Die Integration von künstlicher Intelligenz (KI) und Robotik verspricht eine erhebliche Steigerung der Effizienz und Sicherheit. Im Rahmen meiner Forschung habe ich mich sowohl mit den Technologien als auch mit den Auswirkungen von KI und Robotik auf der Baustelle und die Qualifikation von Mitarbeitenden beschäftigt (siehe z.B. die Projekte RobotVETcon und KI4Edu). Im Folgenden zeige ich Ihnen in gewohnter Kürze, wie KI und Robotik zu einer Effizienzsteigerung und Sicherheitsverbesserung führen wird.

Effizienzsteigerung durch KI und Robotik auf der Baustelle

Die Steigerung der Effizienz auf Baustellen ist und bleibt ein Schlüssel, um die Bauzeiten zu verringern und die Kosten zu senken. Künstliche Intelligenz (KI) und Robotik werden in Zukunft in vielfältiger Weise einen positiven Beitrag leisten können.

Automatisierung von Aufgaben

KI und Robotik ermöglichen die Automatisierung einer Vielzahl von Bauprozessen. Roboter können beispielsweise das Setzen von Mauerziegeln oder das Schweißen von Stahlträgern übernehmen. Dies führt zu einer erheblichen Reduzierung der Bauzeit und der Kosten. Robotik ermöglicht zudem die Automatisierung von Aufgaben, die normalerweise zeitaufwändig und arbeitsintensiv sind. Beispielsweise können Bauroboter Mauerziegel schneller und präziser platzieren als menschliche Arbeiter (Karl et al., 2018). Daneben können repetitive Aufgaben durch automatisierte Prozesse übernommen und für die MItarbeitenden minimiert werden.

Präzision und Genauigkeit

KI kann in der Bauplanung und -ausführung eine hohe Präzision gewährleisten. Mithilfe von BIM (Building Information Modeling) und Machine Learning können Projekte optimal geplant und koordiniert werden, wodurch Fehler noch mehr minimiert werden können. Desweiteren können KI-Systeme Abweichungen in Echtzeit erkennen und korrigieren, was zu weniger Fehlern und geringerer Verschwendung von Zeit und Material führt. In der Ausführung kann durch den Einsatz von Robotern insbesondere für repetitive und präzisionsintensive Aufgaben, wie zum Beispiel das Mauern, das Schweißen oder das Verlegen von Rohren, die Genauigkeit auf der Baustelle erheblich gesteigert werden.

Datenanalyse und Entscheidungsfindung

KI-Systeme spielen eine entscheidende Rolle bei der Analyse riesiger Datenmengen, um Einsichten zu gewinnen, welche die Planung und Ausführung von Bauprojekten optimieren. Von der Auswertung geografischer Informationen oer Wetterdaten über die Vorhersage von Materialbedarf bis hin zur Risikobewertung. Der Nutzen von KI ermöglicht eine fundierte Entscheidungsfindung für alle Beteiligten, durch welche Zeitverschwendung minimiert und Ressourceneffizienz maximiert werden.

Kollaborative Robotik

Die Integration von kollaborativen Robotern auf Baustellen (sogenannten Cobots), die Seite an Seite mit menschlichen Arbeitskräften agieren, eröffnet neue Möglichkeiten für die Bauwirtschaft. In anderenb Industriezweigen werden Cobots bereits seit langem eingestzt, z.B. von Firmen wie ABB und FANUC. Solche Roboter haben auf Baustellen das Potential, Menschen bei schweren oder gefährlichen Aufgaben zu unterstützen, wodurch das Verletzungsrisiko gesenkt und die Arbeitsbelastung reduziert wird. Das wird langfristig auch die Branche attraktiver machen für neue Arbeitskräfte.

Logistik und Materialverwaltung

KI kann bei der Optimierung von Bauprozessen und Logistik helfen. Durch die Analyse großer Datenmengen aus vorhergehenden Projekten kann die Logistik wahrscheinlichkeitsbasiert antizipiert werden. Das bedeutet, dass KI eine verbesserte Logistik und Materialverwaltung auf Baustellen ermöglicht. Zum Beispiele können solche Systeme eine optimierte Planung der Baustelleneinrichtung und des Materialflusses ermöglichen, was die Wahrscheinlichkeit von Materialengpässen oder auch von Unfällen weiter verringert. Ebenso kann der Lagerbestand in Echtzeit überwacht werden, um Lieferungen optimal zu planen.

Nachhaltigkeit und Umweltschutz

Der Einsatz von KI und Robotik trägt auch zu einer nachhaltigeren Bauweise bei. Durch präzisere Arbeitsmethoden und eine optimierte Ressourcenplanung wird der Materialverschwendung entgegengewirkt. Zudem ermöglicht die Technologie eine genauere Planung und Ausführung von energieeffizienten Bauprojekten, was langfristig zur Reduzierung des ökologischen Fußabdrucks der Bauwirtschaft beiträgt.

Sicherheitsverbesserungen durch KI und Robotik auf der Baustelle

Die Baustelle gehört in Deutschland zu den gefährlichsten Arbeitsplätzen. Hauptursachen bei tödlichen Unfällen sind meist Abstürze, Verletzungen durch Baumaschinen und herabfallende Bauteile (Tagesschau, 2023). Technologien wie KI und Robotik können in diesem Kontext zur Erhöhung der Sicherheit beitragen.

Arbeitssicherheit

Der Einsatz von Robotern in gefährlichen Umgebungen oder für riskante Aufgaben reduziert das Verletzungsrisiko für menschliche Mitarbeiterinnen und MItarbeiter. Ein Beispiel ist der Einsatz von Drohnen für die Inspektionen in großen Höhen, schwer zugänglichen Orten, unter extremen Wetterbedingungen oder in kontaminierten Bereichen. In solchen Fällen können KI-gesteuerte Drohnen und Roboter Inspektionen an gefährlichen Standorten durchführen und tragen damit zur Sicherheit von Leib und Leben bei. Das dies keine wirkliche Neuerung ist, zeigt zum Beispiel der Brokk 120 D (nicht mehr im Lieferprogramm!), der sowohl zum Abbruch als auch zur Kampfmittelbeseitigung Anwendung findet. Ähnlich der PackBot^(R) 525, ein Fernlenkmanipulator der nächsten Generation. Oder seit einiger Zeit öfters in der Presse zu lesen, Robo-Dog „Spot“ der Polizei NRW.

Gefahrenerkennung, Frühwarnsysteme und Risikoanalyse

KI-Systeme sind in der Lage, Echtzeit-Daten von Baustellen zu analysieren, um potenzielle Gefahren zu erkennen, bevor sie zu Unfällen führen. Durch den Einsatz von Kameras und Sensoren können diese Systeme ungewöhnliche Verhaltensmuster oder gefährliche Situationen identifizieren, wie zum Beispiel instabile Strukturen, Einsturzgefahren, unsichere Arbeitsbedingungen, potentiell herabfallende Gegenstände oder Arbeitende, die sich in Bereichen aufhalten ohne entsprechende persönliche Schutzausrüstung. Sofortige Warnmeldungen an die Betroffenen (z.B. vom KI-System an ein Endgerät) oder auch direkt an die Bauleitung ermöglichen es, schnell einzugreifen und Unfälle zu verhindern. Doch bereits vor der Ausführung können durch die Analyse vergangener Unfälle und Beinahe-Unfälle präventive Maßnahmen entwickelt und in zukünftigen Projekten implementiert werden.

Sicherheitsschulungen und -simulationen

Virtuelle Realität (VR) und Augmented Reality (AR) können für Schulungen und Simulationen eingesetzt werden, um Baustellenpersonal auf gefährliche Situationen vorzubereiten. Durch den Einsatz von VR oder AR in Kombination mit KI können realistische Trainingsumgebungen geschaffen werden, in denen Arbeiterinnen und Arbeiter sich mit sicherheitskritischen Situationen auseinandersetzen können, ohne einem realen Risiko ausgesetzt zu sein. Solche Trainings verbessern das Sicherheitsbewusstsein und die Reaktionsfähigkeit der Mitarbeitenden im Umgang mit potenziellen Gefahren. Somit können Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter gefährliche Szenarien in einer sicheren Umgebung üben, was zu einer besseren Vorbereitung auf potenzielle Risiken führt. Langfrsitig wird das auch dazu führen, dass die Sicherheitskultur in der Baubranche weiter gestärkt wird und somit die Branche noch attraktiver wird für potentielle Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter.

Und nun?

Auch wenn die Integration von KI und Robotik auf Baustellen noch am Anfang steht, ist das Potenzial gerade bei der Verbesserung der Sicherheit enorm. In Zukunft werden autonome Baumaschinen und Roboter, Drohnen und Exoskelette die Norm auf Baustellen werden und die Effizienz und Sicherheit weiter steigern. Die Herausforderung besteht jedoch darin, diese Technologien weiterzuentwickeln, ihre Akzeptanz zu fördern (zur Akzeptanz von digitalen Lösungen hatte ich bereits hier geschrieben) und sie nahtlos in bestehende Arbeitsabläufe zu integrieren. Die Befähigung der Arbeitskräfte und die Anpassung an sich entwickelnde Technologien werden zudem entscheidende Faktoren für den Erfolg und die Durchdringung in der Bauwirtschaft sein (Karl & Spengler, 2018).

Quellenverzeichnis:

Karl, C.K. & Spengler, A. (2017). Digitalisierung in der Bauwirtschaft – Konsequenzen für den Mittelstand und die gewerblich-technische Ausbildung, Bauingenieur, Jahresausgabe 2017/2018, S. 26 – 30 

Karl, C.K., Spengler, A., Bruckmann, T. & Ibbs, C. W. (2018). Influence of automated building construction systems on vocational education and training In: 2018 Proceedings of the 35th ISARC, Berlin, Germany, 2018, S. 228-235, online lesen.

Tagesschau (2023). Alle drei Tage stirbt ein Arbeiter auf dem Bau. 08.04.2023. online

Schlagwörter: KI, Robotik, Baustelle, ZukunftDesBauens, Effizienzsteigerung, Arbeitssicherheit, Gefahrenerkennung.

Diesen Beitrag zitieren: Karl, C. [Christian K. Karl]. (2024). KI und Robotik – Steigerung von Effizienz und Sicherheit [Blog-Beitrag]. 20.03.2024. BauVolution, ISSN 2942-9145. online verfügbar