BBSR Digital Twin Footprint

BBSR Digital Twin Footprint

Die durchgängige digitale Verknüpfung der unterschiedlichen Prozessketten im Gebäudeplanungsprozess kann die Umweltauswirkungen der Bauwirtschaft entscheidend reduzieren und zu einer nachhaltigen und ressourcenschonenden Transformation der gebauten Umwelt führen. Das Forschungsvorhaben Digital Twin Footprint erarbeitet einen Meilensteinplan mit Handlungsempfehlungen und Forschungsbausteinen, um die Lebenszyklusanalyse (Gebäudeökobilanzierung) und den BIM-Planungsprozess bereits in frühen Planungsphasen von Gebäuden zu verknüpfen.

Ausgangslage

Während dem Bau- und Gebäudesektor in der Theorie ein hohes Optimierungspotenzial in puncto Klima- und Umweltauswirkungen zugesprochen wird, fehlt es in der Praxis noch an ganzheitlichen Lösungen. Durch die Fokussierung auf die Energieeinsparung in der Betriebsphase werden die Umweltauswirkungen über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes nicht erfasst. Optimierungspotenziale für die bei Herstellung, Transport, Lagerung, Verkauf und Entsorgung der Materialien anfallenden CO₂-Emissionen (= graue Emissionen) werden derzeit nicht berücksichtigt, obwohl diese in der Gesamtbetrachtung einen sehr hohen Anteil einnehmen können.

Abhilfe kann die intelligente und automatisierte Verknüpfung der Gebäudeökobilanzierung (Methode zur Bilanzierung von CO₂-Emissionen und weiteren Umweltwirkungen, in Englisch: Life Cycle Assessment – LCA) mit dem BIM-Planungsprozess schaffen. In diesem Bereich gibt es zwar bereits erste Forschungen, jedoch wurden die Erkenntnisse bislang nicht zusammengeführt und die Ergebnisse noch nicht in der Praxis erprobt. Erste Softwareprodukte auf dem Markt ermöglichen zwar eine BIM-basierte Berechnung der Gebäudeökobilanz, allerdings funktionieren diese vorwiegend nur mit herstellerspezifischen Datenformaten (Closed-BIM-Ansatz).

Ziel

Übergeordnetes Forschungsziel ist es, eine hohe Interoperabilität zwischen BIM-Planungssoftwarelösungen und den spezifischen Bauproduktdaten in den unterschiedlichen Planungsphasen herzustellen, um eine effiziente Nachweisführung auf Basis einer konsistenten Planungsweise zu stärken. Durch die integrale Planungsunterstützung in den frühen Planungsphasen im BIM-Gebäudemodell können aufwändige und kostenintensive Änderungen in den späteren Planungsphasen vermieden werden und zu einem früheren Zeitpunkt in der Planung eine höhere Kostensicherheit erreicht werden. Außerdem kann die derzeitige händische Verknüpfung der Bauwerksdaten mit den lebenswegbezogenen Bauproduktdaten durch einen teil- bis vollautomatischen Prozess entfallen, was die gesamte Nachhaltigkeitsbewertung vereinfacht. Hierzu sollen die notwendigen Anpassungs- und Forschungsbedarfe (technische, normative und strukturelle Aspekte) zu BIM und LCA in den verschiedenen Planungsphasen identifiziert und in einen Meilensteinplan mit konkreten Handlungsempfehlungen überführt werden.

Konzept

Forschungsansatz

Im Projektverlauf sollen die unterschiedlichen Konzepte und Lösungswege mit den bereits bestehenden Grundlagen und Methoden der Gebäudeökobilanzierung im BIM-Planungsprozess verglichen und analysiert werden. Dazu werden in einer Forschungs- und Potenzialanalyse zunächst die möglichen und praktizierten Anwendungsfälle – also der Status quo aus Forschung und Praxis – definiert und in einer vergleichenden Übersicht zusammengestellt. Weiterhin werden die Vor- und Nachteile der jeweiligen Anwendungsfälle zu den einzelnen Planungsphasen im Planungsprozess aufgezeigt. Dabei sind die notwendigen und erforderlichen Anpassungs- und Forschungsbedarfe bei den technischen, strukturellen und normativen Aspekten zu definieren (Rahmenbedingungen, Standardisierung, Normung, Bauproduktdaten, Software, etc.).

Im zweiten Schritt werden die Analyseergebnisse aus der Forschungsstand- und Potenzialanalyse in einem interdisziplinären Workshop mit Experteninnen und Experten aus allen relevanten Bereichen (Forschung, Praxis und Politik) diskutiert und konkretisiert. Die unterschiedlichen Blickwinkel sollen dazu beitragen, die praxistauglichsten Anwendungsfälle für die Verknüpfung der Ökobilanzdaten mit dem BIM-Planungsprozess zu identifizieren und die notwendigen Handlungsbedarfe für die entsprechenden Handlungsebenen zu konkretisieren.

Die Ergebnisse aus dem Workshop werden in einen Meilensteinplan mit konkreten Handlungsempfehlungen überführt. Darin sollen die notwendigen und relevanten Forschungs- und Anpassungsbedarfe für die nächsten Jahre strukturiert und deren Umsetzung priorisiert werden. Die ganzheitliche und interdisziplinäre Prozessbetrachtung soll weitere Forschungspotenziale und Themen für die zukünftige und zielführende Antrags- und Auftragsforschung aufzeigen und die wissenschaftlichen Erkenntnisse in die Praxis überführen.

Zwischenergebnisse

Im Rahmen einer fortschreitenden BIM-Implementierung in Deutschland sowie der Betrachtung des konkreten Anwendungsfalls und Ziels können sich die jeweiligen Workflows unterscheiden. So kann es durchaus möglich sein, dass sich ein LCA-Plugin für eine frühe grobe erste Abschätzung von Konstruktionsvarianten, beispielsweise das Tragwerk, besser eignet als ein IFC-Export in ein BIM-Werkzeug und der dort stattfindenden Verknüpfung zu LCA-Datensätzen. Für eine detaillierte Gebäudeökobilanzierung und der vollumfänglichen TGA-Betrachtung erscheint es jedoch sinnvoll einen Workflow zu nutzen, der dem open-BIM Ansatz folgt. Dies ist essenziell, um verschiedene Fachmodelle verlinken zu können und gleichzeitig Herstellerneutralität zu wahren bzw. der Vielfalt der unterschiedlich eingesetzten Modellierungs- und Planungssoftwaresysteme je nach Fachdisziplin gerecht zu werden.

Kurzbericht zum

Das Projektkonsortium hat die Ergebnisse aus der Forschungsstand- und Potenzialanalyse in einem interdisziplinären Online-Workshop am 21. Januar 2022 mit 35 Akteurinnen und Akteuren aus Forschung, Praxis und Politik diskutiert und priorisiert. Die Workshop-Agenda umfasste die Vorstellung des Projekts mit aktuellen Untersuchungsergebnissen, zwei Impulsvorträge (BBSR, Zentralstelle BIM, LBD Bayern) und zwei Gruppendiskussionen in jeweils fünf Gruppen zu den Themen „Aktueller Stand – Problemanalyse“ und „Handlungsbedarfe und Entwicklungsziele“. Nicolas Kerz (BBSR) hielt einen Kurzvortrag zu zukünftigen Förderinstrumenten „QNB – Qualitätssiegel Nachhaltiges Bauen im BEG“, August Pries (Zentralstelle BIM, Bayern) referierte zu Anforderungen und Bedarfen im Bereich BIM-basierte LCA und Nachhaltigkeitsbewertung.

Diskussionsergebnisse

In den Diskussionsrunden wurde in allen fünf Gruppen das Thema der Bilanzierung in frühen Planungsphasen als wichtiges Handlungsfeld erkannt. Für den Status quo wurde die herausragende Stellung der Baustoffdatenbank ÖKOBAUDAT sowie das Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen (BNB) als Rahmenwerk der Nachhaltigkeitsbewertung positiv hervorgehoben. Gleichzeitig wurde die LCA aktuell als eine reine Nischenanwendung charakterisiert, da die Komplexität und die fehlende Automatisierung/BIM-Anbindung sowie der nicht klar erkennbare Kosten-Nutzen-Mehrwert eine breite Anwendung verhindern.

Um dies zu ändern, müssten entsprechende Benchmark-Konzepte entwickelt werden, die sowohl Bottom-up- als auch Top-Down-Strategien mit Bezug zu übergeordneten Wirkungsebenen und Zielpfaden (1,5 Grad-Ziel, CO₂-Reduktion) berücksichtigen. Weiter wurde aufgezeigt, dass die Harmonisierung der Datensätze über Ländergrenzen hinweg ein konkretes Entwicklungsziel darstellt. Auch detailliertere regulatorische Vorgaben zu Granularität von Daten (z. B. Szenarien) seien erforderlich.

Zusätzlich wurde angemerkt, dass die aktuellen Bauproduktdatenbanken, insbesondere die ÖKOBAUDAT, fortgeschrieben und sinnvoll ergänzt werden sollte. Vor allem im Bereich der TGA (KG 400) stehen aktuell noch keine ausreichenden Datensätze zur Verfügung. Damit einhergehend wird ein fehlender Anreiz der TGA-Hersteller für produktspezifische Ökobilanzdaten identifiziert. Dieser hängt unter anderem damit zusammen, dass die LCA Berechnungsregeln nach BNB/DGNB keine Anreize setzen, um eine detaillierte Berechnung der TGA in der LCA zu berücksichtigen. Bei der Berechnung wird vereinfacht mit einem pauschalen Faktor von 1,2 die TGA Umweltwirkungen zur Baukonstruktion aufgeschlagen. Dieser Faktor ist aus Sicht der Expertinnen und Experten als deutlich zu niedrig anzusehen. Es entsteht kein Anreiz, die Umweltwirkung der TGA detailliert zu berechnen und entsprechend zu optimieren.

Als weiterer Bedarf wurde dazu eine Abstimmung bzw. ein Runder Tisch zur Weiterentwicklung hin zu einer „ÖKOBAUDAT 2.0“ nach Vorbild der Gütegemeinschaft 18599 diskutiert und seitens des BBSR in Aussicht gestellt. Hierbei soll verstärkt die Anwendersicht aus der BIM-Praxis berücksichtigt werden sowie über die aktuellen Weiterentwicklungen und Updates informiert werden. Aber auch einheitliche (grafische) Kommunikationsformate für LCA-Ergebnisse (vergleichbar mit dem Gebäudeenergieausweis) und eine Informationsplattform für Entscheidungsträger wurden angeregt. Ebenso wurden Automatisierungsvorteile durch eine direkte Hinterlegung von Ökobilanzdatensätzen in BIM-Objektdatenbanken und BIM-Softwarebibliotheken erkannt. In Zukunft würde diese technische Implikation ein dynamisches Echtzeit-Feedback zu den Umweltwirkungen in BIM-Planungsprozessen ermöglichen. Zudem wurde die Entwicklung von Auswertungs- und Darstellungsschemata angeregt, um Alternativen vergleichen zu können.

Zusammenfassend wurde die Notwendigkeit unterstrichen, alle Akteure der Bau- und Immobilienbranche stärker für die Themen Umweltwirkungen mit Fokus auf die materialgebundenen CO₂-Emissionen und den aus dem Gebäudebetrieb entstehenden Emissionen zu sensibilisieren. Nicht nur für Studierende müssen daher Aus- und Weiterbildungsangebote geschaffen werden, sondern auch für die derzeit in der Praxis tätigen Akteurinnen und Akteure.

Ausblick

Im weiteren Projektverlauf werden die Workshop-Ergebnisse in die Meilensteinpläne mit Handlungsempfehlungen und Anpassungsbedarfen eingearbeitet. Dabei werden die Handlungsempfehlungen differenziert für die Bereiche Normative und politische Vorgaben, Datenaustausch und Schnittstellen, Software, LCA-Datenbanken sowie Kommunikation und Bildung aufgestellt.