BIM-gestützte Nachhaltigkeitsbewertung bei Brückenbauwerken

Brücken sind ein essentieller 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&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. ... mehrHauptentscheidungskriterium sind die Herstellungskosten.
In dieser Arbeit wird ein Workflow entwickelt, um die bauwerks- und verkehrsbedingten globalen Umweltwirkungen, die Lebenszykluskosten sowie die volkswirtschaftlichen Kos-ten einer Brückenvariante in verschiedenen Planungsphasen mit Hilfe von Building Infor-mation 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 zusammenge-setzt. Für eine Anwendung in frühen Planungsphasen werden die Elemente über statisti-sche Anteile voraggregiert. Maßnahmen im Lebenszyklus werden als Folgeelemente defi-niert 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 unterschied-liche Weise mit BIM-Brückenmodellen verknüpft werden, beispielweise durch eine nach-trägliche 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 Elementda-tenbank und den externen Datenquellen sind manuelle Eingaben zu Systemgrenzen, In-standhaltungsstrategien, Transportdistanzen etc. erforderlich, da diese Informationen nicht aus dem BIM-Modell entnommen werden können. Mit Hilfe eines deterministischen Warteschlangenmodells und Methoden der Ökobilanzierung und Lebenszykluskosten-rechnung werden die ökologischen, ökonomischen und volkswirtschaftlichen Auswirkun-gen einer Brückenvariante berechnet. In der Vorplanung können so Brückenvarianten miteinander verglichen und die Vorzugsvariante kann während des gesamten Planungs-prozesses kontinuierlich ganzheitlich bewertet und optimiert werden.

Bridges are an essential part of the road infrastructure, enabling the movement of people and goods. This function is greatly affected by construction and maintenance works. Con-struction sites temporarily reduce the capacity of roads, leading to traffic jams, stop-and-go traffic and, in the case of complete road closures or high traffic loads, additional de-tours. The resulting traffic-related environmental impacts and macroeconomic costs are currently not taken into account when selecting a bridge option, nor are the structure-related environmental impacts. The main decision criterion is the construction cost.
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This thesis presents a workflow that uses Building Information Modelling (BIM) to calcu-late the structure- and traffic-related global environmental impacts, life cycle costs and macroeconomic costs of a bridge variant in different planning phases. Using the element method, individual service items for the construction of a bridge are pre-balanced, linked with external data sources (e. g. Ökobaudat) and combined to form elements. For an ap-plication in early design phases, the elements are pre-aggregated using statistical propor-tions. Life-cycle measures are defined as follow-up elements and linked to the elements via different maintenance strategies. All elements and items are managed in an element database.
For a project-specific analysis, the pre-balanced elements can be linked to BIM-bridge-models in different ways, for example by classifying the BIM-objects in the authoring soft-ware. The BIM-model is then transferred to a calculation algorithm via an open data ex-change format (e. g. Industry Foundation Classes). In addition to the BIM-model, the ele-ment database and the external data sources, manual input is required for system boundaries, maintenance strategies, transport distances, etc., as this information cannot be obtained from the BIM-model. Using a deterministic queueing model and Life Cycle Assessment and Life Cycle Costing methods, the environmental, economic and macro-economic impacts of a bridge variant are calculated. With this workflow, bridge alterna-tives can be compared in the preliminary design phase and the selected alternative can be continuously evaluated and optimised throughout the design process.