 2020

Ob vollimmersive VR-Erlebnisse oder surreale Hologramm-Darstellungen von 3D Modellen, wer über die digitalBAU läuft hat nicht das Gefühl, dass die Bauindustrie einer der am wenigsten digitalisierten Branchen in Deutschland ist. Zumindest nicht auf den ersten Blick. Doch der Schein trügt. Denn Digitalisierung nutzen bedeutet nicht nur, Papier in PDF, Zeichenbrett in CAD und 2D in 3D umzuwandeln.

So sind es doch — wenig überraschend — hauptsächlich die klassischen Geschäftsfelder und Aufgaben, die auf der Messe ihren Platz finden. Sei es die App, welche die Stundenzettel ersetzt, Plattformen für Ausschreibungen oder die Anwendung zur automatischen Fotodokumentation. So forsch es klingt, diese Aufgaben zu digitalisieren ist naheliegend, um nicht zu sagen (rein rechtlich) notwendig.

Man bekommt oftmals das Gefühl, dass Digitalisierung im engen Wortsinne verstanden wird. Das heißt, der Prozess wird eins zu eins vom analogen ins digitale übertragen. Selten gibt es wirklich neues Prozessdenken oder ernsthafte neue Geschäftmodelle. Ein gutes Beispiel dafür sind die CAD-Software Hersteller, die bei weitem den größten Teil der Messe in Anspruch nehmen. Es ist kein Geheimnis mehr, dass die zahllosen und zweifellos beindruckenden Features dieser Systeme bereits seit Jahrzehnten um einen alternden Kern herum aufgebaut werden. Neben offensichtlichen Performance Problemen in großen Projekten ist das ein software-technischer Albtraum. **Verbindet man das noch mit nicht-kompatiblen Datenformaten und Pricing-Modellen, mit denen Lock-In-Effekte verstärkt werden, sieht das ganze schon nichtmehr so fortschrittlich aus.

The next big thing… BIM

Einen Lichtblick tatsächlichen Umdenkens bietet — hinter etwas Schall und Rauch — das Modewort “BIM”. Während man über Fragen wie: “Was gibt es eigentlich für BIM-Software?” noch ab und zu hinweghören muss (BIM isn’t software), kommt die Erkenntnis langsam an, dass man den gesamten Prozess neu denken muss. Sie kommt an, aber irgendwie noch zögerlich. So versuchen auch viele der Vorträge auf der digitalBAU einen Realitätsbezug zu schaffen und aufzuzeigen, dass dieses ominöse BIM nicht nur Kosten sondern auch schnellen Nutzen schaffen kann.

Mit BIM kommen auch erste Entspannungen im Silo-Denken der Industrie einher. Plattformen für BIM Daten und entsprechende “Facilitator” wie BIMsystems, BIMswarm oder SDaC bringen nicht nur optisch frische Luft in den Bau-Prozess, sondern überdenken auch, wie Beteiligte zusammenarbeiten. Dazu später mehr.

Technologie ist nicht alles

Alles in allem, trifft die Aussage von Thorsten Dirks — damals Branchenübergreifend formuliert — aber auch auf den Bau zu: “Wenn Sie einen Scheißprozess digitalisieren, dann haben Sie einen scheiß digitalen Prozess”

Zuletzt lief mir dieses Zitat auf einem Hackathon in Hamburg über den Weg, wo es unsere Aufgabe war, die hochdynamische Verkehrsproblematik im Hafen der Hansestadt durch Technologie zu lösen. Schlussendlich fand ein Projekt, welches gar nichts mit Verkehr zu tun hatte, den besten Anklang. Schlicht und einfach, weil das zugrundeliegende Problem nicht mangelnde Technologie, sondern ein veraltetes System war. Der Hafen wird von unzähligen Parteien betrieben und benutzt, die sich gegenseitig nicht trauen, ihre Prozesse nicht öffnen und nur im gesetzlichen Rahmen kollaborieren.

Ein ganz ähnliches Phänomen plagt den Bau. Doch es gibt erste Ansätze damit umzugehen, ohne alles über den Haufen zu werfen.

Bevor ich die folgenden Überlegungen anstelle möchte ich zwei Dinge klarstellen. Erstens, wir (ModuGen) sind für den Mittelstand im Bau. Wir wollen keine Konsolidierung zu Mega-Korporationen a la Katerra. Das hat wirtschaftliche, aber primär auch sozial-moralische Gründe. Zweitens, wir sind für kreative Individualität im Bau. Wir wollen keine Standardisierung auf Kosten der Freiheit. Bauen ist essentieller Bestandteil jeder Zivilisation. Der künstlerische Anspruch menschlicher Wahrnehmung darf nicht von technischem Optimierungzwang verdrängt werden.

Gedankengut Open Source

Ein Wort das erfreulich häufig bei Vorreitern der Branche fällt ist “openBIM”. Die Idee ist hier, mit offenen Standards zu arbeiten, und dadurch viele einzelne Programme für einzelne Leistungsphasen von potentiell unterschiedlichen Herstellern zu kombinieren. Gegeben der Komplexität eines großen Bauprojekts, ist die big open BIM Variante die einzig realistische. Monolithische Konzepte (a.k.a “God-Software”) werden die Vielfalt und Funktionalität nie abdecken können, auch wenn so mancher große Software-Hersteller noch diesen Anspruch hat.

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Was sich für mich mit openBIM einhergeht ist Open Source. Das heißt Kollaboration ohne Anspruch auf Eigentum. Das heißt, teilen und gemeinsam an gemeinsamen Problemen arbeiten. Das heißt — direkt übersetzt — offene Quellen.

Wie geht Open Source d’accord mit klassischen profitorientierten Unternehmen? Wem der Begriff Open Source neu ist, der mag kritisch hinterfragen wie das funktioniert. Wie können wir Einblicke in unsere Unternehmensdetails, unsere Software und unsere Prozesse geben, ohne unseren Wettbewerbsvorteil zu verlieren? In der Antwort auf diese Frage liegt die Vorstellung einer produktiveren Baubranche.

Module öffentlich teilen

Abgeschaut ist das Ganze aus der Software-Entwicklung. Dort entstand die Open Source Idee zuerst und dort wird sie so aktiv gepflegt und gelebt wie nirgends. Und trotzdem, oder vielleicht deswegen, sind Softwareunternehmen die intellektuell produktivsten und ökonomisch profitabelsten Konstrukte der Welt.

Schaut man sich zum Beispiel das mobile Betriebssystem iOS von Apple an, wird man bemerken, dass große Teile der Software OpenSource verfügbar ist. Das bedeutet für Apple aber keinen Nachteil, sondern ganz im Gegenteil eine riesige Chance: weniger Arbeit. Denn OpenSource bedeutet, dass auch die öffentliche Gemeinschaft an diesen Elementen weiterentwickelt. Frei nach dem Motto “Man muss ja nicht das Rad neu erfinden”, teilen sich selbst die größten Konkurrenten Apple, Microsoft oder Google wichtige Softwaremodule.

So muss — um ein banales Beispiel zu geben — jedes Betriebssystem Dateien von der Festplatte lesen können. Statt diese Funktionalität neu zu bauen, baut man den Code einmal und veröffentlicht ihn. Nun kann zwar der Konkurrent diesen Baustein auch verwenden, aber er kann ihn auch verbessern.

Viel essentieller neben der Unternehmenssicht ist aber eine andere. Die des Individuums. Für mich als Software-Entwickler bedeutet Open Source, dass ich ohne viele Ressourcen die selben mächtigen Tools verwenden kann, wie die ganz Großen. So ist bspw. TensorFlow, Googles Framework für Machine- und Deep-Learning, vollständig Open Source. In den letzten 4 Monaten habe ich zusammen mit Florian Wilhelm bei inovex ein Forschungstool entwickelt, welches wir öffentlich bereitstellen. Während wir nur zu zweit an dem tatsächlichen Code arbeiten, verwenden wir Funktionalität an der insgesamt über 30 000 Menschen freiwillig beteiligt waren. Das bedeutet, dass es mir möglich ist Software von mit enormem Funktionsumfang zu entwickeln indem ich Module verwende, in die seit Jahrzehnten Gehirnschmalz von tausenden klugen Entwicklern fließt. Und im Gegenzug veröffentliche ich auch meine Arbeit.

Open Source heißt nicht: “Alle kochen nur mit Wasser”, sondern: “Alle kochen mit hand-gemachtem Gemüsefond vom Chefkoch”.

Open Source Ingenieurleistung

Nun das ist alles schön und gut, denken Sie sich. Aber was hat das mit dem Bau zu tun? Ich glaube, nein ich weiß, dass es auch im Bau viele Module gibt, die immer wieder verwendet werden. Diese Module müssen nicht zwingend Bauteile, sondern können auch Prozesse und Arbeitsschritte sein. Statt diese Module aber zu teilen, entwickelt jedes Planungsbüro, jeder Ingenieur und jedes Bauunternehmen fleißig hinter verschlossenen Türen seine eigene Version. Jeder erfindet sein eigenes Rad neu. Mit dem Vorteil, sich auf die Schulter klopfen zu können und zu sagen: “Unsere Lösung ist einzigartig”. Mit dem Nachteil, dass keines dieser Räder das Potential ausschöpft — oder sprichwörtlich “rund läuft”. Gesamtwirtschaftlich gesehen verschwendet die Industrie hier ein riesiges Potential, denn höhere Produktivität bedeutet ja bei selber Arbeit mehr Output zu schaffen. Wenn wir uns große Teile wiederkehrender Entwicklung teilen, steigern wir die Produktivität. Ganz ohne Digitalisierung.

Eine Aufgabe die der Bauindustrie dafür noch bevorsteht ist die Modularisierung der Prozesse. In der Softwaretechnik ist Kapselung eines der wichtigsten Entwicklungsprinzipien. Gekapselte Software-Architektur bedeutet, dass einzelne Module so unabhängig voneinander sind wie möglich. Jedes Teil muss von dem anderen nur das Nötigste wissen. So kann man Teile leichter ersetzen und der Anwender eines Moduls (zum Beispiel eines Datei-Lese-Moduls) muss nicht wissen, wie dieses funktioniert. Viele Entwicklungsprinzipien wie dieses sind im sogenannten CleanCode Manifest festgeschrieben. Eine detaillierte Auseinandersetzung mit der Übersetzung “CleanBau” soll an einer anderen Stelle folgen.

Betrachten wir das Beispiel einer biegesteifen Holzverbindung, um das ganze greifbarer zu machen. Es gibt viele Möglichkeiten, eine solche Verbindung zu realisieren, die sich je nach Anforderung unterscheiden. Nun kann man aber für einen Anwendungsfall, d.h. gegebenen Lasten, Momenten und Maßen eine Implementierung finden und veröffentlichen. So muss nicht jeder Ingenieur, der eine ähnliche Verbindung braucht, diese wieder neu entwickeln und dimensionieren. Stattdessen kann er anhand der abstrakten Anforderungen an die Verbindung aus möglichen, parametrischen open-source Lösungen auswählen und diese ggf. verbessern. Samuel Blumer promoviert derzeit an der ETH Zürich zu einem ersten Ansatz, so eine abstrakte Schnittstelle über IFC (mit Upgrades) zu definieren.

Tatsächlich gibt es ein ganz ähnliches Konzept schon, umgesetzt durch die Open Source Wood Initiative. Die Idee: Holzbau-Ingenieursleistungen Open Source. Diese hat MetsaWood — so beschreibt es Tuukka Kyläkallio — ins Leben gerufen nachdem sie bemerkt haben, dass sie mehr Gesamtnutzen schaffen, wenn sie sich auf die Fertigung Ihrer Bauprodukte fokussieren und die weiterführende Ingenieurleistungen für lokale Hersteller öffentlich zugänglich machen.

Open Source Prozesse

Nicht nur konkrete, physische Module können so entwickelt werden. Auch gängige Prozesse im Planungsablauf können Open Source geteilt werden.

Ein Beispiel aus der IT. Software zu entwickeln ist das eine. Das Ganze dann Betriebsfertig und “live” zu bringen (man sagt “to ship the software”), ist eine gänzlich neue Herausforderung. Doch gemäß der Open Source Philosophie gibt es dafür mächtige Tools, die den Prozess fast vollständig automatisieren. Das heißt konkret, immer dann wenn ich Änderungen an meinem Code vornehme läuft eine ganze Kette von Prozessen an, die diese Änderungen testen, Konhärenz und Style sicherstellen, lauffähige Software bauen und gleich online (bspw. als Website) bereitstellen. So ist es sogar mir als One-Man-Army möglich, jeden Tag Updates für meine Software zu releasen.

Nun wäre eine solche Referenz nichts wert, ohne das passende Pendant für den Bau. “Uns bei SDaC ist es wichtig, eine offene Plattform bzw. ein Ökosystem zu entwickeln, das die Eintrittsschwelle so niedrig hält, dass jeder davon profitieren kann.”, beschreibt Maximilian Schütz die Idee des KI-Forschungsprojekts SDaC am Karlsruher Institut für Technologie. “Wir wollen eine Art App-Store für KI Anwendungen im Bau werden”, formuliert Svenja Oprach das Ziel, wofür das BMWi fast 9 Mio € Förderung bereitstellt. Grundlage für diese Plattform und die darauf basierenden Anwendungen sind aufbereitete Daten aus tausenden Bauprojekten.

Auch die Idee von BIMswarm ist es, eine Plattform zur Kollaboration in BIM Projekten einzurichten. Dort soll jeder im Stande sein, Anwendungen, Dienstleistungen und Kataloge einzusehen und zu verwenden, die öffentlich bereitgestellt werden. Auch hier ist der Gedanke “Offenheit” vertreten, aber ganz Open Source ist es noch nicht. Wenn es auch genau für solche Plattformen der potentiell effektivste Weg wäre.

Was mit beiden Konzepten einhergeht oder einhergehen muss, ist ein modularer Ansatz für die Prozesse im Bau, denn nur wenn wiederkehrende Arbeiten isoliert sind, können Apps beginnen diese zu lösen.

Produkt- statt Prozessindividualität steht im Fokus

Tatsächlich scheint es genau die Modularisierung gegen die sich der Bau so sträubt. Denn was im Bau unausgesprochen vorherrscht ist Prozessindividualität. Kaum ein Projekt wird mit dem selben Prozess hergestellt. Mal plant der Architekt unabhängig vom Ingenieur, mal zusammen, mal sind beide beim Bauunternehmen angestellt und mal unterstehen sie dem Projektentwickler. Von der Idee bis zum schlüsselfertigen Gebäude gibt es so viele Wege wie Projekte.

Woher diese bezeichnende Struktur des Baus kommt, bleibt vermutlich größten Teils Spekulation. Zum Einen ist das Bauen nunmal etwas sehr persönliches und individuelles, nicht wie ein Handy, beispielsweise. Dadurch gibt es viele lokale Anbieter und nicht zwei, drei globale Bauunternehmen. Zum anderen ist das Gewerbe seit Jahrhunderten in dieser Weise gewachsen mit den Wurzeln in den Gilden des Mittelalters. Und zu guter Letzt hat der Bau in den letzten Jahren Hochkonjunktur. “Der Nachfrageüberschuss befördert nicht gerade die systematische Neuerfindung einer ganzen Branche zugunsten der Produktivität & Nachhaltigkeit”, bringt es Philipp Hollberg von CAALA auf den Punkt.

Der Fokus auf Prozessstandardisierung bei gleichzeitiger Produktindividualisierung wurde meines Wissen vorwiegend in der Automobilindustrie geprägt. Unter dem Begriff Mass-Customization hält diese Denkweise aber zunehmend Einfluss in neue Geschäftsfelder. Was bei den Autobauern durch Konfiguratoren zu erreichen versucht wird ist dem Ziel der Baubranche ähnlich: Jedem Kunden sein individuelles Produkt nach eigenen Vorlieben. Gleichzeitig sollen aber die Vorteile der Massenproduktion — sprich Skaleneffekte und Automatisierung — gewährt werden.

Richtigerweise ist die Analogie zu BMW, Daimler & Co mit großer Vorsicht zu genießen. Nicht zuletzt ist das Endprodukt dort deutlich stärker eingeschränkt. Hat doch jedes Auto vier Räder, einen Motor und ein Lenkrad. Das selbe Maß an Standardisierung findet man im Bau nicht ohne weiteres. Das heißt praktisch, dass der Konfigurator-Ansatz im Bau nur marginalen Einsatz finden kann. “Gerade einmal 10–15% der Bauprojekte können mit standardisierten Bauten wie dem Modulbau abgedeckt werden,” konstatiert Hans Jakob Wagner vom ICD Stuttgart.

Viel wichtiger ist also der Denkanstoß. Wie zuvor bereits erläutert gibt es auch im Bau wiederkehrende Elemente und Grundsteine, aus deinen zahllose kreative Designs erarbeitet werden können. Prozess-Standardisierung bedeutet nicht Baukastensysteme auf Kosten künstlerischer Freiheit. Vielmehr geht es, wie Dominik Steuer von Steuer Tiefbau sagt, darum, “vom Projekt- zum Produktdenken zu kommen”. Sprich, mehr Standards im Management und Prozessablauf für mehr Kapazität bei der Produktindividualität.

Beides vereint — für den freischaffenden Mittelstand

Das Zustandekommen der digitalBAU alleine zeigt, dass die Branche beginnt zu handeln. Jetzt liegt es an den digitalen Akteuren und Vordenkern, die richtigen Schritte zu gehen. Das bedeutet, Digitalisierung erfahrbar und spürbar zu machen, ohne große Hürden. Das bedeutet nicht Aufgaben gezwungen zu technologisieren, sondern dort geschickte Lösungen anzubringen, wo die Früchte tief hängen.

Der Bau hat das Potential zweckgetriebene Innovation zu fördern, denn unsere Aufgabe ist so klar und ohne Umschweife elementar wie kaum eine andere: lebenswerten Lebensraum schaffen.

Was vielleicht etwas romantisch klingt kann als simple Leitlinie fungieren. Unter Anbetracht dieser Leitlinie gilt es neu zu überdenken, welche Lösungen Nutzen schaffen, welche wirklich Verschwendung vermeiden und welche das Erlebnis für die Stakeholder reibungsloser gestalten. Leuchtturmprojekte wie der BUGA-Pavillion in Heilbronn zeigen, das eben dies möglich ist. Digitales, lösungsorientiertes Denken und Arbeiten durch und durch. So wird Bauen zum Erlebnis, für den Kunden, für die Beteiligten und Dank des Baustoffs Holz auch für die Natur.