NaiS

Nachhaltige intelligente Sanierungsmaßnahmen

Sanierungsmaßnahmen haben ein großes Potenzial, die Nachhaltigkeit der Bauwirtschaft zu steigern. 2019 waren Bau und Betrieb von Gebäuden für 38 Prozent der globalen CO₂-Emissionen verantwortlich. Davon waren 10 Prozent auf die Erstellung und 28 Prozent auf den Betrieb zurückzuführen. Da ca. 75 Prozent der Gebäude vor 1978 – und damit vor Inkrafttreten der ersten Wärmeschutzverordnung – errichtet wurden, ist der Sanierungsbedarf im vorhandenen Bestand enorm. Allerdings mangelt es häufig an digitalen Plänen sowie an Informationen zum Sanierungsstand, zu den Baumaterialien oder auch zum Anteil an grauen Emissionen, die bei der Herstellung dieser Materialien anfallen. Die bisher auf dem Markt verfügbaren digitalen Werkzeuge, zum Beispiel zur Bewertung von Gebäuden, erlauben keine intelligente Lebenszyklusbetrachtung. Es ist daher nicht möglich, Emissionen vollständig zu bewerten und Sanierungsmaßnahmen entsprechend zu optimieren. Auch Zukunftsprognosen erlauben die bestehenden Analysemöglichkeiten nicht, etwa zur CO₂-Intensität des Energiemixes oder zu den Energiekosten. Diese Herausforderungen führen zu einem aktuell hohen manuellen Aufwand für Expertinnen und Experten, für Fachkräfte sowie bei der Begutachtung.

Der Lösungsansatz des Forschungsvorhabens NaiS konzentriert sich auf Gebäude mit Wohn- und Büronutzung. Zunächst geht es darum, Informationen zu digitalisieren, die beispielsweise als PDF- oder Bilddateien vorliegen und nicht maschinell lesbar sind. So werden etwa Grundrisse oder Energieausweise durch maschinelle Lernmodelle aufbereitet und in den Standard „Industrie Foundation Classes“ (IFC) überführt. Anschließend werden die Informationen auf Vollständigkeit überprüft und mit weiteren digitalen Daten angereichert. Im nächsten Schritt kommt eine Plattform mit quelloffenen Standards und Schnittstellen zum Einsatz: Dort können die digitalisierten Bestandsgebäude um nachhaltigkeitsrelevante Informationen aus externen Datenplattformen angereichert werden. Hinzu kommen intelligente Analysewerkzeuge zur nachhaltigen Sanierung: Nach der Digitalisierung dienen die Informationen dazu, den Gebäudebestand und den Sanierungsbedarf zu bewerten, Alternativen vergleichbar zu machen und Empfehlungen zu formulieren, zum Beispiel in Form eines Sanierungsfahrplans. Die Ergebnisse können zudem als Ausgangsbasis für einen digitalen Gebäuderessourcenpass und für den neuen Energieausweis genutzt werden.

Wichtig ist dem Forschungsteam, mit den Entwicklungen einen menschenzentrierten Ansatz zu verfolgen: So sollen durch eine Kollaboration von Menschen und Maschinen (MMK) fehlende Informationen intuitiv ergänzt werden, unter anderem zu Eignung und Art von Materialien. Vorschläge, die von der KI kommen, werden dann mit Hilfe menschlicher Expertise bewertet. Dieses Feedback bildet die Grundlage eines lernenden und intelligenten Systems für nachhaltige Sanierungsmaßnahmen.

Für den Transfer des Forschungsvorhabens in den Markt hat das Projektteam konkrete Partner und Anwendungsszenarien im Blick: So wird die Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen – DGNB e. V. ihre aktuelle Produktpalette um die neu entwickelten quelloffenen Schnittstellen erweitern – als neutraler Anbieter und zentrale Anlaufstelle für objektive Kennzahlen zur Bewertung der Nachhaltigkeit in der Bauwirtschaft. Die Projektpartner CAALA GmbH und Concular GmbH werden die neuen digitalen Werkzeuge zudem in bestehende Softwarelösungen integrieren. Und die Pilotprojekte bei der Ed. Züblin AG lassen eine hohe Außenwirkung in der Bauwirtschaft erwarten. Somit kann das Projekt mittelbar auch dazu beitragen, die Wettbewerbsfähigkeit deutscher Bauunternehmen sowie den Standort Deutschland als KI-Zentrum zu stärken.

Konsortium:

• Karlsruher Institut für Technologie: Institut für Technologie und Management im Baubetrieb (TMB; Konsortialführung); Karlsruhe Service Research and Innovation Hub (KSRI)
• Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen – DGNB e. V.
• Karlsruher Institut für Technologie (Großforschungsaufgabe): Institut für Automation und an-gewandte Informatik (IAI)
• Ed. Züblin AG
• CAALA GmbH, Concular GmbH, Hochschule Hof (im Unterauftrag)