Das Forschungsprojekt CLT_Plumbing_Design – Computergestützter Planungsprozess zur automatisierten Gestaltung von Nassräumen für den Holz-Massivbau beschäftigte sich mit der holzbauadäquaten Ausführung von Nasszellen (Badezimmer/WCs). Die im Projekt CLT_Plumbing_Design erarbeiteten Lösungen zielen auf einen verbesserten Feuchteschutz der Holzkonstruktion, auf eine Forcierung der TGA-Modularisierung und somit auf eine Reduktion der Komplexität im zugehörigen Planungs- und Bauprozess ab.
Die folgenden Kapitel geben einen kurzen Einblick in drei – in diesem Kontext relevante – Problemfelder.
Holzbau, vor allem Brettsperrholzbau, erlebt in den letzten Jahren einen starken Zuwachs in Europa. Viele mehrgeschossige Wohnhäuser werden mittlerweile auf diese nachhaltige Weise errichtet. Allerdings kommt es immer wieder zu Feuchteschäden durch Leckagen von wasserführenden Leitungen oder durch Brauchwasser (z.B. undichte Fugen im Duschbereich) [1].
Feuchteschäden, die über einen längeren Zeitraum unbemerkt bleiben, haben das Potenzial die Holzkonstruktion massiv zu schädigen und stellen daher ein großes Problem für die Holzkonstruktion dar [1]. Solche Schäden sind schwer zu sanieren und verursachen hohe Kosten. Schäden resultieren einerseits aus Brauchwasser, das über undichte bzw. nicht vorhandene Abdichtungen oder durch Wasserverschleppung bis zur Holzkonstruktion vordringt. Andererseits gibt es aber auch viele Schäden durch undichte Rohre oder undichte Installationskomponenten [2]. Alleine in Deutschland gibt es jährlich über eine Million Leitungswasserschäden, die den Versicherungen gemeldet werden [3]. Laut Schadenstatistik des IFS für Leitungswasserschäden sind ca. 40% der untersuchten Leitungswasserschäden auf Installations- oder Montagefehler zurückzuführen [4].
Leider gibt es kaum Bewusstsein dafür, dass Holzbauten andere Installationsweisen erfordern als mineralische Massivbauten. Holzbauadäquate Installationen sollen kompakt geführt und zugänglich sein, über möglichst wenig Rohrverbindungsstellen und kurze Leitungslängen verfügen sowie weitgehend vorgefertigt sein [2]. Dies trägt maßgeblich dazu bei, dass Leitungswasserschäden inkl. deren Folgeschäden reduziert werden können. Falls dennoch Schäden auftreten, gilt es diese rasch zu detektieren bzw. sollte so geplant und gebaut werden, dass eine Schadensausbreitung möglichst reduziert wird [2]. In diesem Zusammenhang spielt auch die Abdichtung auf der Rohdecke eine wichtige Rolle.
Aktuell werden wasserführende Leitungen oft im Fußboden verlegt und sind nicht sichtbar und zugänglich. Zudem hat die Verlegung im Fußboden den Nachteil, dass eine durchdachte Planung der Installationsführung in vielen Fällen als nicht notwendig erachtet wird [5]. Planern und Ausführenden fehlt oft Gewerke übergreifendes Wissen und es findet nur eine schlechte Abstimmung über konstruktive Schnittstellen statt [6]. Notwendigkeiten anderer Gewerke werden nicht erkannt und es kommt zu einer unkoordinierten und chaotischen Ausführung, die weder holzbauadäquat ist, noch eine funktionierende Abdichtung sicherstellt. Gerade schleichende Leckagen solcher unzugänglichen wasserführenden Leitungen bleiben vor allem im Brettsperrholzbau oft lange Zeit unentdeckt und haben das Potenzial die Holzkonstruktion massiv zu schädigen [2]. Holzkonstruktionen erfordern daher grundlegend andere Installationskonzepte als diese im mineralischen Massivbau üblich sind. Neben holzbauadäquaten Installationskonzepten stellt eine Abdichtung auf der Rohdecke die wichtigste konstruktive Schutzmaßnahme der Holzkonstruktion dar. Diese ist in Österreich für Badezimmer im Holzbau gemäß ÖNORM B 3692 2014 Stand der Technik [7]. Allerdings kommt es aufgrund fehlender Detailvorgaben dazu, dass diese Abdichtung zwar eingebaut wird, aber durch die mangelhafte Ausführung dennoch im Falle einer Leckage trotz Abdichtung Feuchte zum Holz gelangen kann. Besonders problematisch sind hier vor allem Schnittstellen zwischen Abdichtung und Installation. Unsachgemäße Rohrdurchführungen oder Installationsbefestigungen durch die Abdichtung hindurch stellen ein großes Risiko im Fall von Leckagen dar. Zudem werden hochinstallierte Bereiche wie Vorsatzschalen oder Schächte meist nicht mit einer Abdichtung versehen, sondern nur das Badezimmer an sich [8].
Gerade die Leitungsführung in der Fußbodenkonstruktion zeigt, dass kaum ganzheitliches (Planungs- und Bauphasen übergreifendes) Verständnis bei vielen Baubeteiligten vorhanden ist. Planern und Ausführenden fehlt oft Gewerke übergreifendes Wissen [6]. Unkenntnis über die Arbeit des anderen (und daraus resultieren-de Folgeprobleme) führt dazu, dass Schnittstellen beispielsweise zwar am Plan wahrgenommen werden (z.B. Leitungsführung in der Fußbodenkonstruktion mit Rohrdurchführungen durch den Abdichtungshochzug in den Schacht; Leitungsführung in der Trockenbauwand), aber kein Bewusstsein für die Auswirkungen von solchen nicht vollumfänglich gelösten Detailpunkten vorhanden ist (z.B. zu wenig Platz zwischen den Rohren um sie entsprechend in die Abdichtung einzubinden; Trockenbausteher zu wenig breit um ein 50er Abwasserrohr mit Muffe herstellerkonform durchzuführen…) [9]. Da solche Notwendigkeiten anderer Gewerke nicht erkannt werden, findet auch oft eine schlechte Abstimmung über konstruktive Schnittstellen (wie z.B. Rohrdurchführungen; Leitungsführungen in Wänden oder Fußböden) statt [6]. Resultat sind permanente Änderungen in der Planung oder oft auch erst in der Ausführungsphase, Schuldzuweisungen, Bauverzögerungen und Mehrkosten. Gebäudetechnische Anlagen sind komplex und ihre Implementierung im Gebäude herausfordernd. Durch die starken Abhängigkeiten zum Bauwerk (Platzbedarf, baulich konstruktive Einbettung…), das notwendige enge Zusammenspiel von unterschiedlichen Planern und ausführenden Gewerken, sowie den stetig steigenden Vorgaben (Normen, Herstellervorgaben…) stellt dies oft eine Herausforderung und nicht selten eine schwer zu lösende Aufgabe dar. [9]
«Der klassische Bauablauf ist geprägt von Schnittstellenproblemen, Bearbeitung in der falschen Reihenfolge, Änderungen, fehlender (Detail-)Planung, terminlicher Unzuverlässigkeit der Beteiligten, Störungen von Externen, Lieferproblemen etc. Diese Probleme führen zu deutlichen Beeinträchtigungen des Bauablaufs. Viele dieser Faktoren stehen in Wechselwirkung zueinander, sodass sich die Probleme gegenseitig hochschaukeln. Die Komplexität der Baustelle nimmt stetig zu». [10]
Die bisher gängige Art und Weise Projekte zu planen und zu bauen muss sich angesichts dieser grundlegenden Probleme radikal verändern um die hohen Systemkomplexitäten die gerade in Bezug auf die TGA und ihre Schnittstellen zum BAU handhabbar zu machen. Viele dieser konstruktiven Schnittstellen zwischen BAU und TGA, kehren in gleicher oder sehr ähnlicher Weise in vielen Projekten wieder. Auch wenn wir weiterhin Großteils Gebäude bauen, die an sich Prototypen darstellen, ist es nur eine Frage des Zooms um immer wiederkehrende gleiche Bausteine, konstruktive Schnittstellen und Prozesse sichtbar zu machen. [9] Dafür ist es aber notwendig das geschichtlich verankerte Unikatdenken aufzubrechen [11].
Gerade im Fall von Badezimmern bietet es sich an, systematisch klassische, immer wiederkehrende konstruktive BAU/TGA Detailpunkte zu identifizieren und diese vollumfänglich zu lösen. Ebenso gilt es, standardisierte Lösungen für die Installationsführung zu definieren und der Branche niederschwellig und in frühen Planungsphasen einfach nutzbar zugänglich zu machen. Nur so kann hohe Planungssicherheit, ohne dauernde Änderungsschleifen und damit verbundenen Zusatzaufwände aufgrund von nicht bedachten Problemstellen erreicht werden. Dies führt zu einer deutlichen Komplexitätsreduktion für Planer, aber auch in weiterer Folge zu einer erheblich verbesserten Ausführungsqualität, was gerade im Kontext von Holzbauten in Räumen mit vielen wasserführenden Installationen von hoher Relevanz ist.
Im Holzbau gibt es einen sehr hohen Vorfertigungsgrad was die Holzkonstruktion an sich betrifft. Die Bandbreite reicht von einzelnen Trägern, über Wände oder Decken bis hin zu fix fertig ausgestatteten Raumzellen. Vor allem hinsichtlich Bauzeit ist der Holzbau daher dem mineralischen Massivbau meist weit überlegen. TGA-Installationen dagegen sind noch relativ selten im größeren Stil modularisiert bzw. gar standardisiert. Aktuelle Beispiele für die Modularisierung von größeren TGA-Bauteilen stellen Installationsregister in Wohnbauten [12] oder Installationsmodule für TGA-Trassen im Gangbereich von Bürogebäuden [13] dar.
Der Großteil der gesamten TGA-Installation wird allerdings nach wie vor auf der Baustelle errichtet und teilweise auch erst dort mit anderen Gewerken koordiniert. Dafür gilt es Materialien zeitlich passend zu liefern oder wenn notwendig zwischenzulagern, Verfügbarkeiten von Facharbeitern zu berücksichtigen und natürlich die Verkettungen zwischen TGA und BAU Gewerken zu bedenken. Montagearbeiten müssen so oft unter Zeitdruck und mit beschränktem Arbeitsraum stattfinden was natürlich wesentliche Auswirkungen auf Qualität, Kosten und Termine hat. [13] Zudem braucht es aktuell auf der Baustelle Facharbeiter, welche die komplette Installation ihres Gewerkes fachgerecht durchführen können und bei nicht vollständiger oder mangelhafter Planung in der Lage sind, dies erstens zu erkennen und zweitens dennoch eine «richtige» Installation durchführen und mit den anderen Gewerken koordinieren. Angesichts des bereits vorherrschenden und noch steigenden Fachkräftemangels wird dies zunehmend erfolgskritisch. Analog zum Automobilbau ist es jedenfalls zielführend industrielle Vorfertigung zu forcieren. Wenige, immer wiederkehrende Produktionsschritte können einfach von kurzfristig angelerntem Personal übernommen werden.
Zwar hat es sich im Bereich von Sanitärinstallationen quasi zum Standard entwickelt einzelne kleine Module wie Sanitärgestelle (WC- Gestell, Gestell für Waschbecken…) Boxsysteme oder Ausschubmodulsysteme zu verwenden. Allerdings stellen diese immer nur einen kleinen Teil einer kompletten Badezimmerinstallation dar. Sie bringen zwar Vorteile im Bau, allerdings keine nennenswerten Vorteile in der Planung, da sie keine standardisierte Gesamtlösung für eine Badezimmerinstallation darstellen.
Im Gegensatz dazu stehen Installationsregister – also komplette Installationswände oder Schächte. Der Einsatz solcher Installationsregister nimmt zu, allerdings handelt es sich dabei nicht um standardisierte Module die sich mit gewissen fixen Abmessungen im Produktsortiment von Herstellern befinden, sondern um individuell für einzelne Bauaufgaben geplante und gefertigte Module. Damit lässt sich die Bauzeit deutlich verkürzen und die Qualität wird gesteigert, was vor allem hinsichtlich Wasserschäden von großer Bedeutung ist.
Allerdings bleibt die eigentliche Planungsleistung für das Badezimmer weiter beim Architekten (Bauwerk) bzw. beim TGA-Planer (Installation). Solche Installationsregister leisten aktuell also noch keinen Beitrag im Sinne der Komplexitätsreduktion in der Planung vor allem hinsichtlich von baulichen Schnittstellen (die Rohrdurchführung durch z.B. den Abdichtungshochzug gibt es nach wie vor). Noch stehen Installationsregister automatisch für eine holzbauadäquate Installationsführung. Meist werden dennoch viele Rohre im Fußbodenbereich verlegt obwohl Vorsatzschalen (die als Installationsregister ausgeführt werden könnten) in Badezimmern gängig sind. Allerdings dienen diese oft nur dazu, notwendige Sanitärgestelle und einige Leitungen unterzubringen. Die komplette Leitungsführung wird nicht konsequent in Schächten, Vorsatzschalen oder Installationswänden untergebracht. Viele Leitungen verlaufen erst wieder im Fußboden und führen zu den zuvor erläuterten Problemen.
Aufgrund der aufgezeigten mannigfaltigen Problemfelder müssen allgemein anwendbare Standardlösungen für Badzimmerinstallationen entwickelt werden, die sowohl die Problematik von Feuchteschäden im Holzbau, als auch die Komplexitätsproblematik in Planung und Ausführung berücksichtigen. Gut durchdachte Modulbaulösungen für die TGA-Installationen sind jedenfalls anzustreben. Nur so kann die Qualität - und vor allem auch der Feuchteschutz des Holzbaues - bei gleichzeitiger Komplexitätsreduktion für Planer und Ausführende gesteigert werden. Zudem sind solche Modulbaulösungen eine wirksame Maßnahme um dem Fachkräftemangel entgegenzuwirken und um eine deutlich höhere Kosten- und Terminsicherheit zu erzielen. Und zu guter Letzt: Eine Bestandsdokumentation bekommt man automatisch mitgeliefert.
Zudem muss auch die Komplexität im Planungsprozess durch generische Entwürfe bzw. automatisierte Entwurfsmethoden reduziert werden. Aktuell ist es für Planer aus Zeit- aber auch Knowhow Gründen kaum möglich sämtliche Regeln für alle Detailpunkte zu berücksichtigen. Kritische Knackpunkte müssen daher identifiziert und mittels Rulesets in automatisierte Entwurfsmethoden implementiert werden [8].
Im Forschungsprojekt konnten mit den entwickelten holzbauadäquaten Installationskonzepten, den BIM Modellen von häufig vorkommenden Badezimmertypen, sowie den Tools für einen automatisierten Planungsprozess in Form des Online Konfigurators CLT_Plumbing_Designer bzw. den Skripten für einen automatisierten BIM Workflow ganz entscheidende und vor allem umfassende und ganzheitlich gedachte Lösungen für die aufgezeigten Problembereiche geschaffen werden.