WOHNEN 4.0 - Digitale Plattform für leistbares Wohnen

Status

abgeschlossen

Motivation und Forschungsfrage

Gleichzeitig mit der digitalen Transformation der Bauindustrie wurde auch, bedingt durch den steigenden Bedarf an kostengünstigem Wohnraum, der industrielle Wohnbau neu belebt. Bei Planungs- und Bauprozessen für Wohnbauten in modularen Bauweisen wurden die Potenziale digitaler Technologien in der Planung, dem Bauprozess und der Bewirtschaftung noch nicht ausreichend integriert. Im Forschungsprojekt „Wohnen 4.0" wurde die Koppelung von digitalen Prozessen und modularen Bauweisen bzw. Baukastensystemen untersucht mit dem Ziel, die Produktion von Wohnraum nicht nur zu beschleunigen, sondern durch Skaleneffekte und optimierten Materialeinsatz Kosten- und Ressourceneinsatz zu minimieren.

Ausgangssituation/Status Quo

Bisherige Forschung zu BIM-basierten Off-Site Produktion ist stark auf die Prozessoptimierung und die Reduktion der Kosten und Zeit fokussiert, jedoch ohne die Nutzeranforderungen, wie z.B. Flexibilität und Adaptabilität bzw. Nutzerpartizipation, einzubinden. Die bisherigen Projekte sind aus der Perspektive der Bauunternehmen und Fertigteil-Industrie hervorgegangen und nicht aus der planerischen Perspektive, welche die Raumqualität, Nutzerbedürfnisse als auch sozio-politische Rahmenbedingungen berücksichtigen würde.

Projekt-Inhalte und Zielsetzungen

Im Forschungsprojekt „Wohnen 4.0" wurde ein Rahmenwerk für die digitale Plattform „Wohnen 4.0" entwickelt. Eine Wissensdatenbank basierend auf digitalen Werkzeugen ermöglichen eine integrale Projektabwicklung. Der Fokus wurde auf der Entwicklung und Nutzung von BIM-Objektbibliotheken für die modulare Off-Site Produktion im Geschoßwohnbau gelegt. Erstmalig werden auch Nutzer:innen beteiligt und dadurch der zunehmend wichtiger werdende Aspekt der Partizipation integriert. „Wohnen 4.0" koppelt eine Wissensdatenbank und zwei Komponenten: das „BIM4D2P" (BIM for Design to Production), welches primär die Planenden, Bau- und produzierenden Unternehmen adressiert während „PHD" (Parametric Habitat Designer) für Nutzer:innen, Planenden und Bauträger konzipiert wurde. „BIM4D2P" bildet die Schnittstelle zwischen Planung und Herstellung und ermöglicht die interdisziplinäre, direkte Datenübertragung der entwickelten BIM-Objekte in die Off-Site Produktion. Durch die Schaffung gemeinsamer Datenstrukturen in der Schnittstelle zwischen Bauteilplanung und -produktion können Datenverluste eliminiert werden. Mittels „PHD" wird eine automatisierte Generierung und Visualisierung von Grundrissen und Gebäudeformen ermöglicht. PHD bietet zudem die Option von Szenarienbildungen die Entscheidungsfindung in der Lebenszyklusplanung ermöglichen.

Methodische Vorgehensweise

Innerhalb der Wissensdatenbank wurden die Kriterien, die als besonders wichtig in Verbindung mit den Zielen des Projekts identifiziert und dokumentiert. Anhand des Kriterienkataloges wurden Fallstudien nach i) Prozess, ii) Nachhaltigkeit und iii) Nutzung quantitativ bewertet. Es wurde ein Modulbau-Katalog erstellt. Mittels Literaturrecherche und Analyse wurde eine Evaluierung der Wohntrends erstellt. Durch die Evaluierung wurden die qualitativen Parameter des Wohnens sowie die Anforderungen an Flexibilität und Adaptabilität für Off-Site Produktion, Institutionen, normative Rahmen, Akteure, Material, technische Systeme qualitativ erhoben. Die Analyse der technischen Parameter wurde in Form von technischen Constraints mit den Projektpartnern der Praxis erarbeitet. Die Untersuchung der rechtlichen Parameter, erfolgt anhand einer Evaluierung normativer Regelwerke. Wirtschaftliche Parameter wurden als Analyse des Wiener Wohnbauförderungs- und Wohnhaussanierungsgesetzes erstellt. Die nutzerspezifischen Parameter wurden anhand einer Analyse des Use Case, einer Wiener Baugruppe, erhoben. Architekt:innen, Bauträger und Hersteller-, Planende bzw. Baufirmen wurden mittels Leitfaden-gestützten Expertinneninterviews befragt. Ein Konzept des BIM4D2P wurde entwickelt, das den Design-Build-Operate Prozess abbildet. Diesem vorangehend wurden mittels forschungsgeleiteter Lehre Disziplinmodelle generiert. Die Workflows der Disziplinmodelle und die Expertinneninterviews liefern notwendige Informationen zu Prozess-, Projektabwicklungs- und Datenstrukturen, die zur Modellkonzipierung des BIM2P genutzt werden. Um Parameter und Eingabedaten, die die BIM-Objektbibliothek eines modularen, mehrgeschossigen Wohnbauprojekts beinhalten muss, wurde einen Reverse-Engineering-basierten Top-down und Bottom-up Modellierungsansatz untersucht. Für den PHD wurde die bestehende Software "Michelangelo" von Procedural Design auf die Projektdomäne ausgebaut und mit neuen Konzepten erweitert. Die neuen Konzepte für integrale Planung im architektonischen Bereich umfassen „Prefabricates", asynchrone Aggregatoren, sowie einen Grundrissgenerator. Um das Rahmenwerk der digitalen Plattform zu testen und zu verifizieren wurden drei Nutzerstudien durchgeführt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Wesentliche Ergebnisse des gegenständlichen Forschungsprojekts sind die Konzepte für BIM4D2P sowie PHD, die digitale BIM-Objektbibliothek, sowie die Schaffung von gemeinsamen Schnittstellen und Datenstrukturen für den Daten- und Informationsaustausch entlang der Wertschöpfungskette. In „Wohnen 4.0" kann durch eine digitale, BIM-basierte Planung, Modellierung und Optimierung eine Kosten- und Bauzeitreduktion sowie eine Individualisierung im Wohnbausektor erzielt werden und somit nachhaltiger und leistbarer Wohnraum geschaffen werden. Um die Potenziale digitaler Technologien bei modularen Bauweisen im Geschoßwohnbau nutzen zu können, wird auf die Vernetzung von Planenden, Bauunternehmen und Bauproduzenten, sowie Nutzer:innen und Bauträgern gesetzt. Das Projekt untersuchte die Potenziale der Digitalisierung und Vorfertigung in der Planung und im Bau von modularen Geschoßwohnungsbauten entlang der gesamten Wertschöpfungskette.

Ausblick

Die erreichten Ergebnisse in „Wohnen 4.0" bilden die Basis für das Folgeprojekt „Circular Twin" - Ein digitales Ökosystem zur Generierung und Bewertung kreislauffähiger Digitaler Zwillinge. Das Ziel von "Circular Twin" ist, Wiederverwendbarkeit und -verwertbarkeit der Materialien, Komponenten und Bauteile im Lebenszyklus bereits in der frühen Planungsphase eines Bauprojektes zu ermöglichen und zu bewerten. Um dies zu erreichen, schlägt dieses Vorhaben ein digitales Ökosystem zur Generierung und Bewertung kreislauffähiger Digitaler Zwillinge sowie Visualisierung von End of Life-Szenarien via Virtual Reality in den frühen Planungsphasen vor. Neben Generative Design Methoden, die eine automatisierte und variantenreiche Generierung von Digitalen Zwillingen, gekoppelt an eine BIM Objektdatenbank ermöglichen, werden auch Algorithmen konzipiert, die eine Bewertung der Kreislauffähigkeit, Materieller Gebäudepässe (MGP) und EU-Taxonomie-Konformität ermöglichen.

Projektleitung

Univ. Prof. Dipl.Ing. Dr.techn. Iva Kovacic, Institut für interdisziplinäres Bauprozessmanagement – Integrale Bauplanung und Industriebau, Fakultät für Bauingenieurwesen (TU-IBAU), Technische Universität Wien

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

• Institute of Visual Computing and Human-Centered Technology / Research Division of Computer Graphics - TU Wien
• Procedural Design s.r.o. & Co. KG
• ATP Planungs- und Beteiligungs AG
• Mag. Robert Temel
• Dipl. Ing. Wilhelm Sedlak GesmbH
• Hödl Ingenieurholzbau GmbH

Univ. Prof. Dipl.Ing. Dr.techn. Iva Kovacic
Karlsplatz 13, E234-2
A-1040 Wien
Tel.: +43 (1) 58801 215 26
E-Mail: iva.kovacic@tuwien.ac.at
Web: www.industriebau.tuwien.ac.at