Produktdatenvorlagen und LOIN-Spezifikationen im RecycleBIM-Projekt

Die Philosophie der Wiederverwendung hat sich endlich auch im Bauwesen verbreitet. Die Verschwendung von Ressourcen zu minimieren, beginnend in der Planungsphase und auch die Demontage zu planen, ist eine neue Herausforderung, der sich die Techniker nicht mehr entziehen können.

Eine neue Perspektive, die sich also auf eine äußerst heikle Phase des Lebenszyklus eines Gebäudes richtet, nämlich die Stilllegung am Ende seines Lebenszyklus.

Dieser Ansatz hat das Ziel, das Ende des Lebenszyklus von Bauwerken bestmöglich zu verwalten, indem die Planung der Wiederverwendung und des Recyclings von Produkten und Baustellenmaterialien, die nach der Demontage auf der Baustelle gewonnen werden, berücksichtigt wird.

Das Thema ist äußerst interessant und von höchster Aktualität, nicht nur weil es auf die volle Effizienz der Bauprozesse (und der Demontage!) abzielt, sondern vor allem wegen seiner positiven Auswirkungen auf die Umweltverträglichkeit.

ACCA software leistet einen aktiven und konstruktiven Beitrag zur Sache, indem es Erfahrung, Ressourcen und Technologien im Dienste des Projekts RecycleBIM zur Verfügung stellt, einer wichtigen multinationalen und multi-aktiven Initiative, die darauf abzielt, einen integrierten Rahmen für die die Kreislaufwirtschaft von Baumaterialien zu entwickeln.

Um mehr zu erfahren lesen Sie auch: RecycleBIM: ein weiterer Schritt in Richtung Kreislaufwirtschaft von Baustoffen.

BIM und Wiederverwendung von Materialien

Das effiziente Management von Bau- und Abbruchabfällen (“Construction and Demolition Waste”, CDW) stellt eine kritische Herausforderung für die Erreichung der Umweltziele und die Abfallreduzierung dar.

Der Einsatz der BIM-Methodik, durch die Erstellung und Verwaltung von digitalen 3D-Modellen, die Entwicklung eines integrierten Systems zur Planung und Nutzung von BIM-Management-Tools, stellt einen wichtigen Wendepunkt in der Förderung der Kreislaufwirtschaft von Baustoffen dar, die Schlüsselkomponente des Projekts RecycleBIM.

Zu den Hauptzielen von RecycleBIM gehören:

• die Digitalisierung des Materialmanagements: Erstellung von BIM-Modellen, die Daten zur Kreislaufwirtschaft von Baustoffen enthalten, einschließlich Metriken zur Wiederverwendung, Recyclingfähigkeit und Umweltimpact;
• die Optimierung der Abbruchprozesse: Implementierung von Workflows, die selektive Dekonstruktion und datengestützte strategische Planung fördern;
• Förderung der Interoperabilität: Verwendung offener Standards wie dem IFC-Schema, um den Austausch von Informationen zwischen verschiedenen Softwareplattformen zu gewährleisten.

Um diese Ziele zu verfolgen, war es zunächst notwendig, mit der Definition von:

• Produktdatenvorlagen (Product Data Template): Diese Vorlagen, die auf den Informationsanforderungen zur Kreislauffähigkeit basieren, werden eine detaillierte Anleitung für das Management von Materialdaten bieten;
• LOIN-Spezifikationen (Level of Information Need): Diese Spezifikationen, die sich auf die wichtigsten Bauelemente beziehen, unterstützen die Lebenszyklusanalyse (LCA: Life Cycle Assessment), das Energiemanagement, die Abbruchplanung, die Lebenszykluskostenanalyse (LCC: Life Cycle Costing) sowie die Erstellung des Inventars wiederverwendbarer oder recycelbarer Materialien unter Verwendung der BIM-Methodik mit anwendungsbasierten Tools im IFC-Format.

In diesem Artikel werden wir genau diese beiden Aspekte vertiefen.

Vergleich von Kreislauf- und linearer Wirtschaft unter Berücksichtigung des Produktlebenszyklus

Produktdatenvorlagen (Product Data Template)

Die Strukturierung von Bauproduktdaten in einem standardisierten und maschinenlesbaren Format ist der erste Schritt zur Förderung der Kreislaufwirtschaft von Baustoffen. PDT (Product Data Template) sind entscheidend für den Austausch von Informationen während des Lebenszyklus von Gebäuden und ermöglichen Prozesse wie Recycling und nachhaltige Abfallbewirtschaftung. Um jedoch ihre Wirksamkeit zu maximieren, ist es notwendig, sie mit internationalen Normen zu harmonisieren und ihre Anpassungsfähigkeit an lokale Kontexte zu gewährleisten.

Das Konzept der Produktdatenvorlage wird bereits in bestehenden Normen behandelt, insbesondere in den ISO-Standards 23386 und 23387 (2020), die vom CEN/TC442-Ausschuss entwickelt wurden. Ein PDT stellt eine Beschreibung der wesentlichen Informationen zu einem Produkt dar, die für den Informationsaustausch während der Planungs-, Entwurfs-, Bau- oder Betriebsphasen von Gebäuden verwendet wird. Die im PDT definierten Eigenschaften können nach Anwendungsbereich (z. B. Leistungs- oder Wartungsdaten) oder nach Art der Merkmale (Geometrie, Umweltindikatoren) gruppiert werden.

Derzeit standardisieren die bestehenden Datensätze für Bauprodukte jedoch die alphanumerischen Daten, die für die Kreislaufwirtschaft von Baustoffen erforderlich sind, nicht ausreichend. Es gibt keine umfassende Definition der Struktur, des Typs und der Menge der erforderlichen Daten zur Förderung der Kreislauffähigkeit. Dieses Problem ist auf das Fehlen spezifischer regulatorischer Vorschriften und ein mangelndes Verständnis der Informationsbedürfnisse der Stakeholder zurückzuführen.

Struktur einer Produktdatenvorlage

Die Daten des PDT sind in einer Hierarchie organisiert, die Modellentitäten (z. B. Fenster, Türen usw.), Eigenschaften und Attribute umfasst.

Die Eigenschaften beschreiben die Merkmale eines Objekts, während die Attribute spezifische Werte für diese Eigenschaften zuweisen (z. B. die Fläche einer Wand). Die Schritte zur Erstellung eines PDT umfassen die Sammlung und Normalisierung der Parameter, die Organisation in Kategorien (z. B. geometrische Daten, Nachhaltigkeitsdaten) und deren Strukturierung.

Ein entscheidender Aspekt ist die Aktualisierung der Produktdatenvorlagen durch das Feedback von Fachleuten der Branche und die Sicherstellung der Lesbarkeit der Informationen durch Verbindungen zu interoperablen Datenwörterbüchern.

Für zirkuläre Arbeitsabläufe werden PDTs entscheidend, um Materialien und Bauprodukte mit ihrer Recycelbarkeit, Wiederverwendbarkeit oder verantwortungsvollen Entsorgung zu verknüpfen. Es gibt bereits Vorschläge wie das „Product Circularity Datasheet“ (PCDS), das spezifische Eigenschaften für die Kreislauffähigkeit (Zusammensetzung, Hinweise zum Zerlegen und Wiederverwenden usw.) umfasst. Diese Lösungen müssen auch in Bezug auf Interoperabilität angepasst werden, um die Lesbarkeit, den Austausch und das Management im Laufe der Zeit durch alle Stakeholder zu gewährleisten.

Definition des Informationsbedarfs (LOIN) im Projekt RecycleBIM

Ein weiterer grundlegender Aspekt des Projekts RecycleBIM war die Definition des Informationsbedarfs (LOIN), das die Granularität und den Detaillierungsgrad der Informationen festlegt, die jedem Objekt des Modells zugeordnet werden müssen, die für jede Phase des Lebenszyklus des Projekts erforderlich sind. Basierend auf der Norm EN 17412-1 wurde das LOIN in verschiedenen Kontexten angewendet:

• geometrische Modellierung: 3D-Darstellungen der Bauelemente mit Spezifikationen zur geometrischen Komplexität zur Quantifizierung der Materialien;
• alphanumerische Daten: Verwendung von Produktdatenvorlagen (PDT), um die Lesbarkeit durch Maschinen und die Einheitlichkeit der Informationen zu gewährleisten;
• Dokumentation: Verknüpfung von Datensätzen mit Umweltproduktdeklarationen (EPD) und anderen Dokumentationsquellen zur Unterstützung der Bewertung der Kreislauffähigkeit.

Der erforderliche Detaillierungsgrad für die Dekonstruktion kann je nach Bedarf variieren und kann von einer vereinfachten Darstellung zur groben Quantifizierung bis hin zu einem höheren Detaillierungsgrad für eine detailliertere Analyse der Materialien reichen.

Das Konzept der Granularität in LOINs

Geometrische Modellierung

Die geometrische Darstellung der Komponenten erfolgt hauptsächlich in 3D, um die Quantifizierung der Materialien basierend auf ihrem Volumen zu ermöglichen. In einigen Fällen, wie bei Fenstern oder Türen, könnte jedoch eine 3D-Darstellung nicht erforderlich sein, und 2D-Darstellungen (Fläche) könnten ausreichen, um die Quantifizierung zu erleichtern.

Die Geometrie muss ausreichend detailliert sein, um die Quantifizierung der Materialien und das Verständnis ihrer Eigenschaften zu ermöglichen, ohne dass eine übermäßig komplexe und detaillierte Modellierung erforderlich ist, wie sie für die Visualisierung vorgesehen ist.

Wenn ein Gebäude tatsächlich als Ressource für die Materialrückgewinnung betrachtet wird, muss seine digitale Darstellung eine präzise Verwaltung der einzelnen Komponenten sowohl auf Material- als auch auf Produktebene ermöglichen. Wenn es sich beispielsweise um Produkte handelt, die aus einem einzigen Material bestehen (wie Zement oder Beschichtungen), fallen die Darstellung des Materials und der Geometrie zusammen. Im Falle von Produkten, die aus heterogenen Materialien bestehen, muss die Informationsverwaltung jedoch detaillierter und differenzierter sein, da die Trennung der Materialien und deren Rückgewinnung einen integrierten Ansatz erfordert, der sowohl die Informationen zu den Materialien als auch zu den Produkten vereint.

Beispielsweise kann die Geometrie einer Wand als einfache Form (rechteckig) dargestellt werden, die die äußere Form definiert, ohne auf die Details der Verbindungen zwischen den Elementen einzugehen. Wenn jedoch die Verbindungen zwischen den Komponenten (wie im Fall eines Daches mit einer Wand) die Materialmenge beeinflussen, müssen sie detaillierter dargestellt werden.

Alphanumerische Daten

Jedes Objekt im BIM-Modell muss eindeutig identifiziert werden durch:

1. Code, der aus einem Standardschema abgeleitet ist, z. B. durch die Verwendung von Klassifikationen wie:
   • Uniclass: ein internationales System zur Klassifizierung von Bauobjekten. Ein Beispiel für einen Code könnte Pr_30_59_98 für Fenster sein;
   • Omniclass oder ISO 12006-2: andere verbreitete Standards in der Branche, um eine homogene Integration in Datenbanken zu gewährleisten.
2. Zuordnung zur entsprechenden IFC-Klasse, z. B.:
   • IfcWall für Wände;
   • IfcDoor für Türen;
   • IfcWindow für Fenster;
   • usw.

Diese standardisierte Identifizierung ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die Daten ohne Mehrdeutigkeiten zwischen verschiedenen Akteuren und Software verwendet und geteilt werden können.

Für jede Komponente des Modells ist es außerdem wichtig, Details zu den Materialien, aus denen sie bestehen, einzuschließen, darunter:

• Materialtyp: angeben, ob es sich um Zement, Glas, Metall, Holz, Kunststoff usw. handelt;
• Materialmerkmale: Gewicht und Gesamtvolumen;
• Recyclinganteil: der Prozentsatz des recycelten Materials, das in der Komponente enthalten ist;
• Chemische Behandlungen: eventuelle Prozesse oder Substanzen, die auf das Material angewendet wurden (z. B. Farben oder Dichtstoffe);
• Umweltdaten: Verknüpfung des Materials mit Nachhaltigkeitserklärungen wie:
  • EPD (Environmental Product Declaration): liefert Informationen über die Umweltauswirkungen des Materials während des Lebenszyklus;
  • DoP (Declaration of Performance): Erklärung zu den technischen und umweltbezogenen Eigenschaften des Materials.

Schließlich sind auch Informationen zur Kreislauffähigkeit erforderlich, um die Rückgewinnung und Wiederverwendung von Materialien zu erleichtern, wie:

• Rückverfolgbarkeit von Materialien und Komponenten: Informationen über den Hersteller, das Herstellungsjahr, die Nutzungsbedingungen;
• Verknüpfungen zu Sekundärmärkten: Jede Komponente muss dokumentiert werden, damit sie leicht in Datenbanken oder Marktplätze für wiederverwendbare Materialien integriert werden kann;
• Materialzustand: angeben, ob ein Material ohne Behandlungen wiederverwendbar, nach Verarbeitung recycelbar oder zur Deponierung bestimmt ist.

Verwendung der Product Data Template (PDT)

Um die alphanumerischen Daten von Objekten zu organisieren und sie sowohl für Menschen als auch für Maschinen lesbar zu machen, ist die Verwendung von PDT, standardisierten Vorlagen, die Folgendes umfassen, ratsam:

• obligatorische Informationen: minimale Daten, die erforderlich sind, um das Objekt zu identifizieren und zu bewerten;
• optionale Eigenschaften: zusätzliche Informationen, die für spezifische Analysen nützlich sind (z. B. Wärmedämmung, strukturelle Widerstandsfähigkeit).

Die PDT entsprechen internationalen Standards wie der ISO 23387, die die Strukturierung von Daten zur Interoperabilität fördert.

Darüber hinaus wird ein Datenwörterbuch verwendet, um sicherzustellen, dass die Begriffe und alphanumerischen Eigenschaften eindeutig definiert und standardisiert sind. Dies gewährleistet:

• Einheitlichkeit in der Terminologie;
• Interoperabilität zwischen Plattformen.

Die alphanumerischen Informationen sind direkt in das BIM-Modell oder die entsprechenden Datenbanken integriert. Zum Beispiel:

• Attribute eines BIM-Objekts: jede Wand, Tür oder Fenster im Modell hat einen Satz von alphanumerischen Informationen, die direkt am Objekt sichtbar sind;
• Tabellen und Datenblätter: die alphanumerischen Daten können in Tabellenkalkulationen oder Tabellen für externe Analysen exportiert werden.

Zusammenfassend stellen die alphanumerischen Inhalte das Herzstück der Dokumentation für die Planung von Abbruch und Materialrückgewinnung dar, da sie:

• die Rückverfolgbarkeit der Materialien verbessern;
• die Interoperabilität zwischen Systemen erleichtern;
• die Wiederverwendung und das Recycling fördern und somit zu den Zielen der Nachhaltigkeit und Kreislauffähigkeit beitragen.

Dokumentation

In diesem Kontext beschränkt sich die Dokumentation nicht nur auf die Erfassung alphanumerischer oder geometrischer Informationen, sondern umfasst auch eine Reihe von Informationen, die die ordnungsgemäße Verwaltung, Bewertung und Planung der Abbruch- und Recyclingaktivitäten unterstützen. Die Dokumentation kann eine Vielzahl von Informationen umfassen, die von Fotografien bis zur Umweltanalyse der Materialien reichen, und ist entscheidend, um den Übergang zu einer nachhaltigeren und zirkulären Bauweise zu erleichtern.

1. Arten der erforderlichen Dokumentation

• Fotografien und Scans des Standorts
  Fotografien des Gebäudes oder seiner Komponenten: Die Bilder sind visuelle Werkzeuge, die es ermöglichen, den aktuellen Zustand des Gebäudes vor dem Abbruch zu dokumentieren. Die Fotografien dienen dazu, besondere Merkmale hervorzuheben, wie die Anordnung der Komponenten, den Zustand der Materialien und die Zugänglichkeit zu den verschiedenen Bereichen.
  Diese Bilder können im BIM-Modell als Links zu den jeweiligen alphanumerischen Ressourcen hochgeladen werden, was die visuelle Referenzierung der im Modell beschriebenen Komponenten erleichtert.
  3D-Scans (z. B. durch Laserscanning oder Photogrammetrie): Ein dreidimensionaler Scan des Standorts ermöglicht eine präzise und detaillierte Darstellung des Gebäudes, wobei die Geometrie und die genaue Position der abzubrechenden Objekte hervorgehoben werden. Diese Scans sind entscheidend, um eine solide geometrische Datenbasis für die Abbruchplanung zu haben.
• Historische und Projekt-Dokumentation
  Historische Daten zu den verwendeten Materialien und Komponenten: Die historische Dokumentation kann Details über den Bau des Gebäudes enthalten, wie die Art der verwendeten Materialien, die Bauverfahren, eventuelle im Laufe der Zeit angewandte Behandlungen usw. Diese Informationen sind entscheidend, um das Recyclingpotenzial der Materialien oder das Vorhandensein gefährlicher Substanzen (wie Asbest, giftige Farben usw.) zu bestimmen.
  Ursprüngliche Pläne und architektonische Skizzen: Die ursprünglichen Pläne des Gebäudes können verwendet werden, um die Anordnung der Räume und die tragende Struktur besser zu verstehen. Diese Dokumente sind auch wichtig, um zu bestimmen, wie die Bauteile zusammengesetzt wurden und um den Abbruch sicher und effizient zu planen.
  Wartungs- und Inspektionsberichte: Berichte über im Laufe der Zeit durchgeführte Wartungsarbeiten können den Erhaltungszustand bestimmter Strukturen und Materialien aufzeigen, wie die Verstärkung von Fundamenten oder Dächern oder die Verwendung spezieller Abdichtungstechnologien. Diese Daten können die Entscheidungen über die Abbruch- oder Recyclingmethoden beeinflussen.

2. Umwelt-Dokumentation

• Umweltproduktdeklarationen (EPD) – Die EPD (Environmental Product Declarations) sind freiwillige Erklärungen, die Informationen über die Umweltauswirkungen eines Materials oder Produkts während seines gesamten Lebenszyklus bereitstellen, von der Produktion bis zur Entsorgung. Im Kontext eines abzubrechenden Gebäudes liefert die Einbeziehung von EPD Details zu:
  • den Auswirkungen der verwendeten Rohstoffe (z. B. die mit der Produktion von Zement oder Stahl verbundenen CO2-Emissionen);
  • der Haltbarkeit und den Eigenschaften der Materialien während ihrer Nutzungsdauer;
  • Entsorgungs- oder Recyclingoptionen, z. B. ob es leicht recycelbar ist oder ob es spezifisch behandelt werden muss, um die Umweltauswirkungen zu reduzieren.
• Leistungsdeklaration (DoP) – Die Leistungsdeklaration (DoP) liefert spezifische Informationen über die Leistungsmerkmale eines Materials oder Bauteils, wie strukturelle Festigkeit, Wärme- oder Schallschutz, Haltbarkeit, Feuerbeständigkeit und andere technische Merkmale. Diese Daten sind besonders wichtig für:
  • die Bewertung, ob ein Bauteil ohne Änderungen wiederverwendet werden kann;
  • die Identifizierung von Materialien, die möglicherweise spezifische Behandlungen benötigen, bevor sie wiederverwendet werden.

3. Dokumentation für die Planung der Demontage

• Dokumentation für die „Lean Deconstruction„ – Die Lean Deconstruction ist ein Ansatz, der sich auf die Optimierung der Demontageprozesse konzentriert, um Kosten, Zeit und Abfall zu reduzieren. Um diesen Ansatz umzusetzen, sind erforderlich:
  • detaillierte Pläne für die Entsorgung und Wiederverwertung von Materialien;
  • die Planung der Demontagephasen.

4. Verknüpfung zwischen Dokumentation und BIM-Modell

Die Dokumentation muss mit dem BIM-Modell verknüpft sein, damit alle alphanumerischen, geografischen und historischen Informationen in Echtzeit zugänglich sind:

• fotografische Verknüpfung zu den Komponenten im BIM-Modell: Die Bilder und Scans können mit den einzelnen Komponenten verknüpft werden, sodass Fachplaner das physische Erscheinungsbild des Objekts direkt im digitalen Modell visualisieren können;
• Integration der Umweltdeklarationen und der Informationen zu den Materialien: Die EPD- und DoP-Dokumente können mit den Objekten im BIM-Modell verknüpft werden, um eine einfache Konsultation während der Planungsphasen der Demontage zu ermöglichen.

5. Erstellung einer Materialdatenbank

Sobald die Materialien und Komponenten des Gebäudes identifiziert sind, kann eine zentrale Datenbank erstellt werden, um Folgendes zu überwachen:

• die Verfügbarkeit der Materialien zur Wiederverwendung;
• die Zusammensetzung und die Qualität der recycelbaren Materialien;
• die Möglichkeiten, Materialien weiterzuverkaufen oder für eine spätere Nutzung verfügbar zu machen.

Dies sind die unverzichtbaren ersten Schritte, um ein Projekt zur Verwaltung, Wiederverwendung, zum Recycling oder zur Entsorgung von Materialien aus Abbrucharbeiten zu starten.