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Forschungsbe­reiche

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Neue Horizonte erschließen Innovation durch Forschung

Forschungsbereiche in CARE

In den Forschungsbereichen (Research Areas = RAs) in CARE bilden ein Fundament aus wichtigen Methoden und theoretischen Grundlagen und bündeln Expertise aus verschiedenen Disziplinen. Sie konzentrieren sich auf die drei zentralen Aspekte des Bauens: Baustoffe (RA1), Konstruktionsprinzipien (RA2) sowie Fertigungstechnologien (RA3). Digitale Methoden (RA4) und Ganzheitliche Nachhaltigkeitsbetrachtungen (RA5) als querschnittsorientierte Forschungsbereiche befördern die Fortschritte auf dem Weg zur Verwirklichung der Ziele von CARE.

  • In RA1 entstehen innovative, CO₂-neutrale und zirkuläre Baumaterialien mit multifunktionalen Eigenschaften – leistungsfähig und nachhaltig zugleich.
  • In RA2 werden durch Materialminimierung und modulare Bauweisen nachhaltige und ressourcenschonende Tragwerkskonzepte erarbeitet. Intelligente Monitoringansätze nutzen die multifunktionalen Eigenschaften der in RA1 entwickelten Baustoffe und verlängern so die Lebensdauer neuer und bestehender Konstruktionen.
  • In RA3 werden Prinzipien und Technologien für eine effiziente, automatisierte und vernetzte Bauausführung erforscht. Im Fokus steht die Anwendung der neuen Baustoffe aus RA1 und Tragwerkskonzepte aus RA2, um den Bauprozess nachhaltiger und zukunftsfähiger zu gestalten.
  • In RA4 werden digitale Algorithmen entwickelt, die die bahnbrechenden Fortschritte in RA1–RA3 unterstützen und die digitale Transformation der gesamten Wertschöpfungskette im Bauwesen vorantreiben.
  • In RA5 werden die in RA1 bis RA3 erarbeiteten disruptiven Ansätze auf das Ziel eines nachhaltigen und resilienten Bauens ausgerichtet.

RA1

Klimaneutrale und zirkuläre Baustoffe sind die Schlüsselkomponenten für das Erreichen der Forschungsziele von CARE .

RA1-1 Neue Ressourcen
  • Methodenentwicklung zur Gewinnung reaktiver mineralischer Bindemittel, unter Gewährleistung von CO₂-Neutralität und Einsatz grüner Energie
  • Entwicklung von Verfahren zur Nutzung von CO₂ als effektivem Reaktionspartner zur Herstellung moderner Baustoffe
  • Entwicklung von Strategien zur vollständigen Ausschöpfung des großen Potenzials sekundärer Rohstoffe
RA1-2 Zirkuläre Materialien
  • Entwicklung von Methoden für eine vollständig zirkuläre Nutzung zementhaltiger Bindemittel
  • Verbesserung der Festigkeit und Dauerhaftigkeit von Lehmbaustoffen bei Erhalt ihrer Zirkularität
  • Entwicklung zirkulärer Hochleistungsfasern und Polymere für den Einsatz als Bewehrungen in den mineralischen Baustoffen
RA1-3 Neue Funktionalitäten
  • Erkennung und Bewertung kritischer Risse
  • Materialien zur Detektion von Feuchtigkeit und baustoff-schädigenden Medien sowie deren Unterscheidung
  • Entwicklung von Ansätzen zur Energiegewinnung mit und in verbauten Baustoffen

RA2

Neue Entwurfs- und Konstruktionsprinzipe sind entscheidend für ressourcenschonende, resiliente und anpassungsfähige Tragwerke mit CO₂-neutralen Fußabdruck.

RA2-1 Minimierung des Materialeinsatzes
  • Erforschung neuer Designprinzipien zur Materialminimierung unter Verwendung generativer KI, inspiriert durch die Natur, historische Vorbilder und andere Ingenieurdisziplinen
  • Optimierung der strukturellen Topologie von flachen, im inneren geometrisch aufgelösten Bauelementen
  • Charakterisierung des Einflusses neuartiger automatisierter Fertigungstechniken auf die mechanische Leistungfähigkeit zirkulärer, mineralischer Baustoffe
RA2-2 Zirkuläre Tragwerkskonzepte
  • Entwicklung von Strategien zur Wiederverwendung Bauteilen, die aus bestehenden Strukturen gewonnen wurden, in neuen Tragwerkskontexten
  • Entwicklung von Entwurfs- und Bemessungskonzepten auf Grundlage von Optimierungsalgorithmen für die Tesselierung von Fertigteilen und wiederverwendeten Bauteilen
  • Erforschung hochleistungsfähiger, lösbarer Verbindungen zwischen Baukörpern. Die Verindungen sollen die Montage und Demontage mit Hilfe von Robotern erlauben
RA2-3 Verlängerte Nutzungsdauer von Bauwerken
  • Erfoschung von minimalinvasiven, robotergestützten Verfahren für die Bauwerksverstärkung zur Verlängerung der Nutzungsdauer bestehender Strukturen
  • Umwandlung bestehender Baukörper in intelligente Systeme, die autonom und datenbasiert über ihren strukturellen Zustand, die verbleibende Lebensdauer und notwendige Wartungsmaßnahmen berichten

RA3

Innovative Fertigungstechnologien ermöglichen die Automatisierung von Bauprozessen, um die Produktivität zu steigern und dem Fachkräftemangel zu begegnen.

RA3-1 Zirkulär automatisierte Konstruktion
  • Skalierbare Bautechnologien mit klimaneutralen Materialien durch automatisierte Steuerungssysteme für Baumaschinen
  • Hochwertige zirkuläre Wiederverwendung von Bauteilen durch präzise automatisierte Rückbauprozesse
  • Neue Bauprinzipien durch autonome Multiagentensysteme mit hoher Traglast
RA3-2 Kognitive Produktionssysteme
  • Entwicklung neuartiger adaptiver Prozessketten in der Vorfertigung durch automatisierte Prozessüberwachung und Qualitätssicherung
  • Untersuchung der Anforderungen an kognitive Robotersysteme zur Steigerung von Resilienz, Flexibilität und Sicherheit im Bauwesen
  • Etablierung adaptiver, resilienter und auf technischer Kognition basierender Methoden für die Instandsetzung zur Verlängerung der Nutzungsdauer von Infrastrukturen
RA3-3 CARE Prozess Ontologie
  • Ganzheitliche, nahtlose und echtzeitfähige Datenintegration in Vorfertigungs-, (De-)Konstruktions- und Rekonstruktionsprozesse durch den Einsatz von Prozessontologien
  • Ontologiebasierte Prozesssteuerung für effiziente, adaptive Bauprozesse in human cyber-physical construction systems (HCPCS)
  • Innovative Prozesssteuerung im Bauwesen durch multimodale Datenintegration

RA4

Die Digitalisierung ermöglicht klimaneutrales Bauen durch datenbasierte semantische Modellierung, geometrische Optimierung und verbesserte Dateninteroperabilität.

RA4-1 Datenerfassung, -integration und -darstellung
  • Nutzung neuer Sensoren und Datenerfassungsmethoden für den Material- und Tragwerksentwurf auf verschiedenen Skalenebenen
  • Semantische Integration und Fusion heterogener Datenquellen auf Basis eines offenen und föderierten Datenraums
RA4-2 Datenanalyse
  • Nutzung geometrischer Datenanalysen für den Material- und Tragwerksentwurf
  • Erweiterung von 3D-Geometrien und -Modellen durch Analyse nicht-geometrischer Daten
RA4-3 Datensynthese
  • Beförderung von struktureller Zirkularität und erweiterter Nutzung von Bauwerken durch geometrische Operationen auf 3D-Strukturmodellen
  • Einsatz von generativen Modellen und Reinforcement Learning beim Entwurf von Tragwerken und Materialien

RA5

Ganzheitliche Nachhaltigkeitsbetrachtungen unterstützen das Bauen für zukünftige Generationen durch umfassende Lebenszyklusbewertungen, Prinzipien der Zirkularität und menschzentrierte Perspektiven.

RA5-1 Nachhaltigkeitsbewertung
  • Weiterentwicklung des LCSA-Ansatzes durch digitale Methoden zur Festlegung von Nachhaltigkeitsanforderungen und -grenzen für einen nachhaltigen Bausektor
  • Erhöhung der Relevanz von Nachhaltigkeitsbewertungen durch zuverlässige Ergebnisse über Regionen und Zeiträume hinweg
  • Entwicklung einer Methode zur Bewertung wesentlicher sozialer Auswirkungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette bei gleichzeitiger Minimierung von Zielkonflikten
RA5-2 Zirkularität und Ressourcen-Nexus
  • Charakterisierung der Wechselwirkungen, Funktionen und Messbedingungen des Ressourcen-Nexus-Ansatzes um vollständige Zirkularität zu erreichen
  • Entwicklung von Zirkularitätskriterien für zirkuläre Materialien sowie neue und wiederverwendete Bauteile
  • Einbindung des Faktors Mensch zur Sicherstellung von Akzeptanz, Vermeidung von Umsetzungsbarrieren und Förderung von Zirkularität im Bauwesen
RA5-3 Menschzentrierte Nachhaltigkeitsfaktoren
  • Analysen zur Wahrnehmung neuer Materialien, Entwurfsansätze und Bautechnologien durch Baubeteiligte sowie Optimierung der subjektiv wahrgenommenen Nachhaltigkeit
  • Verbesserung partizipativer Entscheidungsprozesse in Bauprojekten zur Steigerung von Engagement und Nachhaltigkeit
  • Entwicklung eines methodischen Rahmens zur Bewertung zentraler Nachhaltigkeitsindikatoren im Bauwesen unter Berücksichtigung von Vorgaben wie der EU-Taxonomie