Seit der COVID-19-Krise und den damit verbundenen tiefgreifenden Veränderungen tritt eine Frage noch deutlicher zutage: Sind die riesigen und dennoch chronisch überfüllten Hörsäle überhaupt noch zeitgemäß und in Zukunft notwendig? Die vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Digital-Hub-Initiative (de-hub) sieht für neuartige Studiengänge rund um die Digitalisierung sogar eine „Abkehr vom Hörsaal“. Laut des de-hub wird man zukünftig volle Hörsäle vergebens suchen. Die Zukunft liege vielmehr in Konzepten, die kleine, kreative Einheiten vorsehen. Der moderne Modulbau kann hier maßgeblich zur Lösung beitragen, denn insbesondere im Hinblick auf die Digitalisierung sind damit neue flexible Gebäude- und Raumkonzepte möglich.
Bietet die Modulbauweise tragfähige Zukunftslösungen?
Was prädestiniert die Modulbauweise für die 394 Hochschulen in Deutschland, wozu Universitäten, Fachhochschulen sowie Kunst- und Musikhochschulen zählen? Modulgebäude – auch Systembau oder Stahlskelettbauweise genannt – werden aus in einem Werk vorgefertigten Modulen bzw. Bauelementen zusammengesetzt. Die Module werden projektbezogen in unterschiedlichen Größen hergestellt, z.B. bis zu 20 Meter Länge und 4,25 Meter Breite, wodurch individuelle Grundrisse realisiert werden können. Sie sind meist bereits ab Werk mit der kompletten Elektroinstallation sowie komplexen Heizungs-, Klima- und Lüftungssystemen und moderner IT-Infrastruktur ausgerüstet.
Die Vorteile: In bis zu 70% kürzerer Bauzeit entstehen ein- bis siebengeschossige Gebäude, die dem neuesten Stand der Technik sowie allen Bauvorschriften entsprechen. Da es aufgrund der tragenden Stahlkonstruktion der Module kaum statische Zwangspunkte gibt, lassen sich die Raumgrößen von Modulgebäuden sehr wirtschaftlich und flexibel ändern und Gebäude können so ohne großen Aufwand einer Neunutzung zugeführt werden. Das heißt, große Büroflächen oder Arbeitsräume nach dem Open-Space-Konzept können schnell in kleinere Einheiten umgewandelt werden. Umgedreht ist es ebenso einfach möglich: Kleine Einheiten werden zu großen Räumen. Das Universitätsgebäude wandelt sich. Und nicht nur das: Sollten tiefgreifende, strukturelle Änderungen auf dem Campus geplant sein, kann auch das gesamte Gebäude umgesetzt werden. Was für herkömmlich errichtete Gebäude undenkbar ist, eröffnet hier völlig neue Perspektiven. Auch bestehende massiv errichtete Gebäude können von der Modulbauweise profitieren. Denn je nach Statik können aufgrund des geringeren Gewichts der Modulkonstruktion problemlos ein oder mehrere Stockwerke aufgesetzt werden.
Bei der Finanzierung geht man mit der modularen Bauweise ebenfalls neue Wege. So bieten große Hersteller, die die Modulgebäude als Generalunternehmer errichten, innovative Mietlösungen an. Bauherren müssen keine hohen Investitionen aufbringen, sondern erhalten maßgeschneiderte Gebäudelösungen auf einer kalkulierbaren Mietbasis ohne Kapital zu binden. Ergibt sich nach Ablauf der vereinbarten Mietzeit weiterer oder sogar dauerhafter Nutzungsbedarf, kann das Gebäude entweder länger gemietet oder optional käuflich übernommen werden.
Raumkonzepte für das digitale Zeitalter
Die Universitäten und Fachhochschulen Deutschlands, aber auch andere Bildungseinrichtungen, müssen sich zu einem atmenden System wandeln, wenn sie die Anforderungen der sogenannten 21st Century Skills erfüllen und Innovationskompetenzen ausbauen wollen. Es geht darum, die Studierenden mit erweitertem Wissen und optimalen Fähigkeiten für das Berufsleben in einer digitalisierten Welt zu befähigen. Dazu braucht es neue Rahmenbedingungen wie eine intelligente Kombination aus physischen und virtuellen Lehrräumen sowie das Verständnis von Lehrkörper und Studierenden diese Möglichkeiten zu nutzen.
Die Räume sollen nicht wie bisher gleichstrukturiert sein, sondern sich am individuellen Nutzen bzw. den jeweiligen Studieninhalten orientieren. Dabei ist es wichtig, dass digitale Medien integriert werden und sich komplexe Inhalte virtuell visualisieren lassen. Um Missverständnissen vorzubeugen: Es geht jedoch nicht darum, die Lehr- und Arbeitsräume mit so viel digitaler Technologie auszustatten wie möglich, sondern vielmehr darum, den Menschen in den Mittelpunkt zu stellen. Die Rahmenbedingungen für einen zukunftsweisenden Wissenstransfer, Didaktik und Organisation müssen stimmen und neu definiert werden. Das ist eine Aufgabe, bei der ein stärkeres integratives Zusammenwirken von allen verantwortlichen Beteiligten notwendig ist, z.B. Hochschulleitung, Lehrende, Studierende, IT-Verantwortliche, Architekten und ausführende Baugesellschaften.
Eine neue technologische Möglichkeit, um konzeptionelle, strategische und damit auch bauliche Anforderungen zusammenzuführen und die Lösungsansätze bereits weit vor Baubeginn am virtuellen 3D-Objekt zu prüfen und zu verbessern, bietet BIM - Building Information Modeling. In der Planungsphase entsteht mit BIM ein „Digital Twin“ des Gebäudes, der nicht nur die Architektur, sondern auch sämtliche Funktionalitäten abbildet. Führende Anbieter von Modulgebäuden wie das Unternehmen KLEUSBERG setzen die neue Art des Digitalen Bauens bereits in der Praxis ein und haben erfolgreich Projekte durchgeführt.
Vier anschauliche Beispiele aus der Praxis
André Triphaus-Woltermann, Geschäftsführer von KLEUSBERG: „Die modulare Bauweise hat sich in den letzten Jahren enorm weiterentwickelt und zählt heute zu den modernsten Bauformen. Insbesondere im Bereich der Bildung und Forschung konnten wir zahlreiche Projekte realisieren, die aufzeigen, welche Bandbreite an Lösungen innerhalb kürzester Zeit und zu fest planbaren Kosten möglich sind. Auch bei den Methoden, wie wir mit Bauherren der Hochschuleinrichtungen, Architekten und Partner gemeinsam zu neuen Gebäudekonzepten kommen, zählen wir mit digitalen Technologien wie BIM zu den Vorreitern.“
Für die Technische Hochschule Lübeck hat KLEUSBERG einen Neubau als Modul-Hybridgebäude für über 700 Studierende und Lehrkräfte realisiert. Dabei entstanden die Hörsäle sowie der Eingangsbereich in Stahlbeton-, die übrigen Seminar- und Nebenräume in Modulbauweise. Durch den Einsatz vorgefertigter Elemente wurde die Bauzeit um 20 Prozent verkürzt. Die Besonderheit: Die TH Lübeck ist mit innovativen, digitalen Technologien ausgestattet, die Präsenzlehre und E-Learning aufeinander abgestimmt kombinieren.
Für das Institut Experimentalphysik der RWTH Aachen errichtete KLEUSBERG in nur vier Monaten in Modulbauweise ein 3-geschossiges Gebäude mit 44 Metern Länge, 17 Metern Breite und 2.350 Quadratmetern Fläche. Das Architekturbüro fischerarchitekten und der Bauherr, die RWTH Aachen, haben sich gemeinsam für die Modulbauweise entschieden, da sie sehr kurze Bauzeiten sowie Termin- und Kostensicherheit bietet. Laut Prof. Dipl.-Ing. Horst Fischer von fischerarchitekten bestand der Reiz der Aufgabe darin, aus vorgefertigten Modulen eine individuelle Lösung zu schaffen. Prof. Carsten Honerkamp von der Fachgruppe Physik der RWTH Aachen ist mit dem Ergebnis hochzufrieden: „Für uns ist der Bau natürlich ein großer Wurf. Er kam genau zum richtigen Zeitpunkt. Denn je mehr neue Studierende nach Aachen kommen, umso größer ist auch die Gefahr, räumlich an Grenzen zu stoßen.“ KLEUSBERG hat bereits im Jahr 2009 für das Energy Research Center der RWTH Aachen ein Modulgebäude mit 2.244 Quadratmetern errichtet – ebenfalls in sehr kurzer Bauzeit von nur zehn Wochen.
Auch Labore als Interimslösung für extrem kurzfristigen Bedarf entstehen in modularer Bauweise. So hat KLEUSBERG beispielsweise für das Institut der Klinischen Chemie auf dem UKSH Campus Kiel ein neues Zentrallabor gebaut. Prof. Dr. Ralf Junker, Leiter des campusübergreifenden Instituts für Klinische Chemie, erklärt: „Das knapp 600 Quadratmeter große Gebäude ist keineswegs eine bloße Übergangslösung. Trotz der Interimssituation ermöglichen uns die neuen Räumlichkeiten hochgradig effiziente Prozesse. Wir sind hier in der Lage, zusammen mit den Laboreinheiten am Campus Lübeck etwa 90 Prozent der Laboranalysen des UKSH zu bearbeiten.“ Das Interims-Zentrallabor ermöglicht die Bearbeitung von täglich 3.500 Proben und jährlich mehr als 6 Millionen Analysen.
Und wenn der Raumbedarf sich nicht genau prognostizieren lässt und die Studierendenzahl unvorhergesehen starkt wächst? Kein Problem: Nach nur einem Jahr hat KLEUSBERG das zuvor auf dem Campusgelände der Fachhochschule Hannover realisierte Büro- und Seminargebäude aufgestockt. Die Stricker Architekten aus Hannover haben bei der Planung bereits eine spätere Aufstockungsmöglichkeit berücksichtigt. Innerhalb von nur 8 Wochen Bauzeit stockte KLEUSBERG das Modulgebäude auf und übergab weitere 590 m2 schlüsselfertig an den Bauherrn.
Stefan Kleusberg, geschäftsführender Gesellschafter von KLEUSBERG: „Wir sind nicht nur Generalunternehmer für den Bau von Hochschuleinrichtungen, sondern unser Unternehmen und unsere Mitarbeiter sind in zahlreichen akademischen Kooperationen engagiert. Durch die gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsarbeit wissen wir aus eigener Erfahrung, wie das bauliche Umfeld aussieht und haben Einblicke in die Praxis.“
So engagieren sich die Experten für Modulgebäude von KLEUSBERG unter anderem bei der RWTH Aachen in Projekten wie Aachen Building Experts und Center Building and Infrastructure Engineering (CBI). Hinzu kommen Vorlesungen im Fachbereich Bauingenieurwesen. An der HTWK Leipzig ist man in der Forschungsgruppe nachhaltiges Bauen aktiv. Darüber hinaus geben die Ingenieure und Techniker von KLEUSBERG regelmäßig Vorlesungen an deutschen Hochschulen und das Unternehmen bietet duale Studiengänge an. „Ich glaube, näher kann man nicht an Bildungseinrichtungen sein“, sagt Stefan Kleusberg.
Fazit: Nicht ob, sondern wie will Deutschland aufholen?
Bleibt noch eine Frage: Wie umweltfreundlich und nachhaltig ist die modulare Bauweise? Hersteller wie KLEUSBERG haben in ihren Werken den Materialeinsatz optimiert und Reste werden direkt dem Werkstoffkreislauf zugeführt. Am Ende seines Lebenszyklus kann ein Stahlmodulbau von KLEUSBERG zu über 96 Prozent recycelt werden, da sich die eingesetzten Materialien sortenrein trennen lassen. Gute Voraussetzungen also, um auch im Bereich Hochschulbauten einen Paradigmenwechsel einzuleiten.
Deutschland hat noch große Potenziale vor sich. Die Ausgaben für Bildungseinrichtungen des Tertiärbereichs gemessen am Bruttoinlandsprodukt (BIP) lagen 2019 beispielsweise in den USA bei 2,6 Prozent, in Kanada bei 2,4 Prozent und in Großbritannien bei immerhin noch 1,9 Prozent. Deutschland lag mit 1,2 Prozent deutlich darunter. Es muss weitere Aufbauarbeit geleistet werden. Dabei kommt es auch auf die Bauformen an.
Betrachtet man alle Faktoren, kann man für den tertiären Bildungsbereich wie in der Wirtschaft von einer hohen Volatilität sprechen – die Schwankungsbreite ist durch den digitalen Wandel enorm. Die Modulbauweise mit ihrer hohen Flexibilität bietet hier intelligente Antworten für einen sowohl wachsenden, digitalisierten als auch sich stetig verändernden Bildungsbereich.
Bietet die Modulbauweise tragfähige Zukunftslösungen?
Was prädestiniert die Modulbauweise für die 394 Hochschulen in Deutschland, wozu Universitäten, Fachhochschulen sowie Kunst- und Musikhochschulen zählen? Modulgebäude – auch Systembau oder Stahlskelettbauweise genannt – werden aus in einem Werk vorgefertigten Modulen bzw. Bauelementen zusammengesetzt. Die Module werden projektbezogen in unterschiedlichen Größen hergestellt, z.B. bis zu 20 Meter Länge und 4,25 Meter Breite, wodurch individuelle Grundrisse realisiert werden können. Sie sind meist bereits ab Werk mit der kompletten Elektroinstallation sowie komplexen Heizungs-, Klima- und Lüftungssystemen und moderner IT-Infrastruktur ausgerüstet.
Die Vorteile: In bis zu 70% kürzerer Bauzeit entstehen ein- bis siebengeschossige Gebäude, die dem neuesten Stand der Technik sowie allen Bauvorschriften entsprechen. Da es aufgrund der tragenden Stahlkonstruktion der Module kaum statische Zwangspunkte gibt, lassen sich die Raumgrößen von Modulgebäuden sehr wirtschaftlich und flexibel ändern und Gebäude können so ohne großen Aufwand einer Neunutzung zugeführt werden. Das heißt, große Büroflächen oder Arbeitsräume nach dem Open-Space-Konzept können schnell in kleinere Einheiten umgewandelt werden. Umgedreht ist es ebenso einfach möglich: Kleine Einheiten werden zu großen Räumen. Das Universitätsgebäude wandelt sich. Und nicht nur das: Sollten tiefgreifende, strukturelle Änderungen auf dem Campus geplant sein, kann auch das gesamte Gebäude umgesetzt werden. Was für herkömmlich errichtete Gebäude undenkbar ist, eröffnet hier völlig neue Perspektiven. Auch bestehende massiv errichtete Gebäude können von der Modulbauweise profitieren. Denn je nach Statik können aufgrund des geringeren Gewichts der Modulkonstruktion problemlos ein oder mehrere Stockwerke aufgesetzt werden.
Bei der Finanzierung geht man mit der modularen Bauweise ebenfalls neue Wege. So bieten große Hersteller, die die Modulgebäude als Generalunternehmer errichten, innovative Mietlösungen an. Bauherren müssen keine hohen Investitionen aufbringen, sondern erhalten maßgeschneiderte Gebäudelösungen auf einer kalkulierbaren Mietbasis ohne Kapital zu binden. Ergibt sich nach Ablauf der vereinbarten Mietzeit weiterer oder sogar dauerhafter Nutzungsbedarf, kann das Gebäude entweder länger gemietet oder optional käuflich übernommen werden.
Raumkonzepte für das digitale Zeitalter
Die Universitäten und Fachhochschulen Deutschlands, aber auch andere Bildungseinrichtungen, müssen sich zu einem atmenden System wandeln, wenn sie die Anforderungen der sogenannten 21st Century Skills erfüllen und Innovationskompetenzen ausbauen wollen. Es geht darum, die Studierenden mit erweitertem Wissen und optimalen Fähigkeiten für das Berufsleben in einer digitalisierten Welt zu befähigen. Dazu braucht es neue Rahmenbedingungen wie eine intelligente Kombination aus physischen und virtuellen Lehrräumen sowie das Verständnis von Lehrkörper und Studierenden diese Möglichkeiten zu nutzen.
Die Räume sollen nicht wie bisher gleichstrukturiert sein, sondern sich am individuellen Nutzen bzw. den jeweiligen Studieninhalten orientieren. Dabei ist es wichtig, dass digitale Medien integriert werden und sich komplexe Inhalte virtuell visualisieren lassen. Um Missverständnissen vorzubeugen: Es geht jedoch nicht darum, die Lehr- und Arbeitsräume mit so viel digitaler Technologie auszustatten wie möglich, sondern vielmehr darum, den Menschen in den Mittelpunkt zu stellen. Die Rahmenbedingungen für einen zukunftsweisenden Wissenstransfer, Didaktik und Organisation müssen stimmen und neu definiert werden. Das ist eine Aufgabe, bei der ein stärkeres integratives Zusammenwirken von allen verantwortlichen Beteiligten notwendig ist, z.B. Hochschulleitung, Lehrende, Studierende, IT-Verantwortliche, Architekten und ausführende Baugesellschaften.
Eine neue technologische Möglichkeit, um konzeptionelle, strategische und damit auch bauliche Anforderungen zusammenzuführen und die Lösungsansätze bereits weit vor Baubeginn am virtuellen 3D-Objekt zu prüfen und zu verbessern, bietet BIM - Building Information Modeling. In der Planungsphase entsteht mit BIM ein „Digital Twin“ des Gebäudes, der nicht nur die Architektur, sondern auch sämtliche Funktionalitäten abbildet. Führende Anbieter von Modulgebäuden wie das Unternehmen KLEUSBERG setzen die neue Art des Digitalen Bauens bereits in der Praxis ein und haben erfolgreich Projekte durchgeführt.
Vier anschauliche Beispiele aus der Praxis
André Triphaus-Woltermann, Geschäftsführer von KLEUSBERG: „Die modulare Bauweise hat sich in den letzten Jahren enorm weiterentwickelt und zählt heute zu den modernsten Bauformen. Insbesondere im Bereich der Bildung und Forschung konnten wir zahlreiche Projekte realisieren, die aufzeigen, welche Bandbreite an Lösungen innerhalb kürzester Zeit und zu fest planbaren Kosten möglich sind. Auch bei den Methoden, wie wir mit Bauherren der Hochschuleinrichtungen, Architekten und Partner gemeinsam zu neuen Gebäudekonzepten kommen, zählen wir mit digitalen Technologien wie BIM zu den Vorreitern.“
Für die Technische Hochschule Lübeck hat KLEUSBERG einen Neubau als Modul-Hybridgebäude für über 700 Studierende und Lehrkräfte realisiert. Dabei entstanden die Hörsäle sowie der Eingangsbereich in Stahlbeton-, die übrigen Seminar- und Nebenräume in Modulbauweise. Durch den Einsatz vorgefertigter Elemente wurde die Bauzeit um 20 Prozent verkürzt. Die Besonderheit: Die TH Lübeck ist mit innovativen, digitalen Technologien ausgestattet, die Präsenzlehre und E-Learning aufeinander abgestimmt kombinieren.
Für das Institut Experimentalphysik der RWTH Aachen errichtete KLEUSBERG in nur vier Monaten in Modulbauweise ein 3-geschossiges Gebäude mit 44 Metern Länge, 17 Metern Breite und 2.350 Quadratmetern Fläche. Das Architekturbüro fischerarchitekten und der Bauherr, die RWTH Aachen, haben sich gemeinsam für die Modulbauweise entschieden, da sie sehr kurze Bauzeiten sowie Termin- und Kostensicherheit bietet. Laut Prof. Dipl.-Ing. Horst Fischer von fischerarchitekten bestand der Reiz der Aufgabe darin, aus vorgefertigten Modulen eine individuelle Lösung zu schaffen. Prof. Carsten Honerkamp von der Fachgruppe Physik der RWTH Aachen ist mit dem Ergebnis hochzufrieden: „Für uns ist der Bau natürlich ein großer Wurf. Er kam genau zum richtigen Zeitpunkt. Denn je mehr neue Studierende nach Aachen kommen, umso größer ist auch die Gefahr, räumlich an Grenzen zu stoßen.“ KLEUSBERG hat bereits im Jahr 2009 für das Energy Research Center der RWTH Aachen ein Modulgebäude mit 2.244 Quadratmetern errichtet – ebenfalls in sehr kurzer Bauzeit von nur zehn Wochen.
Auch Labore als Interimslösung für extrem kurzfristigen Bedarf entstehen in modularer Bauweise. So hat KLEUSBERG beispielsweise für das Institut der Klinischen Chemie auf dem UKSH Campus Kiel ein neues Zentrallabor gebaut. Prof. Dr. Ralf Junker, Leiter des campusübergreifenden Instituts für Klinische Chemie, erklärt: „Das knapp 600 Quadratmeter große Gebäude ist keineswegs eine bloße Übergangslösung. Trotz der Interimssituation ermöglichen uns die neuen Räumlichkeiten hochgradig effiziente Prozesse. Wir sind hier in der Lage, zusammen mit den Laboreinheiten am Campus Lübeck etwa 90 Prozent der Laboranalysen des UKSH zu bearbeiten.“ Das Interims-Zentrallabor ermöglicht die Bearbeitung von täglich 3.500 Proben und jährlich mehr als 6 Millionen Analysen.
Und wenn der Raumbedarf sich nicht genau prognostizieren lässt und die Studierendenzahl unvorhergesehen starkt wächst? Kein Problem: Nach nur einem Jahr hat KLEUSBERG das zuvor auf dem Campusgelände der Fachhochschule Hannover realisierte Büro- und Seminargebäude aufgestockt. Die Stricker Architekten aus Hannover haben bei der Planung bereits eine spätere Aufstockungsmöglichkeit berücksichtigt. Innerhalb von nur 8 Wochen Bauzeit stockte KLEUSBERG das Modulgebäude auf und übergab weitere 590 m2 schlüsselfertig an den Bauherrn.
Stefan Kleusberg, geschäftsführender Gesellschafter von KLEUSBERG: „Wir sind nicht nur Generalunternehmer für den Bau von Hochschuleinrichtungen, sondern unser Unternehmen und unsere Mitarbeiter sind in zahlreichen akademischen Kooperationen engagiert. Durch die gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsarbeit wissen wir aus eigener Erfahrung, wie das bauliche Umfeld aussieht und haben Einblicke in die Praxis.“
So engagieren sich die Experten für Modulgebäude von KLEUSBERG unter anderem bei der RWTH Aachen in Projekten wie Aachen Building Experts und Center Building and Infrastructure Engineering (CBI). Hinzu kommen Vorlesungen im Fachbereich Bauingenieurwesen. An der HTWK Leipzig ist man in der Forschungsgruppe nachhaltiges Bauen aktiv. Darüber hinaus geben die Ingenieure und Techniker von KLEUSBERG regelmäßig Vorlesungen an deutschen Hochschulen und das Unternehmen bietet duale Studiengänge an. „Ich glaube, näher kann man nicht an Bildungseinrichtungen sein“, sagt Stefan Kleusberg.
Fazit: Nicht ob, sondern wie will Deutschland aufholen?
Bleibt noch eine Frage: Wie umweltfreundlich und nachhaltig ist die modulare Bauweise? Hersteller wie KLEUSBERG haben in ihren Werken den Materialeinsatz optimiert und Reste werden direkt dem Werkstoffkreislauf zugeführt. Am Ende seines Lebenszyklus kann ein Stahlmodulbau von KLEUSBERG zu über 96 Prozent recycelt werden, da sich die eingesetzten Materialien sortenrein trennen lassen. Gute Voraussetzungen also, um auch im Bereich Hochschulbauten einen Paradigmenwechsel einzuleiten.
Deutschland hat noch große Potenziale vor sich. Die Ausgaben für Bildungseinrichtungen des Tertiärbereichs gemessen am Bruttoinlandsprodukt (BIP) lagen 2019 beispielsweise in den USA bei 2,6 Prozent, in Kanada bei 2,4 Prozent und in Großbritannien bei immerhin noch 1,9 Prozent. Deutschland lag mit 1,2 Prozent deutlich darunter. Es muss weitere Aufbauarbeit geleistet werden. Dabei kommt es auch auf die Bauformen an.
Betrachtet man alle Faktoren, kann man für den tertiären Bildungsbereich wie in der Wirtschaft von einer hohen Volatilität sprechen – die Schwankungsbreite ist durch den digitalen Wandel enorm. Die Modulbauweise mit ihrer hohen Flexibilität bietet hier intelligente Antworten für einen sowohl wachsenden, digitalisierten als auch sich stetig verändernden Bildungsbereich.
