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Information für die Wissenschaft Nr. 82 | 29. September 2021
Schwerpunktprogramm „Adaptive Modulbauweisen mit Fließfertigungsmethoden – Präzisionsschnellbau der Zukunft“ (SPP 2187)

Der Senat der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) hat im März 2018 die Einrichtung des Schwerpunktprogramms „Adaptive Modulbauweisen mit Fließfertigungsmethoden – Präzisionsschnellbau der Zukunft“ (SPP 2187) beschlossen. Als Laufzeit sind sechs Jahre vorgesehen. Die DFG lädt hiermit ein zur Antragstellung für die zweite dreijährige Förderperiode.

Schnelligkeit und Zuverlässigkeit von Bauausführungen rücken in den Fokus von Planungen. Gleichzeitig steigt der Wunsch nach Einmaligkeit, Ästhetik und Langlebigkeit von Strukturen. Langlebige Baustrukturen sollten zudem veränderbar sein, also anpassbar an sich ändernde Nutzungs- und Beanspruchungsbedingungen.

In der Produktionstechnik haben sich durchgehend qualitätsgesicherte Herstellungskonzepte mit Null-Fehler-Prinzipien etabliert. Sie nutzen ortsfeste, industrialisierte Fertigungen mit modernen Fließprinzipien und benötigen aus Effizienzgründen Seriencharakter für die Einzelbauteile. Durch intelligent digital vernetzte Systeme gelingt es dabei, auch dem Anspruch an weitreichende Individualität im zusammengesetzten Endprodukt gerecht zu werden.

Verfahren und bemerkenswerte Qualitätsstandards der industriellen Fließfertigung sollen nun auf das Bauwesen ausgeweitet werden. Ehrgeiziges Ziel ist es, durch diese neue Art der Präzisionsvorfertigung Bauzeiten von Wochen beziehungsweise Tagen zu erreichen. Hemmnisse dagegen sind im Wesentlichen zwei Aspekte, nämlich die Individualität jeder einzelnen Baustruktur und ihr Gewicht.

Diese Hemmnisse sollen durch die disziplinübergreifende Grundlagenforschung im Schwerpunktprogramm abgebaut werden mit dem Prinzip von „Individualität im Großen – Ähnlichkeit im Kleinen“, also dem Schlüssel einer Modularisierung individueller Großstrukturen in prozessaffine, skalierbare Grundmodule mit Groß- beziehungsweise Mittelseriencharakter.

Methodisch sind Bauweisen mit frei formbaren Hochleistungswerkstoffen – aufgrund der Gewichtsschranken in Prozess und Transport bieten sich nur Baustoffe mit hoher spezifischer Festigkeit an – für ihre Einbindung in ortsfeste Fließprozesse völlig neu zu überdenken und auf modulare Präzision, Toleranzausgleich und Skalierbarkeit zu entwickeln. Passende, qualitätsgesicherte Fertigungsmethoden sind zu erforschen und sämtliche Schritte an ein durchgängig digitales Modell anzuschließen.

Angesprochen sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den Bereichen Massivbau, Produktionstechnik, Bauinformatik und Mathematik.

Folgende Themenfelder sollen im Mittelpunkt des Schwerpunktprogramms stehen:

  • Entwicklungs-, Entwurfs- und Konstruktionsmethoden zur Modularisierung von Betonstrukturen in skalierbare Einzelmodule mit dazu geeigneten Modulkonzepten, Toleranzkonzepten, Fügeprinzipien und Fugenausbildungen. Wesentliche Randbedingungen an Geometrien, Gewichte, Materialien und Zeiten liefert der neue industrielle Herstellungsprozess.
  • Erforschung von robusten Fließfertigungsmethoden für Module aus frei formbaren Hochleistungswerkstoffen. Das betrifft die Entwicklung der Subschritte des Batch-Prozesses mit Präzisions- und Schnelligkeitsanspruch, also adaptive Schalungs-, Bewehrungs-, Betonage- und Temperaturbehandlungsmethoden sowie Fortentwicklungen von robotergestützten Transport- und Einzelbaustufen für Betonbaustoffe. Im Gesamtprozess sind wandlungsfähige, selbst lernende Produktionskonzepte, integrierte Qualitätssicherungen und Steuerungsmethoden bei unvermeidlichen Unschärfen zu identifizieren.
  • Entwicklung von durchgängig digitalen Modellen für den Entwicklungs-, Entwurfs-, Fertigungs- und Montageprozess als konsistente Interaktionsmodellierung.

In der ersten Förderperiode lag der Fokus auf der Entwicklung grundlegender Modulkonzepte und Modularisierungsmethoden sowie automatisierten Fertigungsmethoden bis hin zu Baukastensystemen. Zudem wurden grundlegende Datenstrukturen des digitalen Unterbaus entwickelt. Maßgebliche Arbeiten fanden dabei auf Modulebene statt.

Für die zweite Periode soll der Fokus vom einzelnen Modul auch auf Themen des Tragwerks und der ganzheitlichen digitalen Repräsentation gesetzt werden. Im Speziellen sind dies:

  • Integration von Bauzuständen sowie von Wandelbarkeit in die adaptiven Modularisierungs- und Modulkonzepte für Tragwerke sowie verstärkte Verbindung mit Fertigungsstrategien über die digitalen Modelle. Auch Sonderelemente in Klein-(st-)serie, die für das Gesamttragwerk nötig sind, können betrachtet werden.
  • Erweiterung der automatisierten Fertigungsmethoden und -konzepte mittels cyber-physischer Systeme und Integration innovativer Messtechniken zur Qualitätskontrolle zum ganzheitlichen digitalen Zwilling. Ziel ist die Umsetzung einfacher Prototypen mit durchgängiger Qualitätskontrolle.

Für ausreichende Synergien zwischen den Teilprojekten wird das Themenspektrum eingegrenzt auf:

  • Methodische Entwicklungen zu Fertigung und Modularisierung; das heißt, Themen zur Montage auf der Baustelle und des Transports sind – mit Ausnahme der digitalen Gesamt-repräsentation – ausgeschlossen.
  • Module können stab- oder flächenartige Bauteile sein. Sie können Einzelgewichte bis etwa eine Tonne besitzen, um im Fließprozess verarbeitbar zu sein.
  • Als Modulbaustoffe sind aufgrund der Anpassbarkeit (Skalierung) und den Gewichtseinschränkungen frei formbare Hochleistungswerkstoffe mit hoher spezifischer Festigkeit geeignet. Hochfeste und ultrahochfeste Betone mit verschiedenen metallischen wie nicht metallischen Bewehrungen kommen infrage. Reiner Materialforschungsbedarf wird nicht gesehen.
  • In den Projektanträgen ist konkret darzulegen, wie ein Einzelprojekt an eine digitale Gesamtrepräsentation, die die gegenseitigen Wechselwirkungen systematisch berücksichtigt, angebunden werden kann beziehungsweise eine solche mit aufbaut.
  • Spezifische Beanspruchungen wie dynamische Einwirkungen oder besondere klimatische Expositionen sollen nicht im Schwerpunkt von Entwicklungen liegen.

Abgrenzung: Nicht verallgemeinerbare Fragestellungen, die sich ausschließlich für spezielle Bauteile oder Fertigungen ergeben, sind nicht Bestandteil des Schwerpunktprogramms und werden nicht gefördert. Außerdem sind Weiterentwicklungen bekannter Fertigteilbauweisen wie Profilstahlassemblierungen oder klassische Betonfertigteilbauweisen mit hohen Einzelgewichten und geringen Wiederholraten ausgeschlossen.

Angesprochen sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den Bereichen Massivbau, Produktionstechnik, Bauinformatik und Mathematik.

Um die Organisation der Begutachtung zu unterstützen, ist es erforderlich, dass vor der Antragstellung eine Absichtserklärung vorliegt. Bitte senden Sie die verbindlichen Voranmeldungen bis spätestens zum 6. Dezember 2021 per E-Mail an Link auf E-Mailing4@dfg.de. Bitte nutzen Sie für die Voranmeldung das Deckblatt des DFG-Vordrucks 53.01, dass sie später auch für den vollständigen Antrag verwenden. In der Absichtserklärung sollten alle direkt am Antrag beteiligten Antragsteller und Institute genannt werden.

Reichen Sie Ihren Antrag für die zweite Förderphase bitte bis spätestens 16. März 2022 bei der DFG ein. Die Antragstellung erfolgt ausschließlich über das elan-Portal zur Erfassung der antragsbezogenen Daten und zur sicheren Übermittlung von Dokumenten. Sofern Sie beabsichtigen, einen Neuantrag einzureichen, wählen Sie bitte unter „Antragstellung – Neues Projekt – Schwerpunktprogramm“ im elektronischen Formular aus der angebotenen Liste „SPP 2187 – Adaptive Modulbauweisen mit Fließfertigungsmethoden – Präzisionsschnellbau der Zukunft“ aus.

Handelt es sich bei dem Antrag innerhalb dieses Schwerpunktprogramms um Ihren ersten Antrag bei der DFG, beachten Sie, dass Sie sich vor der Antragstellung im elan-Portal registrieren müssen. Ohne Registrierung bis zum 9. März 2022 ist eine Antragstellung nicht möglich. Bitte wählen Sie im Registrierungsformular bei den abschließenden Angaben ebenso wie bei der Antragstellung Ihr Schwerpunktprogramm aus der angebotenen Liste der Ausschreibungen aus. Die Bestätigung der Registrierung erfolgt in der Regel bis zum darauffolgenden Arbeitstag.

Antragstellerinnen und Antragsteller, die bereits gefördert werden und einen Fortsetzungsantrag stellen wollen, müssen den Antrag über die Registerkarte „Antragstellung – Antragsübersicht/Fortsetzungsantrag“ einreichen. Hier wird Ihr in der Förderung befindliches Projekt angezeigt, und Sie können Ihren Fortsetzungsantrag stellen.

Berücksichtigen Sie bitte beim Aufbau Ihres Antrags das DFG-Merkblatt 54.01 zu Sachbeihilfen mit Leitfaden für die Antragstellung und die Hinweise im Merkblatt Schwerpunktprogramm 50.05, Teil B, sowie den DFG-Vordruck 53.01.

Weiterführende Informationen

Detaillierte Informationen zum Schwerpunktprogramm erhalten Sie unter:

Das elan-Portal der DFG zur Einreichung der Anträge finden Sie unter:

Die Merkblätter DFG-Vordruck 50.05 und 54.01 stehen unter:

DFG-Vordruck 53.01 steht unter:

Inhaltliche Fragen beantwortet Ihnen der Koordinator des Schwerpunktprogramms:

  • Professor Dr.-Ing. Peter Mark
    Ruhr-Universität Bochum
    Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
    Lehrstuhl für Massivbau
    Universitätsstr. 150
    44801 Bochum
    Tel. 49 234 32-22700
    Link auf E-Mailpeter.mark@rub.de

Auskünfte zur Antragstellung bei der DFG erteilen:

Fachlich:

Formal:

Hinweis:

Diese "Ausschreibung - Information für die Wissenschaft" ist unter
Externer Linkwww.dfg.de/foerderung/info_wissenschaft/2021/info_wissenschaft_21_82
erreichbar. Bitte verwenden Sie ausschließlich diese URL, um das Dokument zu zitieren oder per Link einzubinden.