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52 % unserer Abfälle entstehen durch Gebäude.¹
Gleichzeitig gelten laut EU-Kommission 75 % aller Gebäude als energetisch ineffizient.² Diese Zahlen machen deutlich: Der Gebäudebestand ist ein zentraler Hebel für mehr Nachhaltigkeit.
Besonders Hochhäuser bieten durch ihre massive Struktur ein großes Potenzial für ressourcenschonende Sanierungen. Doch viele von ihnen leiden unter veralteten Fassaden und hohen Energieverlusten. Dieses Spannungsfeld bietet dabei ein spannendes Feld für digitale Ansätze und innovative Lösungen.
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Nach der Niedersächsischen Bauordnung (NBauO) gelten Gebäude ab einer Höhe von 22 Metern als Hochhäuser und werden der Gebäudeklasse 5 zugeordnet. Diese Einstufung bringt besondere baurechtliche Anforderungen mit sich, da Hochhäuser als Sonderbauten gelten. Für solche Bauten können laut § 51 NBauO je nach Höhe zusätzliche Anforderungen gestellt werden, die insbesondere den Brandschutz, die Statik und die technische Gebäudeausrüstung betreffen. Mit wachsender Gebäudehöhe steigen die Anforderungen an die Evakuierungskonzepte und Rettungswege, den Feuerwiderstand sowie an die Löschtechnik. Die Tragwerksplanung muss verstärkt Lasten wie Winddruck und Erdbeben berücksichtigen. Darüber hinaus erfordern die komplexen technischen Systeme für Lüftung, Energieversorgung und Kommunikation eine besonders sorgfältige Planung, um die Sicherheit, Stabilität und Funktionsfähigkeit der Gebäude zu gewährleisten. Interessant sind daher Hochhäuser vorherrschend in Städten mit hoher Dichte und teurem Grund und Boden.
International werden Hochhäuser zusätzlich nach ihrer Höhe in drei Kategorien unterteilt:
Diese Einteilung basiert auf den Kriterien des Council on Tall Buildings and Urban Habitat (CTBUH) und dient der weltweit einheitlichen Kategorisierung.³
Mit der Erfindung des modernen Personenaufzugs im Jahr 1852 wurde ein wesentlicher Grundstein für das vertikale Bauen gelegt. Erst durch die sichere und zuverlässige Beförderung von Menschen in große Höhen war es möglich, Gebäude mit zahlreichen Etagen nutzbar zu machen und wirtschaftlich sinnvoll zu erschließen. Neben dem Aufzug trugen auch weitere technische Entwicklungen maßgeblich dazu bei, die Entstehung von Hochhäusern zu ermöglichen. Dazu zählen insbesondere die Einführung von Stahlskelettkonstruktionen, die eine flexible und hoch belastbare Tragstruktur bieten, sowie die Entwicklung von Brandschutzkonzepten, die den sicheren Betrieb hoher Gebäude gewährleisten. Ebenso entscheidend waren Fortschritte in der Wasserversorgung und Klimatechnik, ohne die eine Versorgung über mehrere Etagen hinweg kaum realisierbar gewesen wäre. Diese Innovationen bilden die technischen und infrastrukturellen Voraussetzungen für den Hochhausbau, wie wir ihn heute kennen.
In der heutigen Zeit sind Hochhäuser kaum mehr aus dem urbanen Raum wegzudenken. In Deutschland existieren über 1.000 Hochhäuser.⁴ Ein wesentlicher Treiber dieser Entwicklung ist die zunehmende Verknappung und Verteuerung von Grundstücksflächen in Ballungsräumen. Der Trend, in die Höhe zu bauen, ist eine direkte Reaktion auf steigende Bodenpreise, wie sich beispielsweise anhand der Entwicklung des Kaufpreisindex für Grund und Boden in den letzten Jahrzehnten nachvollziehen lässt.
Darüber hinaus prägen Hochhäuser in besonderem Maße die Stadtsilhouette, tragen zur Identitätsbildung urbaner Räume bei und dienen als visuelle Orientierungspunkte. Sie können Impulse für die Quartiersentwicklung setzen, soziale Strukturen stärken und werden nicht zuletzt mit wirtschaftlicher Leistungsfähigkeit und Modernität im Sinne des technischen Fortschritts assoziiert.
Ein weiteres Argument für den Bau in die Höhe ist die Möglichkeit zur Reduzierung der Flächenversiegelung. Durch höhere GFZ-Werte lässt sich auf derselben Grundfläche bis zu 75 % mehr Nutzfläche im Vergleich zu Flachbauten realisieren. Angesichts des angespannten Wohnungsmarkts und des steigenden Bedarfs an neuen Flächen stellt dies einen wichtigen Beitrag zur Entlastung urbaner Räume dar.
Ein wesentliches Problem vieler bestehender Hochhäuser liegt in ihren erheblichen thermischen Verlusten, die oft auf veraltete Glasfassaden zurückzuführen sind. Diese Fassaden genügen meist nicht mehr den heutigen Anforderungen an den Wärmeschutz, was insbesondere im Winter zu einem hohen Transmissionswärmeverlust führt. Noch gravierender wirkt sich jedoch der sommerliche Wärmeeintrag aus, der durch den großen Glasanteil in der Gebäudehülle begünstigt wird. Dieser führt nicht nur zu einer Überhitzung der Innenräume, sondern erfordert auch den Einsatz aktiver Kühlsysteme, um ein behagliches Raumklima aufrechtzuerhalten. Die Folge sind hohe Kühllasten und ein entsprechend gesteigerter Energieverbrauch, der die energetische Ineffizienz vieler Hochhäuser zusätzlich verstärkt.
Gerade ”Curtain Walls” als häufige Fassadenform in der Hochhausarchitektur sind aufgrund ihrer leichten Bauweise und des hohen Glasanteils von Natur aus thermisch weniger leistungsfähig. Sie weisen höhere Wärmedurchgangskoeffizienten auf und bieten somit einen geringeren Wärmeschutz als massive Wandkonstruktionen. Dadurch begünstigen sie den Treibhauseffekt innerhalb des Gebäudes. Der sogenannte U-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient) verhält sich umgekehrt proportional zur Dämmwirkung: Je höher der U-Wert, desto mehr Wärme wird pro Quadratmeter Fläche nach außen oder innen abgegeben. Allerdings ist der U-Wert nicht der einzige relevante Parameter für das thermische Verhalten eines Gebäudes. Auch die thermische Speichermasse, also die Fähigkeit von Bauteilen, Wärme aufzunehmen und zeitversetzt wieder abzugeben, trägt wesentlich zur Stabilisierung des Raumklimas bei. In Hochhäusern wird diese Speichermasse häufig durch die Tragstruktur von Decken, Stützen und Innenwänden bereitgestellt.
Ein wesentlicher Einflussfaktor, nämlich die Fassade, ist damit bereits benannt. Zwar ist sie im Vergleich zu massiven Wandkonstruktionen bautechnisch schwieriger hinsichtlich ihrer thermischen Leistung zu verbessern, dennoch besteht gerade hier ein erhebliches Optimierungspotenzial zur Steigerung der Nachhaltigkeit und Verlängerung der Lebensdauer von Gebäuden. Fassaden lassen sich im Gegensatz zu tragenden Bauteilen vergleichsweise einfach demontieren und erneuern, was gezielte energetische Verbesserungen ermöglicht, ohne in die tragende Gebäudestruktur einzugreifen zu müssen.
„Der Begriff "Nachhaltigkeit" hat seine Wurzeln in der Forstwirtschaft und wurde erstmals 1713 von Hans Carl von Carlowitz (1645-1714) im deutschen Sprachraum verwendet. Carlowitz formulierte das Prinzip, dass in einem Wald nur so viel Holz geschlagen werden soll, wie sich wieder regeneriert. Dieses Prinzip der nachhaltigen Nutzung von Ressourcen wurde später auf andere Bereiche wie Ökonomie und Gesellschaft übertragen.“⁵ Daraus entwickelte sich die traditionelle Definition von Nachhaltigkeit, die zumeist auf dem Drei-Säulen-Modell basiert. Dieses Modell umfasst die gleichberechtigten Dimensionen Ökologie, Ökonomie und Soziales, auch als "Triple Bottom Line" bekannt. Innerhalb dieses Modells wird die ästhetische Dimension von Nachhaltigkeit, also Aspekte wie Schönheit, kultureller Wert, Identität und das Wohlbefinden durch Gestaltung, oft nur am Rande behandelt oder gänzlich übersehen.
Die zentrale Fragestellung lautet folglich, ob die ökologische Dimension der Nachhaltigkeit als alleiniger maßgeblicher Faktor fungieren sollte. Es ist vielmehr zu erörtern, inwieweit soziale Werte, wie die Förderung von Gemeinschaft durch lokale Bezugspunkte, und ästhetische Qualitäten, beispielsweise in Form von architektonischer Gestaltung oder der Anziehungskraft von Sehenswürdigkeiten, als integrale Bestandteile in die Gesamtbewertung und Entscheidungsfindung von Nachhaltigkeitsstrategien einzubeziehen sind.
“Sollte die ökologische Dimension der Nachhaltigkeit als alleiniger maßgeblicher Faktor fungieren?”
Nachdem die traditionelle Definition von Nachhaltigkeit oft die ästhetische Dimension vernachlässigt, wird deutlich, dass ein umfassenderes Verständnis unerlässlich ist. Es ist daher entscheidend, soziale Werte wie die Förderung von Gemeinschaft durch lokale Bezugspunkte und ästhetische Qualitäten wie architektonische Gestaltung und die Anziehungskraft von Sehenswürdigkeiten als integrale Bestandteile in Nachhaltigkeitsstrategien einzubeziehen. Diese erweiterte Perspektive bezeichnen wir als integrale Nachhaltigkeit. Die Forderung nach einer solchen integralen Nachhaltigkeit erfordert gleichzeitig auch eine Neuausrichtung innerhalb der ökologischen Dimension selbst.
Die geläufige Terminologie des Klimaschutzes bedarf einer differenzierteren Betrachtung. Anstatt Klimaschutz als primäre Handlung zu definieren, lässt sich argumentieren, dass dieser vielmehr ein Resultat einer Kaskade konkreter Umweltschutzmaßnahmen darstellt. Angesichts der intrinsischen Variabilität des Klimas an unterschiedlichen geografischen Standorten und seiner kontinuierlichen natürlichen Dynamik erscheint ein Fokus auf den unmittelbar greifbareren Umweltschutz zielführender.
Ein effektiver Umweltschutz basiert auf aktiven Eingriffen und Managementstrategien. Hierzu zählen insbesondere die Erhaltung der Biodiversität und die Ressourcenschonung. Diese konkreten Maßnahmen sind entscheidend, um jene Ziele zu erreichen, die unter dem Oberbegriff Klimaschutz subsumiert werden: primär die Wiederherstellung eines besseren Einklangs mit den natürlichen Kreisläufen der Erde. Es geht somit um die Umsetzung von Maßnahmen, die sich direkt auf Ökosysteme und Ressourcen auswirken und dadurch mittelbar positive Klimafolgen erzielen.
Im Kontext der Bauwirtschaft manifestiert sich diese Perspektive besonders deutlich. Die Aufrechterhaltung der Biodiversität und die Reduzierung des ökologischen Fußabdrucks lassen sich nicht durch abstrakten Klimaschutz erreichen, sondern erfordern einen geringeren Abbau primärer Ressourcen. Dies mündet in der Notwendigkeit eines intelligenten Geflechts aus Recycling und Upcycling.
Die Ressourcenschonung bildet eine fundamentale Säule des Umweltschutzes und gewinnt insbesondere in der Bauwirtschaft aufgrund des hohen Material- und Energiebedarfs besondere Relevanz. Die Einsparung von Primärrohstoffen wie Sand, Kies und Kalkstein, den Hauptbestandteilen von Beton und Zement, ist dabei essenziell, insbesondere, da Hochhäuser mitsamt ihrer Tragstruktur zumeist aus Stahlbeton bestehen und somit einen erheblichen Materialbedarf verursachen. Der Abbau dieser Rohstoffe führt zu erheblichen ökologischen Belastungen, darunter Landschaftszerstörung, Emissionen und Eingriffe in empfindliche Ökosysteme. Gleichzeitig ist auch die Reduktion des Energieverbrauchs von großer Bedeutung, etwa in der energieintensiven Zementherstellung oder beim Materialtransport. Jede Maßnahme zur Verringerung des Materialeinsatzes oder zur verstärkten Nutzung von Sekundärrohstoffen trägt dazu bei, den Bedarf an neuen Abbauflächen zu senken. Dadurch können Biodiversität geschützt und Landnutzungskonflikte vermieden werden.
Diese Prinzipien der Ressourcenschonung münden direkt in das Konzept der Kreislaufwirtschaft. Sie ist ein Wirtschaftsmodell, das darauf abzielt, den Lebenszyklus von Produkten und Materialien zu verlängern, Abfälle zu minimieren und Ressourcen effizienter zu nutzen. Kern dieses Modells ist die Schaffung geschlossener Kreisläufe, in denen Materialien über verschiedene Stufen hinweg wiederverwendet, repariert, wiederaufbereitet oder recycelt werden. Das Prinzip verknüpft dabei wirtschaftliche Akteure so, dass der Output eines Prozesses als Input für einen anderen dient und Abfälle nahezu vollständig wiederverwertet werden können.
Aluminium als Material dominiert den Markt für Vorhangfassaden, insbesondere bei Hochhäusern. Seine Leichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit machen es ideal für moderne Fassadensysteme. Zudem ermöglichen Aluminiumprofile schlanke Designs und tragen zur Energieeffizienz bei. Die Eigenschaft und Qualität nach Wiederaufbereitung von Aluminium bleiben erhalten, was es sozusagen unendlich recycelbar macht. Für das Recycling werden nur etwa 5 % der Energie benötigt, die zur Herstellung von Primäraluminium erforderlich ist. Das sogenannte End-of-Life-Aluminium (EoL) stammt beispielsweise aus dem Rückbau von Fassaden oder Fenstern und kann direkt dem Stoffkreislauf zugeführt werden, was Aluminium de facto zu einem „self-circular“ Material macht.⁶
Im Bausektor wird dies als zirkuläres Bauen bezeichnet, ein Begriff, den auch die Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB) verwendet.⁷ Konkret bedeutet Zirkuläres Bauen, dass Gebäude so konzipiert, konstruiert und betrieben werden, dass ihre Nutzungsdauer maximiert wird – idealerweise durch geringe Eingriffe zur Anpassung und Modernisierung. Eine zentrale Strategie ist hierbei das Design for Disassembly (DfD): Gebäude sollten mit geringem Energieaufwand gut rückbaubar sein. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf der Wiederverwendbarkeit der einzelnen Bauteile, um den materiellen sowie energetischen Aufwand für den Neubau zu minimieren und somit Ressourcen zu schonen.
Self Circular vs. multi Circular - Kreislaufwirtscchaften, Eigene Darstellung
Die Komplexität der Kreislaufschließung variiert: Während eigenzirkuläre Materialien wie Aluminium aufgrund ihrer Eigenschaften oft direkt und mit geringem Qualitätsverlust unendlich recycelt werden können, stellen die komplexen Verflechtungen der Prozessvernetzung über mehrere Etappen hinweg eine weitaus größere Herausforderung dar. Dies geht über das einfache Materialrecycling hinaus und erfordert die Integration verschiedenste Akteure und Technologien für einen umfassenden Systemkreislauf. Dies macht die Etablierung einer umfassenden Kreislaufwirtschaft zu einem komplexen, multi-dimensionalen Vorhaben.
Während Elemente wie die Fassade eines Hochhauses so konzipiert sein sollten, dass sie einfach demontierbar und ressourcenschonend erneuerbar sind, muss die tragende Kernstruktur des Gebäudes unbedingt erhalten werden, um den größten materiellen und energetischen Aufwand zu vermeiden. Dieser selektive Ansatz ist entscheidend für eine nachhaltige Gebäudewirtschaft.
Ästhetische Gestaltung spielt eine entscheidende Rolle, indem sie Räume schafft, die nicht nur funktional, sondern auch ansprechend sind und das Wohlbefinden steigern. Solche Orte der Ästhetik fördern wiederum den sozialen Austausch und stärken das Gemeinschaftsgefühl, indem sie Menschen zusammenbringen. Dies trägt zur Entwicklung einer lebendigen Kultur bei und schafft eine tiefere Identifikation der Menschen mit ihrer gebauten Umwelt. Wie die "Charta für eine hohe Baukultur in Europa" (2018) betont, muss "hohe Baukultur nicht nur funktionalen, technischen und ökonomischen Anforderungen, sondern auch sozialen und psychologischen Bedürfnissen der Bevölkerung" entsprechen.⁸ Die Integration dieser sozialen und kulturellen Aspekte ist somit unerlässlich, um eine ganzheitliche und zukunftsfähige Entwicklung zu gewährleisten, die über materielle Effizienz hinausgeht.
Dass Umweltbewusstes Handeln und soziale, als auch ästhetische Aspekte mit einbezogen werden können zeigt die Transformation von Gebäuden, welches ebenfalls gerne unter dem Begriff adaptive reuse, zu deutsch: anpassende Wieder- / Weiterverwendung beschrieben wird. Im Kontext der integralen Nachhaltigkeit bietet die Transformation bestehender Gebäude gegenüber einer reinen Bestandserhaltung zahlreiche Vorteile, die über rein ökologische Aspekte hinaus auch soziale und ästhetische Dimensionen umfassen. Es geht darum, Gebäude nicht nur zu erhalten, sondern sie aktiv an neue Bedürfnisse anzupassen und weiterzuentwickeln.
Durch die gezielte Weiterentwicklung bestehender Strukturen können kreative Erweiterungen und neue Fassadengestaltungen entstehen, die dem Gebäude einen neuen architektonischen Ausdruck verleihen. So werden urbane Räume nicht nur neu interpretiert, sondern auch gestalterisch aufgewertet, was maßgeblich zur Identitätsbildung beiträgt und eine nachhaltige Stadtentwicklung fördert.
Die Transformation bietet die Möglichkeit, die Nutzfläche eines Gebäudes signifikant zu vergrößern, ohne neue Flächen zu versiegeln. Dies kann durch Anbauten – etwa durch Verlängerungen oder Verbreiterungen – oder, besonders effizient, durch Aufstockungen erfolgen. Darüber hinaus kann eine neue architektonische Gestaltung entstehen, die zugleich zur besseren Einfügung in das Stadtbild beiträgt.
Durch die Integration innovativer Systeme, wie etwa teilflächiger Photovoltaikfassaden, können kreative Lösungen zur nachhaltigen Gebäudegestaltung entwickelt werden. Der Einsatz erneuerbarer Energien ermöglicht eine deutliche Reduktion des Energieverbrauchs im Bestand. Gleichzeitig lassen sich energetische Anforderungen mit dem Erhalt, oder sogar der gestalterischen Aufwertung, des Gebäudecharakters in Einklang bringen.
Die Fassade nimmt eine zentrale Rolle im Erscheinungsbild und der Funktionalität eines Gebäudes ein. Im Rahmen der Transformation bietet sich die Möglichkeit, innovative Materialien und Techniken zu integrieren, um eine moderne, nachhaltige und optisch ansprechende Fassade zu realisieren. Dadurch entsteht eine harmonische Verbindung von Ästhetik, Funktionalität und Nachhaltigkeit, während gleichzeitig die Flexibilität gewährleistet wird, zukünftigen Anforderungen seitens der Nutzer gerecht zu werden. Dabei kann ein bewusster neuer architektonischer Ausdruck geschaffen werden, ohne dass die bestehende Fassade uneingeschränkt berücksichtigt werden muss.
Eine wesentliche Reduzierung des Bedarfs an umfangreichen Erschließungsarbeiten ist möglich. Da transformierte Gebäude bereits an bestehende Infrastrukturen wie Straßen, Wasser- und Abwassernetze sowie Stromversorgung angeschlossen sind, entfallen die aufwendigen und kostspieligen Maßnahmen, die bei einem Neubau erforderlich wären. Die Nutzung bestehender Infrastruktur trägt somit maßgeblich zur Ressourcenschonung und Effizienzsteigerung bei.
Gebäude können an veränderte Bedürfnisse und Nutzungen angepasst werden, wodurch ihre Langlebigkeit und Relevanz erhalten bleiben. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund sich wandelnder Arbeitswelten und Lebensstile, wie beispielsweise der Zunahme hybrider Arbeitsmodelle, von großer Bedeutung. Durch die Umwandlung von sogenannten Single-Use-Buildings in Mixed-Use-Buildings können leerstehende oder untergenutzte Immobilien revitalisiert und städtebaulich aufgewertet werden. Ein flexibler und zeitgemäßer Gebäudebestand trägt dazu bei, dass Immobilien nicht zu sogenannten Stranded Assets werden, deren Wertverlust auf veraltete Standards zurückzuführen ist.
Der Umbau von Büro- zu Wohngebäuden stellt eine komplexe planerische und rechtliche Herausforderung dar. Zwar erscheinen Büro- und Wohnbauten in ihrem äußeren Volumen oft vergleichbar, doch weichen sie in zentralen Parametern, der inneren Struktur, erheblich voneinander ab. Unterschiede bestehen insbesondere in Raumtiefen, Belichtungsverhältnissen sowie in der Erschließung und Haustechnik. Diese Aspekte machen eine Umnutzung häufig nur mit tiefgreifenden baulichen Eingriffen möglich.
Ein wesentlicher Hinderungsgrund sind planungsrechtliche Rahmenbedingungen. Zahlreiche Büroimmobilien befinden sich in gewerblich oder industriell ausgewiesenen Zonen, in denen eine Wohnnutzung grundsätzlich unzulässig ist. Selbst in zentralen Lagen können Lärmschutzauflagen, fehlende Außenräume oder brandschutztechnische Anforderungen eine Umwandlung erschweren oder verhindern.
Bürohochhäuser benötigen durch die höhere Belegungsdichte und komplexeren Fluchtwege mehr anlagentechnischen und organisatorischen Brandschutz ****durch Brandhelfer, Räumungskonzepte und Übungen. Wohnhochhäuser legen den Fokus stärker auf baulichen Schutz, da nachts schlafende Personen anwesend sind, und keine geübten Evakuierungsroutinen existieren. Gerade im Wohnungsbau können sich darüber hinaus Kinder und Senioren aufhalten.
Nach der Muster-Hochhaus-Richtlinie (MHHR) bestehen im Brandschutz grundsätzlich allerdings keine Unterschiede zwischen Wohn- und Bürohochhäusern. Herausforderungen ergeben sich jedoch durch die abweichenden Größen der Nutzungseinheiten: Während Bürogebäude oft großflächige, zusammenhängende Bereiche aufweisen, sind im Wohnungsbau eher kleinere, abgeschlossene Einheiten üblich, was die Anzahl von Rettungswegen bzw. Treppenhäusern beeinflusst. Zusätzlich können durch die bereits erwähnten Sonderauflagen im Brandschutz individuelle Anforderungen an die Gebäudetechnik und Bauteile einen erheblichen Einfluss haben.
Gleichzeitig hat sich das wirtschaftliche Umfeld verändert: Während die Mieten für Wohnraum in vielen Metropolregionen weiterhin steigen, stagnieren oder sinken die Büromieten – insbesondere bei älteren, nicht ESG-konformen Gebäuden. Vor diesem Hintergrund steigt der ökonomische Druck auf Bestandshalter, insbesondere bei anhaltendem Leerstand, alternative Nutzungskonzepte zu entwickeln.⁹
Eine Untersuchung im Auftrag des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) geht davon aus, dass allein durch die Umwandlung leerstehender Büroflächen in den sieben größten deutschen Städten bis zu 11.000 Wohneinheiten geschaffen werden könnten.
„Der Umbau von leer stehenden Büros kann den Wohnungsmangel in Metropolen spürbar lindern.“
(Berliner Morgenpost, 10. März 2024)
Mischnutzung bietet eine flexible und skalierbare Lösung, die sowohl städtebaulich als auch wirtschaftlich attraktiv ist. Sie ermöglicht funktionale Synergien, indem Wohnen, Arbeiten, Freizeit und Kultur innerhalb eines Gebäudes kombiniert werden. Dadurch wird die Nutzungsvielfalt erhöht und die Quartiersqualität gestärkt. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass Bebauungspläne flexibel angepasst werden können, abhängig von den Anforderungen der jeweiligen Marktsituation.
Das Konzept des seriellen Sanierens stammt ursprünglich aus den Niederlanden und hat sich in den letzten Jahren zunehmend im Wohnungsbau etabliert. Hierbei werden vorgefertigte Fassadenelemente auf den Bestand montiert. Grundlage dafür ist ein präziser 3D-Scan der Bestandsfassade, der eine passgenaue Vorfertigung ermöglicht.
Während sich dieses Verfahren bislang primär auf Gebäude mit geringen Tiefen (< 12 m) und einfachen Fassadengeometrien konzentriert, bietet es auch für komplexe Hochhausstrukturen mit hohen Gebäudetiefen und Vollglas-Vorhangfassaden wertvolle Ansätze. Zwar ist eine direkte Übertragung des Verfahrens auf solche Gebäudetypen nur eingeschränkt möglich, doch lassen sich insbesondere vorgefertigte Fassadenmodule auch hier effizient nutzen.
In spezifischen Bereichen, etwa technischen Schächten oder rückseitigen Fassadenzonen, kann darüber hinaus auch eine Integration von TGA-Komponenten, wie Abwasser- und Regenwasserleitungen, erwogen werden. So bietet das serielle Sanieren auch im Kontext anspruchsvoller Büro- und Hochhausmodernisierungen interessante Potenziale zur Bauzeitverkürzung und Qualitätssicherung durch industrielle Vorfertigung.¹⁰
Im Bereich digitaler Methoden lassen sich zwei komplementäre Strömungen unterscheiden:
Wichtig ist, dass sich diese beiden Ansätze heute oft überschneiden: Parametrische Modelle liefern zum Teil die Geometriebasis für BIM‑Objekte, und BIM‑Modelle können parametrische Eigenschaften / Attribute enthalten, um Varianten und Simulationen zu ermöglichen.
Parametrisches Modellieren ist eine Methode der digitalen Geometrieerzeugung, bei der sämtliche Bauteile und Formen über veränderbare Parameter und logische Beziehungen gesteuert werden. Anstelle fester Abmessungen definiert man variable Größen wie Längen, Winkel oder Radien, die miteinander in Beziehung stehen. In der aktuellen Planungsrealität bildet Building Information Modeling (BIM) das zentrale Gerüst für eine präzise, kollaborative und simulationsgestützte Bearbeitung von Bestandsgebäuden.
Gerade bei komplexen Großprojekten wie Hochhäusern erweist sich der Einsatz digitaler Planungsmethoden als besonders effizient. Die BIM-Methodik schafft durch die modellbasierte Koordination ein hohes Maß an Planungssicherheit. Ein wesentlicher Aspekt angesichts der Tatsache, dass rund 30 % aller Bauprojekte ihr ursprüngliches Budget oder Programm nicht einhalten. Etwa 10 % der Projektkosten entfallen durchschnittlich auf nachträgliche Änderungen¹¹ – eine Quote, die sich durch präzise und abgestimmte modellbasierte Planung deutlich reduzieren lässt.
Im Zentrum der BIM-Methodik steht die strukturierte Anreicherung von 3D-Modellen mit Informationen. Informationen sind eine Ressource im Planungs- und Bauprozess. Da laut Studien 92 % der Planer angeben, dass ihnen in frühen Projektphasen nicht alle relevanten Daten zur Verfügung stehen, ist der Bedarf an koordinierten, zentral verfügbaren Informationsmodellen groß. Gerade hier setzt BIM an: Als durchgängiges digitales Werkzeug ermöglicht es in der Theorie eine verbesserte Datenverfügbarkeit über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks hinweg, von der Entwurfsphase bis zum Rückbau. Auch die stetig wachsenden Anforderungen an die Gebäudetechnik und Vorschriften in Hochhäusern führen zu einem immer höheren Koordinationsbedarf. Beispiele hierfür sind mechanische Lüftungssysteme, Druckerhöhungsanlagen für die Trinkwasserversorgung in oberen Geschossen oder komplexe Kühlsysteme.
Die Integration von Informationen in digitale Modelle fördert nicht nur die Nachvollziehbarkeit von Entscheidungen für alle Projektbeteiligten, sondern schafft auch eine Grundlage für langfristige Betriebsstrategien. Als digitale Datenbasis kann BIM in der späteren Instandhaltung und im Facility Management wertvolle Dienste leisten, etwa durch die jederzeit abrufbare Verfügbarkeit spezifischer Fabrikate, Wartungsintervalle oder technischer Anforderungen. Darüber hinaus bieten moderne Werkzeuge wie die 4D-Planung (Integration von Bauabläufen in der Zeit) sowie die 5D-Planung (Ergänzung um Kosteninformationen) zusätzliche Möglichkeiten zur Optimierung von Bauprozessen. Bereits in der Entwurfsphase erlauben digitale Modelle präzise Simulationen, Licht- und Schattenanalysen oder Variantenvergleiche – ein entscheidender Vorteil für architektonische Qualität und Effizienz gleichermaßen.
Obwohl sich parametrisches Modellieren und BIM teilweise überschneiden, unterscheiden sie sich konzeptionell: Während BIM den Schwerpunkt auf informationsgetriebene Koordination legt, erlaubt die parametrische Modellierung die regelbasierte Generierung von Geometrien. Beide Ansätze ergänzen sich und tragen gemeinsam zu einem wesentlich effizienteren Workflow bei.
Punktwolken, die mittels 3D-Scan-Technologien erstellt werden, stellen eine moderne Methodik des Aufmaßes dar. Hierbei wird mittels eines Laserstrahls ein dreidimensionales Abbild durch Punkte geschaffen, das nicht nur die Distanz, sondern auch die Farbigkeit eines Punktes präzise erfasst und somit eine hochdetaillierte digitale Repräsentation der Realität ermöglicht. Diese Technologie revolutioniert das traditionelle Aufmaß und bietet eine Fülle detaillierter Informationen.¹²
Das Ergebnis der Messungen ist eine Punktwolke, die eine riesige Ansammlung von Millionen oder sogar Milliarden einzelner Datenpunkten im dreidimensionalen Raum beinhaltet. Jeder dieser Punkte besitzt folgende Informationen:
Für die präzise Erfassung von Bestandsgebäuden spielt das digitale Aufmaß eine zentrale Rolle. Ziel ist es Gebäude nachzukonstruieren, die Grundlage bildet die Punktwolke, ähnlich einer transparenten Vorlage zum Nachzeichnen. Im Laufe der Nutzungsdauer eines Gebäudes kommt es regelmäßig zu Veränderungen, etwa durch Setzungsprozesse, nicht dokumentierte bauliche Anpassungen oder Umbauten, die in den ursprünglichen Planunterlagen nicht berücksichtigt sind. Die Verwendung von 3D-Laserscanning ermöglicht es, diese Abweichungen schnell, flächendeckend und mit hoher Genauigkeit zu identifizieren. Die dabei erzeugten Punktwolken bilden ein realitätsgetreues, dreidimensionales Abbild des Gebäudes, das direkt in den digitalen Planungsprozess integriert werden kann. Im Gegensatz zu klassischen 2D-Plänen, die abstrahieren erlaubt die Punktwolke den Zugriff auf die vollständige Geometrie des Bauwerks, auch in späteren Planungsphasen. So können beispielsweise bauliche Details, die sonst durch konventionelle Vereinfachungen verloren gingen, jederzeit erneut überprüft und analysiert werden.
Das digitale Aufmaß auf Basis von Punktwolken stellt damit ein äußerst zuverlässiges und effizientes Instrument der Bestandserfassung dar und bietet einen Mehrwert, der in seiner Tiefe und Präzision mit herkömmlichen Methoden nicht zu erreichen ist. Angesichts dieser Vorteile sollte es als Standardinstrument in der Planung und Ausführung von Sanierungs- und Transformationsprojekten etabliert werden. Dennoch müssen einige Daten, solche die versteckt sind, wie der Aufbau einer Wand zusätzlich ermittelt werden. Die ergänzenden Informationen können dann im nachkonstruierten BIM-Modell erfasst werden.
Im Kurs BIM Prozess - Bestandserfassung haben mehrere Gruppen das Gebäude der Fakultät für Architektur der Leibniz Universität Hannover digital erfasst. Im Kurs kam die Software Revit (von Autodesk) zum Einsatz. Die Methode sollte die theoretische Abhandlung der digitalen Bestandserfassung auf fachlich korrekter BIM-Ebene verifizieren. Grundlagen waren eine umfassende Auftraggeber-Informationsanforderung (AIA) und die Bereitstellung eines 3D-Scanners.
BIM - Bestandserfassung, Anne Wiesemann, Milan Spata, Leonard Hinz, Timo Schmanns
Die Studierenden waren dazu angehalten, ihren Bauabschnitt zu vermessen und die daraus resultierende 3D-Punktwolke als Grundlage des zu erstellenden Modells zu nehmen.
Die digitale Erfassung und Modellierung von Bestandsgebäuden, insbesondere bei der Transformation von Hochhäusern, birgt spezifische Herausforderungen. Obwohl Laserscanning eine präzise Grundlage für die digitale Abbildung schafft, kann der Scanprozess selbst als zeitaufwändig und potenziell unpräzise eingestuft werden. Die Qualität der Ergebnisse hängt maßgeblich vom Know-how und der Erfahrung der durchführenden Fachperson ab, die mit der Gerätetechnik vertraut sein und potenzielle Fehlerquellen beim Scannen erkennen muss. Aktuelle technologische Entwicklungen haben die Anwenderfreundlichkeit der Geräte zwar deutlich verbessert, was die anfänglichen Hürden auf ein zeitlich begrenztes Maß reduziert. Dennoch empfiehlt es sich, diese spezialisierte Arbeit von einem Vermessungsbüro durchführen zu lassen, um eine hohe Datenqualität zu gewährleisten.
Ein grundsätzliches Problem der Scan-Technologie ist, dass versteckte Bauteile nicht erkannt werden können. Elemente hinter Abhangdecken, Trockenbauwänden oder die genauen Materialzusammensetzungen sind für den Scanner nicht erfassbar. Auch die konstruktive Anbindung von verspachtelten Elementen lässt sich oft nur durch Freilegungen oder Bohrungen erschließen. Dies gilt insbesondere für die technische Gebäudeausrüstung (TGA): Da Planer oder Firmen in der Regel keine Garantien für bestehende TGA-Komponenten übernehmen können, erfolgt bei Kernsanierungen zumeist eine vollumfängliche Erneuerung der jeweiligen Gewerke oder des gesamten Gebäudes. Eine detaillierte Erfassung der verbauten Technik ist daher nicht immer zwingend erforderlich, wobei hier zwischen den einzelnen Gewerken zu differenzieren ist. Ein umfassender Scan ist somit vor allem bei einer Kernsanierung sinnvoll, um die wesentliche Tragstruktur und die äußere Hülle präzise zu erfassen.
BIM - Bestandserfassung, Zahel Faqiri, Alessandra Gullotto, Lara Linden Maximilian Löwen
Die Herausforderungen im BIM-Projekt spiegeln sich auch in den Erfahrungen von Jan Lauxtermann, Sahraei Shaghayegh und Jonas Wippermann wider, die feststellten: „Die größten Herausforderungen im BIM-Projekt zeigten sich besonders bei der detaillierten Nachmodellierung der Treppen, die aufgrund ihrer komplexen Geometrie und vielfältigen Anschlüsse eine besonders präzise Erfassung erforderten. In der Detailplanung erwies sich zudem die exakte Abstimmung zwischen den verschiedenen Bauteilen als zeitintensiv, da jeder Anschluss und jede Verbindung im digitalen Modell genau definiert werden musste.“
Gerade in der Bestandserfassung stellt sich zunehmend die Frage nach dem Detaillierungsgrad von Bauwerken. Obwohl ein bestehendes Gebäude theoretisch mit extremer Genauigkeit erfasst werden könnte, erfordert der Verzicht auf die klassischen Planungsphasen eines Neubaus Kompromisse bei der Festlegung der erforderlichen Detailtiefe. Eine Balance zwischen einer groben Darstellung und ausreichender Genauigkeit stellt dabei eine besondere Herausforderung dar, wie von einer Expertengruppe hervorgehoben wird. Dies spielt auf das Thema der Toleranzen an, da Bauabweichungen von 2-5 cm bei der Ausführung als normal gelten. Folglich sollte der Fokus darauf liegen, relevante Informationen in das Modell zu integrieren, anstatt eine unrealistisch hohe Genauigkeit von Wänden oder Fenstern anzustreben. Es gilt, sich stets mit allen Beteiligten abzustimmen und nur das Notwendigste hochdetailliert darzustellen.
Die Vorteile einer präzisen Erfassung zeigen sich in der Aussage: „Mit diesen Punktwolken konnten die erstellten Modellelemente genau überprüft und Abweichungen zwischen der Planung und den realen Gegebenheiten identifiziert und korrigiert werden.“ Hierbei wurden die Plangrundlagen, welche als .dwg-Datein vorlagen, gemeint. Die im Rahmen des Lehrsemesters gesammelten Erfahrungen sollen dazu beitragen, potenzielle Fehler im weiteren Vorgehen zu vermeiden und die Effizienz in zukünftigen Projekten zu steigern.¹³
Durch Tools wie BEAM, LadyBug und Forma lassen sich sehr effektive parametrische BIM-Workflows realisieren. Diese Tools eignen sich vor allem für Neubauten und Transformationen von Gebäuden, bei denen eine substanzielle Veränderung oder Erneuerung der Bausubstanz erfolgt und dadurch die Gebäudestruktur verändert werden muss. Durch einen gezielten Workflow können Varianten entwickelt und vorausschauendere Entscheidungen im Umgang mit einem Gebäude getroffen werden, die sowohl ästhetische als auch soziale und energetische Aspekte betreffen. Diese Prinzipien lassen sich wie folgt anwenden:
Die Transformation von Hochhäusern ist längst keine theoretische Vision mehr, sondern eine praktizierte Realität mit enormem Potenzial für eine nachhaltigere gebaute Umwelt. Angesichts der Tatsache, dass die Bauwirtschaft ein Hauptverursacher von Abfall und ineffizientem Energieverbrauch ist, bieten bestehende Hochhäuser eine einzigartige Chance diesen erheblich zu reduzieren und Ressourcen zu schonen. Durch gezielte Umbauten, Sanierungen und Umnutzungen wird nicht nur die Flächenversiegelung minimiert, sondern auch ein Großteil der ursprünglichen Gebäudestruktur mit einem Durchschnitt von etwa 75 % erhalten. Dies umfasst insbesondere das Tragwerk, das nahezu vollständig bewahrt werden kann.
Ein zukunftsfähiges Verständnis von Nachhaltigkeit muss über rein ökologische Aspekte hinausgehen und soziale sowie ästhetische Werte integrieren – ein Ansatz, den wir als integrale Nachhaltigkeit bezeichnen. Hierbei spielt das zirkuläre Bauen eine entscheidende Rolle, indem es Materialien und Strukturen möglichst lange im Kreislauf hält. Beispiele wie das One Madison Avenue zeigen, dass bis zu 80 % der Materialien aus Abbruchfällen wiederverwendet werden können, eine effiziente Kreislaufwirtschaft sogar bis zu 95 % der ursprünglich verbauten Materialien erhalten könnte.
Die digitale Transformation, insbesondere durch BIM (Building Information Modeling) und 3D-Scan-Technologien, ist unerlässlich, um diese komplexen Projekte effizient und präzise umzusetzen. Sie ermöglicht eine detaillierte Bestandserfassung und eine optimierte Planung, die für die statischen Eingriffe, welche oft zur Generierung effizienter Nutzflächen nötig sind, essenziell ist. Hierbei überschneiden sich die Ströme der parametrischen und informativen Architektur, und es ist entscheidend, beide für optimale Workflows zu vereinen.
Projekte wie der QuayQuarterTower, das GWH Hochhaus und das Hudson Commons verdeutlichen, wie die Transformation von Hochhäusern architektonisch neue Maßstäbe setzen kann. Sie zeigen eindrucksvoll die Verschmelzung von Energieeffizienz und innovativem Design, tragen zu einem attraktiven Stadtbild bei und können durch aktive Einflussnahme auf die soziale Stadtstruktur und Optik des Gebäudes die integrale Nachhaltigkeit fördern. Selbst die Umwandlung von Büro- zu Wohnhochhäusern, obgleich komplex, ist durch Anpassungen wie die Berücksichtigung brandschutztechnischer Maßnahmen frühzeitig realisierbar und trägt zur Linderung des Wohnungsmangels bei.
Überzeugend ist auch die Wirtschaftlichkeit der Transformation: Das Beispiel des GWH Hochhauses in Kassel mit Sanierungskosten von rund 1.900 €/m² zeigt, dass dies oft attraktiver ist als ein Neubau (mittlerer Standard: ca. 2.436 €/m² im 2. Quartal 2025), insbesondere da der Rohbau einen erheblichen Kostenanteil im Neubau ausmacht. Dies beweist, dass Ökonomie und Ökologie in der Transformation von Bestandshochhäusern in Deutschland eine Win-Win-Situation darstellen.
Schlussendlich bieten diese Transformationen eine entscheidende Chance, marode oder ästhetisch veraltete Hochhäuser aus der Nachkriegszeit nicht nur energetisch und bautechnisch zu sanieren, sondern auch das Stadtbild modern und ansprechend zu prägen. Die Transformation von Hochhäusern – konsequent gedacht als integraler, zirkulärer und digital gestützter Prozess – ist somit nicht nur ein notwendiger Schritt, sondern ein wesentlicher Pfeiler für eine nachhaltige und lebenswerte gebaute Umwelt. Die oben aufgeführten Beispiele belegen, dass die Vorteile einer Transformation gegenüber einer reinen Erhaltungssanierung stark überwiegen und der Standard für die Gestaltung unserer Städte werden sollte.