Ein zweites Leben für Betonbauteile
Forschungsprojekt für geschlossene Wirtschafts- und Materialkreisläufe
Noch immer werden die meisten Bauteile nicht wiederverwendet, obwohl viele Rohstoffe – wie etwa der für Beton nötige Sand – immer knapper werden. Forschende der TU Darmstadt und der TU Braunschweig haben sich gemeinsam mit den Industriepartnern Thing Technologies und Faro diesem Problem genähert. Im Projekt Fertigteil 2.0 entwickelten sie eine real-digitale Prozesskette, die Betonbauteilen ein zweites Leben gewähren soll, und testeten sie im Maßstab 1:1. Im Rahmen der Fördermaßnahme Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft – Bauen und Mineralische Stoffkreisläufe (ReMin) erhielt das Team finanzielle Unterstützung vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).
Bild: FARO Europe GmbH (3D-Scan); Digital Design Unit (DDU), Technische Universität Darmstadt (Grafische AUfbereitung)
Bild: FARO Europe GmbH (3D-Scan); Digital Design Unit (DDU), Technische Universität Darmstadt (Grafische AUfbereitung)
Bild: Malcolm Unger; Digital Unit (DDU), Technische Universität Darmstadt
Übergeordnetes Ziel der war es, wichtige Bautechnologien wie digitale Erfassung, algorithmische Planung, Produktion, Datenmanagement, Lebenszyklusanalyse und Logistik sinnvoll miteinander zu verknüpfen, um einen geschlossenen Wirtschafts- und Materialkreislauf zu etablieren. Damit möchten die Wissenschaftler*innen zu einem Paradigmenwechsel im Umgang mit vorhandenen Materialien und Bauteilen beitragen.
Vom Rückbau zum digitalen Bauteil
Während die Planung von Neubauten aktuell am PC beginnt, bevor das reale Gebäude errichtet wird, kehrt sich der Prozess bei Fertigteil 2.0 um: Startpunkt ist die digitale Aufnahme von bestehenden, zum Abriss bestimmten Bauwerken und die Identifizierung von wiederverwendbaren Betonteilen. Die durch kontrollierte Demontage gewonnenen Elemente werden digitalisiert, katalogisiert und um Informationen zu ihren Eigenschaften ergänzt. Anschließend werden sie mit Robotertechnik zu neuen Betonfertigteile aufgearbeitet. Softwarelösungen helfen, aus ihnen trockengefügte Strukturen zusammenzusetzen, die für einen weiteren Wiederverwendungszyklus demontierbar sind und somit als Bauteillager fungieren.
Interdisziplinäres Forschungsteam
An dem Forschungsprojekt arbeitet ein multidisziplinäres Team: Die Digitalisierung, Identifizierung und Kennzeichnung der Bauteile per 3D-Scans und RFID-Markierungen übernahm der Messspezialist Faro. Für die Überführung in einen digitalen Zwilling mithilfe von BIM-Modellen war Thing Technologies verantwortlich. Die auf den Rückbau folgende subtraktive Nachbearbeitung und Uniformierung der Bauteile lag beim Institut für Tragwerksentwurf (ITE) der TU Braunschweig. Hier wurden die mit Diamantsägen gewonnenen Bauteile im Digital Building Fabrication Laboratord (DBFL) mit robotergestützten Sägen und Fräsen vereinheitlicht.
Die Digital Design Unit (DDU) der TU Darmstadt war für die
Entwicklung von passenden Softwarelösungen zuständig. In einem
digitalen „Lager“ (Respository) katalogisierte das DDU die
Bauteilgeometrien zusammen mit relevanten Metadaten. Für eine
Lebenszyklusanalyse und die Quantifizierung des ökologischen und
ökonomischen Faktoren der neuen Prozesskette wurde das Fachgebiet
Entwerfen und Nachhaltiges Bauen (ENB) der TU Darmstadt
hinzugezogen.
Fertigteile 2.0 im Maßstab 1:1 erprobt
Schließlich testete man den Ablauf und die Bauweise mit einem Demonstrator: Über Metallschuhe mit Vorbohrungen für Schrauben ließen sich die neuen Bauteile in einem Raumgitter verbinden – ohne zusätzlichen Beton. Die standardisierten Verbindungselemente sind ebenfalls wiederverwendbar.
