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Materialressourcen der Stadt digitalisieren, analysieren und nachhaltig bewirtschaften

Die österreichische Metropolregion Wien wächst. Die steigende Bevölkerung fordert Politik und Verwaltung auf, nachhaltige Gebäude leistbar und für eine hohe Lebensqualität bereitzustellen. Die eingesetzten Baumaterialien und die Bauweise prägen die Gebäudesubstanz einer Errichtungsphase der Stadtentwicklung und definieren den Abfall bzw. die Ressourcen der Zukunft. Die Stadt Wien hat sich zudem das Ziel gesetzt, bis zum Jahr 2050 80 % der Materialien aus abgerissenen Gebäuden und großen Renovierungsarbeiten wiederzuverwenden oder zurückzugewinnen. Immerhin umfassen Abfälle aus dem Bauwesen rund 76 % (ca. 44 Mio. Tonnen) des österreichweiten jährlichen Abfallaufkommens. Neben umweltpolitischen Interessen liegt es auch im wirtschaftlichen Interesse, praxistaugliche Prozesse zu verwirklichen, um diese Ressourcen besser zu verwerten. Doch das Wissen über Mengen und Qualitäten dieser gebundenen Ressourcen bzw. Abfallstoffe ist unzureichend.

 

Deshalb wird in dem von der FFG geförderten Forschungsvorhaben M-DAB an einem Methodenset geforscht, um die Materialressourcen der Stadt besser digitalisieren, analysieren und nachhaltig bewirtschaften zu können. Dabei wird untersucht, wie uns digitale Technologien dabei unterstützen können, die bestehenden und zukünftigen Materialressourcen im Bauwesen qualitativ (Baustoffe und deren Recycling) und quantitativ (Baustoffmengen) festzumachen. Der problematischen Ausgangslage wird im Projekt auf drei Ebenen begegnet, wobei sich die Ergebnisse in unterschiedlichen Wirkungszeiträumen entfalten werden:

 

  1. Die Entwicklung eines Simulations- und Visualisierungstools ermöglicht unterschiedlichen Nutzer:innen in der Bauwirtschaft und Verwaltung bereits kurzfristig, auf Informationen zu den im Gebäudebestand schlummernden Materialressourcen zuzugreifen.
  2. Die Simulation/Projektion der Verfügbarkeit von Baurestmassen und deren Verwertungspotenziale bietet die Datengrundlage zur Herstellung von Sekundärbaustoffen für die mittel- und langfristige Zukunft.
  3. Die Identifizierung und Entwicklung bzw. Definition der Anforderungen an die open BIM-Schnittstelle durch die Untersuchung von Prozessen und Formulierung von Handlungsempfehlungen wird die Datenlage langfristig verbessern.

 

Im Projekt sind die Tätigkeiten dazu in fünf wesentliche inhaltliche Schwerpunkte gegliedert, die die Analyse des Gebäudebestands (1), die Entwicklung von Szenarien und Fragestellungen (2), den Aufbau eines Simulationsmodells (3), die Analyse von BIM-Daten und -Schnittstellen (4) und die Analyse von Bau- und Planungsprozessen (5) umfassen.

 

In der Datengrundlage für das Simulationsmodell werden „Open Government Daten“ (OGD) mit verschiedenen Fach-Datensätzen aus unterschiedlichen Magistratsabteilungen der Stadt Wien in einer Datenbank zusammengeführt und weiterverarbeitet, um einen möglichst guten Überblick (Gebäudealter, Sanierungsstatus, Flächen, Volumen, Denkmalschutz, Widmung u. v. a. m.) über die Wiener Gebäude zu erhalten. Zusätzlich werden die Bauwerksdaten (Bauakte) hunderter Bauwerke einer repräsentativen Stichprobe in Bezug auf die Bauweisen und verbauten Materialien analysiert und daraus eine Kategorisierung des Wiener Gebäudebestands durchgeführt. Für diese Kategorien werden Kennzahlen für die spezifische Materialzusammensetzung je Nutzungs- und Alterskategorie ermittelt und Materialbilanzen aus ausgewählten Fallstudien erstellt. 

 

Im Simulations- und Visualisierungstool können auf Basis der Datengrundlage die Bestände und Veränderungen der Materialmengen für unterschiedliche Materialien bzw. Materialgruppen dargestellt werden. Die räumliche Auflösung der Darstellung geht dabei bis auf Baublockebene. Die Umsetzung erfolgt als webbasierter Proof-of-Concept-Prototyp. Die für die Simulation umgesetzten Funktionalitäten und relevanten Fragestellungen wurden mittels Szenarientechnik erarbeitet und in Workshops mit der Stadtverwaltung sowie Vertreter:innen der Bau- und Abfallwirtschaft erörtert und diskutiert. Anhand von konkreten Fallbeispielen werden zudem bestehende BIM-Schnittstellen und Standards analysiert und den identifizierten Anforderungen aus der Analyse von Bau- und Planungsprozessen gegenübergestellt. Aus diesen Erkenntnissen und im Austausch mit Akteur:innen der Planungs- und Bauwirtschaft und auch der Verwaltung (in Workshops und zahlreichen Expert:innengesprächen) werden Handlungsempfehlungen und Prozessentwürfe zur steten Verbesserung der Datenlagen (mit Hilfe von BIM) formuliert und entwickelt.

 

Durch das Projekt wurde der Kenntnisstand über die Materialressourcen verbessert und eine Proof-of-Concept-Umsetzung eines Visualisierungsprototypen zur räumlichen Verortung von Materialressourcen in der Stadt Wien realisiert. Durch die visuelle Aufbereitung der automatisierten Berechnungs- und Simulationsergebnisse kann das Tool als Kommunikations- und Entscheidungsgrundlage dienen. Bei der Entwicklung des Tools wurden als Grundlage Szenarien entwickelt, die mit dem Visualisierungsprototyp konfiguriert, simuliert und dargestellt werden können. Damit wird die spielerische Exploration und Simulation („was-wäre-wenn“) unterschiedlicher Materialmischungen im Neubau, von Policies zu Gebäudeabrissen, aber auch die Auswirkungen unterschiedlichen Stadtwachstums und Wohnraumbedarfs ermöglicht. Begleitet wurde die Tool-Entwicklung von Untersuchungen und der Identifikation von Anforderungen an Datenschnittstellen und (behördliche) Prozesse, um einerseits die Datengenerierung (zur Verbesserung der Datenlage) effizient und wirtschaftlich zu gestalten und andererseits die Datenanwendung zu ermöglichen, um durch frühzeitiges Erkennen von Materialressourcen und (Recycling-)Potenzialen einen Beitrag zur nachhaltigen Stadtentwicklung zu leisten.

 

Die Automatisierung und Standardisierung der Datengrundlagen ist für die langfristige Optimierung und das dauerhafte Monitoring des Baurestmassenmanagements innerhalb der Stadt wesentlich, wobei die „zentrale“ Verknüpfung und Bereitstellung von Sachdaten mit Gebäudegeometrie-Informationen für zahlreiche weitere Forschungs- und Anwendungsfelder eine Schlüsselrolle spielt. Künftig beschäftigt sich das Projektkonsortium vertiefend mit der Qualifizierung und Quantifizierung von Innenentwicklungspotenzialen, wobei erstmals auch die Materialintensität der Innenentwicklung (anfallende Stoffmengen) für unterschiedliche Entwicklungsvarianten sowohl aus Entwicklersicht, aber auch aus gesamtstädtischer Sicht bewertbar gemacht werden soll. Mit der in M-DAB aufgebauten Datenbank und unter Anwendung von material- und umweltbezogenen Indikatoren werden ein Methodenset zur holistischen Bewertung von Potenzialflächen und verschiedene Entwicklungsvarianten und -szenarien zur ressourcenschonenden Innenentwicklung geschaffen, wodurch Einsparungspotenziale beim Einsatz von Primärressourcen und Deponievolumen schon in einer frühzeitigen (strategischen) Planungsphase sichtbar gemacht werden können.

 

FFG-Projektnummer 873569, Stadt der Zukunft – Programm, 6. Ausschreibung, Projektlaufzeit: 09/2019 – 02/2021, Konsortium: TU Wien (Ansprechpartner: Stefan Bindreiter), Side GmbH, Mathias Mitteregger EU

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