Gamechanger in der Bauindustrie:
digital, industriell, ökologisch

Bezahlbarer Wohnraum unter Berücksichtigung des Klimaschutzes ist eine der zentralen sozialpolitischen Herausforderungen unserer Zeit. Ein Green Tech Start-up aus Düsseldorf will das Bauen revolutionieren: umweltfreundlich und günstig. Grundlage ist neben einer digitalen Planungsplattform eine segmentbasierte, modulare Bauweise in Holz, welche die Ziele Klimaschutz, rasche Planung und industrielle Fertigstellung sowie geringe Kosten zusammenführt. 

1 Bauwende und digitale Transformation 

Bild 1 „I’m living“ Modulares Wohngebäude – Gartenseite
Quelle: Imti Enterprises

Bauen ist energieaufwendig und umweltbelastend. Die Baubranche gilt mit rund 39 % der CO2-Emissionen weltweit als der größte Umweltsünder und mit einem Anteil von über 30 % als der größte Abfallproduzent. In Deutschland macht allein der Bauschutt mehr als die Hälfte des Gesamtmüllaufkommens aus. Müll, der weder verwertet noch recycelt werden kann und zu Sondermüll verkommt. 

Dennoch wird die Bauindustrie in vielen Umweltberichten nur am Rande thematisiert, sind wir doch gleichzeitig mit einem signifikanten Mangel an bezahlbarem Wohnraum konfrontiert. Kaum eine Metropolregion weltweit, die vom Problem Wohnungsnot verschont ist. 

Bild 2 MODULTECTURE-Prozess
Quelle: Imti Enterprises

1.1 Nachhaltige Lösung

Wir brauchen dringend neue Wohnungen, keine Frage – die aber müssen ökologisch vernünftig, ökonomisch erschwinglich und qualitativ hochwertig sein. Das Vorhaben von Imti (Intelligent MODULTECTURE Industries) ist es, eine neue Generation von Wohnhäusern zu entwickeln, die alles bieten, was das Wohnen der Zukunft klimafreundlich, erschwinglich und lebenswert macht. Für das Unternehmen steht der Mensch wieder im Mittelpunkt, um so diese vermeintlichen Widersprüche aufzulösen. Dreh- und Angelpunkt ist hierbei BIM (Building Information Modeling). Die auf Digitalisierung und Kooperation basierende Methode, die sich erst nach und nach in der Bau- und Immobilienwirtschaft durchsetzen konnte, kommt bei diesem Vorhaben voll und ganz zur Anwendung.

Grundlage ist eine zum Patent angemeldete, voll digitalisierte Methode zur Holzsegmentbauweise. Unter Anwendung dieser Technologie auf einer KI-basierten, offenen Planungsplattform können sowohl der Planungszeitraum als auch die industrielle Fertigung der Holzsegmente die eigentliche Bauzeit im Geschosswohnungsbau auf insgesamt wenige Monate verkürzen. Die Häuser und Wohnungen werden durch die Skalierungseffekte der Industrialisierung auch mindestens 20 % günstiger als in konventioneller Bauweise und können trotzdem höchste Ansprüche an Bauqualität, Ausstattung und Nachhaltigkeit erfüllen.

1.2 Holz und künstliche Intelligenz

In der Ausführungspraxis setzt das Start-up also auf den Baustoff Holz, einen nachwachsenden Rohstoff. Der energetische Aufwand ist geringer; zudem wird in Form des Holzes im Gebäude auch CO2 gespeichert und damit für viele Jahrzehnte der Atmosphäre entzogen. Auf energieintensive Baustoffe wie Stahl oder Beton wird so weit als möglich verzichtet, oder sie sollen durch erneuerbare und recycelte Materialien ersetzt werden. Der gesamte digitale, auf künstlicher Intelligenz basierende Planungs- und Entstehungsprozess sowie die anschließende Gebäudesteuerung ist der ausschlaggebende Unterschied zur herkömmlichen und als teuer geltenden Holzmodulbauweise. In der lernenden Open-Source-Planungsplattform können bestehende Entwürfe eingelesen oder neue selbst erzeugt und anschließend in einen Digitalen Zwilling übersetzt werden. Dieser steuert die architektonische Planung und Ausführung, ermöglicht das Bauen zum Fixpreis und steuert die gesamte Nutzung danach. Sogar die Wiederverwendung oder das Recycling nach dem Cradle-to-Cradle-Prinzip können über die Plattform gemanagt werden. Die Idee des Digitalen Zwillings haben Unternehmen der Pharmaindustrie, des Auto- oder Flugzeugbaus bereits durchweg aufgenommen und wenden diese schon seit Jahrzehnten an. Nur in der Baubranche ist eine Technologie, die eine Verbindung zwischen realer und digitaler Welt schafft und es ermöglicht, Produkt- und Lebenszyklen optimal zu steuern, noch nicht angekommen. Eine Möglichkeit, geschlossene Stoffkreisläufe entstehen zu lassen – von der ersten Idee für ein Produkt bis hin zu seinem Recycling. 

1.3 Preissicherheit und Geschwindigkeit

Die Segmentbauweise in Verbindung mit der intelligenten Planungstechnologie bietet weitere Vorteile: Planungssicherheit – die Plattform liefert Preise und Lieferzeiten in Echtzeit – und Geschwindigkeit. Die gesamte Wertschöpfungskette ist digitalisiert. Von der Planung bis zur Fertigstellung vergehen deshalb nur noch Monate statt Jahre. Trotzdem sind individuelle Lösungen möglich, dank der Vielzahl an segmentbasierten, zur Auswahl stehenden Gestaltungsformen. In der eigens entwickelten Segmentbibliothek liegen bereits jetzt mehr als 500 Planungselemente vor. Doch damit nicht genug, die Segmentbibliothek und ihre Verwendung, aber auch das Entwickeln eigener, neuer Segmente steht allen Nutzern der Plattform frei. Die Design-Community ist eingeladen, den Wortschatz der neuen Form-, Funktions-, und Designsprache ­MODULTECTURE (Bild 2) ständig zu erweitern und so die Varianten im Design von Gebäuden ständig zu erhöhen. Die neue Bautechnologie erlaubt es zudem, Gebäude auch im Gebrauch umzubauen und an geänderte Wünsche und Lebensumstände anzupassen. Segmente können auseinandergenommen, verändert und erweitert sowie wieder zusammengesetzt werden. Nach einem eventuellen Abbau können die einzelnen Elemente für die Montage anderer Gebäude wiederverwendet werden. Andere Bauteile sind einfach zu recyceln. 

1.4 Elementierte Fassaden und begrünte Gebäudehülle

Eine zentrale Rolle spielt der Klimaschutz. Die Module werden aus nachhaltig produziertem und zertifiziertem Holz gefertigt und mit elementierten Fassaden und einer begrünten Gebäudehülle versehen. Auf dem Dach versorgt Photovoltaik das gesamte Haus und liefert Strom für Ladestellen von Elektrofahrzeugen. Infrarotheizungen, Holzfenster, Naturkautschukböden und eine Smart-Home-Technologie gehören zum Standard. Das innovative Verfahren ermöglicht es, riesige Mengen von CO2 zu speichern. Die Verfasser waren mit dem Stillstand und der Unbeweglichkeit der Baubranche schon längst nicht mehr einverstanden. Wie langwierig Planungs- und Bauprozesse noch immer in der Bauindustrie sind und wie losgelöst voneinander die involvierten Parteien – Planung, Bauausführung, Betrieb, Eigentümer, Bewohner:innen – jeweils agieren. All das hat zu dem jetzigen dramatischen Mangel an Wohnraum und den völlig überteuerten Preisen geführt. 

Ende Oktober 2021 wurde der erste Schritt in die reale Bauwelt getan und ein Prototyp zweier Wohneinheiten in Stadthagen bei Hannover vorgestellt, wo die erste Produktionsstätte entstehen wird. Dort sollen die Module versandfertig für den Bahntransport produziert werden. In Zeiten der Wohnungsknappheit wird es möglich sein, rasch neuen Wohnraum zu schaffen, und zwar lebenswert und in hoher Qualität.

1.5 Durchgängig digitaler Workflow

Für die neue, durchgängig digitalisierte Planungs- und Produktionsrealität sorgt ein digitaler Datenfluss der – holistisch und inte­griert – die einmal im Planungsstadium generierten Daten sukzessive ergänzt und das Designmodell zunehmend, also mit jedem neuen Gebäude, weiter anreichert. Ein solches Thema war schon in den 1990er-Jahren Gegenstand großer Forschungs- und Entwicklungsprojekte bei HOCHTIEF. Dort wurde seinerzeit untersucht, wie man es schafft, im Bau(Planungs)prozess jeden Datensatz nur einmal anfassen zu müssen – so wie man auf der Baustelle auch jedes Material idealerweise nur einmal bewegt. BIM steckte damals noch in den Kinderschuhen, und weder die Übertragunsraten gängiger Hardware noch der Verbreitungsgrad oder die Performanz und Stabilität der Netze ließen einen derartig verteilten Bearbeitungsprozess zu. Mit den Cloud-Anwendungen der heutigen Zeit ist das alles keine Zukunftsmusik mehr. Mit dem STEP-Format und der Modellierung von objektrelationalen Datenmodellen mithilfe der Datenbeschreibungssprache EXPRESS wurden bereits um die 2000er-Jahre Anwendungen entwickelt, die den Produktlebens­zyklus des Produkts Gebäude abbilden und digital unterstützen sollten. Doch erst durch die Etablierung des IFC-Standards ab 2002 gelang der Durchbruch für BIM als digitale Methode. Und seitdem die Netzdichte und Rechnerkapazitäten den Stand von heute haben, ist auch eine durchgängige Anwendung von BIM im Herstellungsprozess von Gebäuden eben keine Utopie mehr.

Auf diesen Grundlagen entwickelten die Produktionsspezialisten, Architekten, Ingenieure, Softwareentwickler und Designer eine Technologie, die gleichermaßen Designsprache wie Datenmodell ist. Auf Basis einer eigens auf die Industrialisierung des Fertigungsprozesses eines Gebäudes aus standardisierten (Holz-)Bauteilen ausgelegten Systemarchitektur (IT/OT-Infrastruktur) entstand unter Mitwirkung namhafter Player wie Siemens und dem Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen ein durchgängig digitaler Workflow, der auf der Plattform myImti.com ab Ende 2022 auch für Laien eine Anwendung im Planungsprozess von Bauprojekten möglich machen wird.

Die Segmentbibliothek stellt dabei das Design-Regelwerk zur Verfügung. Komplett digital werden alle Bauteile eines Gebäudes im IFC-Datenformat beschrieben. Dabei beschreibt der Attributkatalog nicht nur geometrische oder bauphysikalische Eigenschaften der Bauteile (Segmente), sondern er enthält auch Beziehungsinformationen (Relationen) zu anderen enthaltenen Bauteilen (z. B. Steckdosen) oder zu Bauteilen, mit denen die Segmente kombiniert werden können. Auch die Produktionsinformationen werden sukzessive dem Attributkatalog hinzugefügt, sodass bereits in der Entwurfsphase klar ist, wann, wie und zu welchem Aufwand das Gebäude hergestellt werden kann. Einmal produziert, werden alle Produktinformationen in den Digitalen Zwilling zurückgespielt, als As-built-Dokumentation im exakten virtuellen Modell des physischen Zwillings vorgehalten und aktiv genutzt. Vermutungen über Gebäude gehören damit der Vergangenheit an. Das Gebäude ist, wie es ist.

Doch der digitale Prozess endet nicht beim Verladen der Gebäudeteile (Module) auf den Zug. Die mit Sensorik und RFID-Chips getaggten Bauteile, die aus logistischen Gründen die temporäre ­Verbindung als Module eingehen (denn wer kann schon ein fünfstöckiges Gebäude transportieren), werden konsequent getrackt und machen eine Hightech-Baustelle möglich. Eine Baustelle, die gar keine Baustelle mehr ist. Statt Dutzenden von Bauleitern und in ­Gewerken strukturierten und organisierten Handwerkern, die Gebäude vor Ort aus Rohmaterialien herstellen, fügen einige wenige ­Ingenieure und Fachkräfte große, schlüsselfertige Gebäudeteile (Module) in wenigen Wochen zu einem Gebäude zusammen. Die Module checken beim Bauleiter ein und werden über Mobile ­Devices (z. B. eine AR-Brille) im Digitalen Zwilling angezeigt. Eine Krananlage greift das Modul und bringt es an seine vorgesehene Stelle. Durch das Eigengewicht von 10 bis 14 t rastet das Modul ­automatisch auf dem darunterliegenden ein, Poka-Yoke-Verbindungen machen das Anschließen der Versorgungssysteme einfach. 32 Wohneinheiten können bei idealen logistischen Bedingungen so innerhalb von 14 Tagen aufgebaut werden. Zuzüglich Gründung, Fassade und Dacharbeiten vergehen nur noch wenige Wochen, bis ein Gebäude schlüsselfertig übergeben werden kann.

Dadurch reduziert sich nicht nur die Dauer, in der das im Projekt gebundene Kapital unproduktiv ist, sondern auch die Störzeit der Baustelle. Vor Ort passiert nur noch das zwingend Notwendige, nämlich das Aufstellen des Gebäudes. Die Produktion desselben geschieht andernorts. Auch das Konzertieren von Logistikprozessen und Lieferantenverbindungen bringt erhebliche Vorteile. Nicht nur in Bezug auf die Kosten. Lieferanten werden mehr als nur Zulieferer, sie werden zu Systempartnern in einem Design- und Produktionsprozess – mit erheblichen Effekten. Denn es geht hier nicht nur um Skalierung und die damit verbundenen Kostenersparnisse. Mit einem Lieferanten, der zum Systempartner wird, lässt sich auch Verpackungsmüll vermeiden, Materialforschung betreiben und damit Innovationen im Sinne der Nachhaltigkeit und Produktoptimierung verwirklichen. Die Bauindustrie schafft den Sprung aus der Steinzeit in die Industrie 5.0 und aktiviert die gesamte Prozesskette für Innovationen.

Bild 3 MODULTECTURE-Segmentbibliothek
Quelle: Imti Enterprises

2 Die Methode MODULTECTURE
BIM extended

Generatives Design, automatisierte und parametrisierte Baukörperstudien ziehen parallel mit der Implementierung von BIM [1] sukzessive in den Arbeitsalltag von zeitgemäß arbeitenden Planer:innen und Entwickler:innen ein. Doch wie wir unsere Projekte starten, also mit städtebaulichen Verfahren wie Planerwettbewerben, Mehrfachbeauftragungen oder VgV-Verfahren, wird sich auch in Zukunft nicht ändern und wie gewohnt durchgeführt werden müssen. Denn das ist Bestandteil einer demokratischen Planungs- und Beteiligungskultur. Hier setzt die offene Plattform an. Fertige Entwürfe von Architekten, Bauherren oder Bauwilligen können in Form von Grundrissen über die Planungsplattform (myimti.com) einfach als PDF-Datei eingelesen werden. Mithilfe des segmentbasierten Verfahrens (Bild 3) entsteht aus den eingelesenen Daten ein dreidimensionaler Digitaler Zwilling – schließlich ist die BIM-Methode als bauteilorientierte, modellbasierte, simulationsgestützte Entwicklungsmethode Kernstück der zum Patent angemeldeten Design-, Form- und Funktionssprache.

Das Verfahren bildet die eingelesenen Gebäude unter Anwendung von KI in unterschiedlichen Segmenten unter Berücksichtigung der lernenden Segment- und Regelwerkbibliothek ab und stellt diese im IFC-Format bereit. Die Segmente werden später in Partnerbetrieben produziert und in der Montage zu Modulen zusammengefügt. Jedes Segment weiß, was es ist, woraus es besteht und was es kann. Sämtliche Informationen liegen geometrisch und alphanumerisch jedem Bauteil zugeordnet vor und ermöglichen Simulationen in Bezug auf CO2-Einsparung, Kosten und Verfügbarkeit. Die nach der Modellierungsrichtlinie automatisiert auf der Plattform erzeugten Daten können als IFC-Datei zur Arbeitsvorbereitung in den meisten CAD-CAM-Softwares eingelesen und weiterverarbeitet werden.

Die Plattform steht dabei für offene Prozesse, Teilhabe und Dynamik durch künstliche Intelligenz mit lernenden Einheiten: Alle Entwürfe fließen dort ein und so entsteht ein ständig wachsendes Gedächtnis, aus dessen Archiv sich immer neue Kombinationen zusammenstellen lassen. Durch das Einlesen von Grundrissen wird der Bedarf neuer Bauteile und Segmente notwendig, welche sukzessive in der Bibliothek durch Einbindung der Community ergänzt werden. Dabei überprüfen fortlaufend lernende Algorithmen, ob z. B. Bauvorschriften und Normen eingehalten sind und machen ggf. einen entsprechenden Änderungsvorschlag. Nach Finalisierung des Planungsprozesses und Auftragserteilung werden sämtliche Daten in Echtzeit in Prozessdaten verwandelt und an die hoch automatisierte Fabrik überspielt.

MODULTECTURE ist also eine eigene Sprache und steht für ein komplexes System an Kommunikation mit einer Hierarchie. Das bedeutet übersetzt: ein Buchstabe steht für ein Bauteil, ein Wort für ein Segment und ein Satz für ein Modul, ein Absatz für eine Wohneinheit, das Kapitel für ein Bauwerk und die Geschichte oder Legende steht entsprechend für die Stadt und die Agglomeration. Dabei orientieren sich die verlinkten Daten am IFC-Schema mit seinen Hierarchien. Um den ersten Sprachwortschatz der Systemsprache anzulegen, wurde ein prototypisches Gebäude entwickelt, das mit ca. 500 Bauteilen die erste inhaltliche Grundlage auf der Plattform lieferte (Bild 4).

Der durch die Architekten konzipierte Wohnungsbau (Bild 5) mit 32 Wohneinheiten auf vier Geschossen, welche barrierefreie, förderfähige Ein- bis Vierzimmerwohnungen (Bild 6) vorsehen, ist der erste Wortschatz der Segmentbibliothek und stellt somit eine Konfigurationsmöglichkeit dar. Als „I’m living“ ist er Bestandteil der industriell gefertigten Produktreihe in der Assetklasse Wohnen, welche bis zur Gebäudeklasse 4 in reiner Holzbauweise unter Verzicht auf zementgebundene Bauteile bereits in vielen Bundesländern in Deutschland zu realisieren ist. Die meisten Landesbauordnungen bieten bereits diesbezügliche Erleichterungen.

Bild 4 MODULTECTURE-Konfigurationen
Quelle: Imti Enterprises

Die Maße der Module, welche der Aggregatzustand von Segmenten auf dem Weg zur Aufstellung sind, wurden zugeschnitten auf den umweltschonenden Bahntransport. Übergrößen über 2,50 m Breite wurden deshalb konsequent ausgeschlossen. Die Fassaden sind frei konfigurierbar, in der Basisausführung mit einer hinterlüfteten Holzfassade, mit in RAL-Farben lackierbaren Holzfenstern und einer begrünten Gebäudehülle zur Entlastung des Mikroklimas in der Stadt. Hierbei sind die Fassaden des Aufzugschachts und der übereinanderliegenden Abstellräume, welche den offenen Treppenraum seitlich rahmen, außenseitig mit einem vertikalen Begrünungssystem vorgesehen. Das Wohnraumförderungsprogramm des Landes Nordrhein-Westfalen begünstigt diese Maßnahmen bspw. mit einem 50 %-Tilgungsnachlass. Auf der Rückseite des Gebäudes liegt eine membranartige Zone zwischen innen und außen. Stabförmige Bauteile sind Rankhilfe für Bepflanzung, nehmen Balkone und Loggien auf und sind in verglaster Variante als Wintergartenanlage auch die Möglichkeit, Lärmschutzanforderungen zu genügen. Auf dem intensiv begrünten Dach versorgt hocheffiziente Photovoltaik nicht nur das Gebäude autark, sondern speist Ladestellen für E-Autos und die Bikeports in den Eingangsgebäuden, sobald sie Energie im Überfluss produziert. V2G, also Vehicle to Grid, ist Bestandteil der Energiebilanz und wird zukünftig mit der Vielzahl an E-Autos eine feste Größe für die temporäre Speicherung von Strom. Die nicht unterkellerten Häuser fußen auf unterschiedlichen Gründungsarten, wie bspw. Fertigteilrosten aus Upcycling-Beton, schaffen so Retentionsflächen gemäß der Idee einer Schwammstadt und versiegeln weniger Fläche. Durch ihre flexible Bauweise bieten sie auch für Baulücken und Verdichtung eine nachhaltige und günstige Option, bezahlbaren Wohnraum in den Metropolen zu schaffen und sich ganz selbstverständlich mit dem städtischen Kontext zu verbinden. Das Treppenhaus ist aus stabförmigen Bauteilen konstruktiv unabhängig von den Modulbaukörpern offen ausgelegt, was sich positiv auf das Verhältnis von Wohnfläche zu BGF auswirkt und die brandschutztechnische Anforderung an die Treppenhauswände vereinfacht. Die mittleren Wohnungen haben durch den offenen Treppenraum Belichtungsmöglichkeiten und erlauben Durchwohnkonzepte.

Bild 5 „I’m living“-Wohngebäude – ­Straßenseite
Quelle: Imti Enterprises

„I’m One“ heißt der realisierte Prototyp der Bauweise – eine lichte, flexible und förderfähige Einpersonenwohneinheit sowie ein Studio als wohnortnahe Arbeitsumgebung (Co-Working, Co-Living) von jeweils 47 m², die wie bei einem bekannten Klemmsteinsystem aus Skandinavien mit anderen Modulen zu ganzen Wohngebäuden und Quartieren kombinierbar sind (Bild 7). Das Demonstrationsgebäude (Bild 8) wurde u. a. auch für bautechnische und bauphysikalische Untersuchungen realisiert, trägt aber im Innenraum bereits den vollen Charme und zeigt lebenswerte Räume auf.

Bild 6 „I’m living“-Wohngebäude – ­Grundriss
Quelle: Imti Enterprises
Bild 7 „I’m One“-Einraumwohnung
Quelle: Imti Enterprises
Bild 8 „I’m One“ – Reallabor/Testumgebung
Quelle: Imti Enterprises

Die Community in Quartieren wird zukünftig durch die Integration von Studios gefördert. Diese im Wohngebäude integrierten Gemeinschaftsflächen wurden gemeinsam mit Vitra entwickelt und ermöglichen sozialverträgliches Homeoffice-Arbeiten im Co-Working oder sind Gemeinschaftsfläche für Begegnung. Im Innenraum strahlen naturbelassene oder auch weiß gekalkte Holzwände und Decken eine Natürlichkeit und Wärme aus und zeigen den Wert- und Werkstoff offen. Jeder Besucher des „I’m One“ beschreibt ein angenehmes Raumgefühl, was vielleicht auch auf den Wunsch des Menschen zurückgeht, sich geborgen zu fühlen (Bild 9).

Bild 9 „I’m One“-Studio
Quelle: Imti Enterprises

Die Module lassen sich an der Decke in Form von Unterzügen ablesen, was bei größeren Räumen eine „Raum im Raum“-Wirkung erzeugt und dem Maßstab der Bewohner:innen entspricht. Die Wandqualitäten sind je nach Wunsch vielfältig, gehen von Indus­triesichtqualität über Wohnsichtqualität bis zu konventionellen malerfertigen Oberflächen. Die Grundausstattung beinhaltet einen Linoleumbelag als natürliches und zugleich belastbares Material für den Fußboden.

Schon heute sind weitere Assetklassen wie Bürogebäude, Kindergärten und größere Wohnkomplexe konzipiert und angelegt. Die Namen orientieren sich allesamt an der Hauptnutzung: Wohngebäude – I’m living, Bürogebäude – I’m working, Kita – I’m happy. Alle zusammen sind Bestandteile von – We are together – der modularen Stadt (Bild 10).

Bild 10 Modulares Gebäudeportfolio: I’m living
Quelle: Imti Enterprises
Bild 10 Modulares Gebäudeportfolio: I’m working
Quelle: Imti Enterprises
Bild 10 Modulares Gebäudeportfolio: I’m happy
Quelle: Imti Enterprises
Bild 10 Modulares Gebäudeportfolio: I’m tall
Quelle: Imti Enterprises
Bild 10 Modulares Gebäudeportfolio: I’m scraping
Quelle: Imti Enterprises

So geben schon die Namen zu verstehen, dass das Miteinander im Zentrum steht, so wie insgesamt die Mission für ein Miteinander von Mensch und Natur treibende Kraft ist.

Und weil sie modular und intelligent konzipiert sind, kann jedes dieser Gebäude umgebaut oder das Material sogar für andere Assetklassen wiederverwendet werden, ganz im Sinne der Kreislaufwirtschaft.

3 Simplicity als Design- und Technologieideologie

3.1 Gebäudetechnik

So einfach, nachhaltig und innovativ wie das Gesamtgebäude ist auch seine technische Gebäudeausstattung (Bild 11).

Bild 11 Sanitär
Quelle: Imti Enterprises
Bild 12 Elektro und Photovoltaik
Quelle: Imti Enterprises

Die geopolitischen Auseinandersetzungen und nun auch die Politik verlangen ein Ende der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen. Das modulare System geht hier schon einen eigenen Weg. Die Haustechnikingenieure haben mit der PV-Abteilung von Viessmann ein energieautarkes Konzept entwickelt. Die Primärenergie bezieht „I’m living“ aus der natürlichen Kraft der Sonne. Mit der hocheffizienten Photovoltaikanlage (Bild 12) wird nicht nur die Heizlast nachgewiesen und über angenehme Infrarotheizungen verteilt, sondern auch eine dezentrale Lüftungsanlage (Bild 13) in jeder Wohneinheit betrieben. Zukünftig wird ein Heizsystem bereits in den Lamellenlagen des Brettsperrholzes (CLT) integriert werden können und die Wärmeabgabe unauffällig über die Wand ermöglichen. Alternativ steht ein BEG-55-Standard bereit, welcher mit einer wasserführenden Heizung die Grundlage zur Förderfähigkeit von sozialem Wohnraum ist. An dieser Stelle sei angemerkt, dass Innovation oft durch nicht praxisgerechte Bürokratie und Förderbedingungen sowie Gesetzgebungen maßgeblich verhindert wird. So ist in der Überarbeitung der Förderrichtlinien Anfang 2022 in vielen Bundesländern der ehemalige KFW-55-Standard als BEG-55-Standard eingeflossen und erzwingt eine wasserführende Heizung. Imti steht im Austausch mit den Ministerien in NRW und Niedersachsen und erarbeitet derzeit Einzelfallregelungen, um auch das energieautarke Haus förderfähig zu realisieren. Die Bilan­zierung des Wohngebäudes in der segmentbasierten Modulbauweise entspricht den Anforderungen an das GEG 2020 in Bezug auf die wärmeübertragende Hüllfläche sowie die Anlagentechnik. Das GEG sieht eine Speicherung der Solarerträge zur Nutzung in den Wintermonaten aber nicht vor. Die Erträge sind den Verbräuchen in den jeweiligen Monaten gegenübergestellt. Über die KI-gesteuerte Automation der dezentralen Lüftungsanlage ist ein ständiger Luftaustausch gewährleistet, was in Pandemiezeiten nicht nur eine Vermeidung von zu hohen Aerosolkonzentrationen bedeutet, sondern auch im Sommer eine Nachtauskühlung ermöglicht. Die Lüftungsbauteile ermöglichen über ihre Keramikbauteile eine 90%ige Wärmerückgewinnung. Sämtliche Nasszellen liegen übereinander und sind modular konzipiert, inklusive der Steigepunkte. Durch vorgefertigte Badsegmente werden die Nasszellen bereits in der Produktion in die entsprechenden Raummodule eingefügt. Die Installationen werden geschossweise in der CLT-Decke mit zugelassenen Systembauteilen geschottet. Sensorik, auch in Bezug auf Feuchtedetektion und Systemintegrität, wird bereits in der Produktion verbaut und kann je nach gewünschtem Service über die Plattform aktiviert werden. Das Beleuchtungskonzept sieht bereits installierte Stromschienenstrahler mit eigens im Lichtton entwickelten energiesparenden LED-Platinen vor. Das ermöglicht dem Nutzer große Variabilität für die eigene Möblierung, eine Ansteuerung über die myImti-App und inszeniert den Werkstoff Holz im Innenraum. Bewegungs- und Präsenzmelder helfen bei dem ressourcenschonenden Umgang mit Licht und Energie. Die Fördertechnik der Aufzugsanlage wird bereits in der Produktion vormontiert und auf der Baustelle im CLT-Schacht endmontiert.

Bild 13 Dezentrale Lüftung
Quelle: Imti Enterprises

3.2 Tragwerksplanung

Das Gebäude wird aus segmentbasierten, vorgefertigten Modulen zusammengesetzt, die auf der Baustelle verbunden werden. Jedes Modul besteht aus einer 12 cm starken CLT-Fußbodenplatte, die an den beiden Seiten durch 14/20-cm-BSH-Balken gehalten wird, sowie einer 6 cm starken CLT-Moduldecke, die seitlich durch 14/40-cm-Balken gehalten wird (Bild 14). Die Fußbodenplatte trägt alle Lasten im Endzustand an die 14/140-cm-Balken ab. An den kurzen Seiten der Module werden Wände aus CLT-Platten angeordnet, die seitlich mit Stützen 14/14 cm ergänzt werden. Die Stützen nehmen die Balkenlasten auf.

Bild 14 Montageprozess Module
Quelle: Imti Enterprises

Sämtliche Bauteile sind für eine mögliche fünfgeschossige Bauweise dimensioniert, um die Konfigurierbarkeit der gleichen Segmente zu gewährleisten. Dabei variiert jedoch die Holzart in Bezug auf ihre Festigkeit gemäß den entsprechenden Normen. Ein Bauteil kann bei zweigeschossiger Bauweise aus einer Holzfestigkeitsklasse sein, bei fünfgeschossiger Bauweise aber in den unteren drei Geschossen aus einer anderen Festigkeitsklasse. Die Errichtung des Gebäudes soll nicht geschossweise, sondern Wohnung für Wohnung erfolgen. Das heißt, dass zunächst eine Wohneinheit als Turm über bis zu fünf Geschosse aufgebaut wird, z. B. die linke Wohneinheit. Anschließend folgen jeweils die weiteren. Die Türme müssen eigenständig ausgesteift sein. Die Aussteifung der einzelnen Türme wird über die Wände in Verbindung mit der horizontalen Deckenscheibe realisiert. Im Stoß der Module wird eine schubfeste Verbindung zwischen den Unterzügen 14/40 cm oder den Bodenplatten 12 cm hergestellt. Der Lastabtrag der Module in die Gründung erfolgt über Schnellsteckverbinder, welche modellbasiert mit AR-Unterstützung auf der Baustelle gesetzt werden.


Projektbeteiligte

Gesamtplanung: Imti Enterprises GmbH, Düsseldorf
Architektur: POS4 Architekten Generalplaner GmbH, Düsseldorf
Statik: Brendebach Ingenieure GmbH, Wissen
Haustechnik: Louis Opländer Heizungs- und Klima­technik GmbH, Dortmund
Bauphysik: Graner + Partner Ingenieure GmbH, Bergisch Gladbach
Brandschutz: Hagen Ingenieure GmbH, Kleve
Lichtplanung: Vedder Lichtmanagement GmbH
Holzbauplanung: Prause Holzbauplanung GmbH & Co. KG
BIM-Management: DEUBIM GmbH, Düsseldorf; Albert Ingenieure, Frankfurt a. M.
Produktionsplanung: WZL RWTH, Aachen


Literatur

  1. Pilling, A.; Gerrits, P. (2021) Das neue Bauen mit BIM und Lean. Berlin: DIN, Beuth, buildingSMART Verlag.

Autoren

Sven Rickes
Dipl.-Ing. Architekt André Pilling
info@imti.enterprises
Intelligent MODULTECTURE Industries – Imti
www.imti.enterprises