Integrale Planung und Industriebau

Circular Twin

Ein digitales Ökosystem zur Generierung und Bewertung kreislauffähiger Digitaler Zwillinge


Bis 2030 wird mehr als das Äquivalent von zwei Erden benötigt, um den Bedarf an natürlichen Ressourcen zu decken, ein Übergang zu zirkulären Systemen ist daher essentiell, insbesondere in der Bauindustrie. Das digitale „Circular Twin” Ökosystem ermöglicht die frühzeitige Implementierung der Ziele der Kreislaufwirtschaft als auch der durchgängigen Digitalisierung im Bauwesen mittels Digitalen Zwillingen, Generative Design Algorithmen und Virtual Reality.


Project description:

Bis zum Jahr 2030 wird mehr als das Äquivalent von zwei Erden benötigt, um den Bedarf der Menschen an natürlichen Ressourcen zu decken, wobei die Bauindustrie für 60 % des weltweiten Rohstoffabbaus und 25% des gesamten weltweiten Abfallaufkommens verantwortlich ist. Da die Abfallbewirtschaftung und die Abfallreduzierung in den frühen Planungsphasen, der Phase mit den größten Auswirkungen während des gesamten Lebenszyklus, nicht berücksichtigt werden, entstehen am Ende des Lebenszyklus von Gebäuden 50% Bau- und Abbruchabfälle. Um die Rohstoffgewinnung und die erzeugte Abfallmenge zu reduzieren, ist es von größter Bedeutung, die Recyclingraten durch Wiederverwendung von Materialien und Bauelementen zu erhöhen und so eine Kreislaufwirtschaft zu ermöglichen. Ein Übergang zu einem zirkulären System ist notwendig, insbesondere in der Bauindustrie, da sie für etwa 38 % aller C02-Emissionen verantwortlich ist und einen großen Einfluss auf die Ressourcenerschöpfung hat. Das europäische European Green Deal entwickelte das auf sechs Umweltziele ausgerichtete Klassifizierungssystem der „EU-Taxonomie“, nach welchen Nachhaltigkeit der Investitionen bewertet werden, bzw. EU-Taxonomie-Konformität geprüft wird. Durch die Schaffung von einem digitalen Ökosystem, welches auf den Komponenten der kreislauffähigen Digitalen Zwillingen, Generative Design Algorithmen und Virtual Reality (VR) basiert, soll das vorliegende Forschungsvorhaben die Entscheidungen unterstützen, welche die Kreislauffähigkeit von Gebäudestrukturen ermöglichen und End of Life Konzepte bereits in frühen Planungsphasen in den Entwurf integrieren. Aufbauend auf dem Forschungsprojekt „Wohnen 4.0 – Digitale Plattform für leistbares Wohnen“ strebt das Projekt „CircularTwin“ an, die in „Wohnen 4.0“ generierte Wissensbasis, die BIM Objektbibliotheken und dazugehörigen Materiellen Gebäudepässe zu nutzen und durch die Kriterien der Kreislaufwirtschaft anzureichern. Das Framework für BIM gestützte materielle Gebäudepässe wurde bereits im Vorgänger-Forschungsprojekt „BIMMaterial“ ausgearbeitet. Hinsichtlich Gebäudemodellierung und Lebenszyklischen Veränderungen (Adaptabilität und Flexibilität) sieht „CircularTwin“ die Anwendung von BIM-basierten Digitalen Zwillingen vor, welche mittels Generative Design in Form einer Vielzahl an Varianten in der frühen Planungsphase und der Re-Use Phase generiert und evaluiert werden. Neben den 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, Materielle Gebäudepässe (MGP) und EU-Taxonomie-Konformität ermöglichen. Durch die Visualisierung der End-of-Life (EoL) Szenarien der generierten Digitalen Zwillingen in einer VR-Plattform samt einer User-Interaktion und Variantenbildung wird der Entscheidungsfindungsprozess der am Planung- und Bau beteiligten Stakeholder unterstützt. Das digitale „Circular Twin” Ökosystem ermöglicht so die frühzeitige Implementierung der Ziele der Kreislaufwirtschaft und Nachhaltigkeit als auch der durchgängigen Digitalisierung im Bauwesen.

By 2030, more than the equivalent of two Earths will be needed to meet human demand for natural resources, with the construction industry responsible for 60% of the world's raw material extraction and 25% of the world's total waste generation. As waste management and waste reduction are not considered in the early design stages, the phase with the greatest impact throughout the life cycle, 50% construction and demolition waste is generated at the end of the building life cycle. In order to reduce raw material extraction and the amount of waste generated, it is of utmost importance to increase recycling rates by reusing materials and building elements, thus enabling a circular economy. A transition to a circular system is essential, especially in the construction industry, as it is responsible for about 38% of all C02 emissions and has a major impact on resource depletion. The European Green Deal developed the classification system of the "EU Taxonomy" based on six environmental objectives, according to which sustainability of investments are evaluated, and EU Taxonomy compliance is assessed. By creating a digital ecosystem based on the components of circular digital twins, generative design algorithms and virtual reality (VR), this research project aims to support the decisions that enable the circularity of building structures and integrate end-of-life concepts into the design at early design stages. Building on the research project "Wohnen 4.0 - Digitale Plattform für leistbares Wohnen" (Housing 4.0 - Digital Platform for Affordable Housing), the project "CircularTwin" aims to use the knowledge base generated in "Wohnen 4.0", the BIM object libraries and associated material building passports and enrich them with the criteria of the circular economy. The framework for BIM-supported material building passports was already elaborated in the predecessor research project "BIMMaterial". With regard to building information modeling and life cycle changes (adaptability and flexibility), "CircularTwin" envisages the application of BIM-based digital twins, which are generated and evaluated by means of Generative Design in the context of a large number of variants in the early design phase and the re-use phase. In addition to the Generative Design methods, which enable an automated and variant generation of Digital Twins coupled to a BIM object database, algorithms are also designed that enable an evaluation of the circularity, Material Building Passports (MGP) and EU taxonomy compliance. By visualizing the end-of-life (EoL) scenarios of the generated digital twins in a VR platform, including user interaction and variant generation, the decision-making process of the stakeholders involved in the design and construction will be supported. The digital "Circular Twin" ecosystem thus enables the early implementation of the goals of the circular economy and sustainability as well as end-to-end digitization in the construction industry.

 

Für mehr Informationen zum Projekt und zu themenbezogenen Bachelor- und Masterarbeiten wenden Sie sich bitte an: Univ.Ass. Dipl.-Ing. Sophia S. Pibal

Adresse: Karlsplatz 13 - E210-01, 1040 Wien
Telefon:   +43 1 58801 215 36
E-Mail:     sophia.pibal@tuwien.ac.at
LinkedIn: linkedin.com/in/sophia-s-pibal/
Website:  industriebau.tuwien.ac.at/home/

 

 

 


Project coordination:

TU Wien, Institut für Hoch- und
Industriebau, Forschungsbereich
Integrale Planung und Industriebau
Univ.Ass. Dipl.-Ing. Sophia S. Pibal
Univ.Prof. Dr.techn. DI Iva Kovacic


Project partners:

• ATP sustain GmbH

• Eisler ZT-GmbH
 

• IBO GmbH

• TU Wien,
Institut für Visual Computing &
Human-Centered Technology,
Interactive Media Systems Group (IMS)

 

Funding bodies:

Österreichische Förderungs-
gesellschaft (FFG),
Stadt der Zukunft 9. Ausschreibung

Projektnummer FFG: 899167