BIM-gestützte Nachhaltigkeitsbewertung bei Brückenbauwerken

Dissertation am KIT

Brücken sind ein essenzieller Bestandteil der Verkehrsinfrastruktur und ermöglichen den Transport von Personen und Gütern. Durch Bau- und Instandsetzungsmaßnahmen wird diese Funktion stark beeinträchtigt. Baustellen reduzieren temporär die Kapazität der Straßen und führen so zu Staus, Stop-and-go-Verkehr und im Extremfall bei Vollsperrungen oder hohen Verkehrsbelastungen zu zusätzlichen Umleitungskilometern. Die daraus resultierenden verkehrsbedingten Umweltwirkungen und volkswirtschaftlichen Kosten werden derzeit bei der Auswahl einer Brückenvariante ebenso wenig berücksichtigt wie die bauwerksbedingten globalen Umweltwirkungen. Hauptentscheidungskriterium sind die Herstellungskosten.
In dieser Arbeit wird ein Workflow entwickelt, um die bauwerks- und verkehrsbedingten globalen Umweltwirkungen, die Lebenszykluskosten sowie die volkswirtschaftlichen Kosten einer Brückenvariante in verschiedenen Planungsphasen mithilfe von Building Information Modeling (BIM) möglichst teilautomatisiert zu berechnen. Unter Verwendung der Elementmethode werden einzelne Positionen für den Bau einer Brücke vorbilanziert, mit externen Datenquellen (z. B. der ÖKOBAUDAT) verknüpft und zu Elementen zusammengesetzt.

Mögliche Detailszenarien zur Bewertung von Brücken als festes Entscheidungskriterium

Für eine Anwendung in frühen Planungsphasen werden die Elemente über statistische Anteile voraggregiert. Maßnahmen im Lebenszyklus werden als Folgeelemente definiert und über unterschiedliche Instandhaltungsstrategien mit den Elementen verknüpft. Alle Elemente und Positionen werden in einer Elementdatenbank verwaltet.
Für eine projektspezifische Analyse können die vorbilanzierten Elemente auf unterschiedliche Weise mit BIM-Brückenmodellen verknüpft werden, bspw. durch eine nachträgliche Klassifikation der BIM-Objekte in der Autorensoftware. Anschließend wird das BIM-Modell über ein offenes Datenaustauschformat (z. B. Industry Foundation Classes) an einen Berechnungsalgorithmus übergeben. Neben dem BIM-Modell, der Elementdatenbank und den externen Datenquellen sind manuelle Eingaben zu Systemgrenzen, Instandhaltungsstrategien, Transportdistanzen etc. erforderlich, da diese Informationen nicht aus dem BIM-Modell entnommen werden können. Mithilfe eines deterministischen Warteschlangenmodells und Methoden der Ökobilanzierung und Lebenszykluskostenrechnung werden die ökologischen, ökonomischen und volkswirtschaftlichen Auswirkungen einer Brückenvariante berechnet. In der Vorplanung können so Brückenvarianten miteinander verglichen und die Vorzugsvariante kann während des gesamten Planungsprozesses kontinuierlich ganzheitlich bewertet und optimiert werden.