Industrialisierung der Fertigteilbauweise – das Schwerpunktprogramm 2187

Schnell und ressourceneffizient zu bauen, ist eine Herausforderung unserer Zeit. Störungen der Infrastruktur und CO₂ Emissionen infolge von Bautätigkeit sind zwingend zu minimieren. Im durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Schwerpunktprogramm „Adaptive Modulbauweisen mit Fließfertigungsmethoden – Präzisions-schnellbau der Zukunft“ werden seit 2020 von ca. 60 Forschenden dazu Lösungen erarbeitet [1]. Dazu werden individuelle Tragstrukturen in Module zerlegt, industriell vorgefertigt und im Lego-Prinzip vor Ort nur noch zusammengefügt. Die Vorfertigung der Module erfolgt qualitätsgesichert mit Lean-Methoden.

Die Unterteilung der Tragwerke in Module führt dazu, dass sich Ungenauigkeiten superponieren können, wie beispielsweise Abweichungen der Geometrie von einzelnen Modulen, die sich für ein
Gesamttragwerk überlagern. Dieser Effekt verstärkt sich mit der Anzahl von Modulen, die für eine Struktur genutzt werden. Die Abbildung zeigt dies für das Beispiel einer Bogenstruktur mit einer stochastischen Auswertung der Abweichungen in Mittelwert und Standardabweichung über die Modulanzahl. Die Module werden tendenziell zu klein angenommen. Gegenwirkend ist eine hohe Genauigkeit im Modul nötig oder ein Ausgleich von Abweichungen durch gezielt gesteuerte Modulanordnung („Zu kurz gleicht zu lang aus“).

Aktuelle Entwicklungen im SPP sind erste prototypische Umsetzungen, bestehend aus automatisiert gefertigten, gleichen Modulen sowie projektübergreifende Benchmarks. Letztere sind Machbarkeitsanalysen der modularen Segmentierungen für Brückentragwerke, in denen unterschiedliche Modul- und Fügekonzepte zum Brückenentwurf vereint werden, die Planungsintegration an Hochbauten, in dem eine ganzheitliche, digitale Repräsentation eines konkreten, modularen Hochbaubeispiels hergeleitet wird sowie eine prozessbegleitende, echtzeit-nahe Qualitätssicherung mit Großtomographie, in dem die Qualitätskontrolle der inneren Struktur und äußeren Form von Modulen als In-Line Prozess untersucht wird.