IT im Bauwesen/Stuttgarter mit im europäischen MICC-Projekt

IAO-Labor für Baubranche testet Mobilkommunikation

22.11.1996

Wie solche Container konfiguriert und welche Funktionen dort angesiedelt sein sollten, erkundet derzeit das Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation, IAO, in Stuttgart im Rahmen des europäischen Projekts Mobile Integration of Communication in Construction (MICC).

Ein Wesensmerkmal von Baustellen ist das Zusammenwirken einer Vielzahl von unterschiedlichen Unternehmen mit dem gemeinsamen Ziel der termin- und kostengerechten Fertigstellung des Gesamtprojekts respektive der jeweiligen Teilprojekte. Die dazu erforderliche Kommunikation zur gemeinsamen Abstimmung und Koordination beruht heute überwiegend auf sprachlichem Austausch. Nicht möglich sind der direkte Zugriff auf Daten (Termine, Pläne etc.) sowie die Nutzung neuer Kommunikationsformen (etwa E-Mail). Im Labor "Mobilkommunikation für die Baubranche" wird hierzu ein konsequenter Intranet-Ansatz erprobt. Das gewünschte Ergebnis soll die integrierte und mobile Sprach- und Datenkommunikation sein.

In der deutschen Bauwirtschaft findet ein Strukturwandel statt. Faktoren wie finanzielle Knappheit der öffentlichen Hand, Sättigung am Wohnungsmarkt und wachsende Internationalisierung haben zu einem verschärften Wettbewerb geführt. Dabei betrifft die aktuelle Rekordzahl an Insolvenzen vorwiegend kleine und mittelständische Unternehmen. Neue Konzepte und Dienstleistungen sind gefragt.

Die europäische Bauwirtschaft beschäftigt ungefähr zehn Prozent aller Erwerbstätigen, hat aber nur einen Anteil von zirka fünf Prozent am Bruttosozialprodukt. Daraus wird deutlich, daß es sich um eine personalintensive Branche mit einer, verglichen mit anderen Industriezweigen, relativ niedrigen Produktivität handelt. Die Tendenz, Personalkosten durch den Einsatz ausländischer Billiganbieter zu reduzieren, stößt schon heute an gesellschaftliche und wirtschaftliche Grenzen. Als eine Möglichkeit, dem Wettbewerbsdruck zu begegnen, kommt eine Erhöhung der Produktivität der Mitarbeiter in Frage, was dazu führt, daß immer höher qualifiziertes Personal für ein immer breiteres Spektrum an Tätigkeiten eingesetzt wird. Die Konsequenz sind neuartige Anforderungen an Projektorganisation, Mensch und Technik in großen, aber auch in kleinen und mittelständischen Unternehmen.

Die bisherigen Abläufe und Organisationsformen werden in Frage gestellt und erzwingen ein Umdenken aller Beteiligten.

Teamorientierung und Geschäftsprozeßoptimierung - angefangen beim Büro bis hin zur Baustelle - sind notwendig. Hieraus ergeben sich Änderungen des Projekt-Managements und damit verbunden der Koordination der beteiligten Personen, der Teilprojekte und Termine. Zu den Voraussetzungen für die erfolgreiche Abwicklung von Projekten zählt vor allem eine entsprechende Kommunikationsinfrastruktur.

Die Zeit der Handies und Walkie-Talkies

Gegenwärtig werden auf Baustellen fast ausschließlich Standard-Sprachkommunikationstechnologien wie Walkie-talkie, Telefon, Handy eingesetzt. Baustellenspezifische Anpassungen oder Spezialentwicklungen sind eher die Ausnahme. Diese Übertragungswege werden allerdings noch keineswegs zum Datentransfer benutzt, obwohl ein Großteil der Kommunikation auf gemeinsamen Daten in unterschiedlichster Form beruht. Darunter fallen Aufmaße, Angebote, CAD-Pläne, Projekt- und Maschineneinsatzpläne. Dieses Informationsdefizit läßt sich momentan nur über den physikalischen Transport von Plänen, Listen etc. kompensieren, was einen erhöhten Zeit- und Verwaltungsaufwand mit sich bringt. Die Probleme im Plantransport, -versand oder einer angemessenen Versionsverwaltung machen beispielhaft die Notwendigkeit deutlich, möglichst gleichzeitig von mehreren Standorten aus und mit mobilen Endgeräten auf eine Informationsquelle zugreifen zu können. Die Vision einer Mobilkommunikation auf Baustellen für das 21. Jahrhundert besteht in diesem Kontext aus einer nahtlosen, intuitiven Integration von Sprache und Daten sowie der breitbandigen Verfügbarkeit von Information an mobilen Endgeräten.

Enge Verflechtung durch Intranet-Ansatz

Vorstellbar wäre hier beispielsweise, mit einer Helmkamera und einem Helmmonitor live zu kommunizieren, gleichzeitig auf dreidimensionale Modelle und Pläne zugreifen zu können und online von einem digitalen Assistenten über Ereignisse und Betriebsdaten permanent auf dem laufenden gehalten zu werden.

Eine geeignete Basis für solche Entwicklungen scheinen derzeit die Intranet- und Internet-Technologien (IIT) zu bilden. Die integrierten Lösungen im Baubereich zeichnen sich dabei durch folgende Eigenschaften aus:

- Der Aufwand für Administra- tion und Konfiguration mobiler Endgeräte reduziert sich.

- Es existiert Plattformunabhängigkeit hinsichtlich der Übertragungswege und Endgeräte sowie der Integration kommender Technologien und Anwendungen.

- Durch Einsatz von gemeinsam genutzten und offenen Standards lassen sich die jeweiligen Projektbeteiligten rasch integrieren.

- Die Benutzer-Schnittstellen lassen sich durch interaktive grafische Bedienelemente und multimediale Fähigkeiten einfach bedienen.

- Die verteilte Datenhaltung und -verarbeitung gestatten eine Nutzung der Übertragungskanäle. Daten werden dort gepflegt, wo sie entstehen. Kopien und Redundanzen können vermieden werden.

Dieser Intranet-Ansatz ermöglicht die enge Verflechtung von Daten und Applikation auf mehreren Rechnern mit einem minimalen Administrationsaufwand. Die einzelnen Komponenten lassen sich auf dieser Basis elegant dynamisch verbinden. Medienbrüche und aufwendige Datenkonvertierungen lassen sich dadurch umgehen.

Im September 1995 fiel der Startschuß für eines der bislang größten europäischen Forschungsprojekte im Bauwesen. Das Projekt Mobile Integrated Communication in Construction wurde unter Beteiligung europäischer Bauunternehmen und Forschungsinstitute gebildet. Zum MICC-Konsortium zählen die Firmen Hochtief (Deutschland), BICC (Großbritannien), Bouygues (Frankreich) und Dragados (Spanien).

Ziel des Projekts ist es, Verbesserungspotentiale durch den Einsatz moderner Informations- und Kommunikationstechnologien im Baustellenbereich aufzuzeigen. Ein Schwerpunkt liegt hier auf der Integration portabler Sprach- und Datenendgeräte. Zur praxisnahen Erprobung finden europaweit verschiedene Feldversuche statt.

Am IAO in Stuttgart haben im Vorfeld die Arbeiten zum Aufbau eines Labors "Mobilkommunikation für das Bauwesen" begonnen. Dort werden bestehende Mobilfunktechnologien und -anwendungen erprobt, verglichen und auf ihre Einsatztauglichkeit überprüft sowie neue Einsatzmöglichkeiten von Kommunikationstechnologien im Anwendungsfeld entwickelt. Bestandteil des Labors ist ein Mobilkommunikations-Container, dessen Hauptaufgabe die Unterstützung der Baustellenkommunikation durch Integration von Sprach- Daten-Kommunikation ist. In Zusammenarbeit mit der Firma Hochtief wurde ein Container auf dem Institutsgelände installiert und mit modernster Technologie ausgestattet.

Die Nutzergruppen können auf verschiedene Arten mit dem Mobilkommunikations-Container interagieren. Der Kommunika- tionsfluß findet dabei baustellenintern (zum Beispiel zwischen Mobilgerät und Container) und -extern (zum Beispiel mit Zulieferern) statt.

Die Infrastruktur innerhalb des Mobilkommunikationslabors und in dessen Umfeld muß verschiedenen einsatzspezifischen Anforderungen Rechnung tragen:

- Mobilitätsunterstützung,

- Robustheit,

- Wechsel der Einsatzumgebung sowie

- zentralisierte Administration.

Personal und Maschinen sind so auszustatten, daß eine permanente Erreichbarkeit und ein reibungsloser Informationsaustausch garantiert werden. Die Mobilitätsunterstützung für PCs (Laptop, Notebook, Palmtop, PDAs etc.) auf der Baustelle kann über drahtlose Verbindungen (lokale Funknetze, etwa Dect, Wireless LAN oder öffentliche Funknetze wie GSM, Satellitenfunk) erfolgen. Drahtgebundene Übertragungswege sind im Baustellenbereich aus Sicherheitsgründen möglichst zu vermeiden.

Alle Systeme, die im Rahmen des Mobilkommunikations-Containers zum Einsatz kommen, werden auf ihre Praxistauglichkeit hin überprüft (robuste Ausführung, Gewicht, Funktionalität, Bedienbarkeit). Wettereinflüsse (Feuchtigkeit, Verschmutzung etc.) und mechanische Belastungen sind an der Tagesordnung und müssen nicht nur bei der Auswahl der mobilen, sondern auch der stationären Geräte im Mobilkommunikations-Container berücksichtigt werden. Auch an die Software sind entsprechende unverzichtbare Forderungen wie einfache Bedienbarkeit, Fehlertoleranz usw. zu stellen.

Der projektbedingt wechselnde Einsatzort stellt weitere Anforderungen an die Ausstattung und Konfiguration. Für den Transport sind dazu Geräte fest zu installieren beziehungsweise transport- sicher zu verpacken. Darüber hinaus verlangt die unterschiedliche Struktur der Baustellen nach einer kurzfristigen Konfiguration der Software entsprechend den neuen Bedingungen. Dies umfaßt Anpassungen an Nutzergruppen, Projektstruktur und -typ, das Anwendungsportfolio und Kommunikationsverbindungen.

Der Mobilkommunikations-Container verfügt über eine baustellenexterne Kommunikationsanbindung in Form von ISDN-Anschlüssen. Diese werden sowohl für Sprach- als auch für Datendienste (zum Beispiel bidirektionale Datenübertragung mit TCP/IP) genutzt.

Die ISDN-Anschlußleistung läßt sich durch Verwendung mehrerer gebündelter Kanäle vervielfachen. Hauptsächlich über diese Anbindung soll die Administration in Form von Fernwartung erfolgen.

Die Komponenten, die im Mobilkommunikations-Container eingesetzt werden, sind:

- Server-Zentrale,

- Standard-Office-Software,

- Datenbank,

- Sprach- und Datenkommunikation,

- Messen, Steuern und Regeln,

- Anwendungssoftware sowie

- Dokumentation.

Die Komponenten sind weitgehend unabhängig einsetzbar und in hohem Maße konfigurierbar. Je nach Umfeld werden die Module kombiniert und parametrisiert. Jede Baustelle wird auf diese Weise mit einer projektspezifischen Kommunikationszentrale ausgestattet.

Die Server-Zentrale bildet das Rückgrat aller Anwendungen im Kommunikationscontainer. Die meisten Anwendungen nutzen eine oder mehrere Dienste der Server-Zentrale:

- Backup,

- Accounting,

- Netzwerk-Management,

- Benutzerverwaltung und Zugriffskontrollen,

- Management der unterbrechungsfreien Stromversorgungen,

- WWW-Dienste,

- Name-Services,

- Dateidienste und

- Druck-/Plotdienste.

Bei allen Services wird sowohl auf die einfache Bedienbarkeit geachtet als auch auf die Möglichkeit zur Verwaltung von einem anderen Computer aus, der außerhalb des Containers, etwa im Büro der Hauptverwaltung, steht. Diese Dienste sind baustellenextern entweder über dedizierte Management-Protokolle (zum Beispiel SMTP) oder über das WWW-Protokoll (HTTP) erreichbar.

Die Verfügbarkeit von Standard-Office-Software im Kommunika- tionscontainer ist die Voraussetzung, um elementare Bürofunktionen, die im Rahmen der Projektleitung vor Ort abgewickelt werden, nutzen zu können. Beispiele für Standard-Office-Software sind in diesem Zusammhang Programme zur Textverarbeitung, Tabellenkalkulation, elektronische Kalender, PIMs (Personal Information Manager) etc. Diese Anwendungen sind überwiegend zum Einsatz im Kommunikationscontainer selbst vorgesehen, da sich die mobilen Geräte aufgrund der kleinen Tastatur und eines reduzierten Displays hierzu oft nur bedingt eignen.

Der Zugriff auf die Datenbank erfolgt über das offene und weitgehend herstellerunabhängige Protokoll ODBC (Open Data- base Connectivity). Damit werden zwei Ziele verfolgt. Zum einen ist ein Zugriff von allen Clients oder Arbeitsstationen im Kommunikationscontainer aus möglich, zum anderen lassen sich Datenbanken von entfernten Standorten transparent mit einbinden.

Die strukturierbaren Massendaten, die in der Datenbank zu speichern sind, können zyklisch (wie bei Wetterdaten) oder azyklisch (zum Beispiel Schadensmeldungen, Protokolle, Termine, Materialdaten, Betriebsdaten) auftreten. Die Datenbankkomponente ist mit einer Intranet-Schnittstelle ausgestattet und bietet umfangreiche Navigationsmöglichkeiten innerhalb des Datenraums.

Diese Komponente umfaßt Anwendungen, die für den speziellen Einsatzbereich im Bauwesen erstellt wurden. Dazu zählen Anwendungen

- zur baustellenspezifischen Feinterminplanung und -steuerung

- im CAD-Bereich zum Betrachten und Erstellen von Plots

- zur Logistiksteuerung

- zur Betriebsdatenerfassung und

- zum Zugriff auf Host-Anwendungen (zum Beispiel über SAP-Terminals).

Ein Defizit vieler heute existierender Softwarelösungen ist ihre Isoliertheit. Weder Datenaustausch- noch Datenkommunikations-Möglichkeiten werden in ausreichendem Umfang bereitgestellt. Mit Hilfe des Intranet-Ansatzes läßt sich hier Abhilfe schaffen. Dafür sind jedoch softwarespezifische Anpassungen durchzuführen.

Die Kommunikation der Server-Zentrale mit den anderen im Mobilkommunikations-Container befindlichen Komponenten erfolgt über ein LAN, die Verbindung nach außen über das öffentliche Telekommunikationsnetz via ISDN. Die ISDN-Datenübertragungsmöglichkeit wird genutzt, um eine schnelle Anbindung (bis 64 Kbit/s) mit problemloser Installation vor Ort zu gewährleisten. Die Server-Zentrale fungiert dabei als Multiprotokoll-Router (MPR), der Daten vom LAN in das ISDN-Netz weiterleitet und umgekehrt. Die MPR-Software ist im Hinblick auf maximale Geschwindigkeit und optimale Verbindungszeiten (Auf- und Abbau der Kommunika- tionsverbindung), das heißt auf miminale Verbindungskosten, konfiguriert. Eine Gebührenüberwachung und Verbindungsprotokollierung ist aus sicherheits- und kostentechnischen Gründen ebenfalls möglich.

Die Sprachkommunikationsunterstützung umfaßt im Kommunikationscontainer hauptsächlich drahtlose Kommunikation. Über die integrierte ISDN-Telefonanlage kann über drahtlose Verbindung mit Mobilteilen kommuniziert werden. Damit ist baustellenintern ein gebührenfreier Ruf möglich. Die baustellenexterne Kommunikation erfolgt mit Hilfe von ISDN in der Telefonanlage. Die Ausstattung umfaßt außerdem Telefon- und Faxgeräte mit Normalpapierausgabe.

Eine weitere eingesetzte drahtlose Datenkommunikationstechnologie beruht auf Funk-LANs. Damit können Datenübertragungsraten von bis zu 2 Mbit/s erreicht werden. Die Datenendgeräte sind über PCMCIA-Karten anbindbar. Die Reichweite hängt hier stark vom Einsatzgebiet ab und kann in offenem Gelände bis zu 800 Meter betragen. Diese Entfernung kann jedoch durch Einsatz von Repeatern vergrößert werden. Repeater sind auch drahtlos anbindbar und damit besonders für Baustellenumgebungen geeignet.

Verfügbarkeit von Regelungstechnik

Mit der Integration von Spezialhardware werden Anwendungen zur baustellenspezifischen Meß-, Steuerungs- und Regelungstechnik im Kommunkationscontainer verfügbar. Das eröffnet eine Reihe von Anwendungsmöglichkeiten. So werden mit einer kleinen lokalen Wetterstation Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck permanent gemessen, die Ergebnisse können dann beispielsweise zur lokalen kurzfristigen Wetterdokumentation oder -prognose herangezogen werden.

Die Verfügbarkeit von Regelungstechnik auf der Baustelle wird notwendig, wenn Regelkreise zur Steuerung von Maschinen definiert werden können. So beruht beispielsweise die Grundwasserpumpensteuerung auf einem Regelkreis aus Grundwassermeßwertaufnehmer, Pumpensteuerung und Überwachungstechnik. Die schnelle Verfügbarkeit von solchen Daten ist hier unerläßlich für eine effektive Ausführung der Überwachung.

Beispiele für die im Umfeld des Kommunikationscontainers eingesetzte Spezialhardware sind:

- Wetterstation,

- Grundwasserüberwachung,

- Erschütterungsaufnehmer,

- Energieversorgungsmeßgerät sowie

- Stand- und Bewegtbildrekorder.

Ein Archiv sammelt die projektrelevanten Dokumente, die baustellenintern benötigt werden. Es stellt Archivierungs- und Retrieval-Funktionalitäten zur Verfügung. Zur Archivierung kann das Dateisystem der Server-Zentrale oder die Datenbank herangezogen werden. Ferner ist die Dokumentationskomponente Grundlage eines baustelleninternen Qualitäts-Management-Systems. Die Dokumente, die mit solchen Anwendungen bearbeitet werden, liegen im Zugriff von WWW-Servern und können damit jederzeit von jedem Kommunikationspartner in- und außerhalb des Kommunikationscontainers mit entsprechender Berechtigung zugegriffen werden. Der lesende Zugriff auf die Standard-Office-Software Dokumente kann schließlich auch über Viewer-Programme erfolgen, die sich ausschließlich zum Betrachten und Drucken der Dokumente eignen und deshalb keine Vollprogrammlizenz erfordern, was bei Intranet-Systemen zur Kostenreduzierung von Standardsoftware führt. Solche Viewer-Programme existieren heute beispielsweise für Microsoft Word, Excel, Powerpoint, Adobe Acrobat, Autodesk Autocad etc.

Die Dokumentation wird ergänzt um die personengestützte Vor-Ort-Erfassung von Daten. Mit einem 1D- oder 2D-Scanner können Barcodes von Materialien, Plänen etc. erfaßt, dokumentiert und sofort zur Material- und Bestandsplanung weitergegeben werden.

Angeklickt

Die heute auf Baustellen gängigen Kommunikationskomponenten müssen integriert werden, soll ihr Wirkungsgrad höher werden. Hier sind einige technologiegetriebene Ansätze dargestellt, wie - unter anderem mobile - Systeme künftig zu einem besseren Umgang mit Zeit, Qualität und Kosten genutzt werden können. In dem Stuttgarter IAO-Labor für die Baubranche, zu dem die Arbeiten jetzt aufgenommen wurden, sollen Geräte und Technologien vorgestellt werden, die im Hinblick auf die Praxistauglichkeit erprobt wurden. Ein Kommunikationscontainer existiert bereits.

*Diplominformatiker Wolfgang Clauss und Diplomkaufmann Gerrit Kerber sind die Projektleiter des Labors und Mitarbeiter des IAO, Fraunhofer Institut Arbeitswirtschaft und Organisation in Stuttgart.