BIM und Kreislaufwirtschaft: Durch Digitalisierung zu mehr Nachhaltigkeit

Wie BIM nachhaltige Stoffkreisläufe in Bauwerken fördern kann

Ohne Änderungen an der Art des Bauens lässt sich eine deutliche Reduzierung der Emissionen und des Rohstoffverbrauchs und damit ein effektiver Kampf gegen den Klimawandel nicht bewerkstelligen. Ein entscheidender Schlüssel ist dabei die Entwicklung der Bauwirtschaft zu einer Kreislaufwirtschaft. Dabei kann Building Information Modeling (BIM) einen entscheidenden Beitrag leisten.

Durch die konsequente Wiederverwendung der Materialien lässt sich die Energie für die Produktion neuer sowie die Entsorgung alter Materialien einsparen. Die wesentlichen Voraussetzungen dafür sind: Ein Bauwerk muss durch alle Lebenszyklusphasen durchdacht und alle wichtigen Informationen zu den verwendeten Baustoffen müssen vernetzt und zentral zugänglich sein. Dafür bietet sich eine Methode an, die wie keine andere in einem Bauprojekt durch alle Phasen anwendbar ist und deren wesentlicher Kern es ist, alle wichtigen Daten zu verknüpfen und zentral bereitzustellen: Building Information Modeling (BIM). Denn durch die Vernetzung aller Informationen der einzelnen Phasen mit dem BIM-Modell kann stets auf alle relevanten Daten eines Bauprojektes zugegriffen und sogar deren Verortung im Modell  unmittelbar abgerufen werden. So stehen bei einem Abbruch eines Bauwerks Informationen, die vor vielen Jahren bei der Planung dieses Projektes entstanden sind, unkompliziert zur Verfügung.

Überlagernde Lebenszyklusphasen im Stoffkreislauf
Bild: Autoren

Überlagernde Lebenszyklusphasen im Stoffkreislauf
Bild: Autoren

Um nun einen effizienten Stoffkreislauf zu ermöglichen, müssen aber in jeder Phase des Lebenszyklus eines Bauprojektes unterschiedliche Aufgaben ausgeführt werden. Diese reichen von der Dokumentation und Datenermittlung bis zur Beschaffung, dem Einbau und der Freisetzung von Materialien. Durch die Anwendung von Building Information Modeling (BIM) können diese Aufgaben aber weitaus effektiver durchgeführt werden. Essenziell dabei ist, dass alle für den Stoffkreislauf relevanten Daten mit dem BIM-Modell verknüpft werden.

BIM und Stoffkreisläufe in allen Lebenszyklusphasen


Entwicklungsphase

In der Entwicklungsphase eines Bauprojekts spielen konkrete Baustoffe zwar noch keine Rolle, es werden aber die grundlegenden Rahmenbedingungen des Projekts festgelegt. Aus diesen Angaben lässt sich ein Profil des Bauprojektes erstellen, über das sich bei guter Datenlage bereits bewerten lässt, in welchem Maße wiederverwertbare Baustoffe zum Einsatz kommen können. Ebenfalls wichtig ist in dieser Phase die Vergabe der Planung an Akteure mit Erfahrung auf dem Gebiet kreislaufgerechter Bauprozesse oder zumindest der Bereitschaft, diese anzuwenden.

Datenfluss mit dem BIM-Modell

Ein geometrisches BIM-Modell liegt in dieser Phase nur in groben Ansätzen vor. Allerdings werden bereits grundlegende Projektkenndaten wie Projektgröße, bebaute Fläche o.ä. in das Modell übertragen, die dann für die Erstellung eines Profils zur Bewertung des Einsatzes von wiederverwerteten Baustoffen abgerufen werden können.

Lebenszyklus des Bauprojektes und der Bauprodukte
Bild: Autoren

Lebenszyklus des Bauprojektes und der Bauprodukte
Bild: Autoren

Planungsphase

Die Planungsphase eines Bauprojektes ist von zentraler Bedeutung für die Ermöglichung von Stoffkreisläufen. Zuerst wird hier über die Art der verwendeten Bauteile entschieden und später dann in der Ausschreibung über die konkreten Qualitäten der eingesetzten Baustoffe. Dabei muss ein entscheidendes Kriterium sein, wie gut sich diese Baustoffe wiederverwenden lassen.

Während des Prozesses der Kostenkalkulation muss dann ermittelt werden, welche der benötigten Baustoffe sich aus durch Umbau oder Abbruch freigesetzten Beständen beschaffen lassen, um den kostensenkenden Effekt der Wiederverwendung von Bauprodukten in der Angebotserstellung zu berücksichtigen. Es müssen also bereits in der Planungsphase Daten aus Bestandsbauwerken, bei denen ein Umbau oder Abbruch bevorsteht, verwendet werden. Bei der Vergabe der Bauleistungen muss schließlich eine herausgehobene Rolle spielen, welche Angebote vornehmlich die Verwendung wiederverwerteter Baustoffe vorsehen.

Entscheidend ist, dass in der Planungsphase die Rolle des Bauprojektes im Stoffkreislauf bidirektional gedacht wird. Zum einen muss so geplant werden, dass die eingesetzten Bauprodukte zu einem möglichst hohen Maße aus bereits in anderen Projekten verwendeten Materialien bestehen und möglichst wenige neu produziert werden müssen. Zum anderen muss bereits eingeplant werden, dass die verwendeten Baustoffe später einmal in zukünftigen Projekten erneut eingesetzt werden. Dazu ist es unbedingt notwendig, die genutzten Bauprodukte genau zu dokumentieren.

Datenfluss mit dem BIM-Modell

In dieser Phase wird die 3D-Geometrie des BIM-Modells erstellt und schrittweise erweitert und verfeinert. Ebenso werden schrittweise immer detailliertere Informationen zu den verwendeten Bauteilen des Modells ergänzt bis schließlich hin zu konkreten Produktbeschreibungen oder -bezeichnungen. Durch Verknüpfung dieser Informationen mit Umweltdatenbanken, können den Elementen des BIM-Modells Informationen zur Umweltbelastung und zur Bewertung der Möglichkeit zur Wiederverwendung hinzugefügt werden. Bei der Recherche der verfügbaren Baustoffe aus dem Umbau oder Abbruch bereits bestehender Bauwerke werden wiederum Informationen aus den BIM-Modellen dieser Bauprojekte abgefragt.

Austausch von Daten und Materialien
Bild: Autoren

Austausch von Daten und Materialien
Bild: Autoren

Realisierungsphase

In der Realisierungsphase des Bauprojektes werden die wiederverwerteten Baustoffe schließlich neu eingesetzt. Vorher muss aber das Bauunternehmen, das mit der Ausführung des Bauprojektes beauftragt wurde, die benötigten Materialien beschaffen. Dazu müssen zunächst die bei der Kalkulation ermittelten Baustoffe, die durch Umbau oder Abbruch von Bestandsbauwerken freigesetzt werden, erworben werden. Dann muss bei der Logistikplanung die Zeitplanung des neuen Projektes mit der Zeitplanung des Umbau- oder Abbruchprojektes in Einklang gebracht werden – falls die benötigten Bauprodukte nicht bereits ausgebaut und zwischengelagert wurden. Bei der Zeitplanung muss bei den wiederverwerteten Baustoffen auch berücksichtigt werden, dass genug Zeit für eine eventuell notwendige Aufbereitung einkalkuliert wird.

Sind die benötigten Bauprodukte schließlich beschafft und bereit zur Wiederverwendung, werden sie im neuen Bauprojekt eingebaut. Auch hier ist die Dokumentation von entscheidender Bedeutung. Nur wenn die Art der Bauteile, ihr Zustand und ihr Einbauort genau vermerkt wird, lassen sich Wartung und Austausch des Bauteils, die aufgrund der Wiederverwendung eventuell früher als gewöhnlich fällig werden, oder seine erneute Wiederverwertung in einem zukünftigen Bauprojekt zuverlässig planen. Die präzise Dokumentation des Einbaus ist aber bei allen verwendeten Bauprodukten – egal ob erstmalig verwendet oder wiederverwendet – für den Stoffkreislauf wichtig. Denn allein auf Planungsdaten kann sich dabei nicht verlassen werden.

Datenfluss mit dem BIM-Modell

Zentral ist in der Realisierungsphase die Dokumentation der verwendeten Bauteile im BIM-Modell. Auch hier können durch die Verknüpfung mit Datenbanken Informationen zur Umweltbelastung und zur Wiederverwendung hinzugefügt werden. Bei den wiederverwendeten Baustoffen werden zusätzlich die Informationen zur Dauer der bereits erfolgten Verwendung ergänzt. Schließlich entsteht so ein As-Built-Modell, das abbildet, welche Baustoffe tatsächlich in dem Bauwerk verbaut worden sind. Vor dem Einbau der Bauteile wird der mit dem BIM-Modell des neuen Bauprojektes verknüpfte Zeitplan mit den Zeitplänen, die mit den BIM-Modellen der Umbau- bzw. Abbruchprojekte verknüpft sind, so abgeglichen, dass eine Übergabe der Baustoffe zwischen den Projekten möglichst effizient erfolgen kann.

Datenfluss mit dem BIM-Modell
Bild: Autoren, Architekturmodell: Graphisoft

Datenfluss mit dem BIM-Modell
Bild: Autoren, Architekturmodell: Graphisoft

Betriebsphase

Die Betriebsphase ist in der Regel die weitaus längste Phase eines Bauprojektes. Der Stoffkreislauf pausiert in dieser Phase weitestgehend. Die Bauprodukte sind eingebaut, es werden keine Materialien benötigt oder freigesetzt. Wichtig ist in dieser Phase vor allem die Dokumentation von allen Ereignissen, die Auswirkungen auf den Zustand, die Lebensdauer und die Wiederverwertbarkeit der Baustoffe haben. Das können z. B. Beschädigungen, Reparaturen oder Wartungen sein. (Anmerkung: Der Austausch von Bauteilen wird hier der Umbauphase zugeordnet.)

In die Betriebsphase fällt aber auch die Planung von Umbauten oder schließlich die Planung des Abbruchs des Bauwerks. Dabei müssen die freiwerdenden Materialien so dokumentiert werden, dass alle notwendigen Informationen zur Art des Baustoffs, seinem Zustand und zum Zeitpunkt der Verfügbarkeit für die Planer anderer Bauprojekte zugänglich sind. Bei der Planung eines Umbaus fallen zusätzlich die Aufgaben aus der Planungsphase an: Die Entscheidung für wiederverwertbare Bauprodukte, die Recherche der zum benötigten Zeitpunkt verfügbaren Bauprodukte, die Dokumentation der neu benötigten Bauprodukte.

Datenfluss mit dem BIM-Modell

Alle Änderungen an den Bauteilen müssen in der Betriebsphase in das BIM-Modell übertragen werden, um ein konsistentes Modell zu garantieren. Das betrifft auch Reparaturen und Wartungen, da sich diese Ereignisse auf die Lebensdauer und Wiederverwertbarkeit der Baustoffe auswirken. Bei der Planung von Umbauten oder dem Abbruch des Bauwerkes muss im BIM-Modell vermerkt werden, welche Materialien freigesetzt werden und wann der dafür vorgesehene Zeitpunkt ist. So können diese Baustoffe für andere Projekte eingeplant werden.

Umbauphase/Abbruchphase

In der Umbau- und der Abbruchphase eines Bauprojektes findet innerhalb des Stoffkreislaufes für ein Bauprodukt der entscheidende Übergang zu einem wiederverwerteten Bauprodukt statt. Durch den Abbau des Baustoffes wird dieser freigesetzt und anschließend entweder entsorgt oder der Wiederverwertung zugeführt. Dafür wird er entweder eingelagert, in einem eigenen Projekt wiederverwendet oder weiterverkauft. Für die Wiederverwertung ist dabei ein sorgsamer Abbau der Materialien äußerst wichtig. Wird ein Umbau vorgenommen, fallen zusätzlich die Aufgaben der Realisierungsphase an: Beschaffung der neu verwendeten – möglichst wiederverwerteten – Bauprodukte. Koordinierung mit der Ablaufplanung der Projekte, aus denen die wiederverwendeten Materialien stammen. Genaue Dokumentation aller Umbauten und aller Informationen zu den neu eingebauten Bauteilen.

Datenfluss mit dem BIM-Modell

Findet ein Umbau statt, müssen alle Änderungen in das BIM-Modell übertragen werden. Dies betrifft vor allem die Informationen zur Art, Qualität, Grad der Umweltbelastung und Möglichkeit der Wiederverwendung der neu eingebauten Bauprodukte. Bei einem Abbruch hingegen erreicht auch das BIM-Modell das Ende seiner Lebensdauer. Werden die freigesetzten Baustoffe nicht direkt wiederverwendet oder entsorgt, sondern für eine spätere Wiederverwertung eingelagert, sind sie zwar nicht mehr Bestandteil eines BIM-Modells, es ist aber dennoch unbedingt notwendig, alle relevanten Informationen sowie den Status ihrer Verfügbarkeit zu dokumentieren, z. B. in einer zentralen Plattform, sodass sie für die Verwendung in zukünftigen Bauprojekten gefunden werden können.

Fazit

Die Relevanz von Building Information Modeling für die effiziente Umsetzung von nachhaltigen Stoffkreisläufen ist also kaum zu überschätzen. Ohne vernetzte und für alle zugängliche Daten werden Stoffkreisläufe nicht effizient umsetzbar sein. BIM bietet bereits heute die Möglichkeit, komplexe Daten über den gesamten Lebenszyklus eines Bauprojektes hinweg standardisiert mit dem Digitalen Zwilling zu verknüpfen.

Zum Buch der Autoren:

Als Leitfaden für nachhaltiges Bauen zeigt „Nachhaltige Stoffkreisläufe durch BIM“ der Autoren Ines Mansfeld und Andreas Steyer einen Weg, wie nachhaltige Stoffkreisläufe durch BIM in allen Lebenszyklusphasen eines Bauwerks unterstützt werden können. Ergänzt wird die Publikation durch Anwendungsbeispiele für BIM jenseits reiner 3D-Modelle.

Bezugsmöglichkeiten

Der Titel  ist in der Reihe „BIM Basics“ des bSD Verlags erschienen und über dessen Webshop auf www.buildingsmart-verlag.de erhältlich. Außerdem kann er per Mail an bsdverlag@buildingsmart.de oder im Buchhandel für 19,80 Euro (ISBN 978-3-948742-42-3) bestellt werden. Eine E-Book-Variante ist ebenfalls erhältlich.

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