In dem Forschungsprojekt wird ein BIM-basiertes, parametrisch steuerbares Gebäudemodell für Nichtwohngebäude entwickelt. Es verknüpft Nutzung, Geometrie, Tragwerk und Gebäudehülle und macht Gebäudevarianten systematisch vergleichbar. Damit entsteht eine Forschungsgrundlage für die Analyse betrieblicher und materialbezogener Umweltwirkungen sowie für die Weiterentwicklung von Treibhausgas (THG)-Grenzwerten.

Ausgangslage

Der Gebäudesektor steht vor der Aufgabe, Treibhausgasemissionen, Energiebedarfe und Ressourcenverbräuche deutlich zu verringern. Dafür braucht es belastbare Grundlagen, um Wechselwirkungen von Umwelteinflüssen unterschiedlicher Bau- und Nutzungsweisen besser zu verstehen und Anforderungen an Gebäude weiterzuentwickeln.

Nichtwohngebäude stellen dabei eine besondere Herausforderung dar. Sie umfassen sehr unterschiedliche Nutzungen - etwa Büro- und Verwaltungsgebäude, Schulen, Sporthallen, Pflegeeinrichtungen, Handelsgebäude oder Produktions- und Lagergebäude. Entsprechend stark unterscheiden sich auch Geometrie, Tragwerk, Gebäudehülle, technische Ausstattung und Betriebsweise.

Das Forschungsprojekt entwickelt hierfür ein BIM-basiertes, parametrisch steuerbares Gebäudemodell. Über definierte Parameter lassen sich Nutzungs- und Gebäudevarianten systematisch abbilden, verändern und vergleichen. Damit wird eine Grundlage geschaffen, um Umweltwirkungen und Ressourcenverbräuche verschiedener Modellvarianten nachvollziehbar zu untersuchen.

Ziel

Ziel des Projekts ist es, eine parametrische Modelllogik für Nichtwohngebäude zu entwickeln. Sie soll zentrale Bauwerksparameter wie Nutzung, Geometrie, Erschließung, Innenausbau, Geschossigkeit, Geschosshöhe, Tragwerk, Fassade, Fensterflächenanteil, Dach und Dämmung miteinander verknüpfen.

Die parametrische Steuerung soll ermöglichen, dass Varianten nicht jeweils vollständig neu aufgebaut werden müssen. Stattdessen sollen definierte Parameter zum Beispiel hinsichtlich Materialität oder Bauteildimensionierung verändert werden können, während abhängige Modellbestandteile konsistent aktualisiert werden.

Die Modellvarianten schaffen eine kontrollierte Grundlage, um Zusammenhänge zwischen Nutzung, Konstruktion, Energiebedarf und Ökobilanz von Gebäudevarianten zu untersuchen. Die Ergebnisse können die Weiterentwicklung von THG-Grenzwerten sowie von Anforderungen an Umweltwirkungen und Ressourcenverbräuche unterstützen.

Das Projekt trägt dazu bei, die angewandte Gebäudeökobilanzierung weiterzuentwickeln. Es macht Varianten vergleichbar und hilft, Wechselwirkungen zwischen betrieblichem Energiebedarf und materialbezogenen Umweltwirkungen besser zu analysieren.

Konzept

Forschungsleitfragen

• Wie lassen sich typische Nutzungen von Nichtwohngebäuden in repräsentative Nutzungsvarianten überführen?
• Wie können daraus Gebäudevarianten mit nachvollziehbarer Geometrie, Erschließung, Zonierung und Konstruktion entstehen?
• Welche Parameter müssen steuerbar sein, damit sich Gebäudevarianten systematisch verändern lassen?
• Wie kann ein BIM-Modell so aufgebaut werden, dass Parametervarianten konsistent auf Räume, Bauteile, Flächen und Auswertungen wirken?
• Welche Informationen sind erforderlich, um Standardfälle für die Betrachtung von betrieblichen und materialbezogenen Umweltwirkungen vorzubereiten?
• Welche Möglichkeiten und Grenzen ergeben sich bei der Nutzung solcher Modelle als Forschungsgrundlage für THG-Grenzwerte und weitere Bewertungsfragen?

Forschungskonzeption

Das Projekt baut die Modelllogik stufenweise auf. Zunächst werden Nutzungsvarianten entwickelt. Sie beschreiben typische Kombinationen aus Hauptnutzungen und Nebennutzungen, zum Beispiel für Büro- und Verwaltungsgebäude, Schulen, Kindertagesstätten, Handelsgebäude, Produktionshallen, Logistikgebäude, Sporthallen oder Pflege- und Gesundheitsgebäude.

Die Nutzungsvarianten werden aus DIN-V-18599-Nutzungsprofilen abgeleitet und mit statistischen Informationen zum Nichtwohngebäudebestand sowie vorhandenen Modellgebäude-Vorarbeiten abgeglichen. Die Flächenanteile der Haupt- und Nebennutzungen werden zu Projektbeginn als Arbeitsannahmen geführt. Sie können im weiteren Verlauf anhand zusätzlicher Daten, Teilberichte und Abstimmungen geschärft werden.

Im nächsten Schritt werden die Nutzungsvarianten in Gebäudevarianten überführt. Eine Gebäudevariante kombiniert die Nutzungslogik mit einer räumlichen und konstruktiven Ausprägung. Dazu zählen insbesondere Gebäudegeometrie, Erschließungskonzept, Innenausbau, Erd-, Regel- und Dachgeschosslogik, Vertikalisierung, Tragwerk und Gebäudehülle.

Die parametrische Steuerung verbindet diese Ebenen miteinander. Sie beschreibt, welche Parameter veränderbar sind, welche Werte oder Varianten sie annehmen können und welche Modellbestandteile davon abhängen. Ändert sich beispielsweise das Stützraster, die Geschossanzahl, die Konstruktionsart oder der Fensterflächenanteil, sollen die davon abhängigen Räume, Bauteile und Auswertungen nachvollziehbar angepasst werden.

Für ausgewählte Nutzungs- und Gebäudevarianten wird diese Logik in einem BIM-Modell umgesetzt. Die Modellierung erfolgt mit der BIM-Software Revit. Für die Steuerung kommen Revit-nahe Parametrisierungsansätze, insbesondere Dynamo-Skripte und zentrale Parameterlisten, zum Einsatz. Neben dem nativen Modell wird auch ein IFC-Stand bereitgestellt, damit die Modellinformationen für weitere Auswertungen und Prüfungen nutzbar bleiben.

Die ökobilanzielle Bewertung wird anhand definierter Standardfälle vorbereitet. Dabei geht es nicht um den Nachweis konkreter Bauvorhaben, sondern um eine vergleichbare Forschungsumgebung. Sie soll helfen, Variantenwirkungen, Sensitivitäten und methodische Fragen im Zusammenhang mit betrieblichen und materialbezogenen Umweltwirkungen nachvollziehbar zu untersuchen.

Bearbeitungsschwerpunkte zum Projektstart

• Aufbau eines vorläufigen Pools von Nutzungsvarianten als Grundlage für die Auswahl von mindestens 10 repräsentativen Varianten
• Ableitung der Nutzungsvarianten aus DIN-V-18599-Profilen, statistischen Informationen und vorhandenen Modellgebäude-Vorarbeiten
• Transparente Dokumentation von Arbeitsannahmen, insbesondere bei Flächenanteilen von Haupt- und Nebennutzungen
• Überführung der 10 Nutzungsvarianten in mindestens 20 Gebäudevarianten mit Geometrie, Erschließung, Innenausbau und Zonierung
• Entwicklung eines Parameterkatalogs für Nutzung, Geometrie, Vertikalisierung, Tragwerk, Gebäudehülle, Energie und Ökobilanzierung
• Konzeption einer parametrischen Steuerung, mit der Variantenwechsel im BIM-Modell nachvollziehbar und wiederholbar ablaufen
• Vorbereitung ausgewählter Standardfälle für die Betrachtung von materialbezogenen und betrieblichen Umweltwirkungen

Projektphasen

Erwartete Beiträge

• reproduzierbare Methodik zur Ableitung von Nutzungs- und Gebäudevarianten für Nichtwohngebäude
• BIM-basierter Modellansatz, der zentrale Bauwerksparameter steuerbar macht
• dokumentierte Parametrisierungslogik als eigentlicher Kern des Gebäudemodells
• ausgewählte Modellvarianten als Anwendungsfälle der entwickelten Steuerungslogik
• standardisierte Grundlagen für den Vergleich von betrieblichen und materialbezogenen Umweltwirkungen im Forschungskontext
• Beitrag zur Weiterentwicklung von Grundlagen für THG-Grenzwerte, Umweltwirkungsanforderungen und Ressourcenbewertungen