Sanierungspotenzial von Bestandsgebäuden

Entscheidungshilfen auf der Basis digitaler Modelle

Um die Klimaziele zu erreichen, muss die Sanierungsrate des Gebäudebestands erhöht werden. Eine Fokussierung auf die Anforderungen an den Neubau, wie in den zurückliegenden Jahren, verfehlt das Ziel. Für eine angemessene Bewertung des Sanierungspotenzials von Gebäuden muss der gesamte Lebenszyklus betrachtet werden.

Um Entscheidungshilfen nicht nur für Einzelgebäude, sondern für eine Vielzahl von Gebäuden zu schaffen, sind hier digitale, automatisierte Methoden nötig. Aktuell fehlen aber funktionale Methoden zur Erfassung bestehender Gebäude als digitale Modelle. In diesem Beitrag wird daher eine automatisierte Methode zur Berechnung von Lebenszyklusanalysen (LCA) mithilfe von Punktwolken als Eingangsdaten vorgestellt.

1 Einleitung

Um die Klimaziele des Pariser Abkommens zu erreichen, muss der Schwerpunkt der Energieeffizienz auf die Erhöhung der Sanierungsrate des Gebäudebestands verlagert werden. Da es an verwertbaren Informationen über den Gebäudebestand mangelt, ist es schwierig, das Renovierungspotenzial in frühen Planungsphasen zu ermitteln. Daher werden Rückbau und darauffolgender Neubau oft als die zuverlässigere und wirtschaftlichere Option angesehen.

Als Ausgangsbasis braucht es digitale Modelle, um bestehende Gebäude effizient zu erfassen und zu rekonstruieren. Hier fehlt es aktuell an funktionalen Methoden. Auf diese aufbauend könnte eine zuverlässige Entscheidungshilfe abgeleitet werden, die automatisiert bestimmt, ob der Rück- und anschließende Neubau oder die Renovierung bestehender Gebäude besser geeignet ist. Dies ist allerdings zurzeit nicht möglich.

Aufgrund dieser Ausgangslage wurde eine robuste, automatisierte Methode zur Berechnung von Lebenszyklusanalysen (LCA) bestehender Gebäude entwickelt. Diese ermöglicht eine bessere Entscheidung zwischen Sanierung und Neubau. Die Betrachtung des gesamten Lebenszyklus erfolgt, da im Sinne des nachhaltigen Bauens nur so eine fundierte Entscheidungsfindung möglich ist.

Die Automatisierungsschritte umfassen eine geometrische Rekonstruktion der aus dem Laserscan erhaltenen Punktwolke zum 3-D-Oberflächenmodell, gefolgt von einer semantischen Einteilung zum einen der Oberflächen in thermische Klassen und zum anderen ihrer Materialien durch Zuordnung zu Baualtersklassen. Zusätzlich wird ein Fenster-zu-Wand-Verhältnis mithilfe von Intensitätsmerkmalen aus der Laserscan-Aufnahme der Punktwolke ermittelt.

2 Methodik und Vorgehensweise

Abb. 1 zeigt auf, wie aus einer Punktwolke eines Bestandsgebäudes ein geometrisches und semantisches 3-D-Modell erzeugt werden kann. Dieses soll der Abschätzung des Rückbau- und Sanierungspotenzials (RSP) dienen.

2.1 3-D-Rekonstruktion

Der Prozess der Erstellung der 3-D-Form von realen Objekten wird als 3-D-Rekonstruktion bezeichnet. Hierfür wird der PolyFit-Ansatz [1] verwendet. Dieser Ansatz basiert auf dem RANSAC-Algorithmus (Random Sample Consensus Algorithm) [2], der Ebenen aus der Punktwolke identifizieren kann. So können Gebäudeoberflächen wie Wände oder Dächer einzeln erfasst werden. PolyFit erzeugt daraufhin, durch das Lösen einer komplexen Gleichung, ein 3-D-Oberflächenmodell der Punktwolke.

Das Ergebnis aus PolyFit muss daraufhin weiterverarbeitet werden.Da es sich bei PolyFit um eine Open-Source-Software mit intuitiver Benutzeroberfläche handelt, wurde sie für diesen Anwendungsfall ausgewählt. In PolyFit werden die RANSAC-Flächen mit einer Bounding Box der Punktwolke geschnitten. Die Bounding Box stellt dabei die kleinstmögliche Box dar, die ein komplettes Objekt, hier alle Punkte der Punktwolke des Gebäudes, umfasst.

Dabei entstehen mehrere Flächen, die als Flächenkandidaten bezeichnet werden (Abb. 2 links). Im nächsten Schritt werden die Flächen aus den Flächenkandidaten bestimmt, die eine gemeinsame Oberfläche bilden (Abb. 2 rechts). Abschließend werden daraus die gesamten Gebäudeoberflächen ermittelt, um die Eckpunkte zu bestimmen, die für die Berechnung der Ökobilanzierung benötigt werden.

Den ganzen Beitrag können Sie in der August-Ausgabe der Bausubstanz lesen.
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