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The construction industry, supported by the materials industry, is a major user of natural resources. Automation and robotics have the potential to play a key role in the development of circular construction by increasing productivity, reducing waste, increasing safety, and mitigating labor shortages. Starting with a brief synopsis of the history of construction robotics and the concept of robot-oriented design, this article presents exemplary case studies of research projects and entrepreneurial activities in which the authors have participated that have contributed to the advancement of concrete construction. The activities of the authors have systematically led to spin-offs and start-ups, especially in recent years (e.g., CREDO Robotics GmbH, ARE23 GmbH, KEWAZO GmbH, ExlenTec Robotics GmbH, etc.), which shows that the use of construction robots is becoming an important part of the construction industry. With the use of automation and robotics in the built environment especially for concrete construction, current challenges such as the housing shortage can be addressed using the leading machinery and robot technology in Germany and other parts of the world. The knowledge and know-hows gained in these endeavors will lay the groundwork for the next frontier of construction robotics beyond the construction sites.
Bauautomatisierung und Robotik im Betonbau: Fallstudien zu Forschung, Entwicklung und Innovation
(2023)
The use of robotics in construction projects is still in its infancy despite the opportunities that robots can present for the improvement of construction practices. One of the strategies to effectively increase the reliance on robots in construction is increasing the knowledge and improving the educational programs about robotics for university students. This paper contributes to the ongoing efforts worldwide to improve the teaching methods about construction robotics through the presentation of a novel method called “Imagine and Make”, in which students learn how to integrate robotics in different aspects and practices in construction projects. The method has been applied at Centrale Lille in France since 2018. The results of the application of “Imagine and Make” in the first semester of 2021–2022, evaluation by students, and teaching outcomes are reported in this paper.
Beton ist das am meisten verwendete Baumaterial weltweit. CO2-Emissionen, die bei der Zement- und Betonherstellung an-fallen, müssen reduziert, Produktionsmethoden verbessert und Betonzusammensetzungen angepasst werden. Zudem steigt die Nachfrage nach Beton, während fossile Brennstoffreserven und die Verfügbarkeit von mineralischen Rohstoffen abnehmen. Hinzu kommt, dass bei der Betonherstellung neue mineralogi-sche Phasen entstehen, was ein echtes Recycling erschwert. Die Implementierung kreislaufkonformer Strategien wie der Verlängerung der Nutzungsphase ist ein wichtiger Hebel, um Umweltwirkungen im Bauwesen zu reduzieren, und erfordert die ganzheitliche Betrachtung des Bauwerks. Besonders großes Potenzial liefern hier die digital vernetzte und modellba-sierte Planung sowie die darauf aufbauende robotergestützte Fertigung der Bauteile, mit der sich leicht lösbare Verbindun-gen, einfach rückbaubare, multifunktionale, flexible sowie bzgl. Dauerhaftigkeit optimierte Strukturen ökologisch und kosten-effizient generieren lassen. Technisch wären bereits viele Pro-jekte in der Praxis umsetzbar, allerdings müssen hierzu die rechtlichen Rahmenbedingungen verbessert und bürokratische Hürden abgebaut werden. Dieser Beitrag hat das Ziel, das Be-wusstsein für den nötigen Wechsel von der Linear- zur Kreis-laufwirtschaft im Betonbau und den korrespondierenden Daten zu erhöhen und dem Planer einfache Grundsätze für den Ent-wurf, die Ausschreibung und Umsetzung mitzugeben, um jetzt schon einen wichtigen Beitrag zum verantwortungsvollen Um-gang mit immer knapper werdenden Ressourcen zu leisten.
Digital workflows in the Architecture, Engineering and Construction (AEC) industry have been working with a wide range of software solutions trying to enable a Design-to-Production (DtP) end-to-end data flow. Thereby, state-of-the-art software solutions attempt to streamline the design and production processes accordingly.
However, most digital workflows lack in terms of adequate sequential data preparation, agglomeration, and interfacing capabilities for consecutive design phases. These issues result in long, tedious correction loops, a wide range of software solutions and extensions to mitigate the issues. In addition, many digital workflows do not consider or integrate construction, production and machine relevant data holistically (respectively geometry and semantics). In this context, the production relevant data in from of human-centered work process data referring to digital human models (DHM), derived human abilities, safety and ergonomic criteria are often neglected. However, this is essential to interface the construction, human and machine relevant data in a holistic manner.
This paper therefore proposes a DtP-workflow which is intended to solve some of the issues by interfacing relevant software solutions incorporating construction, production (including DHM and more) and machine relevant data in a holistic manner using a Building Information Modeling (BIM)-approach (based on the IFC schema). In this regard, the DtP-workflow aims to reverse common top-down digital workflows by considering and integrating the relevant data for consecutive design phases from the beginning. Subsequently, the DtP-workflow should achieve a reduction in planning effort.
Um den zunehmenden Anforderungen an die Beherrschung digitaler Techniken und an die Fähigkeit zur interdisziplinären Zusammenarbeit an Studierende aller Fachrichtungen zu begegnen wurde das interdisziplinäre Lehrformat Digitalisierungskollegs für Studierende entwickelt. Das in vielen Fachbereichen ausbaufähige Angebot von Digitalthemen in der Hoch- schullehre wird hiermit dauerhaft erweitert. Ein Digitalisierungskolleg besteht aus einer Vorlesungs- reihe mit angrenzendem Seminar, in denen Studierende interdisziplinäre Lösungen für Fragen der digitalen Transformation entwickeln. Geleitet werden sie von etablierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, aktiv betreut und ausgestaltet von ein bis zwei Coaches. Kernelement sowohl des Kollegs als auch der einzelnen Projekte ist die Interdisziplinarität. Eine*r der beteiligten Projekt- leiter*innen hat einen direkten Bezug zur Technik und kommt aus der Informatik, der Wirtschafts- informatik, der Elektrotechnik oder vergleichbaren Disziplinen. Zielgruppe der Projekte sind Studierende verschiedener Disziplinen im Masterstudium oder in den letzten Semestern eines Bachelorstudiums. Durch die Teilnahme erwerben auch Studierende aus digitalisierungsfernen Fächern frühzeitig umfangreiche IT-Kenntnisse. Als Begleiteffekt der umfangreichen Vernetzung zwischen den Digitalisierungskollegs (Studierende, Coaches und Projektleitende) entsteht bereits zu Beginn einer wissenschaftlichen Karriere eine große digitale Community. Alle Teilnehmenden lernen frühzeitig die interdisziplinäre Zusammenarbeit und verbessern erheblich ihre Karriere- chancen innerhalb und außerhalb der Wissenschaft.