Forschung zur Entwicklung des Fertigteilbaus vor dem Hintergrund der Dual-Carbon-Ziele

Der folgende Artikel stammt aus der Hebei-Doppel-Kohlenstoff-Allianz

Zusammenfassung :Gegenüber der konventionellen Bauweise zeichnen sich Fertigteilgebäude durch eine höhere Bauleistung, die Förderung von Energieeinsparung und Emissionsreduktion sowie die Linderung des Arbeitskräftemangels aus. China hat im September 2020die „Doppel-Kohlenstoff“-Ziele zur Emissionsreduktion verkündet. Da die Bauindustrie zu den größten Kohlenstoffemittenten Chinas zählt, trägt sie naturgemäß eine wichtige Verantwortung für Energieeinsparung und Emissionsreduktion; Fertigteilgebäude wiederum sind das wichtigste Mittel der Bauindustrie zur Verwirklichung von Energieeinsparung und Emissionsreduktion. Derzeit ist die Entwicklung in China in diesem Bereich noch relativ rückständig; daher möchte ich durch die Darstellung der Entwicklung von Fertigteilgebäuden in China und im Ausland die Vorteile von Fertigteilgebäuden sowie die bestehenden realen Schwierigkeiten zusammenfassen und Wege für die Entwicklung von Fertigteilgebäuden in China erörtern, um die vertiefte Entwicklung der chinesischen Fertigteilbauweise besser voranzutreiben.    

1 Einleitung

Die Fertigteilgebäude in China profitieren von der Förderung durch die nationale Politik und erleben derzeit eine rascheEntwicklung. Gegenüber der konventionellen Bauweise verfügen Fertigteilgebäude im Hinblick auf den Gesamtnutzen über einzigartige Vorteile. Fertigteilgebäude verbessern die Bauqualität, verwirklichen einen kohlenstoffarmen Umweltschutz, lindern den Arbeitskräftemangel und beschleunigen die industrielle Transformation. Die energische Entwicklung moderner Fertigteil-Wohngebäude ist ein wichtiger Ausdruck von Chinas Festhalten am innovativen Entwicklungsgedanken und an der Idee des grünen Bauens und zugleich ein wichtiger Weg zur Informatisierung im Städtebau. Im September 2020 verkündete China die „Doppel-Kohlenstoff“-Ziele zur Emissionsreduktion. Als eine der tragenden Säulen der chinesischen Volkswirtschaft kommt der Energieeinsparung und Emissionsreduktion der Bauindustrie im Kontext der Doppel-Kohlenstoff-Ziele besondere Bedeutung zu. Da das Land überdies derzeit unter einem Mangel an Arbeitskräften im Bauwesen leidet, ist die energische Förderung der Fertigteilbauweise vor diesem Hintergrund auch eine zwangsläufige Tendenz der industriellen Entwicklung des chinesischen Bauwesens.

2 Entwicklung der Fertigteilbauweise im Ausland

Seit der industriellen Revolution erkunden die westlichen Industrieländer die Entwicklung vonFertigteilgebäuden; inzwischen hat sich die Fertigteilbauweise im Ausland zu einem relativ ausgereiften und vollständigen Entwicklungsstand entwickelt. Die USA fördern die Verbreitung von Fertigteil-Wohnhäusern auf zwei Wegen: über marktwirtschaftliche und über gesellschaftliche Ansätze. In den 1960er-Jahren führte der gravierende Mangel an Baufacharbeitern den Fortschritt des nationalen integrierten Bauens herbei; die mechanisierte Fertigung von Tragwerken wurde zum dominierenden Bauverfahren, und Fertigtragwerke traten damit in eine Phase raschen Wachstums ein. Heute sind die Fertigteil-Tragwerke in den USA in hohem Maße standardisiert und kommerzialisiert; sie zeichnen sich durch hohe strukturelle Stabilität, gute universelle Verwendbarkeit und geringe Kosten aus. Zugleich vollzieht sich in der US-amerikanischen Fertigteilbauweise ein Wandel von der Massenproduktion hin zu mehr Effizienz; Produkte, die neue Umweltkonzepte integrieren, entwickeln sich rasant und können in erheblichem Maße Energie, Bauland und Material einsparen, kohlenstoffarm wirtschaften, die Umwelt schützen und die Verschmutzung verringern. Im Jahr 2016 erreichte die Verbraucherzufriedenheit mit Fertigteilhäusern in den USA 80 % und fand damit breite Anerkennung bei den Verbrauchern.Die Franzosen begannen bereits im Jahr 1891, also vor mehr als 130 Jahren, mit derAnwendung von Fertigteilgebäuden in Stahlbetonbauweise. Die Industrialisierung Frankreichs konzentrierte sich hauptsächlich auf Stahlbetonkonstruktionen, meist in Rahmen- oder Plattenbalkenbauweise, und entwickelte sich allmählich hin zu großen öffentlichen Gebäuden. In den vergangenen Jahren weist die baumechanisierte Bauweise in Frankreich drei charakteristische Merkmale auf: Erstens verbreiten sich neue Verfahren wie geschweißte Konstruktionen; zweitens werden Tragwerk und maschinelle bzw. Montagetechnik getrennt, um das Einbetten von Teilen zu vermeiden und dadurch Bauqualität und Bauleistung zu verbessern; drittens werden überwiegend vorgespannte Fertigteil-Rahmensysteme aus Stahlbeton eingesetzt, deren Montageeffizienz über 80 % liegt und die eine Energieeinsparung von bis zu 70 % ermöglichen. Die japanische Regierung gründete bereits 1963 eine Fachgesellschaft für Architekturdesign; 1968 wurde das Gestaltungskonzept für Wohngebiete in Fertigteilbauweise ausdrücklich formuliert, und 1969 verabschiedete Japan den „Fünfjahres-Aktionsplan zur Förderung der Standardisierung der Wohnungsbauindustrie“. Japans vorgefertigte Wohnhäuser sind eine komponentenbasierte Bauweise für mittlere und gehobene Wohngebiete, um dem Bedarf des relativ dicht besiedelten Wohnungsmarkts in Japan gerecht zu werden; zugleich wurde die Effizienz der Fertigteilbauweise durch gesetzgeberische Maßnahmen erhöht, und im Bereich des Montagewohnungsbaus wurde ein umfangreiches System aus Leitlinien und Normen etabliert, darunter auch systematische Normen für digitale Signale.3 Hintergrundinformationen zur Förderung von Fertigteilgebäuden in ChinaDerzeit treibt China energisch die koordinierte Entwicklung der Umweltverschmutzungsbekämpfung und der Reduzierung von Schadstoffen undKohlenstoffemissionen voran. Zugleich werden geeignete Regionen dazu ermutigt, als Erste das Ziel des „Kohlenstoff-Peaks“ zu erreichen. Darüber hinaus fördern wir aktiv neue Triebkräfte für das Wirtschaftswachstum, beschleunigen die Anpassung der derzeitigen Energiestruktur und verbessern die Industriestruktur. Wir vervollkommnen den doppelten Kontrollmechanismus für den Ressourcenverbrauch, beschleunigen den Aufbau von Märkten für Energienutzungsrechte und Kohlenstoffemissionsrechte und treiben die Entwicklung von Gebäuden mit niedrigem Energieverbrauch energisch voran, um die Abhängigkeit von Energie zu verringern und die Ziele von Energieeinsparung und Emissionsreduktion zu erreichen.Die Gesamtzahl der Beschäftigten im chinesischen Baugewerbe ist seit 2014 kontinuierlichzurückgegangen – von 61,1 Millionen auf 54,2 Millionen Menschen. Auch der Anteil der Wanderarbeiter unter den Beschäftigten des chinesischen Baugewerbes sinkt seit 2014 kontinuierlich; die Zuwachsrate des gesamten Arbeitskräfteangebots in der Bauindustrie geht insgesamt zurück. Zugleich zeigen Studien, dass die neue Generation der Arbeitsmigranten eher die Industrie als das Baugewerbe bevorzugt. In Zukunft wird das Baugewerbe weiterhin einem erheblichen Druck bei Angebot und Nachfrage von Arbeitskräften ausgesetzt sein.In den letzten Jahren hat der Staat zahlreiche einschlägige Dokumente zur Förderung der Entwicklung von Fertigteilgebäuden erlassen.Die am 28. Juli 2020 veröffentlichten „Leitlinien zur Förderung der koordinierten Entwicklung von intelligentem Bauen und der Industrialisierung des Bauwesens“ zählen zu den in jüngster Zeit erlassenen, besonders zentralen politischen Dokumenten. Die Leitlinien der Regierung vertreten die Auffassung, dass wir die Fertigteilbauweise energisch ausbauen, die schlanke Bauplanung und Bauausführung vorantreiben sowie wirksame Wege erkunden sollten, die für eine koordinierte und zügige Entwicklung von intelligentem Bauen und der Industrialisierung des Bauwesens geeignet sind.    

4 Vorteile von Fertigteilgebäuden im Kontext der Doppel-Kohlenstoff-Ziele und dierealen Schwierigkeiten, denen sie sich gegenübersehen

4.1 Vorteile von Fertigteilgebäuden

Fertigteilgebäude besitzen viele Vorteile: vielfältige Einsatzmöglichkeiten, kurze Bauzeiten und Ressourceneinsparungsowie weitere. Im Kontext der Doppel-Kohlenstoff-Ziele kommen die Vorteile von Fertigteilgebäuden noch deutlicher zur Geltung. Da sie nach dem Grundsatz „normierte Planung, werksmäßige Fertigung und Montagebauweise“ errichtet werden, ist die Bauausführung nur wenig vom Wetter abhängig, es fallen nur geringe Mengen an Bauabfällen an, und der Baufortschritt ist schnell; dadurch werden Kohlenstoffemissionen und Materialverschwendung in erheblichem Maße reduziert und die Wirkung von Energieeinsparung und Umweltschutz verbessert.Derzeit beginnen im Kontext der Doppel-Kohlenstoff-Ziele viele Bauunternehmen damit, den Einsatz umweltfreundlicher Bautechniken zur Verbesserung des gesamten Bauprozesses zuerkunden. Der Einsatz der Betonfertigteil-Montagetechnik trägt zur Verbesserung der Umweltproblematik bei. Die Verwendung der im Voraus gefertigten Fertigteile erhöht die Recyclingfähigkeit der Gebäude, spart Baukosten und reduziert den Einsatz von Baumaterialien; so können die Bauunternehmen mit minimalen Produktionskosten die Bauqualität steigern. Der Einsatz der Fertigteil-Montagetechnik spart darüber hinaus weitere Ressourcen. In diesem Umfeld wird die durch Bauabfälle verursachte Umweltbelastung erheblich reduziert, was die Entwicklung des Bauwesens im Sinne von Energieeinsparung und Emissionsreduktion sicherstellt.Im Kontext der Doppel-Kohlenstoff-Ziele sollten bei Fertigteilgebäuden bereits in der technischen Planungsphasedie Energieeffizienzziele des Gebäudes festgelegt und die einzelnen technischen Parameter wissenschaftlich bestimmt werden. Durch die zweckmäßige Festlegung der einzelnen Bauparameter lässt sich der Energieverbrauch von Bauprojekten besser bestimmen; die Fertigteilproduktion und -verarbeitung kann eine effiziente Ressourcennutzung gewährleisten und den Gesamtenergieverbrauch grundlegend senken. Die jährlich in China anfallenden Bauabfälle belaufen sich auf 400 Millionen Tonnen und sind zu einem der wichtigsten Faktoren geworden, die die städtische Abfallentsorgung in China einschränken. Vor dem Hintergrund der nationalen Doppel-Kohlenstoff-Ziele kann die Fertigteilbauweise Baustaub an der Wurzel vermeiden; die Entwicklung der Fertigteilbauweise ist zugleich ein wirksamer Weg, um den Druck auf die städtische Umwelt zu verringern. Aus langfristiger Perspektive bieten Fertigteilgebäude daher in Planung, Fertigung, Bau und Betrieb herausragende Vorteile bei der Ressourceneinsparung.

4.2 Reale Schwierigkeiten von Fertigteilgebäuden und Gegenmaßnahmen

4.2.1 Die bestehenden Schwierigkeiten

In den 1950er-Jahrenbegann China, gestützt auf Erfahrungen aus dem Ausland, mit der Entwicklung von Fertigteilgebäuden; bedingt durch die wirtschaftliche Basis und den damaligen Stand der Technik wies diese Bauweise jedoch viele Mängel auf. In den 1990er-Jahren entstanden zahlreiche Bauwerke in Ortbetonbauweise, und die Fertigteilbauweise verlor allmählich an Bedeutung. Erst ab 2012 fand die Fertigteilbauweise wieder zunehmend gesellschaftliche Beachtung. Im März 2017 gab das Ministerium für Wohnungswesen und Stadt-Land-Entwicklung (MOHURD) den „Aktionsplan für Fertigteilgebäude im Rahmen des ‚13. Fünfjahresplans‘“ sowie die zugehörigen Verwaltungsmaßnahmen heraus und setzte die Förderung der Fertigteilbauweise damit konkret um; demnach sollte der Anteil von Fertigteilgebäuden an neu errichteten Gebäuden 2020 über 15 % und 2025 bei 30 % liegen. Trotz der aktiven Förderung durch die Regierung lassen die praktischen Ergebnisse der Fertigteilbauweise angesichts der Verbreitung von Big-Data-Technologien, unvollständiger Branchenstandards und einer fehlenden industriellen Wertschöpfungskette weiterhin zu wünschen übrig. Nach den neuesten Untersuchungen ist die BIM-Technologie inzwischen zur vorherrschenden Methode der Planung von Fertigteilgebäuden geworden; sie hilft den Unternehmen, die kooperative Planung auf Plattformen des intelligenten Bauens besser umzusetzen.

4.2.2 Gegenmaßnahmen

Die derzeit von der Regierung herausgegebenen Dokumente zur informationstechnischen Entwicklung des Bauwesensstellen ausdrücklich klar: Die Anwendung von BIM-Technologie und Internet-der-Dinge-Technologie auf das Lebenszyklusmanagement von Fertigteilgebäuden kann das Qualitätsmanagement der Bauwerke wirksam verbessern und die verschiedenen am Bau Beteiligten wirksam koordinieren, wodurch die nachhaltige Entwicklung der Gebäude erreicht wird. Durch die Anwendung von BIM- und IoT-Technologien können wir ein umfassendes Qualitätsmanagement verwirklichen und eine intelligente Entwicklung erreichen. Mit BIM- und Internet-Technologien lässt sich die Qualität der Fertigteile in Fertigteilbauprojekten über den gesamten Prozess hinweg managen – von der Planung über die Produktion und den Transport bis hin zur Montage; so werden alle Abschnitte umfassend kontrolliert und sichergestellt, dass die Bauteilqualität den Anforderungen des Bauvorhabens entspricht. Um die Entwicklung von Fertigteilbauprojekten besser voranzutreiben, sollten alle Einheiten eine auf BIM-Technologie gestützte Informationsmanagement-Plattform aufbauen und die Zuständigkeiten des Führungspersonals klar definieren, um eine kontinuierliche Verbesserung und Vervollkommnung der Bauqualität zu gewährleisten. Durch die kontinuierliche Schulung des Bau- und Führungspersonals in Bau- und Managementtechniken wird sichergestellt, dass es die BIM-Technologie sicher beherrscht und Internet-Technologien anwendet, sämtliche Daten und Informationen in Echtzeit erfasst und überwacht, mögliche Qualitätsprobleme während der Bauausführung rechtzeitig erkennt und so die Bauleistung und Qualität von Fertigteilbauprojekten verbessert.

5 Wege für die Entwicklung von Fertigteilgebäuden im Kontext der Doppel-Kohlenstoff-Ziele

5.1 Planung

Um die Ziele des grünen und energiesparenden Bauens zu erreichen, sollte die Planung die Fertigteilbauweisesowie die Konzepte der Energieeinsparung und Emissionsreduktion integrieren und die BIM-Technologie umfassend nutzen, um eine digitale Managementplattform aufzubauen, die Planung stärker zu standardisieren, zu visualisieren und zu simulieren und die digitale Verwaltung der Bauteilinformationen zu ermöglichen. Durch die vertiefte Untersuchung der Planungsansätze wird sichergestellt, dass die verfahrenstechnischen Details und Konzepte der einzelnen Abschnitte die Anforderungen der Bauausführung erfüllen und zugleich den Anforderungen des grünen Bauens genügen; energiesparende Anlagen werden zweckmäßig angeordnet, um den Energieverbrauch weitestgehend zu reduzieren.

5.2 Produktion

Mithilfe fortschrittlicher Internet-der-Dinge-Technologien und in Kombination mit BIM-3D-Modellen lässt sichdie Fertigteilproduktion in standardisierten Fabriken realisieren; gleichzeitig können intelligente Produktionsanlagen eingeführt werden, wodurch die Interaktion zwischen digitaler Planung und intelligenter Fertigungslinie komfortabler wird. Dies trägt dazu bei, die Gesamtpräzision der Fertigteile zu erhöhen und zugleich die Qualität der Fertigteile zu verbessern. Diese Methode kann die Arbeitskosten und die Ressourcenverschwendung erheblich senken und dadurch die Effizienz steigern.

5.3 Anwendung und Verbreitung

Um die Entwicklung von Fertigteilbauunternehmen zu fördern, sollte die Regierung ihre Unterstützung verstärken unddie Unternehmen dazu ermutigen, fortschrittliche Fertigteil-Produktionsverfahren anzuwenden, ihre Kostenlast zu verringern sowie verbindlich das EPC-Generalunternehmermodell und die Integration der Fertigteilbauweise umzusetzen, um die Konsistenz des gesamten Bauens zu erhöhen. Um eine grüne Entwicklung zu erreichen, müssen darüber hinaus die einschlägigen technischen und leitenden Fachkräfte aufkommende Technologien wie BIM, das Internet der Dinge und Big Data souverän beherrschen, um eine effizientere Bauausführung zu erzielen.

6 Schlussbetrachtung

Zusammenfassend lässt sich feststellen: Fertigteilgebäude haben bereits große Vorteile gezeigt – bei der Einsparung von Baumaterialien, derVerkürzung der Bauzeit, der Verringerung des Ressourcenverbrauchs sowie der Senkung der städtischen Abwasseremissionen. Mithilfe der BIM-Technologie können wir die Planung weiter vertiefen und das Gebäudeinformationsmodell in der praktischen Produktion anwenden. Zudem können wir den Datenaustausch zwischen dreidimensionalen Modellen und Produktionsanlagen intensivieren, um die Gebäudequalität zu verbessern. Darüber hinaus lassen sich Technologien wie Big Data und das Internet der Dinge mit dem Gebäudebetrieb und der Instandhaltung kombinieren, um die Kohlenstoffemissionen bei Abriss und Neubau so weit wie möglich zu reduzieren, die nachhaltige Entwicklung der Gebäude zu fördern und der chinesischen Bauindustrie zu helfen, die Ziele des „Doppel-Kohlenstoffs“ so bald wie möglich zu erreichen.

          

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