Ausgangssituation / Motivation
Bis zum Jahr 2030 wird mehr als das Äquivalent von zwei Erden benötigt, um den Bedarf der Menschen an natürlichen Ressourcen zu decken, wobei die Bauindustrie für 60 % des weltweiten Rohstoffabbaus und 25 % des gesamten weltweiten Abfallaufkommens verantwortlich ist.
Da die Abfallbewirtschaftung und die Abfallreduzierung in den frühen Planungsphasen, der Phase mit den größten Auswirkungen während des gesamten Lebenszyklus, nicht berücksichtigt werden, entstehen am Ende des Lebenszyklus von Gebäuden 50 % Bau- und Abbruchabfälle. Um die Rohstoffgewinnung und die erzeugte Abfallmenge zu reduzieren, ist es von größter Bedeutung, die Recyclingraten durch Wiederverwendung von Materialien und Bauelementen zu erhöhen und so eine Kreislaufwirtschaft zu ermöglichen.
Ein Übergang zu einem zirkulären System ist notwendig, insbesondere in der Bauindustrie, da sie für etwa 38 % aller CO2-Emissionen verantwortlich ist und einen großen Einfluss auf die Ressourcenerschöpfung hat. Der European Green Deal entwickelte das auf sechs Umweltziele ausgerichtete Klassifizierungssystem der "EU-Taxonomie", nach welchen die Nachhaltigkeit der Investitionen bewertet werden, bzw. EU-Taxonomie-Konformität geprüft wird.
Inhalte und Zielsetzungen
Durch die Schaffung eines digitalen Ökosystems, welches auf den Komponenten der kreislauffähigen Digitalen Zwillinge, Generative Design Algorithmen und Virtual Reality (VR) basiert, soll das vorliegende Forschungsvorhaben die Entscheidungen unterstützen, welche die Kreislauffähigkeit von Gebäudestrukturen ermöglichen und End of Life Konzepte bereits in frühen Planungsphasen in den Entwurf integrieren.
Aufbauend auf dem Forschungsprojekt "Wohnen 4.0 - Digitale Plattform für leistbares Wohnen" strebt das Projekt "CircularTwin" an, die in "Wohnen 4.0" generierte Wissensbasis, die Building Information Modeling (BIM) Objektbibliotheken und dazugehörigen Materiellen Gebäudepässe zu nutzen und durch die Kriterien der Kreislaufwirtschaft anzureichern.
Methodische Vorgehensweise
Das Framework für BIM gestützte materielle Gebäudepässe wurde bereits im Vorgänger-Forschungsprojekt "BIMMaterial" ausgearbeitet. Hinsichtlich Gebäudemodellierung und Lebenszyklischen Veränderungen (Adaptabilität und Flexibilität) sieht "CircularTwin" die Anwendung von BIM-basierten Digitalen Zwillingen vor, welche mittels Generative Design in Form einer Vielzahl an Varianten in der frühen Planungsphase und der Re-Use Phase generiert und evaluiert werden.
Neben den Generative Design Methoden, die eine automatisierte und variantenreiche Generierung von Digitalen Zwillingen, gekoppelt an eine BIM Objektdatenbank ermöglichen, werden auch Algorithmen konzipiert, die eine Bewertung der Kreislauffähigkeit, Materielle Gebäudepässe (MGP) und EU-Taxonomie-Konformität ermöglichen.
Erwartete Ergebnisse
Durch die Visualisierung der End-of-Life (EoL) Szenarien der generierten Digitalen Zwillinge in einer VR-Plattform samt einer User-Interaktion und Variantenbildung wird der Entscheidungsfindungsprozess der an Planung und Bau beteiligten Stakeholder unterstützt. Das digitale "Circular Twin" Ökosystem ermöglicht so die frühzeitige Implementierung der Ziele der Kreislaufwirtschaft und Nachhaltigkeit als auch der durchgängigen Digitalisierung im Bauwesen.
