Fertigteil 2.0

Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft – Bauen und Mineralische Stoffkreisläufe (ReMin)

Im Projekt Fertigteil 2.0 werden Betonbauteile aus zum Abriss bestimmten Gebäuden als wiederverwendbare „fertige Bauteile“ für Neubauten gewonnen. Auf Basis einer neuartigen real-digitalen Prozesskette werden Gebäude digitalisiert und als digitaler Zwilling in einem BIM Modell abgebildet. Die Betonbauteile werden anschließend zu flexiblen neuen Fertigteilkonstruktionen zusammengefügt.

Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft – Bauen und Mineralische Stoffkreisläufe (ReMin)“ gefördert. „ReMin“ ist Teil des BMBF-Forschungskonzepts „Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft“ und zielt auf ressourceneffizientes Bauen sowie die erweiterte Nutzung mineralischer Sekundärrohstoffe aus Baurestmassen, Schlacken, Aschen und bergbaulichen Rückständen.

Kreislaufwirtschaft in der Baubranche
 

Der globale Klimawandel, zunehmende Ressourcenknappheit sowie ein stetig steigender Bedarf an Gebäuden erfordern die Implementation von echten Material- und Wirtschaftskreisläufen. Das Bauwesen trägt in erheblichem Maße zum weltweiten Ressourcenverbrauch bei, da viele Materialströme noch immer linear und nicht rückführend organisiert sind. Insbesondere bei mineralischen Rohstoffen und Bauteilen findet ein Großteil der Materialien nach dem ersten Einsatz keine Wiederverwendung mehr. Dabei zeigt sich die Notwendigkeit der Kreislaufwirtschaft in jüngster Zeit bei einer Vielzahl von Baustoffen – speziell bei einer vermeintlich unerschöpflichen Ressource für das Bauen mit Beton. So wird Sand beispielsweise zu einer knappen Ressource. Während auf Werkstoffebene für Recyclingbetone zumindest Richtlinien für den Einsatz vorliegen, existiert kein Ansatz zur Wiederverwendung auf Bauteilebene. Die in Gebäuden durch die Herstellung gebundene Primärenergie und ingenieurstechnische Planungsleistung geht hierdurch größtenteils verloren. Dabei bestehen Bestandsgebäude bereits aus „fertigen Bauteilen“, die weiterverwendet werden können. Heute verfügen wir über die technologischen Grundlagen, um große Teile von Baurestmassen als wertvolle Rohstoffe für eine Weiterverwendung einzusetzen. Das Projekt Fertigteil 2.0 entwickelt innovative Strategien und digitale Prozessketten, um zu diesem notwendigen Paradigmenwechsel beizutragen.

Von Digital-Real zu Real-Digital

Fertigteil 2.0 versammelt Expertinnen und Experten der Architektur, Ingenieurswissenschaften, Vermessung und Gebäudedigitalisierung. Das interdisziplinäre Team arbeitet daran, die konventionellen digital-realen Prozessketten umzukehren: Während die Gebäudeplanung gegenwärtig mit einem digitalen Planungsprozess beginnt und das geplante Gebäude anschließend materialisiert wird, startet Fertigteil 2.0 mit einem bestehenden, zum Abriss bestimmten Gebäude. Betonbauteile, gewonnen durch kontrollierte Demontage bestehender Gebäude, werden in einer real-digitalen Prozesskette zunächst digitalisiert, katalogisiert, digital aufbereitet und anschließend mittels Robotik in neue, aufgearbeitete Betonfertigteile verwandelt. Durch innovative Softwarelösungen werden diese diskreten Elemente anschließend zu trockengefügten Strukturen zusammengesetzt und werden somit sowohl zu Gebäuden der Gegenwart als auch zum Bauteillager für Gebäude von morgen.

Verbindung existierender Schlüsseltechnologien

Das Ziel des Projekts ist eine direkt anwendbare realdigitale Prozesskette, die bereits existierende Technologien wie digitale Erfassung, algorithmische Planung, Produktion, Datenmanagement, Lebenszyklusanalyse und Logistik auf intelligente Art und Weise miteinander verbindet. Damit wird der geschlossene Wirtschaftskreislauf der Fertigteile 2.0 auf einer digitalen Plattform modelliert und abgewickelt. Ein Demonstrator aus weiterverwendeten Fertigteilen 2.0 veranschaulicht die Prozesskette. Bestehende Gebäudestrukturen werden durch FARO digitalisiert und wiederverwendbare Betonteile identifiziert. Diese werden eindeutig durch RFID-Markierungen gekennzeichnet und mittels BIM-Modellen von THING TECHNOLOGIES in einen digitalen Zwilling überführt. Nach Demontage des Gebäudes werden die Bauteile zur weiteren Verwendung durch subtraktive Nachbearbeitung des Instituts für Tragwerksentwicklung (ITE) uniformisiert. Die Digital Design Unit (DDU) entwickelt Softwarelösungen auf Basis von diskreten, graphenbasierten Methoden und kombinatorischen Optimierungsprozessen, um Architekturentwürfe mit einem Maximum an Fertigteilen 2.0 umsetzen zu können. Das Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen (ENB) begleitet diesen gesamten Prozess mit einer umfassenden Lebenszyklusanalyse, um den ökologischen und ökonomischen Einfluss dieser Prozesskette zu quantifizieren.