Fertigteil 2.0

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.

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, und speziell bei einer vermeintlich unerschöpflichen Ressource für das Bauen mit Beton: Im Februar 2019 warnt der Zentralverband Deutsches Baugewerbe davor, dass Sand zu einem knappen Gut wird. 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.

Diagramm zur real-digitalen Prozesskette von „Fertigteil 2.0“, welches den gesamten Prozess vom Urban Mining bis hin zur Montage der aufbereiteten Fertigteile 2.0 visualisiert.

Von Digital-Real zu Real-Digital

„Fertigteil 2.0“ versammelt Expert:innen 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 von existierenden Schlüsseltechnologien

Das Ziel des Projektes ist eine direkt anwendbare real-digitale 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 durch das Institut 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.

Wasp ist ein open-source Grasshopper-Plugin, das in Python entwickelt wurde, um Aggregationen mit Hilfe von diskreten Elemente graph- und regelbasierter zu erstellen und zu entwerfen.
Ein reiner Druckbogen aus gescannten Natursteinen und ergänzenden 3D-gedruckten Fugen innerhalb der Prozesskette „Scan-Print-Assemble“.