Analysis of integrated LCA tools in BIM platforms for prefabricated timber construction

Abstract

Die UN-Nachhaltigkeitsziele zielen darauf ab, Umweltauswirkungen durch Ressourceneffizienz zu reduzieren und bis 2030 nachhaltigere Städte und Gemeinden zu schaffen. Da die AEC-Industrie mit 37% der ausgestoßenen CO2-Emissionen einen erheblichen Beitrag zu den globalen Umweltbelastungen leistet, ist es erforderlich, ein ganzheitliches Verständnis der Kreislaufwirtschaft des Bausektors zu erhalten und die Umweltauswirkungen der Bauindustrie schneller und effizienter zu reduzieren (Umweltprogramm der Vereinten Nationen, 2021).Um Umweltbeeinflussungen zu reduzieren, gibt es verschiedene Maßnahmen. Die Ökobilanz (LCA) ist eine der systematischen und anerkannten Methoden, um den ökologischen Fußabdruck von Gebäuden zu analysieren. Jedoch erfordern hinreichende Ökobilanzanalysen sehr komplexe Maßnahmen, um zu aussagekräftigen Ergebnissen zu gelangen. Hier bietet Building Information Modeling (BIM) in letzter Zeit ein großes Potenzial, diesen Prozess mit den darin enthaltenen Projektdaten zu beschleunigen und zu vereinfachen.In ähnlicher Weise haben vorgefertigte Bautechnologien neben ihrer Kosten- und Zeiteffizienz ihr hohes Potenzial zur Reduzierung von Abfällen im Bauwesen gezeigt. Die vorliegende Studie zielt deshalb darauf ab, BIM-basierte Ökobilanz-Tools für vorgefertigte Konstruktionen zu überprüfen. Denn obwohl diese Themen und Tools für die Nachhaltigkeitsforschung nicht neu sind, gibt es noch Lücken in der Erforschung ihrer Kombination.BIM für den vorgefertigten Bau und BIM-integrierte Ökobilanz-Tools werden anhand zweier Fallstudien in vorgefertigten Holzbauprojekten getestet. Es werden automatische und halbautomatische Berechnungen der Werkzeuge und deren Arbeitsabläufe vorgestellt und diskutiert. Die vorliegende Studie gibt Einblicke in die Eigenschaften des vorgefertigten Holzbaus für BIM- und LCATools.VGerade in Bezug auf die speziellen Anforderungen von Projekten mit vorgefertigter Holzbauweise gibt die vorliegende Studie interessante Erkenntnisse für die Nutzung von BIM-basierten LCA-Tools. So können beispielsweise signifikante Diskrepanzen in den Exportdateien der unterschiedlichen BIM-Tools entstehen, wenn die entsprechenden BIM-Familienparameter nicht direkt am Anfang des Projekts definiert werden. Außerdem können die abweichenden Standards und Datenbanken der BIM-Tools die Kennzahlen von Projekten mit vorgefertigter Bauweise auf unterschiedliche Weise beeinflussen. Wie diese Erkenntnisse und weitere Ergebnisse dieser Studie zeigen, kann die BIM-basierte Ökobilanzierung nur dann einen positiven Effekt auf den Nachhaltigkeitsgrad von Projekten der vorgefertigten Holzbauweise haben, wenn im Umgang mit den entsprechenden Tools spezifische Prozesse und präzise Arbeitsweisen befolgt werden.Keywords: BIM, Ökobilanz, Fertigbauweise, vorgefertigter Holzbau, BIM-integrierte Ökobilanzierung, nachhaltiges Bauen, Kreislaufwirtschaft

UN Sustainability Goals aim to reduce environmental impacts by resource efficiency and create more sustainable cities and communities until 2030. Since AEC industry makes a significant contribution to the global environmental pollution by using 37% of CO2 emissions, it is necessary to reach a holistic understanding of the circular economy of the construction sector and to reducethe environmental impacts of the building industry faster and more efficient (United Nations Environment Programme, 2021).There are different measures to reduce environmental impacts. Life cycle assessment (LCA) is one of the systematic and acknowledged ways to analyze the environmental footprint of buildings. However, sufficient LCA analyses require a highly complex approach to achieve meaningful results. Lately, Building Information Modeling (BIM) offers a great potential to accelerate and simplify thisprocess with the project data it holds. Similarly, besides their cost and time efficiency, prefabricated construction technologies have shown their high potential to reduce waste in construction. Therefore, the present study aims to review BIM-based LCA tools for prefabricated constructions. Although these subjects and tools are not new to sustainability studies, there is still a gap in researching their combination. BIM for prefabricated construction and BIM-integrated LCA tools will be tested by two case studies in prefabricated timber projects. Automatic and semiautomatic calculations of the tools and their workflows will be presented and discussed. This study gives insights into the characteristics of prefabricated timber construction for BIM and LCA tools. Regarding the specific requirements of prefabricated timber projects, the present study shows interesting findings for the use of BIM-based LCA tools. For example, there can be significant discrepancies in the export files of the different IIIBIM tools if the relevant BIM family parameters are not defined directly from the beginning of the project. Furthermore, the varying standards and databases of the BIM tools can manipulate the key figures of a prefabricated building project in different ways. As these findings and further results of this study show, BIM-based LCA tools can only have a positive effect on the grade of sustainability in prefabricated timber construction projects, if the handling of these tools follows specific processes and accurate working methods.Keywords: BIM, LCA, Prefabrication, Prefabricated Timber Construction, BIM-based LCA, Sustainable Construction, Circular economy