Life Cycle and Circularity Assessment of Bridges in Early Design Stages

Autorin: Anna Hodel
Sprache: Englisch

Kurzfassung

Diese Arbeit diskutiert das Potenzial der Reduktion von Umweltauswirkungen, sowie des Rohstoffverbrauchs und der Abfallproduktion im Bausektor, insbesondere im Brückenbau, aufgrund von Design- und Materialauswahl in der frühen Entwurfsphase. Ziel ist die Entwicklung einer objektiven Metrik zur Bewertung der Umweltauswirkungen und des Kreislaufpotenzials von Brücken, die im leistungsbasierten Generative Design verwendet werden kann, um computergestützte Entscheidungen zu treffen.

Der Ansatz zur Entwicklung einer solchen Metrik umfasst die folgenden Schritte:

• Literaturrecherche zu bestehenden Methoden
• Fallstudie zur Identifizierung von Schlüssel-faktoren und Parametern, welche bei solchen Beurteilungsverfahren zu berücksichtigen sind.
• Entwicklung eines allgemeinen Rahmenwerks basierend auf der Grundlage der Ergebnisse der Fallstudie und Literaturstudium
  

Die Literaturrecherche hat gezeigt, dass Life Cycle Assessment (LCA) eine zuverlässige Methode zur Bewertung der Nachhaltigkeit ist. Die Kombination mit dem Bridge Circularity Index (BCI) dient als allgemeines Vorgehen [1] (siehe Abbildung 1).

In einem nächsten Schritt wird ein Python-Tool entwickelt, um die automatisierte Ausführung des allgemeinen Vorgehens zu ermöglichen. Das Python-Tool kombiniert die Ansätze von LCA und BCI und beinhaltet die Erweiterung der Datenbank mit neuen Betonzusammensetzungen und zusätzlichen Materialien mittels EPDs (Environmental Product Declarations).

1000 parametrisch generierte Betonrahmenbrücken (CFB) werden verwendet, um das Python-Tool zu testen. Die Parameter, die innerhalb der festgelegten Grenzen variiert werden, sind die Geometrie (siehe Abbildung 2), die Materialisierung und der Bewehrungsgrad. Die Stichproben-Daten stammen von Sophia Kuhn. Das Testen des Tools beweist einerseits dessen Funktionsfähigkeit, weist aber auch auf die Einschränkungen hinsichtlich der Bewertung des Kreislaufpotentials hin, da dafür etablierter Messmethoden fehlen. Insbesondere die Wiederverwendbarkeit von Brückenstrukturen ist noch nicht weit entwickelt.

Trotz der Schwierigkeiten bei der Datenerhebung für das LCA und der festgestellten Lücke in der Forschung zur Beurteilung des Kreislaufpotentials von Brücken kann die Integration einer objektiven Metrik zur Bewertung der Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft von Brückenvarianten neue Möglichkeiten eröffnen. Das Berücksichtigen der Aspekte Nachhaltigkeit und Zirkularität in der frühen Entwurfsphase ermöglicht einen nachhaltigeren Entwurf, wobei dadurch die konventionelle Konstruktionsziele im Brückenbau neu zu bewerten sind. Dies ist notwendig, um die drängenden Probleme des Klimawandels und des übermäßigen Rohstoffverbrauchs anzugehen.

Es wird davon ausgegangen, dass künftige Instrumente wie BIM, sowie der Einsatz von Optimierungsalgorithmen und künstlicher Intelligenz (KI) in Kombination mit LCA- und Zirkularität-Bewertungen ein hohes Potenzial aufweisen werden.

[1] Coenen, TB, Santos, J, Fennis, SA, Halman, JI. Development of a bridge circularity assessment framework to promote resource efficiency in infrastructure projects. Journal of Industrial Ecology. 2021; 25: 288– 304. https://doi.org/10.1111/jiec.13102