Forschungsüberblick zur Anwendung der BIM-Technologie im grünen Bauen in China: von der punktuellen Anwendung zur Entwicklung über den gesamten Lebenszyklus

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Originaltitel: Ein Forschungsüberblick zur Anwendung der BIM-Technologie bei grünen Gebäuden in China: von der bereichsbezogenen Anwendung zur Entwicklung über den gesamten Lebenszyklus

Originalartikel veröffentlicht in: Journal of Civil Engineering and Management, 2024, 41 (03): 72-79

Originalautoren: Zhang Sujuan, Zhang Xiaolong, Yang Yumiao, Zheng Saina

Zusammenfassung: Dieser Artikel verwendet die chinesische Wissensdatenbank CNKI (China National Knowledge Infrastructure) als Datenquelle und analysiert auf der Grundlage von 2900 Zeitschriftenartikeln mithilfe des bibliometrischen Werkzeugs CiteSpace den Forschungsstand und die Entwicklungstrends der Anwendung der Building-Information-Modeling-Technologie (BIM) auf grüne Gebäude in China. Auf der Grundlage der bibliometrischen Analyse der Zahl einschlägiger Forschungsarbeiten zur Anwendung der BIM-Technologie bei grünen Gebäuden werden Wissensnetzwerke aus Schlüsselwörtern und Schlüsselwort-Clustern erstellt; aus den drei Perspektiven Wissensbasis, Forschungsschwerpunkte und Entwicklungstrends werden der Forschungsstand und die Entwicklungstendenzen dieses Bereichs analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Forschung zur Anwendung der BIM-Technologie bei grünen Gebäuden grob vier Phasen durchlaufen hat und sich seit 2019 in einer Phase stabiler Entwicklung befindet. Die bisherigen Studien konzentrieren sich überwiegend auf die BIM-Anwendung in einer einzelnen Phase grüner Gebäude; künftig kann die integrierte Anwendung der BIM-Technologie über den gesamten Lebenszyklus grüner Gebäude weiter untersucht werden.Schlüsselwörter: BIM-Technologie; CiteSpace; grüne Gebäude; Nachhaltigkeit; kohlenstoffarm; Energieeinsparung im Gebäudebereich

Seit 2022, nach Abschluss des Aufbaus des Politiksystems „1+N“ der Dual-Carbon-Strategie, verlangt der Staat in wachsendem Maße, dass sich die sozioökonomische Entwicklungsweise rasch in Richtung einer grünen und kohlenstoffarmen Transformation bewegt. Die Bauindustrie ist ein traditionell energieintensiver Wirtschaftszweig: Im Jahr 2020 beliefen sich die gesamten CO2-Emissionen aus dem gesamten Bauprozess in China auf 5,08 Mrd. t CO2, was einem Anteil von 50,9 % an den landesweiten CO2-Emissionen entspricht. Wegen dieses hohen Emissionsanteils ist die Bauindustrie zu einem wichtigen Gegenstand der grünen Entwicklungsreform der Industrie geworden. Um in der Bauwirtschaft grüne und intelligente Verfahren der Planung, der Errichtung sowie des Betriebs- und Instandhaltungsmanagements zu verwirklichen und ihre qualitativ hochwertige, nachhaltige Entwicklung voranzutreiben, hat die Regierung eine Reihe von Politiken erlassen, um die „Dual-Carbon“-Aktivitäten im Gebäudebereich zu fördern. Im Oktober 2021 veröffentlichte China nacheinander die „Stellungnahme zur vollständigen, genauen und umfassenden Umsetzung des neuen Entwicklungskonzepts und zur guten Bewältigung der Arbeit zur Erreichung des Kohlenstoffemissionshöhepunkts und der CO2-Neutralität“ sowie den „Aktionsplan für den Kohlenstoffemissionshöhepunkt vor 2030“ u. a. Grüne Gebäude, kohlenstoffarme Gebäude und energiesparende Gebäude dienen als konkrete Träger der Energieeinsparung und Emissionsminderung im Gebäudebereich; sie besitzen sowohl in der Baustoffproduktion als auch in den Phasen der architektonischen Planung und Gestaltung, der Bauausführung und des Gebäudebetriebs ein Minderungspotenzial und sind ein wichtiger Ansatzpunkt für die Verwirklichung der „Dual-Carbon“-Ziele.

Die grüne und kohlenstoffarme Entwicklung ist zu einer zwingenden Anforderung für die nachhaltige Entwicklung der Bauindustrie und der Unternehmen geworden; die Building-Information-Modeling-Technologie (BIM) hat als zentraler Träger der Informatisierung und Digitalisierung des Bauwesens die kohlenstoffarme und grüne Entwicklung von Gebäuden wirksam vorangetrieben. Die auf der BIM-Technologie basierende Optimierungsplanung grüner Gebäude sowie ihre Anwendung im Betriebs- und Instandhaltungsmanagement stoßen bei immer mehr Wissenschaftlern auf Interesse. Als Kerntechnologie und zentrales Mittel zur Führung der digitalen Revolution im Bauwesen wurde der BIM-Technologie im Zuge ihrer fortschreitend vertieften Anwendung und Weiterentwicklung das Konzept der nachhaltigen Entwicklung eingeschrieben. BIM erweist sich im gebauten Umfeld zunehmend als Wegbereiter der digitalen Transformation, und seine Kompatibilität mit grünen Gebäuden tritt stetig hervor: Mit den technischen Merkmalen der Visualisierung, Informatisierung, Simulation, Kollaboration und Anbindung mehrdimensionaler Informationen übernimmt BIM im gesamten Lebenszyklus von Gebäuden – von der Ökologisierung der Gebäudeplanung über die kohlenstoffarme Bauweise bis zur intelligenten Bautechnologie – vielfältige Funktionen als Instrument der Simulation, Analyse und Steuerung. So kann der Einsatz von BIM in der Planungsphase für Energieeffizienz- und Baustoffanalysen den Gebäudeenergieverbrauch simulieren und damit eine Orientierung für die Auswahl und Produktion von Baustoffen bieten; die Sekundärentwicklung auf Basis der BIM-Technologie kann Energiemuster in der Betriebsphase von Gebäuden simulieren und technische Unterstützung für die Erforschung emissionsmindernder Betriebswege liefern; und in Verbindung mit Funktionen wie Umweltanalyse und Anlagenbetriebsüberwachung kann BIM Daten und Informationen für die Steuerung des Gebäudeenergieverbrauchs bereitstellen. Insgesamt bietet BIM eine starke technologische Unterstützung für die nachhaltige Entwicklung grüner Gebäude über den gesamten Lebenszyklus. Bereits vorhandene Studien haben die BIM-Technologieanwendung überblicksartig zusammengefasst: Hua Yuanyuan et al. analysierten eingehend den Forschungsstand und die Schwerpunktfragen des BIM-gestützten Betriebs- und Instandhaltungsmanagements in China und benannten die Schwierigkeiten bei der Anwendung der BIM-Technologie in der Betriebs- und Instandhaltungsphase; Volk et al. untersuchten den Stand der BIM-Anwendung im Bauwesen und wiesen auf die Grenzen von BIM bei der Projektumsetzung hin; Bradley et al. erörterten die BIM-Anwendung im Infrastrukturbereich aus der Perspektive von Bauunternehmen und hoben die Bedeutung der Verknüpfung von BIM-Prozessen mit Geschäftsprozessen hervor. Obwohl der Anwendung der BIM-Technologie im Bereich grüner Gebäude große Aufmerksamkeit zuteilwird, liegt für den Forschungsstand von BIM bei grünen Gebäuden in China bislang keine vollständige und systematische Zusammenfassung vor. Um die Entwicklungsgeschichte und die Forschungsdynamik Chinas in diesem Bereich besser zu erfassen und künftige Forschungsrichtungen für die Anwendung der BIM-Technologie bei grünen Gebäuden zu erkunden, ist es notwendig, die einschlägigen Forschungsergebnisse zu sichten, systematisch zu analysieren und die vorhandenen Studien weiter zusammenzufassen. Daher befasst sich dieser Artikel schwerpunktmäßig mit dem aktuellen Stand der BIM-Anwendung bei grünen Gebäuden in China. Er wählt die chinesische Wissensdatenbank CNKI als Literaturdatenbank und verwendet die Software zur visuellen Literaturanalyse CiteSpace sowie das Literaturverwaltungs- und -rechersystem NoteExpress, führt bibliometrische Statistiken über die Zahl der Veröffentlichungen in diesem Forschungsbereich durch, analysiert und clustert Schlüsselwörter, erstellt entsprechende Wissensnetzwerke für quantitative Analysen, arbeitet den Forschungsüberblick und die Forschungsschwerpunkte der Anwendung der BIM-Technologie im Bereich grüner Gebäude heraus und erkundet die Entwicklungstrends dieses Bereichs, um Orientierung und Referenz für die weitere wirksame Verknüpfung von BIM-Technologie und grünen Gebäuden zu bieten.

1 Forschungsdesign

1.1 Datengrundlage

Die Grundlage einer Literaturanalyse ist die Erhebung von Textdaten; hierfür sind eine geeignete Literaturdatenbank sowie eine ausgereifte Literaturrecherchestrategie erforderlich. Um die Genauigkeit und Vollständigkeit der Daten sicherzustellen, wird in diesem Artikel die CNKI-Datenbank, die über relativ vollständige inländische Literaturdaten verfügt, als Recherchesystem für die Literaturerfassung ausgewählt. Mithilfe der erweiterten Suchfunktion wurde mit den Themenbegriffen „BIM“ oder „Building Information Modeling“ in Kombination mit „grün“ oder „Energieeinsparung“ oder „kohlenstoffarm“ recherchiert; dabei bildet „Energieeinsparung“ einen wichtigen inhaltlichen Kern der „grünen Leistungsfähigkeit“ im „Bewertungsstandard für grüne Gebäude“, während „kohlenstoffarm“ eines der wichtigen Kriterien zur Bewertung der „Grünheit“ von Gebäuden beziehungsweise des Bauens darstellt. Als Quellenkategorie wurde Zeitschriftenliteratur festgelegt. Nach den Ergebnissen der Vorabrecherche erschien der erste einschlägige Beitrag im Jahr 2006; nach Ausschluss nicht einschlägiger Fachbeiträge wurden insgesamt 3501 Beiträge gefunden. Anschließend wurden die Beiträge einzeln manuell gesichtet und Nachrichten, Konferenzankündigungen, Informationsmaterialien sowie wenig relevante und doppelte Beiträge entfernt, sodass schließlich 2900 gültige Beiträge verblieben.

1.2 Analysemethoden

Mit der Software CiteSpace v.6.1.2 wurde die gefilterte Literatur einer Visualisierungsanalyse unterzogen, bei der die vorhandenen Daten der „Wissensbasis“ auf die statistische Analyse der „Forschungsfronten“ abgebildet und daraus ein wissenschaftliches Wissensnetzwerk für das Forschungsfeld der kombinierten Anwendung von BIM-Technologie und grünen Gebäuden erzeugt wurde. Konkret verbindet dieser Artikel quantitative und qualitative Analysen: Zum einen werden die hochfrequenten Begriffe des Fachgebiets und ihre Häufigkeiten statistisch untersucht; mithilfe von CiteSpace und NoteExpress werden Visualisierungs- und statistische Analysen durchgeführt und Schlüsselwortnetzwerke, Cluster-Netzwerke der Schlüsselwörter sowie Verteilungs- und Zeitverlaufsdiagramme erstellt, die den Forschungsstand und die Entwicklungstendenzen des Bereichs widerspiegeln. Zum anderen werden über die qualitative Analyse die wesentlichen Inhalte der Literatur gesichtet, die Forschungsschwerpunkte der Verbindung von BIM-Technologie mit grünen Gebäuden vorgestellt und der technologische Mehrwert analysiert, den BIM für grüne Gebäude erbringt. Der Ablauf der Datenerhebung und der Erstellung des Wissensnetzwerks in diesem Artikel ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1 Ablauf der Datensuche und der Erstellung des Wissensnetzwerks

2 Analyse der Wissensbasis

Anhand der Zahl der Veröffentlichungen zur Anwendung der BIM-Technologie bei grünen Gebäuden lassen sich die Verteilungsmerkmale der Forschung im zeitlichen Verlauf analysieren, siehe Abbildung 2 (da die Daten für 2022 unvollständig sind, wurden sie hier nicht berücksichtigt; für den Zeitraum 2006–2021 ergibt sich eine Gesamtzahl von 2728 Beiträgen). Aus der Analyse des Zeitverlaufsdiagramms der Forschungsarbeiten geht hervor, dass die Entwicklung dieses Bereichs grob in die folgenden vier Phasen unterteilt werden kann:

(1) Frühe Entwicklungsphase (2006–2009): Vor 2006 war die Forschung in diesem Bereich praktisch nicht vorhanden; in der frühen Entwicklungsphase war die jährliche Zahl der Veröffentlichungen gering und schwankte nur wenig – im Zeitraum 2006–2009 lag sie bei weniger als 5 Beiträgen pro Jahr. Der früheste Autor war Zeng Xudong von der Fakultät für Architektur und Stadtplanung der Chongqing-Universität, der 2006 erstmals auf dem Gebiet der Planung eine energiesparende Gebäudeplanungsmethode vorschlug, die BIM-Technologie mit der Analyse des Gebäudeenergieverbrauchs verband und so die energiesparende Planung vertiefte.

(2) Langsame Entwicklungsphase (2010–2014): 2010 erreichte die Zahl der veröffentlichten Beiträge 12; die Publikationszahl wuchs nur langsam an. Die einschlägigen staatlichen Politiken förderten die Entwicklung der Anwendung der BIM-Technologie bei grünen Gebäuden: So veröffentlichte das chinesische Ministerium für Wohnungswesen und Stadt-Land-Entwicklung (MOHURD) das „Entwicklungsprogramm zur Informatisierung der Bauindustrie 2011–2015“ und stellte darin die Anforderung, die Anwendung neuer Technologien wie BIM zu beschleunigen; 2011 verlangte das Ministerium, eine neue Fassung des „Bewertungsstandards für grüne Gebäude“ zu erarbeiten und fertigzustellen. Seitdem stieg die Zahl der Veröffentlichungen Jahr für Jahr, die Forschungsinhalte wurden zunehmend vielfältiger, und es entstanden Forschungsergebnisse zum umweltfreundlichen Bauen, zur CO2-Emissionsbilanzierung u. a.

(3) Rasche Expansionsphase (2015–2018): Die dritte Phase begann etwa 2015 (mit 122 Veröffentlichungen in diesem Jahr) und wies ein rasches Wachstum der Publikationszahlen auf. Der 2015 in Kraft getretene neue Standard GB/T 50378—2014 „Bewertungsstandard für grüne Gebäude“ erweiterte die Typen grüner Gebäude; 2016 veröffentlichte das Ministerium für Wohnungswesen und Stadt-Land-Entwicklung das „Entwicklungsprogramm zur Informatisierung der Bauindustrie 2016–2020“ und forderte, die Fähigkeit zur integrierten Anwendung neuer Technologien wie BIM zu stärken. Unter der Leitlinie dieses Entwicklungsprogramms richteten sich die nachfolgenden Forschungsarbeiten verstärkt darauf, die koordinierte Entwicklung des Baugewerbes hin zu mehr Nachhaltigkeit, Integration und Informatisierung zu fördern.

(4) Stabile Entwicklungsphase (seit 2019): 2019 erreichte die jährliche Zahl der Veröffentlichungen mit 490 ihren Höhepunkt; seither lag sie durchgängig bei über 400 und zeigte eine Tendenz zur Stabilisierung, sodass diese Phase als Phase der stabilen Entwicklung bezeichnet wird. Mit der Verbreitung und der vertieften Anwendung von BIM steht ein wirksames Instrument der Informationsintegration für das Management grüner Gebäude über den gesamten Lebenszyklus zur Verfügung, das die Verschmelzung von BIM und grünen Gebäuden in zahlreichen Szenarien vorantreibt.

Abbildung 2 Zeitliche Verteilung der Forschungsarbeiten

3 Analyse der Forschungsschwerpunkte

3.1 Analyse hochfrequenter Schlüsselwörter

Schlüsselwörter verdichten die Kernaussagen des gesamten Textes; die statistische Erfassung und Analyse der Schlüsselwörter kann die Kerninhalte und Forschungsschwerpunkte des Fachgebiets hervorheben, und die Erstellung eines Wissensnetzwerks der Schlüsselwörter kann Forschungstrends und Wissensstrukturen widerspiegeln. Das nach der ersten Analyse erzeugte Visualisierungsnetzwerk war zu dicht und hob keine Schwerpunkte hervor; daher wurden lediglich die wichtigen Verbindungen beibehalten, um die Lesbarkeit des Netzwerks zu erhöhen und zugleich seine wesentlichen strukturellen Merkmale hervorzuheben. Unter Anwendung der Netzwerk-Prune-Methode Pathfinder Network (PFNET, Pfadsuchnetzwerk) und der zusätzlichen Netzwerk-Prune-Strategie „Pruning the Merged Network“ (Pruning des zusammengeführten Netzwerks) ergibt sich das in Abbildung 3 dargestellte Wissensnetzwerk der Schlüsselwörter.

Abbildung 3 Wissensnetzwerk der Schlüsselwörter

Um die hochfrequenten Schlüsselwörter dieses Fachgebiets genauer zu bestimmen, wurden Schlüsselwörter, die in ihrer Bedeutung identisch oder ähnlich, zu wenig spezifisch oder nur schwach einschlägig waren, manuell erkannt und aussortiert; die thematischen Suchbegriffe wie BIM, Building Information Modeling, grün, Energieeinsparung und kohlenstoffarm wurden entfernt. Anhand der Auftrittshäufigkeit und des Zentralitätsgrads der Schlüsselwörter wurden die hochfrequenten Forschungsschlüsselwörter aufbereitet, siehe Tabelle 1. Wie Tabelle 1 zeigt, fallen – entsprechend den zuvor beschriebenen Entwicklungsphasen – die meisten hochfrequenten Schlüsselwörter in die Phasen der langsamen und der raschen Entwicklung, was weiter bestätigt, dass diese beiden Phasen den Höhepunkt der Forschung zur Anwendung der BIM-Technologie bei grünen Gebäuden bilden.

Tabelle 1 Hochfrequente Schlüsselwörter der Forschung

Die hochfrequenten Schlüsselwörter verdeutlichen die breite Anwendung der BIM-Technologie in der Bauphase grüner Gebäude: Ge Xianglin et al. realisierten in konkreten Gebäudeprojekten erstmals durch den Aufbau von BIM-Modellen ein umweltfreundliches Bauen im Bauprozess und verringerten dadurch die durch die Bauausführung verursachten Umweltschäden. Seitdem nimmt die Zahl der einschlägigen Arbeiten zur Anwendung von BIM in der Bauphase grüner Gebäude Jahr für Jahr zu; das Auftreten der Schlüsselwörter „Bauprojekt“ und „Gebäudeplanung“ zeigt, dass sich die frühen Forschungsarbeiten stärker auf die Planungsphase grüner Bauprojekte konzentrierten. So nutzte etwa Long Wenzhi die BIM-Integration in der Planungsphase des Shanghai Tower als Ausgangspunkt, um die Kernideen des BIM-Planens zu erörtern. Darüber hinaus ist in Verbindung mit Abbildung 3 zu erkennen, dass aus der Informatisierung Inhalte wie „Baumanagement“, „Projektmanagement“, „umweltfreundliche Planung“ und „kollaborative Planung“ hervorgegangen sind, was die Anwendung von Funktionen wie der BIM-Informatisierung in mehreren Phasen grüner Gebäude widerspiegelt. Mit der Zeit verband sich das umweltfreundliche Bauen mit dem „Internet der Dinge“, der „Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik“ und dem „Cloud Computing“; BIM begann, verschiedene neue Technologien in die integrierte Anwendung über den gesamten Lebenszyklus grüner Gebäude einzubeziehen, wobei insbesondere die Umsetzung in der Betriebs- und Instandhaltungsphase von Gebäuden stärker in den Fokus rückte. So bauten Ma Guofeng und Song Xue mithilfe der BIM-gestützten Speicherung und Verwaltung von Informationen über den gesamten Prozess durch Informationsextraktion und Data-Mining eine intelligente Plattform für das Betriebs- und Instandhaltungsmanagement von Gebäuden auf und förderten damit die intelligente Weiterentwicklung des Betriebs- und Instandhaltungsmanagements von Bürogebäuden.

3.2 Schlüsselwort-Clustering und Analyse der Forschungsschwerpunkte

Unter Schlüsselwort-Clustering versteht man den Einsatz spezifischer Algorithmen auf der Grundlage der Ko-Okkurrenz von Schlüsselwörtern, um die inhaltliche Verwandtschaft von Schlüsselwörtern zu clustern. Das Wissensnetzwerk des Schlüsselwort-Clusterings ist in Abbildung 4 dargestellt: Die Netzwerkmodularität Q = 0,8579 > 0,3 zeigt, dass das Netzwerk in hohem Maße signifikant ist; die Netzhomogenität S = 0,9737 > 0,7 zeigt, dass das Ergebnis des Schlüsselwort-Clusterings eine hohe Zuverlässigkeit aufweist. Da Netzhomogenität und Modularität beide nahe bei 1 liegen, ist das Clusteringergebnis dieses Netzwerks als angemessen zu bewerten. Das Wissensnetzwerk der Schlüsselwort-Clustering-Zeitlinie ist in Abbildung 5 dargestellt.

Abbildung 4 Wissensnetzwerk des Schlüsselwort-Clusterings

Abbildung 5 Zeitlinien-Wissensnetzwerk des Schlüsselwort-Clusterings

Die erste große Schlüsselwortgruppe der Schwerpunktforschung, „grüne Gebäude“, ist eine der Möglichkeiten, die Nachhaltigkeitstransformation im Gebäudebereich zu verwirklichen. Frühe Forschungsarbeiten richteten sich stärker auf energiesparende Planung und Planungsoptimierung in der Gebäudeplanungsphase; parallel zur Erforschung von Methoden der energiesparenden Gebäudeplanung wurde die Entwicklung und Anwendung von Schnittstellen für BIM-Daten in den fachspezifischen Gebäudeenergieverbrauchssimulationsprogrammen untersucht, um die parametrische Planung über den gesamten Prozess grüner Gebäude umfassend vorzubereiten. Dank seiner kollaborativen Planungseigenschaften fand BIM nach und nach Anwendung in der Ökoanalyse, der Energieverbrauchsanalyse und der energiesparenden Sanierung grüner Gebäude und wurde zudem in der Tragwerksplanung und der Leistungsanalyse vertieft eingesetzt.

Die zweite große Schlüsselwortgruppe konzentriert sich auf Begriffe wie neue Technologien und Informatisierung. BIM wird in Verbindung mit neuen Technologien beim Bau grüner Gebäude eingesetzt: Neue digitale Mittel wie Blockchain, Big Data, Internet der Dinge und Cloud Computing werden verwendet, um unter anderem die Analyse hierarchischer Prozesse zu verbessern sowie die Energieverbrauchsbewertung, das Betriebsmanagement, die Überwachung des Gebäudeumfelds und den Bau intelligenter Gebäude voranzutreiben. Insbesondere in den letzten Jahren ist mit der raschen Weiterentwicklung der Computertechnik die Verschmelzung von BIM mit neuen Technologien wie dem Internet der Dinge in der Betriebs- und Instandhaltungsphase von Gebäuden stetig gewachsen.

Die dritte große Schlüsselwortgruppe konzentriert sich auf Baumanagement, umweltfreundliches Bauen und das Baugewerbe. Der zeitlichen Abfolge nach setzte die Forschung zum umweltfreundlichen Bauen später ein als die Forschung zur umweltfreundlichen Planung; die Integration von Planung und Bauausführung wurde schrittweise vorangetrieben. Die nachfolgenden Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf den gesamten Prozess des umweltfreundlichen Bauens grüner Gebäude und förderten zugleich die Erforschung von Energieeinsparungs- und Emissionsminderungstechnologien sowie die Weiterentwicklung von Managementverfahren wie dem Projektmanagement.

4 Analyse der Entwicklungstrends

4.1 Abgrenzung der Forschungsphasen

Mit CiteSpace wurde die Häufigkeit von Schlüsselwörtern in bestimmten Zeiträumen statistisch erfasst; auf dieser Grundlage wurden Veränderungen der Forschungsthemen prognostiziert und die Entwicklungstrends der Forschungsthemen abgeleitet (siehe Abbildung 6). In Verbindung mit dem Zeitverlaufsdiagramm der Forschungsarbeiten (Abbildung 2) und den vier eingeteilten Forschungsphasen analysiert dieser Abschnitt die Schlüsselwörter der einzelnen Phasen im Detail.

Abbildung 6 Zeitzonen der Schlüsselwörter

(1) Frühe Entwicklungsphase (2006–2009) In dieser Phase stand die Anwendung der BIM-Technologie bei grünen Gebäuden noch ganz am Anfang; die staatliche Politik übernahm dabei eine wegweisende Rolle. Am 1. Juli 2005 trat der erste chinesische „Planungsstandard für energiesparende öffentliche Gebäude“ offiziell in Kraft; 2006 wurde in China die erste Fassung des Standards GB/T 50378—2006 „Bewertungsstandard für grüne Gebäude“ veröffentlicht, was die Entwicklung der Planung grüner Gebäude lenkte. In dieser Phase richteten sich die einschlägigen Forschungsarbeiten stärker auf die Anwendung von BIM in der Planungsphase grüner Gebäude und schlugen auf der Grundlage der Idee grüner Gebäude Bewertungssysteme für grüne Gebäude vor. So schlug Zeng Xudong 2006 erstmals vor, die BIM-Technologie mit der Analyse des Gebäudeenergieverbrauchs zu verbinden und energiesparende Gebäude zu planen. In dieser Phase waren der Anwendungsbereich und die Anwendungstiefe der BIM-Technologie in der Planungsphase grüner Gebäude begrenzt, bedingt durch die Grenzen der einschlägigen Software und das noch nicht allgemein verbreitete Bewusstsein für Energieeinsparung im Gebäudebereich.

(2) Langsame Entwicklungsphase (2010–2014) 2010 trat die Anwendung der BIM-Technologie bei grünen Gebäuden in die Phase der langsamen Entwicklung ein. BIM entfaltete seine technischen Merkmale und Vorteile – Visualisierung, kollaboratives Planen, Informatisierung und Digitalisierung – und wurde hauptsächlich in der Bauplanung und in der Planungsphase grüner Gebäude eingesetzt; nur wenige Studien erwähnten die Anwendung der BIM-Technologie beim umweltfreundlichen Bauen. Im Jahr 2013 begannen einschlägige Studien, die BIM-Technologie mit dem „umweltfreundlichen Bauen“ in Verbindung zu bringen. So schlug Li Xiao vor, mithilfe von BIM während des Bauprozesses das Ressourcenmanagement auf der Baustelle vorab zu simulieren, Arbeitsabläufe zu optimieren und so Nacharbeiten und Ressourcenverschwendung zu verringern. Die Anwendung der BIM-Technologie auf das „Projektmanagement“ bei grünen Gebäuden zeigt sich vor allem darin, dass BIM zusammenhängende Änderungen zwischen Projekten ermöglicht, die mehrfache Eingabe von Informationen reduziert und die Effizienz der kollaborativen Arbeit der Beteiligten erhöht. Auch „Nachhaltigkeit“ und „Wirtschaftlichkeit“ grüner Gebäude waren Ziele, die Wissenschaftler verfolgten; daraus gingen „kohlenstoffarme Gebäude“ sowie damit verbundene kohlenstoffarme Planungsmethoden, Berechnungsverfahren für Kohlenstoffemissionen und Kohlenstoffemissionsstandards für kohlenstoffarme Gebäude hervor. So entwickelten Hua Hong et al. ausgehend vom Bedarf an kohlenstoffarmer Planung und Kohlenstoffemissionsbilanzierung öffentlicher Gebäude ein Kohlenstoffemissionsbilanzierungsmodell auf der Grundlage von auf der BIM-Technologie basierenden Analysemethoden der kohlenstoffarmen Planung. Ein Teilgrund für die langsame Entwicklung in dieser Phase war, dass es für die BIM-Anwendung im Bauwesen nach wie vor an einem einheitlichen Branchenstandard fehlte. Zwar wurden die einschlägigen Softwarelösungen gegenüber der vorangegangenen Phase schrittweise aktualisiert und weiterentwickelt, doch ihre Entwicklung blieb verbesserungswürdig.

(3) Rasche Expansionsphase (2015–2018) 2015 wurde die BIM-Technologie in zunehmendem Maße in den verschiedenen Phasen des gesamten Lebenszyklus grüner Gebäude eingesetzt. „Umweltfreundliches Bauen“, „gesamter Lebenszyklus“ und „Baumanagement“ traten als Schlüsselwörter dieser Phase erstmals hervor; es folgte die wechselseitige Verschmelzung neuer Technologien wie „Internet der Dinge“, „Cloud Computing“ und „Big Data“ mit der BIM-Technologie, wodurch die Entwicklung grüner Gebäude über den gesamten Lebenszyklus auf technischer Ebene vorangetrieben wurde. Im Jahr 2017 wurde „Fertigteilbauweise“ zu einem der Forschungsschlüsselwörter. Gegenüber herkömmlichen Stahlbetongebäuden und Stahlbauten bieten neuartige Fertigteilgebäude bei der Verwirklichung grüner Gebäude entsprechende Vorteile. So sichteten Xu Zhao et al. die Anwendung von BIM in der Produktionsphase der Fertigteile von Fertigteilgebäuden, analysierten sie systematisch und formulierten eine Entwicklungsrichtung für grüne Gebäude, in der BIM mit den Fertigteilen der Fertigteilbauweise verbunden wird.

(4) Stabile Entwicklungsphase (seit 2019) 2019 erreichte die Zahl der Forschungsarbeiten in diesem Bereich ihren Höchstwert; seither befindet sich das Gebiet in der Phase der stabilen Entwicklung, und die Wissenschaftler erforschen weiterhin intensiv die Möglichkeiten einer effizienteren und umfassenderen Anwendung von BIM bei grünen Gebäuden. In dieser Phase wurden die technologischen Anwendungen schrittweise optimiert und vertieft verfeinert, etwa durch Aufbau und Betrieb von Cloud-Plattformen für intelligente Baustellen oder durch die Optimierung von Bautechnologien zur Energieeinsparung; zugleich vertiefte sich die Anwendung der BIM-Technologie in der Betriebs- und Instandhaltungsphase grüner Gebäude. Zahlreiche Wissenschaftler planten und gestalteten auf Forschungsebene entsprechende Managementplattformen, um den Anforderungen realer Projekte wie Fertigteilgebäuden, städtischem Schienenverkehr, Wasserbauprojekten, Brückenbauwerken und integrierten Versorgungstunneln gerecht zu werden. So untersuchten und analysierten Li Zhongfu et al. den Nutzen der BIM-Technologie in der Betriebsphase grüner öffentlicher Gebäude und trugen damit zur weiteren Verbreitung und Anwendung von BIM bei.

4.2 Analyse der Forschungsfronten

Die Häufigkeit von Begriffen in den Forschungsarbeiten kann in der Regel die Entwicklungstrends der Forschung widerspiegeln. Mithilfe von CiteSpace werden Visualisierungsnetzwerke erstellt; die Analyse der Begriffe mit sprunghaft angestiegener Häufigkeit ermöglicht es, die Fronten des Forschungsgebiets vorherzusehen. Auf der Grundlage der Intensität dieser sprunghaft aufgetretenen Begriffe und des Zeitraums ihres Auftretens lassen sich die jüngsten Forschungstrends identifizieren: Man kann feststellen, dass sich die in diesem Bereich aufgetretenen Forschungsfronten hauptsächlich auf „kollaboratives Planen“, „Energieeinsparung im Gebäudebereich“, „Softwaresimulation“, „integrierte Anwendung“ und „Cloud Computing“ konzentrieren.

(Da der Platz begrenzt ist, wird für den weiteren Verlauf dieses Artikels – Abschnitt „5 Fazit“ sowie das Literaturverzeichnis – auf den Originalartikel verwiesen.)

END

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