Digitale Didaktik

Die Digitalisierung verändert seit Jahren die Grundlagen des Bauens. Modelle werden datenreicher, Simulationen greifen früher in den Entwurf ein und Untersuchungen zu Nutzungs- und Betriebsdaten beeinflussen Entscheidungen stärker als bisher. Dieser Wandel betrifft nicht nur Planungs- und Bauprozesse, sondern auch die Art, wie an Hochschulen geforscht und gelehrt wird. Universitäten entwickeln nicht nur neue Methoden, sie testen diese unmittelbar in ihrer eigenen baulichen Umgebung. Gebäude, Labore und technische Anlagen werden damit zu Orten, an denen sich digitale Verfahren unter realen Bedingungen unter Zuhilfenahme neuester Techniken überprüfen lassen.

Gleichzeitig wächst der Anspruch an die lebenszyklusorientierte, durchgängige Nutzung digitaler Informationen. Entwurfsmodelle sollen den späteren Betrieb mitdenken, Betriebsdaten sollen wiederum in Planung und Analyse einfließen können. Das gelingt bislang jedoch nur punktuell. In vielen Projekten endet der digitale Anspruch mit der Planungsfreigabe, während Wartung und Sicherheitsmanagement weiterhin in getrennten Systemen oder sogar in Papierform geführt werden. Solche Medienbrüche erschweren verlässliche Entscheidungen und verhindern, dass das Potenzial digitaler Werkzeuge ausgeschöpft wird.↓

Für Hochschulen eröffnet sich daraus eine besondere Möglichkeit: Sie können die Digitalisierung der Baubranche nicht nur theoretisch vermitteln, sondern unmittelbar in den eigenen Abläufen erproben. Forschungsprojekte, Lehrveranstaltungen und Gebäudebetrieb greifen dort an vielen Stellen ineinander. Studierende arbeiten mit Modellen ihres eigenen Hochschulcampus und digitalen Abbildungen der Realität, Forschungsteams nutzen Daten aus realen Inspektionen und viele Methoden werden nicht im Labor, sondern im laufenden Betrieb getestet. Dadurch entsteht ein Arbeitsumfeld, das die tatsächliche Komplexität von Planung und Betrieb widerspiegelt und zugleich Raum für neue Ansätze lässt.

Analoge Routinen in digitalen Zeiten

Die Digitalisierung hat im Bauwesen viele etablierte Abläufe verändert. Modelle entstehen heute mit einer Informationstiefe, die weit über frühere Zeichnungen hinausgeht und Simulationen begleiten Entscheidungen schon in frühen Entwurfsphasen. Auf Baustellen kommen Sensoren zum Einsatz, die Fortschritte und Umgebungsbedingungen erfassen, während in Fertigungshallen robotische Anlagen Bauteile mit hoher Präzision herstellen. Auch KI-basierte Verfahren gewinnen an Einfluss, da sie große Mengen dokumentierter Planungs-, Bestands- und Sensordaten auswerten und Zusammenhänge sichtbar machen, die im Alltag leicht übersehen werden. Solche Entwicklungen verändern die Art, wie geplant und entschieden wird. Modelle werden automatisch angepasst, Rückmeldungen fließen schneller ein und die Grenze zwischen Entwurf, Analyse und Weiterentwicklung wird durchlässiger. Eine Übersicht charakteristischer digitaler Prozessschritte entlang des Gebäudelebenszyklus zeigt Abbildung 1.

Trotz dieser Dynamik erreicht nur ein Teil dieser Möglichkeiten die alltägliche Praxis. Obwohl einzelne Projekte beeindruckende digitale Lösungen zeigen, bleiben Gesamtprozesse vielerorts von traditionellen Routinen geprägt. BIM-Modelle verlieren nach der Planungsfreigabe oft an Aktualität, weil spätere Änderungen nicht mehr eingepflegt werden. Dokumentationen aus der Ausführung liegen verstreut in unterschiedlichen Systemen oder ausschließlich in Papierform vor und lassen sich nur mit erheblichem Aufwand in die digitale Modellwelt zurückführen. Genau dadurch fehlen jene Rückkopplungen, die für realitätsnahe Planungs- und Betriebsentscheidungen maßgeblich wären.

Aus dieser Diskrepanz ergeben sich neue Anforderungen. Digitale Informationen müssen über den gesamten Lebenszyklus hinweg konsistent geführt werden und Werkzeuge, die im Entwurf selbstverständlich geworden sind, benötigen Anschluss an Ausführung und Betrieb. Gleichzeitig wächst der Bedarf an Fähigkeiten im Umgang mit Datenstrukturen, Modellzuständen und algorithmischen Prüfverfahren. Für Architektinnen und Ingenieure bedeutet das, digitale Prozesse nicht als Zusatzaufgabe zu betrachten, sondern als festen Bestandteil ihrer Arbeit.

Entwicklungslinien der Digitalisierung und ihr Handlungsbedarf

Viele Entwicklungen, die das Bauwesen derzeit prägen, entstehen nicht als einzelne Innovationen, sondern als Verdichtung technischer, organisatorischer und regulatorischer Veränderungen. Besonders deutlich zeigt sich dies im Umgang mit Vorschriften. Planungs- und Betriebsanforderungen stützen sich auf eine große Menge an Gesetzen, Verordnungen und technischen Regeln, die sich fortlaufend verändern und komplexe Querverbindungen aufweisen. Dadurch wächst der Aufwand für Planung, Prüfung und Dokumentation und zugleich schwindet das Erfahrungswissen, das notwendig ist, um diese Vorgaben sicher auszulegen.↓

Mit der zunehmenden Digitalisierung rückt die Frage in den Vordergrund, wie sich dieses Regelwissen nutzbar machen lässt. Wenn Normen, Richt­linien und behördliche Vorgaben in digitalen Prozessen eine Rolle spielen sollen, müssen sie so strukturiert sein, dass sie maschinell ausgewertet werden können. Erst dann lassen sich Prüfpfade nachvollziehbar dokumentieren und mit Modellen und Sensordaten verknüpfen. Auch im Bereich der Modellierung zeigt sich Anpassungsbedarf. BIM hat sich zwar etabliert, doch die inhaltliche Tiefe solcher Modelle bleibt uneinheitlich. Viele Modelle bilden die Geometrie zuverlässig ab, enthalten aber wenig Wissen über Funktionen oder Abhängigkeiten. Offene Austauschformate wie Industrie Foundation Classes (IFC) stoßen hier an Grenzen, besonders wenn spezifische Anforderungen aus Bereichen wie Brandschutz oder Arbeitssicherheit berücksichtigt werden sollen. Deshalb wächst die Bedeutung semantischer Modelle, die Geometrie und Fachwissen verbinden und damit eine präzisere, regelbasierte Prüfung ermöglichen.

Parallel dazu erreichen zunehmend unterschiedliche KI-Verfahren die Praxis. Sprachmodelle unterstützen die Recherche in umfangreichen Richt­linien, bildbasierte Verfahren erkennen Objekte im Bestand und lernfähige Systeme erzeugen Hinweise auf Auffälligkeiten oder fehlende Informationen. Diese Werkzeuge entfalten aber nur dann Nutzen, wenn ihre Entscheidungen nachvollziehbar bleiben und wenn klar ersichtlich ist, auf welchen Daten, Regeln oder Anweisungen sie beruhen.↓

Aus alledem ergibt sich ein deutlicher Handlungsbedarf für Bauwirtschaft und Architektur. An erster Stelle steht die Interoperabilität digitaler Werkzeuge. Modelle, Regeln und Datenflüsse müssen konsistent und kompatibel sein, damit Informationen über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes hinweg weiterverwendet werden können. Ebenso grundlegend ist eine verbindliche Maschinenlesbarkeit von Regeln. Nur mit strukturierten und versionierten Repräsentationen lässt sich nachvollziehen, wie ein digitales Prüfergebnis zustande kommt. Und schließlich verändert die Digitalisierung die Kompetenzprofile in der Planungspraxis. Gefordert ist ein vertieftes Verständnis für Datenstrukturen, Modelllogiken und algorithmische Verfahren, das klassische ingenieurwissenschaftliche Fähigkeiten ergänzt und die Domäne somit interdisziplinärer gestaltet.

Digitale Prüfverfahren in der Brandschutzpraxis

Wie sich digitale Methoden im Maßstab der Realität bewähren können, zeigt ein Forschungsvorhaben am Lehrstuhl für Informatik im Bauwesen der Ruhr-Universität Bochum. Im Mittelpunkt steht die Frage, wie sich sicherheits­relevante Objekte wie Feuerlöscher, Rauchwarnmelder oder Sicherheitskennzeichnungen automatisiert erfassen, bewerten und in ein digitales Gebäudemodell einbetten lassen. Ziel ist nicht der Ersatz der menschlichen Kontrolle, sondern eine präzisere, reproduzierbare und nachvollziehbare Unterstützung der verantwortlichen Personen im Gebäudebetrieb.

Das entwickelte System verbindet mehrere Bausteine zu einer konsistenten digitalen Prüfkette. Den Beginn bildet die visuelle Objekterkennung mittels KI-Verfahren, die Bild- und Videodaten aus Innenräumen auswertet und relevante Elemente identifiziert. Dabei werden Typen unterschieden, Wartungsinformationen ausgelesen und Hinweise auf Sichtbarkeit oder Zugänglichkeit dokumentiert. Abbildung 2 illustriert diesen ersten Schritt sowie die anschließende Integration der erkannten Objekte in ein bestehendes BIM-Modell, in dem Position und Attribute der Elemente fortlaufend aktua­lisiert werden und eine Basis für regelbasierte Prüfungen bilden.↓

Das Verfahren wurde am Lehrstuhl um die Untersuchung einer vollständig automatisierten Datenerfassung erweitert. Dafür kam der vierbeinige Roboter „Spot“ von Boston Dynamics zum Einsatz, der zuvor aufgezeichnete Inspektionsrouten selbständig abläuft. Während der Bewegung erfassen seine Rundkameras den Innenraum, ein KI-Modell erkennt Brandschutzobjekte in Echtzeit, und ein schwenkbarer PTZ-Sensor erzeugt hochaufgelöste Detailaufnahmen etwa von Prüfplaketten. Die Aufnahmen werden anschließend ausgewertet, um Wartungsinformationen zu extrahieren oder Veränderungen im Bestand sichtbar zu machen. Abbildung 3 zeigt eine solche mobile Live-Erkennung während eines Prüfdurchgangs.

Im nächsten Schritt erfolgt die räumliche Verortung der erkannten Objekte im BIM-Modell. Hierzu wird die Kameraperspektive mit der vorliegenden Gebäudegeometrie abgeglichen, sodass ein aktualisiertes digitales Bestandsmodell entsteht. Auf dieser Grundlage kann das System die brandschutzrelevanten Vorgaben z. B. der Arbeitsstättenverordnung und der Technischen Regeln für Arbeitsstätten automatisiert prüfen. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Distanzfeldanalyse, mit der sich sichtbar machen lässt, ob Löschmittel innerhalb der vorgeschriebenen Reichweite positioniert sind. Abbildung 4 zeigt eine solche Distanzfeld-Visualisierung, die regelkonforme und abweichende Bereiche farblich hervorhebt.↓

Eine Fallstudie in einem Bürogebäude diente dazu, die Leistungsfähigkeit des Systems unter realen Rahmenbedingungen zu untersuchen. Dabei zeigte sich, dass mehr als 95 Prozent der erfassten Brandschutzobjekte korrekt identifiziert und visuell zugeordnet wurden. Das System war zudem in der Lage, modellbasiert aufzuzeigen, an welchen Stellen hypothetische Abweichungen vom Regelwerk auftreten würden. Zugleich zeigte sich, dass digitale Verfahren den dokumentarischen Aufwand in solchen Erfassungs­szenarien deutlich verringern können und die Abläufe transparenter machen. Die KI tritt dabei nicht an die Stelle menschlicher Verantwortlichkeit, sondern ergänzt sie. Sie entlastet von repetitiven Aufgaben und verschiebt die Aufmerksamkeit auf jene Entscheidungen, bei denen fachliche Beurteilung unverzichtbar bleibt.

Forschung, Verantwortung und Ausblick

Die jüngsten Entwicklungen machen deutlich, dass Hochschulen eine zentrale Rolle bei der zukünftigen Gestaltung digitaler Prozesse einnehmen werden. Viele der heute erprobten Methoden werden in den kommenden Jahren in Planungs- und Betriebsabläufe einfließen und dort den Umgang mit Informationen grundlegend verändern. Damit wächst die Bedeutung wissenschaftlicher Ansätze, die technische Möglichkeiten mit klaren Anforderungen an Nachvollziehbarkeit und Verantwortung verbinden.

Eine zentrale Aufgabe besteht darin, digitale Grundlagen so aufzubereiten, dass sie dauerhaft tragfähig sind. Dazu gehören verständliche Datenmodelle, transparent dokumentierte Abläufe und Werkzeuge, deren Ergebnisse überprüft werden können. Forschungseinrichtungen zeigen bereits heute, wie strukturierte Wissensmodelle, erklärbare KI-Verfahren und digitale Zwillinge zusammenwirken können, um Planung und Betrieb verlässlicher zu machen. Entscheidend ist, dass diese Entwicklungen nicht isoliert stattfinden, sondern mit Praxispartnern abgestimmt und in reale Abläufe rückgeführt werden.

Mit der zunehmenden Nutzung von Sensorik, automatisierten Erfassungsmethoden und lernfähigen Modellen verändert sich der Blick auf Gebäude, Entwurfsprozesse und die Verwaltung von Informationen, die während der Nutzung des Gebäudes anfallen. Sie werden zu Informationsquellen, die Hinweise auf Nutzung, Zustand oder Sicherheit liefern und damit neue Möglichkeiten für Analyse und Weiterentwicklung eröffnen. Der Betrieb eines Gebäudes wird zu einem Prozess, aus dem Wissen in die Planung zurückfließt und zukünftige Entscheidungen prägt.

Diese Dynamik führt zu neuen Fragen der Verantwortung und Zuständigkeiten. Digitale Systeme müssen so gestaltet sein, dass ihre Ergebnisse nachvollziehbar bleiben und die Kontrolle dort verankert ist, wo Entscheidungen getroffen werden. Hochschulen können hier Orientierung geben, weil sie technische Entwicklungen mit Forschung zu Ethik, Recht und Organisationsstrukturen verbinden und damit Rahmenbedingungen schaffen, die über einzelne Projekte hinauswirken.

Im Kern zeigt sich, dass Digitalisierung nicht nur aus neuen Werkzeugen besteht, sondern aus veränderten Formen der Zusammenarbeit und Wissensbildung. Die Arbeiten zur KI-gestützten Inspektion veranschaulichen diesen Wandel. Sie zeigen, wie digitale Verfahren Abläufe präziser machen und gleichzeitig Raum für fachliche Entscheidungen schaffen. Die weitere Entwicklung wird davon abhängen, wie konsequent Offenheit, Erklärbarkeit und Kooperation verfolgt werden. Hochschulen sind dabei als Brückenbauer zwischen technischer Innovation und praktischer Anwendung unerlässlich, um den nachfolgenden Generationen entscheidende Impulse zu geben.