Bagger, Bots und BIM: Wie aus Modelldaten Maschinenarbeit wird

Auf dem Display in der Baggerkabine ist die Geländeoberfläche bereits zu sehen, die erst noch entstehen soll. GNSS bestimmt die genaue Position des Baggers, Sensoren erfassen zusätzlich die Stellung des Baggerarms und der Schaufel. Das System vergleicht deren Lage mit dem digital vorgegebenen Soll. Der Fahrer sieht, wo noch Material abgetragen werden muss und wo die geplante Höhe erreicht ist.

Das ist keine Zukunftsvision. Maschinensteuerungslösungen wie zum Beispiel Leica iCON iXE3 (öffnet in neuem Fenster) arbeiten heute mit dreidimensionalen Referenzmodellen und zeigen dem Baggerführer laufend an, wo noch Boden abgetragen oder Material aufgebracht werden muss. Die Maschinensteuerung kann verschiedene digitale Planungsdaten verarbeiten, darunter LandXML für Gelände- und Trassenmodelle sowie DXF für CAD-Geometrien.

Eine Maschine braucht einen konkreten Auftrag

BIM und Baumaschine kommen sich damit sehr nahe. Identisch sind ihre Datenwelten trotzdem nicht. Denn ein BIM-Modell kann tausende Bauteile enthalten, ergänzt um Materialien, Eigenschaften, Termine oder Kosteninformationen. Für einen Bagger sind die meisten dieser Informationen irrelevant. Er muss wissen, wie die fertige Geländeoberfläche aussehen soll: an welcher Stelle Material abgetragen oder aufgebracht werden muss, welche Höhe erreicht werden soll und welche Gefälle vorgesehen sind.  Beim Spezialtiefbau sieht das Arbeitspaket wieder anders aus: Ein Bohr- oder Rammgerät benötigt beispielsweise Positionen, Tiefen und Ausrichtungen. Ein Layout-Roboter braucht dagegen Linien, Punkte oder Bauteilgeometrien, die auf der Baustelle markiert werden sollen.

Wie unmittelbar digitale Planungsdaten inzwischen in die Ausführung übertragen werden können, zeigt beispielsweise HP SitePrint. Der Roboter übernimmt digitale Planungsdaten und druckt Wandverläufe, Installationspunkte oder Beschriftungen direkt auf den Baustellenboden. Auf dem Messegelände Düsseldorf wurde das System unter anderem eingesetzt, um in einer 8.000 Quadratmeter großen Halle Standpositionen sowie Punkte für Licht-, Elektro- und Soundsysteme zu markieren.

Einen ähnlichen Ansatz verfolgt Dusty Robotics mit dem FieldPrinter 2. Der Roboter übernimmt koordinierte Daten aus der digitalen Planung und kann neben Linien auch Beschriftungen, Installationspunkte oder QR-Codes im Maßstab 1:1 auf den Boden drucken. Der FieldPrinter 2 wird derzeit nur auf dem nordamerikanischen Markt angeboten. Beide Systeme zeigen, wie aus digitalen Planungsdaten konkrete Arbeitsinformationen auf der Baustelle werden. Statt Maße aus Plänen manuell zu übertragen, finden die ausführenden Gewerke ihre Positionen bereits auf dem Boden.

Der entscheidende Schritt liegt vor dem Robotereinsatz: Die Planungsdaten müssen für die jeweilige Maschine aufbereitet werden. HP SitePrint arbeitet dafür mit zweidimensionalen CAD-Daten im DXF-Format, die über ein Plug-in in eine roboterkompatible Datei überführt werden. Dusty Robotics verarbeitet unter anderem DWG-, Revit- und CSV-Daten und führt sie über eine eigene Plattform zu einem druckfertigen Layout zusammen.

An dieser Stelle treffen unterschiedliche Anforderungen an Datenformate aufeinander. IFC hat sich als offener Standard für den Austausch von BIM-Modellen etabliert. Mit ISO 16739-1:2024 wurde der Anwendungsbereich deutlich in Richtung Infrastruktur erweitert. Die aktuelle Ausgabe umfasst ausdrücklich auch Straßen, Eisenbahnen, Brücken, Wasserwege und Hafenanlagen. (ISO (öffnet in neuem Fenster)) Das macht IFC für Infrastrukturprojekte wesentlich wichtiger. Trotzdem bedeutet es nicht, dass jede Baumaschine künftig einfach ein vollständiges IFC-Modell laden wird.

Im Erdbau spielen Formate wie LandXML weiterhin eine wichtige Rolle. Sie eignen sich beispielsweise für Geländeoberflächen, Achsen und andere geometrische Informationen, die bei Vermessung und Maschinensteuerung gebraucht werden. Aktuelle Maschinensteuerungen unterstützen deshalb häufig mehrere Formate parallel.

Die eigentliche Herausforderung beginnt bei gemischten Flotten

Weitere Herausforderungen ergeben sich aus dem Maschinenpark: Auf realen Baustellen kommen Bagger, Raupen, Walzen, Radlader oder Bohrgeräte selten von nur einem Hersteller. Dazu kommen unterschiedliche Maschinensteuerungen, Telematiksysteme und Baustellenplattformen. Die Frage lautet deshalb nicht nur, ob eine einzelne Maschine digitale Daten verarbeiten kann. Die Informationen müssen auch zwischen unterschiedlichen Systemen eindeutig bleiben.

Daran arbeitet unter anderem die Brancheninitiative Machines in Construction 4.0, kurz MiC 4.0 (öffnet in neuem Fenster). Hersteller, Bauunternehmen und weitere Partner entwickeln gemeinsame Definitionen für Maschinendaten. Hintergrund ist ein sehr praktisches Problem: Ein Betriebszustand oder Messwert soll unabhängig vom Hersteller dieselbe Bedeutung haben. Seit Ende 2024 stehen dafür ein MiC-4.0-Testtool und eine Datenbank zur Verfügung. Maschinenhersteller können damit prüfen, ob ihre digitalen Daten den gemeinsam definierten Vorgaben entsprechen und auf dieser Grundlage standardisierte Maschinendaten bereitstellen. Das Testtool orientiert sich unter anderem an ISO 15143-3.

Auch international bewegt sich die Standardisierung weiter. Im Februar 2025 wurde ISO/TS 15143-4 (öffnet in neuem Fenster) veröffentlicht. Die Technische Spezifikation regelt Teile des Datenaustauschs zwischen Erdbaumaschinen, mobilen Straßenbaumaschinen und Baustelleninformationssystemen. Dazu gehören unter anderem Positionskorrekturen, ein gemeinsames Entwurfsmodell sowie herstellerunabhängige Schnittstellen für Projekt-, Produktions- und As-built-Daten.

Das ist ein wichtiger Schritt, aber noch keine universelle BIM-Maschinen-Schnittstelle. Die Norm schließt die Datenübertragung aus der eigentlichen Planungssoftware in das Baustellenmanagementsystem ausdrücklich aus. Auch die direkte Kommunikation zwischen Maschinen gehört nicht zum Regelungsbereich. Die digitale Kette besteht also weiterhin aus mehreren Gliedern: Planung, Datenaufbereitung, Baustellenplattform, Maschinensteuerung und Maschine müssen zusammenspielen.

Die Maschine liefert Daten zurück

Interessant wird die Verbindung von BIM und Baumaschine dort, wo der Informationsfluss nicht an der Fahrerkabine endet. Während eine Maschine arbeitet, entstehen neue Daten. Sie kennt ihre Position, bearbeitete Bereiche oder gemessene Höhen. Solche Informationen können genutzt werden, um den ausgeführten Zustand mit der Planung zu vergleichen.

Leica ConX (öffnet in neuem Fenster) zeigt, wie dieser Rückweg heute aussehen kann. Über die cloudbasierte Plattform lassen sich Referenzmodelle mit Maschinen und Baustelle teilen. Gleichzeitig können erfasste Bestandsdaten aus der Maschinensteuerung zurück in die Projektumgebung übertragen und dort für Fortschrittskontrolle, Reporting oder die Erstellung neuer Oberflächen genutzt werden. Ein Bagger erhält damit nicht nur eine digitale Soll-Oberfläche. Während der Ausführung können Messdaten darüber entstehen, welche Bereiche bereits bearbeitet wurden und wie der erreichte Zustand aussieht.

Das verändert die Rolle der Maschine. Sie ist nicht mehr nur Empfänger einer digitalen Planung, sondern kann selbst Datenquelle für das Projekt werden. Für BIM ist genau dieser Rückweg interessant. Das Modell beschreibt den geplanten Zustand, Maschinen und Vermessung dokumentieren Teile des gebauten Zustands. Aus dem klassischen Ablauf Planung – Ausführung – Kontrolle kann dadurch ein engerer digitaler Kreislauf entstehen.

Von der Assistenz zur Autonomie

Maschinensteuerung und autonomes Bauen werden dabei häufig in einen Topf geworfen. Technisch liegen jedoch mehrere Stufen dazwischen. Eine 3D-Baggersteuerung unterstützt zunächst einen Menschen. Der Fahrer bedient die Maschine, erhält aber präzise Informationen darüber, wo und wie tief er arbeiten muss. Weitere Assistenzfunktionen können einzelne Bewegungen automatisieren. Erst wenn eine Maschine Aufgaben ohne menschliche Bedienung plant beziehungsweise ausführt und ihre Umgebung selbstständig berücksichtigt, wird von einem autonomen System gesprochen.

Bei klar begrenzten und wiederkehrenden Aufgaben ist dieser Schritt inzwischen weit fortgeschritten. Liebherr (öffnet in neuem Fenster) demonstrierte auf der bauma 2025 einen fahrerlos arbeitenden Radlader. Über einen „Autonomous Job Planner“ wurden Arbeitsaufträge für zwei Radlader geplant und anschließend ohne Maschinenführer ausgeführt. Die Technik ist auf regulären Serienradladern installiert, das autonome System selbst befindet sich aber noch in der Entwicklung und Erprobung. Liebherr bezeichnet die auf der bauma gezeigte Maschine als Prototyp.

Liebherr

Gerade repetitive Ladeaufgaben eignen sich dafür: Material aufnehmen, eine festgelegte Strecke fahren, abkippen und zum Ausgangspunkt zurückkehren. Die Umgebung und der Arbeitsauftrag lassen sich vergleichsweise klar beschreiben. Eine innerstädtische Baustelle mit ständig wechselnden Verkehrswegen, Materiallagern, Menschen und mehreren Gewerken ist deutlich anspruchsvoller. Autonomie bedeutet dort nicht nur, eine vorgegebene Geometrie abzuarbeiten. Die Maschine muss ihre Umgebung erfassen, Veränderungen erkennen und sicher darauf reagieren.

BIM wird Teil der Robotik

Wie eng BIM und autonome Systeme künftig zusammenrücken könnten, zeigt das 2026 gestartete Forschungsprojekt SAMBA (öffnet in neuem Fenster) (Semi-Autonomer Markierungs- und Baufortschritts-Assistent) Beteiligt sind unter anderem das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut und die Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg. Geplant ist ein System aus Drohne und mobilem Laufroboter. Die Drohne analysiert die Baustelle aus der Luft, der Roboter bewegt sich anschließend durch das Gelände, setzt BIM-konforme Markierungen und erfasst mit Kamera und 3D-Scanner den Baufortschritt. Die gemessenen Daten sollen mit der digitalen Planung abgeglichen werden. Das System arbeitet bewusst semi-autonom: Fachkräfte überwachen die Abläufe und validieren die Ergebnisse der KI. Die Projektlaufzeit reicht von April 2026 bis März 2028. (Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (öffnet in neuem Fenster))

Hier verschmelzen mehrere Entwicklungen, die bisher häufig getrennt betrachtet wurden. Das BIM-Modell liefert die Referenz. Robotik übernimmt Aufgaben auf der Baustelle. Sensoren erfassen den realen Zustand. KI unterstützt beim Vergleich zwischen Planung und Realität.

Auch das Fraunhofer IWU verfolgt mit dem Forschungsprojekt AI Fleet (öffnet in neuem Fenster) einen solchen Ansatz. Dort soll ein digitaler Zwilling der Baustelle Maschinen und weitere Akteure in einem aktuellen digitalen Abbild zusammenführen. Ein KI-basierter Aufgabenkoordinator soll auf dieser Basis Aufgaben und Wege für Roboter planen.

SAMBA und AI Fleet sind noch Forschungsprojekte und keine flächendeckend verfügbaren Baustellensysteme. Sie zeigen aber, wo die Entwicklung hingeht: Nicht eine einzelne autonome Maschine steht im Mittelpunkt, sondern eine digital koordinierte Baustelle.

Der Abgleich: Realität und Vision

Modellbasierte Maschinensteuerung wie oben beschrieben ist als marktreife Technik verfügbar. Bagger können nach digitalen Oberflächen arbeiten, Daten lassen sich zwischen Büro und Maschine übertragen und ausgeführte Bereiche digital dokumentieren. Layout-Roboter zeigen bei klar definierten Aufgaben, wie weit sich der Weg vom koordinierten Modell bis zur Ausführung bereits automatisieren lässt.

Bei vollständig autonomen Maschinen auf dynamischen Baustellen sieht es anders aus. Dort dominieren klar begrenzte Anwendungsfälle, Entwicklungsfahrzeuge und Forschungsprojekte. Das liegt weniger daran, dass Maschinen keine digitalen Modelle lesen könnten. Schwieriger ist die Verbindung von Modell, Arbeitsauftrag, Positionierung, Umgebungserkennung und sicherer Entscheidungslogik.

Gleichzeitig schließen sich einige der bisherigen Lücken. IFC bildet Infrastruktur umfangreicher ab als früher. ISO/TS 15143-4 schafft Regeln für Teile des Datenaustauschs zwischen Baustelle und Maschine. MiC 4.0 arbeitet an herstellerübergreifend verständlichen Maschinendaten. Und Plattformen können Planungsinformationen zur Maschine bringen und ausgeführte Daten wieder zurückholen.

Damit verändert sich auch die Frage, was ein BIM-Modell für die Baustelle leisten muss. Eine Maschine braucht nicht das komplette Modell mit jedem Attribut. Sie braucht den richtigen Ausschnitt daraus: eindeutig, aktuell, georeferenziert und passend zu ihrer Aufgabe. Wenn dieser Arbeitsauftrag ohne manuelle Neueingabe aus der Planung erzeugt werden kann und die Maschine anschließend dokumentiert, was sie tatsächlich ausgeführt hat, beginnt aus BIM und Maschinensteuerung ein durchgängiger digitaler Produktionsprozess zu werden.