Wie Betonfertigteile die Nachfrage nach Smart Factories vorantreiben

Die steigende Nachfrage nach Fertigteilbauten hat zu einem vermehrten Einsatz fortschrittlicher Fertigungstechnologien und -prozesse geführt, um diese Elemente zu fertigen. Diese fortschrittlichen Fertigungstechnologien, bekannt als „Smart Factories“, nutzen Technologien wie Automatisierung, Robotik, IoT (Internet der Dinge), Datenanalyse und KI (Künstliche Intelligenz), um Produktionsprozesse zu optimieren, die Effizienz zu verbessern und die Produktqualität zu steigern.

Smart Factories integrieren diese Technologien in jeden Aspekt der Fertigteilproduktion, von der Planung und dem Entwurf bis hin zur Herstellung und Montage.

In diesem Artikel betrachten wir den Herstellungsprozess von Betonfertigteilen, ihre Vorteile und die wichtigsten Produkttypen. Wir erkunden auch, wie Smart Factories einen modernen Ansatz durch die Nutzung von Industrie 4.0-Technologien verfolgen, um Effizienz, Produktivität und Flexibilität im Fertigungsprozess zu steigern.

Was sind Betonfertigteile?

Betonfertigteile sind Baumaterialien, die durch das Gießen von Beton in wiederverwendbare Formen oder Schalungen, typischerweise in einer kontrollierten Fabrikumgebung, hergestellt werden. Die Betonelemente werden dann ausgehärtet und zum Errichtungszeitpunkt zur Baustelle transportiert.

Diese Bauweise unterscheidet sich von der traditionellen Schalbetonbauweise, bei der der Beton vor Ort in Schalungen gegossen und gehärtet wird.

In den letzten Jahren hat die Verwendung von Fertigteilen aus Beton aufgrund ihrer Vorteile zugenommen, darunter verbesserte Haltbarkeit, Qualitätskontrolle, Designflexibilität, schnellere Bauzeiten, die Fähigkeit zur Herstellung standardisierter, hochwertiger Komponenten und die Minimierung von Baustellenabfällen.

Träger, Säulen, Wände, Platten und andere strukturelle Fertigteile werden in verschiedenen Wohn- und Gewerbebauprojekten verwendet.

Herstellungsprozess von Betonfertigteilen

Der Herstellungsprozess von Betonfertigteilen umfasst mehrere wichtige Schritte:

1. Schalungsbau

Die Fertigteile werden durch das Gießen von Beton in Schalungen hergestellt, die der gewünschten Form und Spezifikation des Endprodukts entsprechen. Diese wiederverwendbaren Formen können aus verschiedenen Materialien wie Stahl, Fiberglas oder Gummi bestehen. Der erste Schritt in der Herstellung besteht darin, Formen basierend auf den Anforderungen des Kunden und dem Design der Fertigbetonteile zu erstellen.

2. Bewehrung

Bewehrung in Form von Stahlstäben oder -Matten wird vor dem Gießen des Betons in die Form eingebracht, um die strukturelle Festigkeit der Fertigteile zu erhöhen. Diese Bewehrung verleiht dem Beton zusätzliche Festigkeit und macht ihn widerstandsfähiger gegen Risse.

3. Betonguß

Sobald Schalung und Bewehrung vorbereitet sind, wird der Beton gegossen. Die Betonmischung wird sorgfältig formuliert, um den spezifischen Anforderungen des Projekts zu entsprechen (einschließlich Festigkeit, Haltbarkeit, Aussehen usw.).

4. Aushärtung

Nach dem Gießen wird der Beton auf den Tischen ausgehärtet. Dieser Prozess findet typischerweise in einer kontrollierten Umgebung wie einer Trockenkammer statt, um optimale Bedingungen zu gewährleisten, damit der Beton seine gewünschte Festigkeit erreicht.

5. Entschalung

Sobald der Beton ausreichend gehärtet ist und die gewünschte Festigkeit erreicht hat, werden die Fertigteile aus den Formen entfernt. Dies markiert den Abschluss des Fertigungsprozesses in der kontrollierten Fabrikumgebung.

6. Lagerverwaltung

Viele Unternehmen müssen Fertigteile vor dem Transport zur Baustelle lagern, daher ist ein effizientes Lagerverwaltungssystem entscheidend. Die gilt insbesondere für größere Unternehmen mit umfangreichem Außenlager. Barcode-Technologie vereinfacht das Standort-Tracking der Fertigteile innerhalb der Lager, reduziert Fehler und verbessert die Abrufbarkeit der einzelnen Elemente und die Aufzeichnugsgenauigkeit.

7. Transport und Errichtung

Die fertigen Bauteile werden pünktlich zur Errichtung zur Baustelle gebracht. Der Bauprozess läuft hier oft schneller und effizienter als bei traditionellen Methoden, da die komplexe Fertigung bereits in der Fabrik erledigt wurde.

Vorteile des Fertigteilbaus

Da Sie nun wissen, was Betonfertigteile sind und wie sie hergestellt werden, wollen wir nun einige Vorteile erläutern die Unternehmen aus dieser Technologie erzielen können.

Die Verwendung von Fertigbetonteilen hat erheblichen Einfluss auf den gesamten Lebenszyklus eines Bauprojekts, von der anfänglichen Planungs- und Vorbauphase bis hin zur Errichtungsphase und den Betriebs- und Wartungsphasen. Lassen Sie uns die Vorteile in den verschiedenen Phasen eines Bauprojekts näher betrachten:

Planung und Vorbauphase

Die frühzeitige Einbeziehung eines Fertigteilproduzenten in der Entwurfsphase dient der Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Interessengruppen, was zu einer effizienten Planung und kostengünstigeren Lösungen führt. Betonfertigteile bieten auch ein hohes Maß an Designflexibilität, sodass Architekten und Ingenieure vielfältige und komplexe Strukturen schaffen können. Die Verwendung von Fertigteilen kann die Bauzeit verkürzen, die Teams bei der Entwicklung von Projektzeitplänen berücksichtigen können.

Bauphase

Die Errichtungsphase profitiert von der Geschwindigkeit und Effizienz des Fertigteilbaus, wodurch die Bauzeit vor Ort erheblich verkürzt wird. Dies reduziert auch den Bedarf an Vor-Ort-Arbeitskräften, was potenziellen Arbeitskräftemangel erleichtert und die Sicherheit auf der Baustelle verbessert. Darüber hinaus verbessern digitale Bautechnologien die Nachverfolgung von Teams, Logistikverwaltung und die Elementstapelung, die Wirtschaftlichkeit des gesamten Projekts.

Betriebs- und Wartungsphase

Fertigteile aus Beton sind für ihre Haltbarkeit und Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse bekannt. Sie tragen zur Langlebigkeit der Bauten bei und reduzieren Wartungs- und Reparaturkosten. Sie tragen zur Energieeffizienz eines Gebäudes bei und können thermische Masse und Isolierung bieten, die helfen, Innentemperaturen zu regulieren und Energieverbrauch zu senken.

Arten von Betonfertigteilen

Mit der zunehmenden Beliebtheit von Betonfertigteilen wurden mehrere Produkte entwickelt, um Bauprojekte zeit- und kosteneffizienter zu gestalten. Im Folgenden werden wir die wichtigsten Typen von Betonfertigteilen erläutern, um den Wert dieser Technologie weiter zu verdeutlichen.

Es ist wichtig zu beachten, dass Fertigbauprodukte in Standard- und Spezialprodukte unterteilt werden. Standardprodukte werden in Massenproduktion hergestellt, während Spezialprodukte gefertigt werden, wenn ein Bauvorhaben besondere Ansprüche vorweist. 

Lassen Sie uns nun die Typen von Betonfertigteilen entdecken!

1. Betonfertigteil – Treppen & Stufen

Bauunternehmen können Betonfertigteil-Treppen in Einheiten oder komplette Treppen mit Podesten und Absätzen bestellen. Diese Produkte werden mit vorinstallierten Stufen und Setzstufen geliefert, sodass sie intuitiv und schnell zu installieren sind.

Stadien verwenden Betonfertigteil-Treppen, um den Bauprozess zu beschleunigen. Dasselbe gilt für Fußgängerübergänge oder Umkleideräume, die andere Arten von Betonfertigteilen verwenden.

2. Betonfertigteilwand

Diese großen, oft rechteckigen Betonplatten, werden zu Errichtung von Außen- oder Innenwänden verwendet werden. Sie sind in verschiedenen Größen erhältlich und werden nach den Projektanforderungen produziert.

Einer der größten Vorteile der Verwendung von Betonwänden ist die erhebliche Zeitersparnis, die sie Projekten bieten, da die Wände vorgefertigt werden, während die Fundamente der Baustelle errichtet werden.

3. Betonfertigteilträger

Betonfertigteilträger dienen der strukturellen Unterstützung für Gebäude oder Infrastruktur. Es gibt zwei Arten von Trägern: interne, wenn die Bodenbelastung ungefähr symmetrisch ist, und externe, wenn die Bodenbelastung überwiegend asymmetrisch ist. Wie Wände werden auch diese in verschiedenen Formen und Größen entworfen und gefertigt, um den Projektanforderungen gerecht zu werden.

4. Betonfertigteilsäulen

Betonfertigteilsäulen erstrecken sich normalerweise kontinuierlich über die gesamte Höhe des Gebäudes. Bei Gebäuden mit mehr als fünf Stockwerken werden jedoch zwei oder mehr Säulen verbunden, um die Struktur zu vervollständigen. Es gibt drei Arten von Betonsäulen: Randstützen, die in eine Richtung symmetrisch sind, interne Stützen, die in alle Richtungen symmetrisch sind, und Eckstützen, die überhaupt nicht symmetrisch sind. 

Diese Säulen können fünfmal schneller als reguläre Betonsäulen errichtet werden, was den Prozess viel effizienter und kostengünstiger macht, da weniger Arbeitskräfte vor Ort benötigt werden. Darüber hinaus ist der Errichtungsprozess völlig geräuschlos, sodass er zu jeder Tages- und Nachtzeit erfolgen kann.

5. Betonfertigteildecken

Betonplatten werden für verschiedene Zwecke in einem Bauprojekt verwendet, wie z.B. Decken. Sie sind in keiner Standardgröße und -form erhältlich; die Abmessungen sind spezifisch nach den Anforderungen des Kunden.

Obwohl sie so konstruiert sind, dass sie schweren Lasten standhalten, werden Betonplatten normalerweise in langen, dünnen Abschnitten hergestellt, die leicht zur Baustelle transportiert werden können.

Zusätzliche Anwendungen der oben genannten Arten von Betonfertigteilen umfassen Pfähle und Fahrbahnplatten für Eisenbahn- und Autobahnbrücken, Bestattungskammern und Gewerbebauten wie Krankenhäuser, Einkaufszentren, Flughafenterminals und vieles mehr.

Smart Factory: eine Definition

Eine Smart Factory ist eine digitale Fertigungsanlage, die Technologien wie KI, IoT, Maschinen und Systeme verwendet, um Daten zu extrahieren und den Produktionsprozess durch Automatisierung zu verbessern. Sie sind Teil der technologischen Transformation (Industrie 4.0).

Der Aufstieg von Smart Factories kam, nachdem Entscheidungsträger erkannten, dass die Fertigungsindustrien entlang der Lieferketten dringend Digitalisierung bedurften. Der Prozess wurde noch beschleunigt, nachdem die Pandemie die Ineffizienzen in der Lieferkette aufdeckte, die sofort gelöst werden mussten, wenn Unternehmen wettbewerbsfähig bleiben wollten. Dies, gepaart mit der erhöhten Nachfrage nach schnelleren Lieferungen, trieb die Fertigungsindustrie in diese bedeutende Veränderung.

Aber wie haben sie es gemacht?

Technologien in Smart Factories

Smart Factories können eine Vielzahl von Technologien nutzen, darunter:

1. Automatisierung und Robotics

Sie integrieren Automatisierung und Robotik in den Produktionsprozess. Dies umfasst Roboterarme und Maschinen, um Aufgaben wie Betonmischung, Gießen und Entformen zu automatisieren. Diese Technologien beschleunigen nicht nur die Produktion, sondern verbessern auch die Qualität und Konsistenz der Fertigteile.

2. Laserprojektions- und MES-Systeme

Lasersysteme in der Fertigteildigitalisierung spielen eine entscheidende Rolle bei der Sicherstellung der Produktionsgenauigkeit und der Reduzierung von Fehlern. Diese Systeme, die Teil des Manufacturing Execution Systems (MES) sind, erfassen die Geometrie von Fertigteilen mit hoher Genauigkeit, ersetzen manuelle Messungen und steigern die Produktivität. Die MES-Lösung, einschließlich Qualitätsmanagementmodule und fortschrittlicher Kameras, ermöglicht eine Echtzeit-Qualitätskontrolle, indem CAD-Designs auf die tatsächlichen Fertigteile projiziert werden.

3. IoT (Internet der Dinge)

Sensoren und vernetzte Geräte können in der gesamten Produktionsanlage eingebettet werden, um Echtzeitdaten über verschiedene Parameter zu sammeln. Diese Sensoren können Faktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit, Aushärtezeiten des Betons und die Leistung der Geräte überwachen. Die gesammelten Daten werden dann analysiert, um Produktionsprozesse zu optimieren und Wartungsbedarf vorherzusagen.

4. Digital Twin Technologie

Die Digital Twin Technologie erstellt eine virtuelle Kopie der physischen Fertigteile und des gesamten Herstellungsprozesses. Dies ermöglicht eine Echtzeitüberwachung, -analyse und -simulation, sodass Hersteller potenzielle Probleme identifizieren und die Produktion optimieren können, ohne den tatsächlichen Herstellungsprozess zu unterbrechen.

5. Künstliche Intelligenz (AI)

KI-Algorithmen können für die Qualitätskontrolle, die vorausschauende Wartung von Maschinen und die Optimierung von Produktionsplänen eingesetzt werden. Maschinelles Lernen kann historische Daten analysieren, um Muster und Trends zu identifizieren, die zur Verbesserung der Effizienz und Qualität der Fertigteilherstellung beitragen.

6. Materialtechnologie und 3D-Druck

Smart Factories können die Verwendung fortschrittlicher Materialien in der Fertigteilproduktion erforschen, einschließlich solcher mit verbesserter Haltbarkeit, Festigkeit und Nachhaltigkeit. 3D-Drucktechnologien können auch verwendet werden, um komplizierte und kundenspezifische Fertigteile zu erstellen.

Lassen Sie uns die Smart-Factory-Technologie anhand einiger wichtiger Vorteile weiter betrachten, wie unten dargestellt.

Vorteile einer Smart Factory

Der schnelle Fortschritt der Technologie schafft scheinbar unbegrenzte Möglichkeiten im AEC-Bereich. Während wir daran arbeiten, effizienter, haltbarer und nachhaltiger zu bauen, haben wir ein erhöhtes Interesse an Fertigteilbau und Smart Factories gesehen.

Die Digitalisierung, die Smart Factories bieten, trägt nicht nur zur Straffung der Herstellung von Fertigteilen bei, sondern bietet auch zahlreiche andere Vorteile im Prozess:

1. Erhöhte Effizienz

Automatisierung und Robotik vereinfachen die Produktionsprozesse, reduzieren den manuellen Arbeitsaufwand und beschleunigen die Fertigungszyklen erheblich. Darüber hinaus reduziert die Verwendung von 3D-Daten den Bedarf an manuellen Messungen, verbessert die Genauigkeit der Mengenermittlung und trägt so zur Gesamteffizienz bei.

2. Verbesserte Qualitätskontrolle

Technologien wie Sensorik und Echtzeit-Überwachungssysteme ermöglichen präzise Qualitätskontrolle während des gesamten Produktionsprozesses. Dies führt zu durchgehend höherwertigen Fertigteilen, was Mängel und Nacharbeit minimiert.

3. Kosteneinsparungen

Obwohl die Initialkosten für die Verwendung von Fertigteilen höher sein können, führen optimierte Ressourcennutzung, minimierte Abfälle und langfristige Vorteile wie reduzierte Wartungs- und Betriebskosten zu Gesamtkosteneinsparungen über den Lebenszyklus des Gebäudes.

4. Erhöhte Anpassungsfähigkeit

Technologien wie Building Information Modeling (BIM) und Digital Twins ermöglichen größere Designflexibilität und Anpassungsfähigkeit. Smart Factories können effizient verschiedene Fertigteile herstellen, die auf spezifische Projektanforderungen zugeschnitten sind.

5. Nachhaltige Methoden

Smart Factories integrieren oft nachhaltige Praktiken, einschließlich der Verwendung recycelter Materialien, energieeffizienter Prozesse und reduzierter Abfallproduktion. Die Langlebigkeit der Fertigteile trägt ebenfalls zur Nachhaltigkeit bei, indem sie die Notwendigkeit von Restaurierungsmaßnahmen reduziert.

6. Vorausschauende Wartung

IoT-Sensoren und Datenanalyse ermöglichen eine vorausschauende Wartung, die potenzielle Probleme in den Geräten identifiziert, bevor sie zu Störungen führen. Dies minimiert Ausfallzeiten, verlängert die Lebensdauer der Maschinen und gewährleistet eine kontinuierliche Produktion.

7. Echtzeitüberwachung- und Kontrolle

Mit der Integration von Industrie 4.0-Technologien bieten Smart Factories eine Echtzeiteinsicht in den Produktionsprozess. Produzenten können wichtige Kennzahlen überwachen, Parameter anpassen und fundierte Entscheidungen treffen, um ihre Abläufe zu optimieren.

8. Arbeitssicherheit

Automatisierung übernimmt arbeitsintensive und gefährliche Aufgaben, was die allgemeine Arbeitssicherheit verbessert. Menschliche Arbeiter können sich auf qualifiziertere Aspekte des Herstellungsprozesses konzentrieren, um das Unfallrisiko zu minimieren.

9. Lieferkettenintegration

Smart Factories sind oft mit einer digitalisierten Lieferkette verbunden, um eine nahtlose Koordination mit Lieferanten, Baustellen und anderen Interessengruppen zu ermöglichen. Diese Integration gewährleistet die rechtzeitige Lieferung von Fertigteilen und erleichtert ein effizientes Projektmanagement.

10. Datengetrieben Entscheidungsfindung

Die Analyse von Daten aus verschiedenen Produktionsstufen ermöglicht faktengetriebene Entscheidungen, die zu kontinuierlichen Verbesserungen in Prozessen, Produktqualität und betrieblicher Effizienz führen.

Der Aufstieg der Smart Factories

Jüngste Herausforderungen haben eine Veränderung in der AEC-Landschaft bewirkt. Während die Branche historisch gesehen langsamer neue Technologien übernommen hat, haben wir in letzter Zeit einen Boom bei Technologieinvestitionen erlebt. Schätzungsweise 50 Milliarden Dollar wurden zwischen 2020 und 2022 in AEC-Technologien investiert, 85 Prozent mehr als in den vorherigen drei Jahren. Von KI über Automatisierung und Robotik bis hin zu Projektmanagement-Software haben Unternehmen viele Optionen bei der Einführung von Technologien. Hier werfen wir einen genaueren Blick darauf, wie fortschrittliche Technologien genutzt werden können, um Smart Factories zu schaffen, hochdigitalisierte und vernetzte Produktionsanlagen.

Smart Factory Systeme für Betonfertigteile

Fabriken können mit stationären Betten oder einem Umlaufsystem eingerichtet werden. Jedes System zur Organisation und Verwaltung des Gießens und Aushärtens von Fertigteilen hat seine eigenen Vorteile und Überlegungen.

Stationäre Fertigung

In einem stationären Bettensystem werden Fertigteile aus Beton auf festen Betten oder Plattformen innerhalb der Produktionsstätte gegossen und ausgehärtet. Der Produktionsprozess umfasst das Gießen von Beton in Formen, die auf diesen stationären Betten platziert sind. Nach dem Gießen verbleiben die Formen in einer festen Position zur Aushärtung und Verfestigung. Die Form muss dort normalerweise etwa einen Tag bleiben, bis sie fest genug ist, um die Formen zu entfernen, sie aus der Position zu heben und sie zur Lagerung zu transportieren.

Fertigung in einer Umlaufanlage

In einer Umlaufanlage werden Fertigbetonteile auf einem sich bewegenden Tisch gegossen, die durch verschiedene Produktionsstufen bewegt werden. Der Umlauf fährt zu verschiedenen Arbeitsstationen, an denen Gießen, Aushärtung und Entformen nacheinander erfolgen. Dies ermöglicht einen kontinuierlichen und effizienten Produktionsfluss, da das Karussell von einer Stufe zur nächsten wechselt.

Stationäre Fertigungsstätten benötigen normalerweise mehr Raum als Umlaufanlagen, die für einen kompakteren und kontinuierlichen Produktionsfluss ausgelegt sind. Stationäre Systeme sind in Nordamerika häufiger, während Umlaufanlagen in Europa, wo Platz oft eine größere Überlegung ist, beliebter sind.

Ist die Smart Factory für Betonfertigteile die Zukunft des Bauens?

Betonfertigteile gewinnen aufgrund ihrer Vorteile in Bezug auf Geschwindigkeit und Qualität an Dynamik. Da immer mehr Unternehmen ihre überlegene Qualität und Effizienz im Vergleich zu vor Ort gegossenen Konstruktionen erleben, werden wir einen Übergang zu Fertigbau als Standardpraxis in der Branche sehen, was wahrscheinlich die Nachfrage nach Smart Factories erhöhen wird.

Die Verwendung von Betonfertigteilen hat sich bereits über traditionelle Anwendungen wie Wohn- und Gewerbebauten hinaus auf Infrastrukturprojekte wie Brücken, Tunnel und sogar modulare Wohnkonstruktionen ausgeweitet. In den kommenden Jahren werden wir weiterhin neue Anwendungen für die Vorfertigung in der Branche sehen.

Der Zustand dieser Technologien in der Bauindustrie ist dynamisch, und fortlaufende Entwicklungen in Materialien, Techniken und Vorschriften werden die Landschaft weiterhin prägen. Zwei Bereiche, die die Zukunft erheblich beeinflussen können, sind technologische Fortschritte und Nachhaltigkeitsbemühungen.

Technological Advancements

Technologien wie BIM werden immer ausgefeilter und ermöglichen präzise Planung, Koordination und Ausführung, was die Projektergebnisse weiter verbessert und die Notwendigkeit eines digitalen Wandels von traditionellen Bauweisen hin zu fortschrittlichen Technologien unterstreicht (siehe auch Artikel zur BIM Pflicht). Derzeit zeigt die Fertigteilbranche ein Spektrum technologischer Akzeptanz, das durch den verstärkten Einsatz fortschrittlicher Technologien und den Aufstieg von Smart Factories Effizienz, Produktivität und Qualität gewinnen kann.

Sustainability Efforts

Nachhaltigkeit ist in den letzten Jahren für viele Projekte zu einer Überlegung geworden, da die Branche daran arbeitet, ihre Umweltauswirkungen zu reduzieren. Vorfertigung und die Verwendung von Betonfertigteilen tragen zu umweltfreundlicheren Baupraktiken bei und können der Branche helfen, ihre Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. In Zukunft werden wir einen wachsenden Schwerpunkt auf nachhaltige Baupraktiken sehen, einschließlich der Verwendung von Betonfertigteilen und der Entwicklung von Smart Factories. Erfahren Sie hier mehr zum Thema Nachhaltigkeit im Bauwesen.

Fazit & Ausblick

Die Reise der Fertigteilindustrie hin zur Digitalisierung und Smart Factories ebnet den Weg für Effizienz, reduzierte Fehler und verbesserte Prozesse. Die digitale Transformation durch Automatisierung, Lasersysteme und umfassende MES-Lösungen schafft Mehrwert für Fertigteilunternehmen aller Größen, indem sie ihre Wettbewerbsfähigkeit steigert und neue Möglichkeiten schafft, die zuvor nie vorstellbar waren.

Intelligente Softwarelösungen wie RIB One Prefab bieten integrierte und digitalisierte Produktionsworkflows für die Vorfertigung. Sie ermöglichen eine automatisierte Verwaltung des gesamten Vorfertigungsproduktionsprozesses von Vertrieb und Ressourcenplanung über Produktion bis hin zu Logistik und Montage, wodurch die Smart Factory auf ein neues Effizienzniveau gehoben wird. Vereinbaren Sie einen Termin und erleben Sie One Prefab noch heute!