Bauablaufstörungen und Bauprozesse, Teil 1

Rechnerunterstützte Anwendung zur Erfassung von Bauablauf- störungen und Bewertung ihrer Auswirkungen auf Bauprozesse

Der folgende Beitrag stellt eine rechnerunterstützte Anwendung zur Erfassung von Bauablaufstörungen und der Bewertung ihrer Auswirkungen auf Bauprozesse vor. Das entwickelte Softwareprogramm wurde bereits in mehreren praxisnahen Forschungsprojekten eingesetzt und Publikationen vorgestellt. Der Mehrwert dieser Methode wurde hierbei nicht nur für die Bauwirtschaft (vgl. Börkircher, Zülch 2009, S. 229 f.), sondern auch bei einer Anwendung in der Baustoffindustrie (vgl. Börkircher, Gamber 2010, S. 409 f.) nachgewiesen. Im Folgenden soll die rechnerunterstützte Anwendung, die u.a. Bauunternehmen für den täglichen Praxiseinsatz zur Verfügung gestellt werden kann, in zwei Ausgaben von „baumarkt+bauwirtschaft“ vorgestellt werden.

Teil 1

In Teil 1 wird zunächst ein kurzer Überblick zu den Besonderheiten der Bauindustrie gegeben und die gängige Behandlung von Bauablaufstörungen aufgezeigt. Aus der Beschreibung der Anforderungen an störungsrobuste Bauproduktionen wird die Notwendigkeit zum Aufbau eines Störungskatalogs abgeleitet; dieser wird anhand einiger Bildschirmabzüge näher beschrieben. Im zweiten Teil wird ausführlich ein Praxisbeispiel unter Anwendung des Störungskatalogs aufgezeigt. Der Beitrag schließt mit einem Fokus auf weitere Einsatzmöglichkeiten des Tools und bietet Bauunternehmen und Softwarehäusern die Möglichkeit, mit dem Autor bzgl. etwaiger Weiterentwicklungen der Software in Kontakt zu treten.

 

1. Besonderheiten der Bauindustrie

Obwohl die Bauwirtschaft immer noch zu den wichtigsten Sektoren der deutschen Wirtschaft gehört und einer ihrer Konjunkturmotoren ist, liegt sie weitgehend im Schatten der organisatorischen Forschung. Es lässt sich der Eindruck gewinnen, dass in einer auf industrielle Großbetriebe und Wachstumssektoren fixierten Öffentlichkeit und Forschung die „Altindustrie“ Bauwirtschaft mit ihren vielen Klein- und Mittelbetrieben als wenig interessant gilt. Dies ist aber weder quantitativ noch qualitativ berechtigt (vgl. Bosch, Zühlke-Robinet 2000, S. 11). Für die Bauindustrie mit ihren überwiegend tradierten Planungsverfahren und Organisationsprozessen stellt sich die Frage, inwiefern Kenntnisse und Verfahren aus anderen Industriebereichen in den Bausektor übernommen werden können. Vor allem mit Ansätzen und Verfahren zur Planung von Bauproduktionen und zur Unterstützung der Arbeitsvorbereitung aus dem Bereich des Lean Managements können die Herausforderungen, die der Markt heutzutage an die Wettbewerbsfähigkeit eines Bauunternehmens stellt, bewältigt werden. Allgemeines Ziel von Lean Management ist es Verschwendung (vgl. Abb. 1) in einem Unternehmen zu vermeiden und den Prozess der Wertschöpfung im Fluss zu halten; das gilt für Produktionsprozesse genauso wie für Geschäftsprozesse. Lean Management dient einerseits der Identifikation von Schwachstellen, wie z.B. Verschwendungen durch Wartezeiten, unnötige Transporte oder Bauablaufstörungen und andererseits zur Optimierung von Prozessen, die zu einer Effizienzsteigerung im Bauunternehmen führen (können).

Vor allem im angloamerikanischen und skandinavischen Raum herrscht Kritik an der theoretischen Basis, auf dem das herkömmliche Baumanagement beruht (vgl. z.B. Koselka 1992). Durch eine zielgerichtete Verbesserung von Bauabläufen lassen sich entscheidende Reserven für die Produktivität erschließen. So wird gefordert, dass Forschungsanstrengungen auch dahingehend verfolgt werden sollen, dass sich die Bauindustrie neuen Produktionsprinzipien öffnet. Dies ist auch daran zu erkennen, dass sich bei der Prozessgestaltung von Bauprojekten derzeit gravierende Veränderungen abzeichnen, die mit dem Begriff „Lean Construction“ umschrieben werden (vgl. Ballard 2000). Der Ansatz des Lean Construction – der im deutschsprachigen Raum wenig bekannt ist – beinhaltet eine große Zahl unter-schiedlicher Verbesserungsmethoden zur Steigerung der Effizienz von Bauprozessen, wie z.B. Just-in-Time-Anlieferung, Pull-Systeme oder Auftragssteuerung (der so genannte „Last Planner“; vgl. Ballard 2000), Umgestaltung von Bauprozessen, Arbeitsstrukturierung und Simultaneous Engineering. Dadurch soll die herkömmliche Ablaufplanung verbessert, eine Reduzierung von Durchlaufzeiten und einer Eliminierung von überflüssigen Vorgängen, aber auch von Warte- und Liegezeiten sowie Bauablaufstörungen angestrebt werden. Eine Bedingung für die erfolgreiche Anwendung dieser Lean Construction-Ansätze ist die Möglichkeit, Bauabläufe unter der Wirkung ihrer Einflussgrößen zu untersuchen. Dazu ist es insbesondere erforderlich, stochastische Einflüsse wie Bauablaufstörungen zu erfassen.

 

2. Derzeitige Behandlung von Bauablaufstörungen

2.1 Bauablaufstörungen: Definition
und ihre Ursachen

Eine Störung ist ein plötzlich auftretendes Ereignis, das vorher nicht erkennbar ist und eine Entwicklung in eine andere als die vorgesehene Richtung lenkt (vgl. Geschka, Hammer 1984, S. 249). Nach REFA (vgl. 1991b, S. 424) sind Störungen „Ereignisse, die unerwartet eintreten und eine Unterbrechung oder zumindest Verzögerung der Aufgabendurchführung zur Folge haben; sie bewirken eine wesentliche Abweichung der Ist- von den Soll-Daten“.

Die Bauausführung stellt einen sehr dynamischen Produktionsprozess dar, der auf externe Störungen, das heißt solche, die auf natürliche, staatliche oder marktwirtschaftliche Ereignisse zurückzuführen sind, und intern hervorgerufene Veränderungen bzw. systemimmanente Störungen (vgl. REFA 1991a, S. 424 f.) reagieren muss. Externe Veränderungen werden von außen durch die Umwelt verursacht, z.B. Witterung. Dagegen sind interne Veränderungen durch das Produktionssystem „Baustelle“ selbst bedingt, z.B. die Behinderung der Arbeiten eines Gewerks durch die eines anderen. Weiterhin können Störungen in personen- und sachbezogene sowie in bereichsbezogene Störungen eingeteilt werden. Abbildung 2 gibt einen Überblick über die Einteilung von Störungen in Bezug auf die Baustellenproduktion.

In der Baupraxis sind über 50 % aller Bauvorhaben gestört, und dies mit erheblichen Kostenfolgen für Auftragnehmer und Auftraggeber (vgl. Heilfort 2001, S. 28). Der gestörte Bauablauf ist daher der „normale“ Bauablauf. Einen nicht unerheblichen Anteil an der Tätigkeit des überwachenden Bauleiters macht der Umgang mit Abweichungen von der vertragsgemäßen Leistung in zeitlicher und technischer Hinsicht aus. Nur ein geringer Teil von Bauablaufstörungen kann terminmäßig erfasst bzw. abgeschätzt werden. Der größere Teil ist nicht kalkulierbar.

 

2.2 Auswirkungen von Bauablaufstörungen

In der baubetrieblichen Literatur wird der Begriff „Bauablaufstörung“ in einen ursachenorientierten und in einen wirkungsorientierten Ansatz eingeteilt. In der wirkungsorientierten Betrachtung wird der Frage nachgegangen, wie die durch eine Bauablaufstörung resultierenden Abweichungen ermittelt werden können. Das Augenmerk wird hierbei auch auf die Sicherung und Abrechnung der sich aus den Auswirkungen ergebenden Ansprüche gelegt (vgl. z.B. Hornuff 2003, S. 23). Die ursachenorientierte Betrachtung von Bauablaufstörungen zielt auf die Identifizierung konkreter Ursachen für Abweichungen innerhalb eines Bauablaufs ab (vgl. z.B. Mitschein 1999, S. 69). Bauablaufstörungen werden bei der überwiegenden Zahl der gesichteten deutschsprachigen und angloamerikanischen Quellen mit Multiplikatoren zur Erhöhung von Vorgangsdauern berücksichtigt. Lang (1988) zeigt z.B. – aufbauend auf Hilfsmitteln der Terminüberwachung und Kostensteuerung – ein statisches Rechenverfahren auf, um Bauablaufstörungen verursachungsgerecht zuordnen und damit die zeitliche Auswirkung einzelner Störungen ermitteln zu können. Als Grundlage dienen ihm Tabellen und Formeln, um Minderleistungen im gestörten Bauablauf zu bewerten und anschließend Verzögerungszeiten und -kosten daraus abzuleiten.

Abbildung 3 stellt beispielhaft in einem idealisierten Bauzeit-Leistungs-Diagramm dar, wie sich ein Bauablauf bei Bauablaufstörungen und den daraus folgenden Konsequenzen verändern kann. Der „verzögerte bzw. behinderte Bauablauf“ ist durch ein Ablaufdiagramm gekennzeichnet, das den Ist-Baufortschritt immer geringer ausweist als den geplanten Sollablauf.

Das Bauzeit-Leistungs-Diagramm stellt jedoch lediglich den Arbeitsfortschritt eines bestimmten Bauprojekts dar und ist damit nur geeignet, den leistungsmäßigen Vorsprung bzw. die aufzuarbeitende Leistung aus der Differenz des aktuellen und des geplanten Leistungsstandes zu ermitteln.

Verdeckte und schleichende Störungen, von denen die Bauleitung zu spät oder gar nicht Erkenntnis erlangt bzw. die kaum als „Störung“ wahrgenommen werden, lassen sich in diesem Diagramm nicht identifizieren. Das Erkennen und verursachungsgerechte Zuordnen der Ursachen für Abweichungen des geplanten Bauablaufs ist unter Zugrundelegung des Bauzeit-Leistungs-Diagramms weiterhin mit Problemen behaftet: Aus dem Diagramm ist nicht ableitbar, auf welche Ursachen die Bauablaufstörungen zurückzuführen sind. Es ist damit nicht möglich festzustellen, inwieweit eine Ursache nur eine einzelne Bauablaufstörung zur Folge hatte oder ob die Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge viel komplexer sind.


3. Anforderungen an störungsrobuste Bauproduktionen

In einer wissenschaftlichen Studie zu Zukunftsstrategien der deutschen Bau- und Anlagenbauindustrie sehen bis zu 95 % aller befragten Bauunternehmen eine Effizienzsteigerung durch eine ständige Überwachung sämtlicher Risiken (vgl. Seefeldt, Pekrul 2005, S. 19). Eine große Unsicherheit besteht in der Frage, ob der geplante Bauablauf zur Erreichung der Projektziele geeignet ist bzw. ob die Ziele des Bauprojekts aufgrund von Unsicherheiten oder Störugen überhaupt erreicht werden können.

Die Verbesserung von störungsbehafteten Bauabläufen – zur Erhöhung ihrer Störungsrobustheit – erfordert eine Dokumentation der während einer Bauproduktion aufgetretenen Störungen. Durch die Aufzeichnung und Identifizierung von Störungen können Planungs- und Ausführungsfehler – wenn auch oft nur nach Beendigung eines Bauprojekts – identifiziert werden. Durch die anschließenden vielfältigen Auswertungsmöglichkeiten können von Bauunternehmen Störungsschwerpunkte erkannt und Ansätze zur Verbesserung der Prozesse eingeleitet werden. Bei konsequenter Erfassung aller Störungen, d.h. intern sowie extern verursachte Störungen (siehe oben), können die Aufzeichnungen auch zur Dokumentation beim Nachtragsmanagement und zur Beurteilung der Nachunternehmer (Störungspotenzial; Bewertung von Nachunternehmern anhand der aufgetretenen Störungsfälle) herangezogen werden.

Weiterhin kann der im Folgenden vorgestellte Störungskatalog in ein betriebliches Störungsmanagement implementiert werden, welches die Kommunikation über Störungen intern als auch im Rahmen von kooperierenden Bauunternehmen fördert. Dies hat hierbei auch eine Art Schulungscharakter: Bauplaner entwickeln ein Gefühl dafür, wie Bauprozesse zu gestalten sind, damit diese möglichst positive Auswirkungen auf die Zielerreichung einer betrachteten Baustelle haben.

4. Ansatz zur Modellierung von Bauablaufstörungen

Voraussetzung für eine systematische Analyse von Störungsauswirkungen ist die eindeutige Beschreibung von Bauablaufstörungen. Bevor die rechnerunterstützte Anwendung anhand von Screen-Shots und eines Praxisbeispiels vorgestellt wird, soll eine Gliederung von Störungen aus Sicht eines Bauunternehmens aufgezeigt werden, die sich rein an der Auswirkung einer Störung unter baubetrieblichen Gesichtspunkten ausrichtet. Hierbei werden zwei Punkte hervorgehoben: Die Einteilung der Störungen in Kategorien sowie die Beschreibung der Einzelstörung hinsichtlich auswertbarer Daten, die für das Bauunternehmen auch für zukünftige Bauvorhaben relevant sein können.

 

4.1 Störungskategorien

Für den Störungskatalog wurde festgelegt, dass sich die Gesamtzahl aller betrachteten bzw. erfassten Störungen aus drei Störungskategorien zusammensetzt. Die erste Kategorie stellt prozessbedingte Störungen dar, die im Wesentlichen das Unterbrechen eines Bauprozesses beschreiben. Personal- bzw. materialbedingte Störungen stehen für die zweite bzw. dritte Kategorie und kennzeichnen Unterbrechungen oder Behinderungen eines Bauprozesses aufgrund von Personalausfall oder Abwesenheit des Personals (Personal ist zeitgleich mit einer anderen Aufgabe beschäftigt und somit für den betrachteten Bauprozess blockiert) bzw. verzögerten Materiallieferungen. Die einzelnen Kategorien tragen hierbei eine bestimmte Anzahl Störungen zur Gesamtzahl aller Störungen, z.B. einer Baustelle, bei. Jede Störung ist genau einer Störungskategorie zugeordnet.

 

4.2 Zwischenankunftszeiten und Störungsdauern

In der Stückgüterindustrie wird üblicherweise der Ansatz gewählt, die Häufigkeit und Dauer von anfallenden Störungen über Kennzahlen wie MTBF (Mean Time Between Failures; mittlere Ausfallzeit) und MTTR (Mean Time To Repair; mittlere Reparaturzeit) zu beschreiben (vgl. zu MTBF und MTTR auch VDI 4004, Blatt 3, 1986). Dazu werden Wahrscheinlichkeitsverteilungen ermittelt sowie in den jeweiligen Softwaresystemen hinterlegt, über die das Auftreten von Störungen stochastisch vorgegeben wird.

Das Eintreffen von Störungen während eines Bauablaufs soll hier – im Gegensatz zum Begriff „mittlere Ausfallzeiten“ – als Zwischenankunftszeiten dieser Störungen beschrieben werden. Die Zwischenankunftszeit beschreibt die Zeitdauer vom Eintreffen einer Störung bis zum Eintreffen der nächsten Störung; sie kann als eine Zufallsgröße aufgefasst werden. Für eine aussagefähige statistische Bestimmung der Zwischenankunftszeiten von realen Bauablaufstörungen ist eine ausreichend große Datenbasis erforderlich. Hier liegt jedoch eine große Problematik im Baubetrieb: Störungen können nur dann erfasst werden, wenn ausreichend definierte Soll-Daten zugrunde liegen. In Bauunternehmen liegen diese jedoch derzeit in der benötigten Detailliertheit in aller Regel nicht vor. Ziel des Störungskatalogs ist es daher, diese Daten zu sammeln und für das Bauunternehmen für zukünftige Bauprojekte zur Verfügung zu stellen. Störungsdauern und Zwischenankunftszeiten sollen im Rahmen der neuartigen Störungsdatenbank mit Hilfe von statistischen Verteilungen abgebildet werden und dem Bauplaner soll pro Störungskategorie ein Hinweis gegeben werden, welcher Verteilungsannahme eine Störung folgt(e) und wie sie vermutlich in Zukunft folgen wird.

 

5. Aufbau eines Störungskatalogs für Bauablaufstörungen

Im Bauwesen gibt es für die Kalkulation von Eigen- und Fremdleistungen strukturelle Grundlagen in Form von Stammkatalogen. In diesen Stammkatalogen sind Elemente jeweils einer bestimmten Art von Information enthalten, z.B. gibt es einen Katalog der technischen Kostenarten, einen Katalog der Gewerke und einen Katalog der Ressourcen. Seyfferth (2003, S. 37 ff.) gibt eine Übersicht über die wichtigsten Kataloge und deren Elemente. Diese Kataloge werden überwiegend dazu eingesetzt, ein Bauprojekt zu strukturieren und die Projektbearbeitung zu unterstützen. Der Katalog der Gewerke unterstützt z.B. die Unterteilung eines Bauprojekts in Gewerke, die erforderlich sind, wenn Leistungen an Nachunternehmer vergeben werden sollen. Für den Bauplaner ist es wichtig und hilfreich, Auswirkungen, die sich insbesondere aus Bauablaufstörungen ergeben können, bereits im Vorfeld abschätzen bzw. die Wahrscheinlichkeit ihres Eintritts vorab durch entsprechende Ablaufverbesserungen einschränken zu können. Zur Dokumentation von Bauablaufstörungen in Bauprozessen wurde hierzu eine Datenbank erstellt, die auf Microsoft Access basiert. Microsoft Access ist ein PC-basiertes Datenbanksystem, das die Entwicklung von Datenbankanwendungen und die Verwaltung von Daten ermöglicht. Die Daten werden dabei mittels eines standardisierten Hilfsmittels, einem elektronischen Formular (Maske), erfasst. Die hier entwickelte Datenbank gliedert sich in die Bereiche „Bauvorhaben“, „Störungserfassung“, „Störungsbeseitigung“ und „Störungsauswirkungen“. Im Bereich „Bauvorhaben“ werden die allgemeinen, die Baustelle betreffenden Daten, wie beispielsweise Name des Projekts (mit kurzer Projektbeschreibung), Name des Bauherrn, Name des Bauunternehmens, Ort des Bauvorhabens, Sparte des Bauunternehmens (wie z.B. Hoch-, Tief- oder Ausbau) sowie Baubeginn und -ende, eingegeben.

Im Bereich „Störungserfassung“ (vgl. Abb. 4) wird neben der eigentlichen Beschreibung der Störung, der Zeitpunkt des Auftretens der Störung und ihre Dauer eingegeben. Weiterhin erfolgt eine Klassifizierung der überwiegend aus realen Baustellenaufnahmen erfassten Störungen und ihrer Ursache(n) nach REFA (1991b, S. 424 ff.; vgl. auch Abb. 2), wobei der Zeitpunkt des Auftretens einer Störung, in Relation zur Prozessdauer, prozentual abgeschätzt wird. Dadurch kann u.a. überprüft werden, ob Störungen bei gleichartigen Prozessen zu ähnlichen Zeitpunkten auftreten.

Hierbei kann ein Auswahlschema zur Dokumentation von gewerkespezifischen Störungen (vgl. Abb. 5) hilfreich sein, welches der Bauplaner in Form einer Eröffnungsliste „ausfüllen“ kann. Neben der Bezeichnung der jeweiligen Sparte, ist die Liste in die Ablaufabschnitte „Gewerk“, „Ablaufstufen“, „Vorgänge“ sowie „Teilvorgänge“ bzw. „Verrichtungen“ gegliedert (vgl. REFA 1991a, S. 94). Verrichtungen werden in dieser Arbeit ebenso betrachtet; sie sind jedoch der Übersichtlichkeit halber in Abbildung 5 nicht aufgeführt. Neben dem REFA-Begriff „Ablaufstufe“ kann ebenso der Begriff „Bauprozess“ verwendet werden. Der im Bauwesen gebräuchliche Begriff „Gewerk“ kann wiederum als REFA-Begriff „Teilablauf“ bezeichnet werden.

Das Formular „Störungsbeseitigung“ enthält Informationen darüber, ob die Störung sofort (kurz nach der aufgetretenen Störung) oder erst später beseitigt werden konnte und welche Maßnahmen hierfür erforderlich waren (z.B. Mehrarbeit, Einsatz eines Ersatzwerkzeugs, Austausch fehlerhaften Materials, Beschaffung fehlender Information usw.). Im Störungskatalog ist dafür vorgesehen, diese Informationen in Form kurzer Texte zu erfassen und die Gründe für eine verspätete Störungsbeseitigung aufzuführen. Diese dokumentierten Erfahrungen können der Bauleitung bei ähnlich gearteten Bauprojekten in der Zukunft hilfreich sein, um diverse Maßnahmen einzuleiten mit dem Ziel, gestörte Bauprozesse wieder schneller in den von der Arbeitsvorbereitung geplanten Projektrahmen zu bringen.

Die zeitlichen und monetären Auswirkungen von Störungen auf die Ressourcen Mensch, Betriebsmittel und Material werden im Formular „Störungsauswirkungen“ (vgl. Abb. 6) dokumentiert. Hier werden auch die Kosten eingetragen, die nachfolgenden Bauprozessen entstanden sind.

 

Ausblick auf Teil 2

In Teil 2 wird im nächsten Heft auf ein Praxisbeispiel unter Verwendung dieses Softwaretools eingegangen. Weitere Einsatzmöglichkeiten des Tools sowie eine Übersicht der verwendeten Literatur runden Teil 2 dann ab.

Mikko Börkircher,

Ötisheim-Schönenberg

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