„Smart Construction“: Komatsu entwickelt Ökosystem für die digitale Baustelle

KIEL, 20.11.2020 – Digitale Hilfsmittel können die Effizienz des Bauens enorm steigern. Komatsu bündelt alle seine digitalen Lösungen für Bauunternehmen unter dem Dach von „Smart Construction“. Knapp ein Dutzend digitale Werkzeuge verbessern die Prozesse der Unternehmen und sind seit diesem Sommer auch in Europa erhältlich.

von Hendrik Stellmach

Drohnenvermessung im Tiefbau
Mit der „Smart Construction Edge“-Basisstation kann aus den Daten eines Drohnenfluges direkt auf der Baustelle ein 3D-Geländemodell generiert und in die Smart-Construction-Cloud hochgeladen werden, und zwar ohne das langwierige Auslegen und Aufmessen von Passpunkten.

Viel wird in der Bauindustrie von autonomen Maschinen und von Elektrifizierung gesprochen – diese plakativen Technologien waren auch die dominierenden Themen auf der bauma 2019 –, aber am eigentlichen Problem, der geringen Produktivität in der Bauindustrie aufgrund verbesserungswürdiger Prozesse, gehen viele dieser Diskussionen vorbei. Digitale Werkzeuge sind in der Lage, Bauprozesse zu beschleunigen und effizienter zu machen. Das sieht man zum Beispiel an 2D- und 3D-Maschinensteuerungen. Mit digitalen Werkzeugen ausgestattete oder sogar vernetzte Baumaschinen allein können die Bauproduktivität nicht steigern, aber sie sind eine Grundvoraussetzung dafür, dass Bauprozesse erstens besser werden und zweitens digital abgebildet werden können.

Auch wenn autonom arbeitende Baumaschinen aus betriebswirtschaftlicher Sicht verlockend sind – Personalkosten sind auch in Bauunternehmen der größte Kostenfaktor – hat sich Komatsu für einen anderen Ansatz entschieden. Die Japaner glauben nicht, dass es ausreichen wird, nur autonome Maschinen zu bauen. Komatsu entwickelt seine autonomen Maschinen weiter, hält es aber für ungleich wichtiger zu untersuchen, wie die Baustelle und die Prozesse, die ein Bauprojekt ausmachen, schlanker, effizienter und nachhaltiger gestaltet werden können. Einen Gesamtüberblick zu haben, nicht nur visuell, sondern auch in Form von Daten, ist ganz entscheidend, um alle Einzelprozesse optimal aufeinander abzustimmen und Sicherheit und Effizienz auf die Baustelle der Zukunft zu bringen.

Bauprozess digital abbilden

Unter dieser Prämisse hat Komatsu die „Smart Construction“-Lösungen entwickelt, mit deren Hilfe Prozesse heutiger Baustellen digital transformiert werden können; die Drohnenvermessung und die integrierte 3D-Maschinensteuerung gehören dazu. Diese hoch assistierten Systeme ergeben nach Komatsus Überzeugung aber nur Sinn, wenn die dafür nötigen Daten komplett digital erzeugt und übertragen werden – ohne Medienbrüche, das heißt, den Wechsel zwischen digitalen Daten und Papier. Die Daten aus Komatsus iMC-Maschinensteuerung zum Beispiel werden in der „Smart Construction“-Plattform gesammelt, angezeigt und zur Weiterverarbeitung mittels Schnittstellen an andere Softwares übertragen – wichtig auch für Qualitätssicherung und Abrechnung. Die Entwicklung autonomer Baumaschinen will Komatsu sukzessive vorantreiben und an den allmählichen Wandel hin zu digitalen Baustellendaten koppeln. Am Ende dieser Entwicklung steht dann die vollständige digitale Transformation der Erdbewegung.

Komatsu Kettenbagger PC290LCi-11 mit 3D-Maschinensteuerung
Ein Baustein im vollständig digitalen Bauablauf: Dank Hubwegsensoren im Ausleger-, Stiel- und Löffelzylinder kann der Kettenbagger PC290NLCi-11 mit der zweiten Generation der vollintegrierten 3D-Maschinensteuerung von Komatsu automatisch eine Böschung abziehen – jetzt auch mit dem Schwenklöffel.

Für die offizielle Einführung seiner digitalen Baustellenlösungen auf dem europäischen Markt arbeitet Komatsu mit seinen regionalen Händlern zusammen und hat zum Start die ersten vier Partner ausgewählt: Neben dem deutschen Händler Schlüter sind das Komatsu France, der britische Händler Marubeni-Komatsu Limited und die dänische Scantruck A/S. Sie werden Kunden in Großbritannien, Deutschland, Frankreich und Dänemark bei der Einführung von Smart-Construction-Lösungen unterstützen. Schnellstmöglich sollen dann auch andere Komatsu-Händler in Europa „Smart-Construction“-Partner werden und ihren Kunden den Weg in eine optimierte digitale Arbeitsweise weisen. In Deutschland haben einige Unternehmen schon die ersten Erfahrungen mit den Lösungen gesammelt.

Digitale Lösung für den Fachkräftemangel

Mit Hilfe von „Smart Construction“ können Unternehmen ihre Arbeitsweise und Zusammenarbeit, sowohl intern als auch mit Subunternehmern, optimieren. „Smart Construction“ ist eine Gemeinschaftsentwicklung: Zusammen mit Landlog, einer offenen IoT-Plattform (Internet of Things) für vernetzte Baustellen, die Komatsu zusammen mit SAP, OPTIM und NTT docomo ins Leben gerufen hat, hat Komatsu „Smart Construction“ speziell für die Bauindustrie entwickelt und dabei als offenes Projekt angelegt, an dem 22 Startups und die o.g. Technologieunternehmen mitgearbeitet haben. Daraus wurde eine ganze Reihe von Lösungen entwickelt, die anschließend Praxistests bei Komatsu-Kunden überall auf der Welt unterzogen wurden.

Smart Construction wurde erstmals 2015 in Japan eingeführt, um das Bauen effizienter zu machen und eine Lösung für den eklatanten Arbeitskräftemangel zu finden. Inzwischen gibt es in Japan, den USA und Europa über 10.000 Baustellen, auf denen Komatsus Lösungen zum Einsatz kommen. Wenn es nach Komatsu geht, sollen bald Bauunternehmen auf der ganzen Welt durch „Smart-Construction“-Lösungen sicherer, produktiver und zuverlässiger arbeiten können – und dabei dem Fachkräftemangel wirkungsvoll begegnen. Im Mai 2020 ging die zweite Version von „Smart Construction“ in Europa an den Start, bestehend aus den folgenden digitalen Lösungen – Software-Anwendungen und IoT-Geräten –, die im Laufe der nächsten Jahre nach und nach auf den Markt kommen und kontinuierlich weiterentwickelt werden sollen.

Komatsu Smart Construction mit Drohnendaten und iMC-Maschinensteuerung
Ein Beispiel für Digitalisierung im Bauprozess: Aus Drohnendaten generierte 3D-Geländemodelle werden von Baumaschinen mit 3D-Maschinensteuerung in die gebaute Umwelt übertragen.

Alle digitalen Lösungen unter einem Dach

„Smart Construction Design“ – Von Plänen auf Papierrollen zu 3D-Darstellungen wechseln und weitere Funktionen nutzen, die auf 3D-Daten basieren.
„Smart Construction Remote“ – Der Bauleiter kann neue Geländedaten über das Mobilfunknetz an die Maschinen auf der Baustelle senden – und zwar auch bei ausgeschalteten Maschinen, um zum Beispiel neue Daten abends online zu stellen und sie dann morgens um 6:00 Uhr schon auf der Maschine zu haben – oder die Maschinisten per Fernwartung unterstützen, ohne vor Ort sein zu müssen. Auch kurzfristige Schulungen sind auf diese Weise möglich. Komatsu hat schon die ersten Lizenzen für die Nutzung von „Remote“ verkauft.
„Smart Construction Dashboard“ – Mit „Dashboard“ können Anwender Geländedaten, Drohnen- und Maschinendaten visualisieren, um Baufortschritt, Aushub/Einbau, Mengen und Produktivität bestimmen zu können. Das hilft Unternehmen auch bei den regelmäßigen Leistungsmeldungen für die betriebsinterne Kalkulation und Abrechnung. Sie erschaffen durch den regelmäßigen Abgleich von Soll- und Istzustand sozusagen einen digitalen Zwilling, ein Spiegelbild ihrer Baustelle.
„Smart Construction Fleet“ – Mit dieser Lösung, die in wenigen Monaten erhältlich sein soll, können Unternehmen Daten sammeln, um Flotte und Produktion zu optimieren – das kann mit einer Black Box in der Maschine oder einem Smartphone passieren. Für Letzteres steht eine mobile App zur Verfügung. Bei „Fleet“ geht es vor allem um Standortdaten der Maschinen und Fahrzeuge. Zum Beispiel können die Routen der Bodentransporte geplant werden, wobei alle Geräte mit Lade- und Abladestellen dashboard-ähnlich visualisiert werden. Materialarten und -mengen, besondere Ereignisse wie zum Beispiel ein Stau auf der Strecke können interaktiv eingegeben werden. Flaschenhälse im Bauablauf werden so sichtbar.
„Smart Construction Insight“ – Zeigt Baufortschritt, Produktivität und Profitabilität verschiedener Baustellen an. „Insight“ ist damit das digitale Tool für die Geschäftsführung, in dem Erkenntnisse über alle laufenden Baustellen zusammengeführt werden.
„Smart Construction Simulation“ – Komplette Baustellen lassen sich vor dem ersten Spatenstich simulieren. Diese Methode entspricht der japanischen Kaizen-Philosophie, dem Prinzip der kontinuierlichen Verbesserung mittels „Plan-do-check-act“: aus dem bisherigen Datensatz Erkenntnisse ziehen und daraus für das weitere Vorgehen lernen. Prozesse, Maschinen und Fahrwege auf der Baustelle werden so festgelegt, dass die Erdbewegung optimiert wird.
„Smart Construction Retrofit“ – Für Bagger jedes Modells und jeder Marke Retrofit-Maschinensteuerung nachrüsten, die 3D-Steuerung ermöglicht und die Fahrer unterstützt. Bauunternehmen bekommen in Zukunft die gewünschte 3D-Steuerungslösung – auch für Fremdfabrikate – direkt von Komatsu.
„Smart Construction Rover“ – kosteneffiziente, hochwertige 3D-Rover für die Mitarbeiter auf der Baustelle. Der Vermesser wird dadurch nicht überflüssig, sondern er kann sich auf die wesentlichen seiner Ausbildung entsprechenden Tätigkeiten konzentrieren, während einfachere Vermessungsarbeiten dank moderner, einfacher GNSS-Rover heute von vielen Mitarbeitern übernommen werden können.
„Smart Construction Edge“ – Aus Drohnendaten kann ohne das langwierige Auslegen von Passpunkten und deren Aufmessung und Nachberechnung in der Flugbearbeitung direkt auf der Baustelle schnell ein 3D-Geländemodell generiert und in die SC-Cloud hochgeladen werden. Das kann der Bauleiter selber machen, dafür ist kein Vermessungs-know-how nötig, aber ein Drohnenführerschein; ab 2021 gelten hierfür neue, EU-einheitliche Bestimmungen.
„Smart Construction Field“ – Kosteneffizientes Projektmanagement, Nachverfolgung von Kosten und Unterstützung für die Angebotserstellung, die Leitung und die Ressourcenplanung von Projekten nutzen. Der Polier oder Bauleiter kann mit seinem mobilen Endgerät Daten sammeln, die dann konsolidiert dargestellt werden: Fotos, Tagesberichte, Lieferscheine, Maschine und Personal, Vorkommnisse, Beschreibung und Dokumentation von evtl. Nachträgen, Zeitplan u.v.m.
„Smart Construction AR“ – Die von Komatsu geplante mobile App soll einmal ermöglichen, den Baufortschritt auf der Baustelle zu bestimmen. Dies geschieht über den Vergleich des gegenwärtigen Zustands mit dem Sollzustand durch Augmented Reality (AR), zu Deutsch: erweiterte Realität.

"Horizontale Digitalisierung" mit Komatsu Smart Construction
Komatsus „Smart Construction“ verbindet die einzelnen „digitalisierten“ Bauprozesse und die jeweils daran beteiligten Akteure miteinander, so dass der gesamte Bauprozess digital abgebildet wird. | Fotos: Komatsu

Arbeiten in der Cloud

Die Smart-Construction-Lösungen sollen sich nahtlos in die vorhandenen Arbeitsprozesse des Kunden einfügen lassen, um Zusammenarbeit und Digitalisierung zu ermöglichen. Die entsprechenden Daten werden auf einer gemeinsamen Datenplattform, der Smart-Construction-Cloud, verwaltet. So können Mitarbeiter auch an verschiedenen Orten gemeinsam an Projekten arbeiten. Jeder bekommt die gleichen aktuellen Informationen aus einer einzigen Quelle. Damit Bauunternehmen bei ihren Bemühungen um Digitalisierung nicht ihre laufenden Arbeitsprozesse gefährden, werden sie von Smart-Construction-Experten sowohl von Komatsu Europe als auch seiner Händler auf dem Weg von der hauptsächlich manuellen in die volldigitale Arbeitsweise begleitet und unterstützt. Komatsu wiederum nimmt Feedback seiner Kunden auf und lässt es in die Verbesserung der Smart-Construction-Lösungen einfließen.

Vernetzung aller Baubeteiligten

Während die erste, nur in Japan erhältliche Version von Smart Construction nur einen Teil des Bauprozesses digitalisierte, indem ausschließlich traditionelle Prozesse auf Unternehmensebene in digitale Prozesse überführt wurden – zum Beispiel von der händischen zur Drohnenvermessung oder von Papierplänen zur 3D-Simulation –, ermöglichen die neuen IoT-Geräte und Apps der aktuellen Smart-Construction-Version die Digitalisierung des gesamten Bauprozesses dergestalt, dass betriebsübergreifende Prozesse miteinander verknüpft werden; man nennt dies auch horizontale Digitalisierung. Durch diesen auf Kooperation ausgelegten „Werkzeugkasten“ digitaler Lösungen haben alle am Projekt beteiligten Personen Zugriff auf die erforderlichen Daten.

Prozesse auf der Baustelle werden optimiert, indem die reale Baustelle mit ihrem digitalen Zwilling synchronisiert wird. Dadurch können Sicherheit, Produktivität und Umweltschutz auf der gesamten Baustelle erhöht werden. Im nächsten Schritt können die digitalisierten Baustellen miteinander vernetzt werden. Komatsu will die Smart-Construction-Lösungen weiterentwickeln und experimentiert zurzeit sowohl mit automatisierten und autonomen Maschinen als auch mit optimierten Prozessen, um Werkzeuge bereitstellen zu können, die perfekt zu den Maschinen und den Mitarbeitern seiner Kunden passen und ihre Arbeitsplätze in Zukunft noch sicherer, effizienter, smarter und sauberer machen.