1. Resumé
Bygninger og infrastruktur udgør en stor andel af Danmarks samlede værdier og branchen har en række internationale styrkepositioner inden for bl.a. arkitektur, udnyttelse af digitale modeller og energiforbrug. Men der er behov for en forskningsmæssig dataunderstøttelse af vores beslutningsgrundlag fx adfærd og drift af bygninger, men også i datastrukturer der kan understøtte samarbejdet mellem parterne. Yderligere ligger der et uudnyttet potentiale i metode og teknologiudvikling, der kan fremme effektivitet og produktivitet i byggeprocessen
2. Samfundsudfordringer og/eller muligheder
Den danske byggesektor omsætter for godt 200 mia. kr. om året og hovedparten af den danske nationalformue på knap 5.000 mia. kr. er bundet i fast ejendom og infrastruktur. Vi opholder os ca. 90 % af vores tid i det bebyggede miljø forstået som enten bygninger eller anlagt infrastruktur. Og vi bruger ca. 40 % af Danmarks samlede energiforbrug i vores bygninger. Desuden er vores huse og infrastruktur bygget til at holde længe – ofte mere end 100 år. Investering i forskning der gavner byggeriet er investering i værdiskabelse, velfærd og menneskers trivsel og hverdag.
Danske bygninger er af en meget høj kvalitet og er blandt de bedste, når vi taler om sikkerhed, arkitektur, energiforbrug, udnyttelse af digitale muligheder mv. Men byggeriet har en række udfordringer: i byggeriet handler det både om at ’bygge rigtigt’ – men endnu vigtigere, at få viden til at ’bygge det rigtige’.
Bygge det rigtige: Vi har en lang række modeller som vi bygger efter i dag. Modeller, der hovedsagelig er baseret på at brugerne er rationelle, men vi ved at det ikke forholder sig sådan. Det går bl.a. ud over energiforbruget, indeklimaet, sundhed og effektiviteten i vores bygningsmasse. Vi har derfor behov for at forske i hvordan vores adfærd i bygninger for at kunne designe bygninger og tilpasse vores bygningsdrift. En udvidet dataunderstøttelse og integration af tværdisciplinær viden giver mulighed for at udvikle nye bygningskoncepter, som repræsenterer hele byggeriets livscyklus i form af bæredygtige systemleverancer, genanvendelige løsninger og funktionelt design.
Bygge rigtigt: Byggebranchen ikke kendt for at være først med ny teknologi og er udfordret på produktivitet. I 2014 gennemførte ingeniørforeningen IDA en undersøgelse, som viste, at den samlede danske byggesektor har et effektiviseringspotentiale på 11-15 mia. kroner.
Vi ser kun lige begyndelsen på robotternes entre i byggebranchen, og 3D printet byggeri ses som tidlige modelforsøg. De danske rådgivere og entreprenører er fremme i internationalt førerfelt når det gælder udnyttelsen af digitale modeller via Building Information Modeling (BIM) til at designe og bygge bygninger og infrastruktur. Processen giver et godt grundlag for beslutninger gennem hele byggeprocessen og hjælper med at bringe værdi for drift og vedligehold af det færdige byggeri.
Svaret på samfundsudfordringerne forbundet med lav produktivitet i byggeriet samt svaret på de muligheder, som der ligger i at skabe et løft i byggeriet skal blandt andet findes i industrialisering 4.0. Industrialisering 4.0 udspringer af sammenhæng mellem teknologier på tværs af de fysiske, digitale og biologiske verdener. Industrialisering 4.0 vil få betydning for den måde vi lever vores liv og dermed også for den måde vi designer og fremstiller vores bygninger.
Industrialisering 4.0 er således en mulighed for også at flytte byggebranchen over i en ny tidsalder, hvor data og intelligente IT-løsninger skaber nye services, nye forretningsmodeller og nye værdikæder. Forskning i industrialisering 4.0 i byggebranchen kan medvirke til, at byggebranchen ikke fortsat halter efter de øvrige industrier.
Temaet lægger sig op ad en række teknologiske trends beskrevet i An OECD Horizon Scan og Megatrends and Technology Trends in the Context of Future Research Policy. Disse trends kan være en vigtig driver for bygge- og anlægsbranchen. Både ”Internet og Things (IoT)”, i forhold til Smart Cities og Urban Infrastruktur, hvor ny teknologi vinder frem samt trends som ”Energy Systems” og ”Transport systems” hvor to-vejs kommunikation og større viden om energiforbrug hos forbrugerne samt nye teknologiske løsninger, som fx bedre samspil mellem sensorer, der implementeres i infrastrukturen og i køretøjer, får stor betydning for fremtidens industri. Også ”Smart Manufacturing” vil influere bygge- og anlægsbranchen samt ”Big Data Analytics”, som også fremhæves i rapporten. Også ”Additive Manufacturing” trenden vil gøre sig gældende i branchen, særligt i forhold til 3D print og nye forretningsmodeller.
I forhold til FORSK2020 er særligt visionen om et højteknologisk samfund med innovationskapacitet relevant. Visionens fokus på ”digitale løsninger og nye produktionssystemer som kan styrke produktivitet og skabe grundlag for nye teknologibaserede svar på store samfundsudfordringer” og hele ideen med at fremme intelligent opgaveløsning, er i god tråd med dette tema.
3. Forskningsbehov
Hvis byggeriet skal være den drivende kraft i den danske samfundsudvikling, så skal værdiskabelsen og produktivitetsforbedringerne nås gennem forskning i følgende områder:
Område 1: Integreret datagrundlag til udvikling af bygningers performance og samspil med brugere
Indsamling og analyse af data fra bygninger og infrastrukturs faktiske brug vil gøre det muligt at optimere på den måde, vi tænker og producerer bygninger i dag. Vi kender en række forhold, som påvirker den måde bygninger fungerer herunder teknologiske og adfærdsmæssige faktorer. Vi ved, at bygninger, byer og infrastruktur er forudsætninger for trivsel, sundhed, energiforbrug, økonomi, sikkerhed og produktivitet.
Datamodeller, der integrerer viden på tværs af byggeriets produktionssystemer og bygningers anvendelse og levetid er nødvendige for at kunne udvikle byggeriet og renovere rigtigt.
Byggeriet og anvendelse af bygninger og infrastruktur genererer store mængder data, som hidtil ikke i nævneværdig grad er anvendt til udvikling og innovation. Computerkraft og IT-løsninger gør det muligt at systematisere data og gøre data tilgængelig. Der ligger store potentialer for udvikling af nye løsninger og ny teknologi ved anvendelse af virkelige data som kan tilgås af forskningsmiljøerne – også jf. teknologitrends som IoT og Big Data fra førnævnte OECD rapport.
Område 2: Udvikling af standarder der muliggør samspil på tværs af teknologier og i hele byggeriets levetid
Der er gjort mange forsøg på at gøre byggeriet og byggeriets processer mere datadrevne, men branchen er præget af en vis konservatisme. Blandt grundene er manglen på fælles udvekslingsformater/protokoller, de særlige vilkår i byggeriet om bl.a. lang levetid af de enkelte komponenter og krav om, at forskellige systemer (systemleverandører) skal spille sammen. Forskningsmæssigt er der behov for udvikling af neutrale og robuste standarder så bygningsintegrerede systemer (og andre systemer) bedre kan interagere.
Der er tilsvarende udfordringer inden for design- og software til produktion vedrørende udveksling af data mellem systemerne, der i planlægnings- og byggefasen kan sikre interaktion. Der findes mange forskellige slags software, som har særlige funktioner fra simuleringer af indeklima, over kollisionskontrol, til logistikstyring på byggepladser og til styring af maskinerne, der laver betonelementer. For at få det fulde udbytte af disse systemer, er der behov for neutrale standarder til udveksling af data på tværs. De neutrale formater er nødvendige for at fremtidssikre data så vi ikke mister den viden vi har om byggeriet og ikke mindst for at hindre monopolisering af software.
For begge emner gælder, at der i EU-regi er fokus på præcis nogle af de ICT relaterede felter, der har tæt sammenhæng med emnet herunder ”Internet of Things”, datasikkerhed og standardisering.
Område 3: Værdiskabelse gennem intelligente processer og intelligente materialer
Den intelligente bygning, der selv justerer ventilationen efter antallet af personer i rummet, automatisk analyse af indeluften for skadelige partikler og CO2, brug af droner til overvågning og opmåling af byggepladser, brug af robotter til tunge løft i byggeriet, så vi undgår tunge løft og farligt arbejde. Disse eksempler er tæt på virkeligheden, men en forskningsindsats kan understøtte udviklingen mod reelle bygningsmæssige fremskridt, som udnytter tilgængeligheden af data til fulde.
Design og udførelsessoftware (fx BIM modeller) vinder indpas i den danske bygge- og anlægsbranche og mulighederne for at gennemtænke og visualisere et byggeri fra design over udførelse til drift og vedligeholdelse har vist store potentialer i form af færre fejl og bedre kvalitet. Der bør forskes og udvikles i standarder og metoder til bygge- og anlægsprojekter med de besparelsespotentialer og udviklingsmuligheder det giver.
Der skal forskes og udvikles i anvendelse af ny teknologi i bygge- og anlægsbranchen. Ny teknologi i form af robotter, droner, 3D printteknologi, sensorer osv. som kan skabe betydelige produktivitetsforbedringer samt grundlag for nye services i branchen. Forskningen og udviklingen skal udspringe af samarbejder mellem teknologiudviklere og byggebranchens aktører.
4. Forhold vedrørende udmøntning og implementering af forskningsindsatsen
Værdiskabelse og produktivitetsløft gennem byggeriets industrialisering 4.0 kræver fokus på:
1) at skabe rammerne for de nødvendige tværfaglige forskningsmiljøer i tæt samarbejde med byggeriets aktører. Når nye teknologier skal bringes ind i byggeriet er det helt afgørende, at den teoretiske forskning har praktiske forudsætninger som grundlag og at der skabes et iterativt loop mellem teoretisk tværdisciplinær forskning og praktisk anvendelse af teknologierne i byggeriet.
2) at der ikke alene er fokus på den teknologiske udvikling, men også på de nødvendige standarder og reguleringer i lovgivningen, som kan muliggøre ny teknologi i byggebranchen. Standardiseringsprocesser er langsommelige – lovgivningen er meget ofte en barriere for implementeringen af ny teknologi i bygge- og anlægsbranchen. Der skal skabes lovgivningsmæssig hjemmel for industrialisering 4.0 i byggebranchen. Der findes fx en række reguleringsmæssige udfordringer, hvor bl.a. persondataloven hindrer indsamling og analyse af bygninger og personers interaktion. I et internationalt perspektiv, lægger temaet sig op ad Horizon2020 delprogrammet ”Lederskab inden for støtte- og industriteknologier – LEIT”, hvor netop avancerede materialer og avancerede produktionsprocesser, informations- og kommunikationsteknologi (IKT) og Big Data, er i fokus.
5. Danske forudsætninger
Danmark har et stærkt brand inden for arkitektur og design og danske arkitekter er et stort aktiv for Danmark. Derudover er Danmark kendt for at være førende på store internationale spektakulære anlægskonstruktioner, hvor især danske rådgivere er internationalt kendt og anerkendt. Den arkitekturmæssige og byggetekniske danske platform er unik som grundlag for også at markedsføre og levere verdensklasse teknologiske løsninger til byggebranchen – løsninger som skaber ”mere byggeri for pengene” og som dermed for alvor knækker kurven og bringer produktivitetsløftet ind i den danske byggesektor.
Der er flere stærke byggerelaterede forskningsmiljøer i Danmark både på universiteterne og i GTS systemet, som leverer viden og ny teknologi til bygge- og anlægssektoren. Dertil kommer, at Danmark har flere styrkepositioner på teknologisiden, herunder i særdeleshed på robotområdet og i forhold til IoT, hvor Danmark ifølge Alexandra Instituttets IoT-forum, er kåret som en af de 5 førende nationer inden for IoT (1) . Styrkepositionerne er dog fragmenterede og der mangler rammer og driverne for at udnytte de tværdisciplinære muligheder i at bringe det bedste fra flere forskningsdiscipliner sammen.
6. Mål, effekt og perspektiver
Målet er enkelt – indsatsen skal skabe den i mange år efterspurgte værdiskabelse og helt nødvendige produktivitetsforøgelse i byggeriet. Effekten er byggeriets store betydning for samfundsudfordringerne omkring effektivisering og værdiskabelse som middel til at sikre dansk velfærd og levestandard de næste mange år. Perspektiverne er en fortsat styrkelse af Danmarks konkurrencekraft og branding på det internationale marked, hvor Danmark i forvejen har godt fat på udvalgte styrkepositioner.
7. Kontaktperson
Peter Andreas Sattrup, chefkonsulent DANSKE ARK, pas@danskeark.dk
8. Forslagets prioritering
Høj
Referencer:
(1) http://alexandra.dk/dk/aktuelt/nyheder/2014/iot-forum-bringer-danmark-i-front-med-internet-things