Originalarbeit

Österr Wasser- und Abfallw 2018 · 70:138–146https://doi.org/10.1007/s00506-018-0463-y

Bewertung vonAbfallströmen aus GebäudeabbrücheninWien auf Grundlage von Bildmatching-basierterVeränderungsdetektionFritz Kleemann · Hubert Lehner · Anna Szczypinska · Jakob Lederer · Johann Fellner

Online publiziert: 22. Januar 2018© Der/die Autor(en) 2018. Dieser Artikel ist eine Open-Access-Publikation.

Zusammenfassung In urbanen Gebie-ten resultieren große Abfallströme ausGebäudeabbrüchen. Obgleich gesamt-hafte Zahlen über den nationalen Anfallan Baurestmassen verfügbar sind, feh-len auf regionaler Ebene oft Daten zuAbbruchabfällen oder sind lückenhaft.Eine alternative Möglichkeit, die Mengeund Zusammensetzung von Abbruch-abfällen indirekt zu berechnen, bestehtdarin, abgebrochene Gebäudevolumi-na mit spezifischen Materialintensitä-ten zu multiplizieren. Da Informatio-nen zur Abbruchaktivität (Anzahl derabgebrochenen Gebäude bzw. abge-brochenes Gebäudevolumen) auf Basisvon statistischen Daten bzw. behördli-chen Aufzeichnungen oft unvollständigsind, wird in der vorliegenden Studieeine alternative Methode präsentiert,die es mithilfe von Bildmatching-ba-sierter Veränderungsdetektion erlaubt,die Abbruchaktivität zu erheben unddamit Vergleichsdaten zu Statistikenzu generieren. In weiterer Folge kön-nen Aussagen über Menge und Qualitätvon Abbruchabfällen in Wien getrof-fen werden. Die angewandte Methodeerlaubt es weiters, bei den Behördennicht angezeigte Abbruchaktivitäten zuidentifizieren. Die Ergebnisse hinsicht-lich des abgebrochenen Gebäudevo-lumens in Wien unterscheiden sich jenach Datenquelle signifikant (1,7Mio.

DI Dr. F. Kleemann (�) ·Mag. DI Dr. J. Lederer ·Ass.-Prof. DI Dr. J. FellnerChristian Doppler Labor fürAnthropogene Ressourcen,Technische Universität Wien,Karlsplatz 13/226, 1040 Wien,Österreichfritz.kleemann@tuwien.ac.at

DI H. Lehner · A. Szczypinska, MSc.(Eng.)Magistratsabteilung 41,Stadtvermessung Wien,Muthgasse 62, 1190 Wien, Österreich

m3/Jahr basierend auf Aufzeichnungenüber Abbruchanzeigen bzw. 2,8Mio.m3/Jahr unter Anwendung Bildmat-ching-basierter Veränderungsdetekti-on). Demzufolge führt die Verwendungder behördlichen Aufzeichnungen zueiner Unterschätzung der Abbruchakti-vität und des damit im Zusammenhangstehenden Abfallaufkommens. Der prä-sentierte Ansatz ermöglicht einerseitsdie Plausibilisierung existierender Da-ten und andererseits die Erhebungneuer Daten, wenn diese nicht vorhan-den sind. Weiters bietet die Methodedie Grundlage für ein kontinuierlichesMonitoring des Gebäudebestands unddessen dynamischer Entwicklung. Dieswiederum ermöglicht Prognosen vonMaterialflüssen im Bausektor, welchezur Förderung regionaler Materialkreis-läufe genutzt werden kann.

Assessment of waste streamsfrom building demolition inVienna based on image-matchingchange detection

Abstract Major waste streams in ur-ban areas result from the demolitionof buildings. In case of lacking dataon demolition waste generation at theregional level, the quantity and compo-sition of demolition waste from build-ings can be estimated by multiplyingthe volume of demolished buildings bytheir specific material intensities. In-formation about building demolition(number of demolished buildings, de-molished building volume) based onstatistical data or other official recordsare often incomplete. Hence, this paperpresents an alternative approach forvalidating demolition statistics (num-ber and volume of demolished build-ings) and subsequently demolitionwaste generation by applying changedetection based on image matching us-ing the city of Vienna (Austria) as a casestudy. Based on this technique, build-ing demolition activities not reported

to statistical municipal departmentscan be identified. Results for 2013/14show that in the city of Vienna, demo-lition statistics yield a total volume of1.7M m3/a demolished building vol-ume, while change detection based onimage matching yields a total volumeof 2.8M m3/a. Consequently, demo-lition waste generation figures solelybased on statistical data would signif-icantly underestimate the total wastegeneration. The presented approachis a useful tool for validating existingdata on demolition waste generationand demolition statistics and can alsobe used when these data sets are notexistent at all. Furthermore, the ap-proach serves as a basis for continuousmonitoring of the building stock andits dynamics. The latter is regardedas a prerequisite for the prognosis ofmaterial flows and for the promotionof a circular economy in the buildingsector.

1 Einleitung

Zwischen 20 und 30% des Abfalls inÖsterreich sind auf Bau- und Abbruch-aktivitäten zurückzuführen (Aushub-materialien ausgenommen) (BMLFUW2011, 2015). Auch auf europäischer Ebe-ne zeichnet sich ein ähnliches Bild ab(European Comission 2014). Dadurchbesteht ein hohes Potenzial, durch Re-cycling von Baurestmassen einerseitsPrimärressourcen und andererseits De-ponievolumen einzusparen. Die Recy-clingziele der EU sehen vor, dass bis2020 mindestens 70% der nichtgefähr-lichen Baurestmassen (Aushubmateri-al ausgenommen) zur Wiederverwen-dung oder Wiederverwertung vorbe-reitet oder anderweitig rückgewonnenwerden sollen (European Parliament &Council of the European Union 2008).Um dies zu erzielen und zu berech-nen, sind Informationen über Mengeund Qualität von Materialien, die insAbfallregime gelangen, wichtig. Im Un-

138 Bewertung von Abfallströmen aus Gebäudeabbrüchen in Wien auf Grundlage von Bildmatching-basierter. . .

Originalarbeit

terschied zu vielen anderen Abfallarten(Verpackungsabfälle, Elektroaltgeräteetc.), spielt sich das Abfallmanagementvon Bau- und Abbruchabfällen haupt-sächlich auf regionaler und weniger aufnationaler oder gar internationaler Ebe-ne ab. Der Grund dafür ist der limitierteTransportradius (<50km) der minerali-schen Abfallfraktionen, welche masse-mäßig über 90% darstellen. Um dieserRegionalität – auch hinsichtlich mög-licher Optimierungspotenziale im Ab-fallmanagement – gerecht zu werden,bedarf es regionaler Daten zu Aufkom-men und Qualität der relevanten Abfall-fraktionen. Eine weitere Besonderheitder Materialien im Baubereich ist derenlange und sehr unterschiedliche Nut-zungsdauer, weshalb es schwierig ist,Annahmen zur Lebensdauer zu treffenund mithilfe dieser Abfallmengen und-zusammensetzungen abzuschätzen.

Bei der Einhaltung von Recyclingzie-len spielen Abbruchabfälle aus Hoch-bauten aus zweierlei Gründen eine be-sondere Rolle. Einerseits sind Hochbau-ten in ihrer Materialzusammensetzungdeutlich komplexer als die meisten In-frastrukturbauten (Straßen, Schienen,Netze) und damit generell schwierigerzu recyceln. Andererseits ist in Städtender Gebäudebestand im Vergleich zuInfrastrukturen dominant und der Ma-terialverbrauch und der Anfall an Bau-und Abbruchabfällen höher als in länd-lichen Regionen. Eine Unterscheidungder Abfälle hinsichtlich ihres Ursprungsist aus den derzeitigen Aufzeichnungenin Österreich nicht möglich und derAnteil von Abfällen aus Gebäudeabbrü-chen im Vergleich zu Abfällen aus demTiefbau ist schwer abzuschätzen bzw.zu verifizieren.

Das Aufkommen und der Umgangmit Bau- und Abbruchabfällen wurdenin den letzten Jahren sowohl auf natio-naler als auch internationaler Ebene in-tensiv beforscht (Yuan und Shen 2011).Dabei reichen die gesetzten Schwer-punkte von Fallstudien zu einzelnenGebäuden bis hin zu globalen Materi-alflussanalysen unterschiedlicher Bau-materialien. Im Folgenden finden sicheinige dieser Studien. Die Bandbreiteder verwendeten Datengrundlagen istdabei groß und reicht von der Analysehistorischer Daten bis zur Verwendungvon BIM (Building Information Mode-ling) Daten zur Abschätzung von Bau-und Abbruchabfällen.

Zu den Arbeiten, die darauf abzielen,Bau- und Abbruchabfälle auf nationaleroder regionaler Ebene zu charakterisie-

ren, zählen Hashimoto et al. (2009),wobei Materiallager in Gebäuden undInfrastruktur und daraus resultieren-de Abfälle für Japan abgeschätzt wur-den. Zur Berechnung der Abfallmen-gen aus dem Gebäudebereich wurdendabei Materialintensitäten je Flächeangenommen. Bergsdal et al. (2007)präsentierten einen Ansatz, welcherauf unterschiedlichen Aktivitätslevelsim Bausektor basiert. Je intensiver dieBauaktivität, desto größere Mengenan Bau- und Abbruchabfällen sindzu erwarten. Die Arbeit zielte daraufab, Mengenabschätzungen zu liefern,um das Abfallwirtschaftssystem hin-sichtlich Kapazität und Technik für dieZukunft zu rüsten. Fatta et al. (2003)schätzten Bau- und Abbruchabfälleauf Basis ausgestellter Abbruchlizenzenund anfallender Materialien je m2 Bau-fläche für Griechenland ab. Cochranund Townsend (2010) wendeten dieMethode der Materialflussanalyse fürBau- und Abbruchabfälle für eine Re-gion der USA an, wobei bestimmteLebensdauern für unterschiedlich ein-gesetzte Baumaterialien angenommenwurden.

Tanikawa und Hashimoto (2009)entwickelten ein 4-dimensionales GIS(Geoinformationssystem), um räumli-che und zeitliche Dynamiken bei derAkkumulation von Materialien in Ge-bäuden und Infrastruktur zu untersu-chen. Dabei standen zwei Beispielre-gionen in Japan und Großbritannienim Fokus.

Hu et al. (2010) modellierten sowohldas Materiallager in Pekings Wohn-gebäuden als auch Input- und Out-putflüsse basierend auf der Material-zusammensetzung unterschiedlicherGebäudetypen. De Melo et al. (2011)schätzten Bau- und Abbruchabfälle aufBasis der Bauaktivität und assoziierterLkw-Fahrten für Lissabon ab. Ziel dabeiwar es, das Abfallmanagement zu ver-bessern und illegale Ablagerungen zuvermeiden.

Die Arbeit von Solís-Guzmán et al.(2009) untersuchte Abfallmengen beimAbbruch und bei der Konstruktion vonEinzelgebäuden. Ihr Ansatz basiert aufMengenlisten sowie Abschätzungen zuabgebrochenen Gebäudevolumina so-wie Verpackungsmaterialien. Chengund Ma (2013) verwendeten BuildingInformation Modeling (BIM), um dieMaterialität von Gebäuden abzuschät-zen. Ihr Ansatz ermöglicht es, Infor-mationen über in einzelnen GebäudenverbauteMaterialien und Abfallmengen

zu generieren. So sollen Recycling undWiederverwendung effizient geplantund Entsorgungskosten errechnet wer-den. Voraussetzung für die Anwendbar-keit dieser Methode ist die vollständigeErfassung der Materialien im BIM.

Während viele der genannten Stu-dien einen starken Fokus auf die Ent-wicklung von Modellen zur Simulationvon Materiallagern und -flüssen setz-ten, scheinen die dahinterliegendenDaten, beispielsweise über die Mate-rialzusammensetzung von Gebäuden,als weniger wichtig wahrgenommen zuwerden. Weiters stellt die Abschätzungder Lebensdauern von Gebäuden invielen Modellen eine Herausforderungdar. Durchschnittliche Lebensdauernfür unterschiedliche Gebäudekatego-rien erscheinen für eine umfassendeBeschreibung der Dynamiken im Ge-bäudebestand zu kurz gegriffen (Kohlerund Yang 2007). Wie in Kleemann et al.(2015) beschrieben, ist die Qualität vonstatistischenDaten über Zusammenset-zung von Abbruchabfällen oft mangel-haft. Hinsichtlich der Abbruchaktivitätgibt es selbst in gut verwalteten Städtenwie Wien oft nur rudimentäre Auf-zeichnungen. Daher sind Alternativenzu statistischen Aufzeichnungen not-wendig, die dabei helfen können, dieAbbruchaktivität und die damit verbun-denen Abfallmengen und -qualitätenabzuschätzen. Die vorliegende Arbeitpräsentiert durch einen interdiszipli-nären Ansatz eine solche Alternative.Die Verwendung von Luftbildern, Geo-daten und Materialdaten ermöglichtes, die notwendigen Informationen zugenerieren und liefert damit die Grund-lage, kontinuierlich Daten zu erheben,um zukünftig anfallende Abfallströmezu prognostizieren.

2 Materialien und Methode

In der vorliegenden Studie werden un-terschiedliche Datenquellen verwen-det, um Menge und Zusammensetzungvon Abbruchabfällen aus Gebäuden inWien zu bestimmen. Dabei kommeninnovative Methoden aus zwei unter-schiedlichen Disziplinen zum Einsatz.Die Abbruchaktivität (m3 abgebroche-ner Bruttorauminhalt) unterschiedli-cher Gebäudekategorien in Wien wirdeinerseits auf Basis von Aufzeichnun-gen über Abbruchanzeigen seitens derStadt Wien und andererseits auf Basisvon Bildmatching-basierter Verände-rungsdetektion evaluiert. Alle Datenwerden dabei in einem GIS (Geoin-

Bewertung von Abfallströmen aus Gebäudeabbrüchen in Wien auf Grundlage von Bildmatching-basierter. . . 139

Originalarbeit

Abb. 1 SchematischeDarstellungder Vorgangsweise

formationssystem) bearbeitet. 15 Ge-bäudekategorien, unterschieden durchNutzung (Wohnen, Gewerbe, Industrie)und Bauperiode (bis 1918, 1919–1945,1946–1976, 1977–1996, ab 1997) werdendurch bestimmte spezifische Material-intensitäten (kg/m3 Bruttorauminhalt)charakterisiert. Durch die Kombinationder spezifischen Materialintensitätenmit den abgebrochenen Gebäudevolu-mina wird auf Menge und Zusammen-setzung von Abbruchabfällen geschlos-sen (Abb. 1).

2.1 Aufzeichnungen überAbbruchanzeigen

Gebäudeabbrüche in Wien müssen beider Baubehörde angezeigt werden. Nurin besonderen Fällen, beispielswei-se wenn sich das Gebäude in einerSchutzzone befindet, ist eine Geneh-migung für den Abbruch notwendig.Die Magistratsabteilung 37 – Baupoli-zei (MA 37) führt Aufzeichnungen überdie eingegangenen Abbruchanzeigen inForm einer Dokumentation der betrof-fenen Adressen. Eine Abbruchstatistikmit näheren Informationen über dasabgebrochene Gebäude (Größe, Nut-zung, Bauperiode) wird nicht geführt.Um die benötigten Informationen überdie abgebrochenen Gebäude zu bekom-men, werden daher die Adressdaten derAbbruchanzeigen mithilfe von Ortho-fotos überprüft. Anhand der Orthofotoskönnen Abbrüche verifiziert werdenund die Ausmaße des Abbruchs fest-gestellt werden. Geodaten unterschied-

Abb. 2 ErmittlungdesabgebrochenenGebäudevolumensnachGebäudekategorie basierendauf denAufzeichnungenüberAb-bruchanzeigen inWien,aOrthofoto (2013),bOrthofoto (2012) undcder digitalenStadtkarte (2012)

licher Wiener Magistratsabteilungenliefern die benötigten Informationenzu Größe, Nutzung und Bauperiode derabgebrochenen Gebäude. Abb. 2 zeigteinen großen Gebäudekomplex nach(links) und vor (Mitte) dem Abbruchsowie die Geodaten als Polygone derGebäude (rechts).

Die so erhobenen Daten, mit Infor-mation über Größe, Nutzung und Bau-periode der abgebrochenen Gebäude,werden in weiterer Folge mit den spe-zifischen Materialintensitäten (kg/m3

Bruttorauminhalt BRI) der unterschied-lichen Gebäudekategorien (siehe Ab-schn. 2.3.) kombiniert, um Menge undZusammensetzung der Abbruchabfälleabzuschätzen.

2.2 Abgebrochenes Volumen(Bildmatching-basierteVeränderungsdetektion)

Über einen Zeitraum von etwa zweiJahren wurden Abbrüche im Stadtge-biet notiert, die von Institutsmitarbei-tern zufällig wahrgenommen wurden.Dabei zeigte sich, dass die beobachte-ten Abbrüche teilweise nicht durch diein Abschn. 2.1. beschriebene Erhebungerfasst wurden. Eine alternative Metho-de zur Erhebung der Abbruchaktivität,basierend auf Bildmatching-basierterVeränderungsdetektion, wurde dahergetestet.

Mit der Publikation des semi-global-matching durch Heiko Hirschmüller(Hirschmüller 2005, 2008) hat Bild-matching in der Ableitung von flä-

chendeckenden Höhenmodellen ausLuftbildern stark an Bedeutung ge-wonnen. Seither wird Bildmatchingim wissenschaftlichen Bereich konti-nuierlich weiterentwickelt, indem dieverwendeten Algorithmen der jewei-ligen Nutzung spezifisch angepasstund verändert werden. Einige Studi-en bedienen sich des Bildmatching-verfahrens als kostengünstigere Al-ternative zu Airborne Laserscanning,um Höhenmodelle zu erstellen (Bren-ner 2005). Gebäudemodelle durch dasBildmatchingverfahren abzuleiten istebenfalls eine bereits etablierte Vorge-hensweise und wurde beispielsweiseverwendet, um den Zerstörungsgradnach Erdbeben zu beurteilen (Turkerund Cetinkaya 2005), die Entwicklungvon städtischen Gebieten nachzuvoll-ziehen (Paparoditis et al. 1998), oderum historische Siedlungsstrukturen zurekonstruieren (Nebiker et al. 2014).Dense image matching ist mittlerweilein vielen fotogrammetrischen Stan-dard-Softwarepaketen enthalten undermöglicht es, digitale Oberflächenmo-delle aus orientierten Luftbildern zuerstellen (Haala 2013). Digitale Ober-flächenmodelle (DOM) sind Höhenmo-delle, welche die Erdoberfläche sowienatürliche und anthropogene Objekteauf der Erdoberfläche (Gebäude, Ve-getation etc.) abbilden. Im Gegensatzdazu stellen digitale Geländemodelle(DGM) ausschließlich die Erdoberflä-che dar. Die Grundfunktion des Bild-matching besteht darin, korrespondie-rende Punkte in sich überlappendenBildern zu finden. Aufgrund der be-kannten inneren Orientierung der Ka-mera und der äußeren Orientierungder Luftbilder ist es möglich, die dreidi-mensionale Position von korrespondie-renden Punkten im Raum zu berech-nen. Aus der daraus entstehenden 3D-

140 Bewertung von Abfallströmen aus Gebäudeabbrüchen in Wien auf Grundlage von Bildmatching-basierter. . .

Originalarbeit

Abb. 3 SchematischeDarstellungder ErstellungdesDifferenzmodells

Abb. 4 SchematischeDarstellungder Vorgehensweise

Punktwolke wird in der Folge ein regel-mäßiges Höhenraster erstellt (in diesemFall mit einer Auflösung von 25cm). DieHöhengenauigkeit im DOM beträgt fürflache und gut texturierte Bereiche et-wa ±15cm. Unsicherheiten der Datendes Bildmatching gibt es einerseits inHäuserschluchten und Innenhöfen, dahier Bereiche oft nur in einem Bildsichtbar sind. Schattenbereiche weisenoft nur wenig Textur auf und könnendaher meist nicht genau berechnetwerden. Gewässer können durch Wel-lengang, Spiegelungen und Reflexionenaus verschiedenen Blickwinkeln in un-terschiedlichen Luftbildern eine andereTextur aufweisen und dadurch im DOMebenfalls unsichere Höhenwerte liefern.Durch die Verwendung mehrerer starküberlappender Luftbilder können dienachteiligen Effekte reduziert werden.In dem bei der Magistratsabteilung 41– Stadtvermessung Wien (MA 41) ver-wendeten Workflow wird die Verwen-dung stark überlappender Luftbilderzusätzlich zur DOM Erstellung auchdazu genutzt, einen Qualitätslayer zuberechnen (ebenfalls mit einer Auflö-sung von 25cm), mit dem es möglichist, Bereiche mit sicheren und unsiche-ren Höheninformationen im DOM zuunterscheiden.

Eine Zielsetzung der MA 41 ist es,durch Vergleiche von Oberflächenmo-dellen mit dem 3D-Stadtmodell Ver-änderungen der Bebauung zwischen

Datenbestand und Naturstand fest-zustellen und diese Information fürdie Steuerung der Datenaktualisierungzu nutzen. Wird anstatt des 3D-Stadt-modells ein Bildmatching-DOM eineszweiten Bildflugs herangezogen, kannman für den Zeitraum zwischen denBildflügen Hinweise auf die Verände-rung der Bebauung ermitteln. Bei denÄnderungen kann es sich um Neu-bauten, Aufstockungen oder Abbrüchehandeln. Auf diese Weise können füreinen definierten Zeitraum (Aufnah-mezeitraum der Bildflüge) zuverlässigeHinweise auf stattgefundene Abbrü-che generiert und in weiterer Folge dasabgebrochene Gebäudevolumen fest-gestellt werden.

Für die vorliegende Studie wird dasBildmatching-DOM von 2013 von je-nem von 2014 subtrahiert. In dem re-sultierenden Differenzmodell werdenBereiche, die 2013 höhere Höhenwer-ten als 2014 aufweisen, wie z.B. bei Ge-bäudeabbrüchen, durch negative Werteabgebildet (Abb. 3). Bereiche mit nega-tiven Werten ab –3m wurden in einemnächsten Schritt in Polygone umge-wandelt und anschließend Polygone abeiner Fläche von 30m2 selektiert. DieHöhendifferenz von 3m wurde festge-legt, um Abbrüche ab dieser Höhe (alsoca. ab einem Geschoss) zu berücksich-tigen. Die Fläche von 30m2 wurde ge-wählt, um auch relativ kleine Gebäude(z.B. Gartenhäuser) berücksichtigen zu

können. Andere Objekte wie Carports,Schuppen und Autos werden durchdiese Maßnahmen von der weiterenBetrachtung ausgeschlossen. Der Nor-malized Difference Vegetation Index(NDVI) wurde dazu verwendet, um Ve-getation von Bauwerken zu unterschei-den und in weiterer Folge ausschließenzu können. Wasserflächen und Glas-häuser wurden durch Nutzung weitererGeodaten ebenfalls ausgeschlossen.

In weiteren Schritten (Abb. 4) wirdmithilfe von Orthofotos verifiziert, obes sich bei der Höhenänderung tat-sächlich um einen Gebäudeabbruchhandelt und in welchem Ausmaß die-ser stattgefunden hat. Durch die Ver-wendung vorhandener Geodaten kannauf Volumen und Kategorie (Baupe-riode/Nutzung) des abgebrochenenGebäudes am jeweiligen Standort rück-geschlossen werden. Kombiniert mitspezifischen Materialintensitäten derunterschiedlichen Gebäudekategorienkann auf Menge und Qualität von Ab-bruchabfällen geschlossen werden.

Abb. 5 zeigt die Ermittlung des ab-gebrochenen Gebäudevolumens nachGebäudekategorie mithilfe der Polygo-ne potenziell abgebrochener Gebäudein Orthofotos.

2.3 Spezifische Materialintensitäten

Neben Informationen über Anzahl undGröße der abgebrochenen Gebäude be-darf es zur Abschätzung von Mengeund Zusammensetzung von Abbruch-abfällen auch Informationen über diematerielle Zusammensetzung der ab-gebrochenen Gebäude. Im Folgendenwird beschrieben, wie spezifischeMate-rialintensitäten (ausgedrückt in kg/m3

Bruttorauminhalt) für unterschiedlicheGebäudekategorien in Wien, die nachBauperiode und Nutzung eingeteiltwurden, generiert wurden.

2.3.1 Fallstudien

14 Gebäude unterschiedlicher Nutzungund Bauperiode wurden hinsichtlichihrer Materialzusammensetzung vorderen Abbruch untersucht. Einerseitswurden dabei vorhandene Unterlagen(Bestandspläne, Gutachten etc.) analy-siert, andererseits wurden Begehungenund selektive Beprobungen im Gebäu-de durchgeführt. Bei Begehung undselektiver Beprobung wurden für un-terschiedliche Gebäudebereiche bzw.Bauteile (Fußböden, Zwischenwände,Deckenabhängungen, Fenster, Türen,

Bewertung von Abfallströmen aus Gebäudeabbrüchen in Wien auf Grundlage von Bildmatching-basierter. . . 141

Originalarbeit

Abb. 5 ErmittlungdesabgebrochenenGebäudevolumensnachGebäudekategoriemithilfe vonaPolygonenpotenziell abgebro-chenerGebäude,b, cOrthofotosunddGeodaten (Gebäudeflächender digitalenStadtkarte)

Türzargen etc.), durch Demontage,Wiegung und/oder Vermessung, Da-ten zu deren Aufbau und materiellerZusammensetzung erhoben. Auf Basisder Volumina und der jeweiligen Mate-rialdichte bzw. des jeweiligen Gewichtswurden Massen berechnet, um einemöglichst detaillierte Materialbilanzdes Gebäudes zu erstellen (Kleemannet al. 2015).

2.3.2 Daten aus Bauakten vonAbbruchgebäuden

In einem weiteren Schritt wurden Bau-akten von bereits abgebrochenen Ge-bäuden, welche bei der Baupolizei(MA 37) angezeigt wurden, gesammeltund hinsichtlich ihrer Materialzusam-mensetzung analysiert. Abhängig vonder Qualität der Bauakten konnten da-bei Wand- und Deckenaufbauten sowieteilweise Dach- und Fußbodenkon-struktionen und die Art der Fensterbestimmt werden. Daten zur Material-

zusammensetzung der Gebäude, wel-che nicht aus den Bauakten ersichtlichsind (z.B. Kunststoffe undMetalle in In-stallationen, Holz, Kunststoffe und Alu-minium in Fenstern, Türen oder Fuß-bodenbelägen), wurden durch Infor-mationen aus den Fallstudien ergänzt.Von rund 40 Gebäuden konnten dieBauakten herangezogen werden. Etwa100 Bauakten gaben nicht ausreichendInformationen für eine befriedigendeAnalyse.

2.3.3 Daten über Neubauten undLiteraturrecherche

Materialdaten aus Lebenszyklusanaly-sen des Österreichischen Instituts fürBaubiologie und Bauökologie (IBO) undInformationen von Bauherren einzel-ner Neubauprojekte wurden analysiertund verwendet. Weiters wurden durchLiteraturrecherche relevante Daten zurMaterialzusammensetzung von unter-

schiedlichen Gebäuden gesammelt undje nach Gültigkeit verwendet.

Tab. 1 zeigt die spezifischen Mate-rialintensitäten der unterschiedlichenGebäudekategorien, welche in der ge-genständlichen Studie verwendet wur-den. Diese basieren auf Kleemann et al.(2016a), wobei diese eigens für Wienerhoben wurden und nach Informationder Autoren die beste verfügbare Infor-mation zur Materialzusammensetzungder unterschiedlichen Gebäudekate-gorien darstellen. Trotzdem ergebensich Unsicherheiten sowohl durch dieKategorisierung als auch bei der Da-tenerhebung. Baupläne können sichbeispielsweise von der tatsächlichenSituation vor Ort unterscheiden undbei Messungen vor Ort können Feh-ler passieren. Zusätzlich mussten inmanchen Situationen Abschätzungengetroffen werden, da nicht jedes Bauteilvor Ort verwogen werden kann. Die-se Unsicherheiten, welche in Kap. 4.weiter diskutiert werden, sollten bei

142 Bewertung von Abfallströmen aus Gebäudeabbrüchen in Wien auf Grundlage von Bildmatching-basierter. . .

Originalarbeit

Tab.1

Spez

ifisc

heMaterialintens

itäten(kg/m

3Bruttorau

minha

lt)un

tersch

iedliche

rGeb

äudek

ateg

orieninWien(auf

zweisign

ifika

nteStellenge

rund

et)(Kleem

annet

al.201

6a)

Bis1918

1919–1945

1946–1976

1977–1996

Ab1997

Material[kg/m

3BR

I]Wohnen

Gewerbe

Industrie

Wohnen

Gewerbe

Industrie

Wohnen

Gewerbe

Industrie

Wohnen

Gewerbe

Industrie

Wohnen

Gewerbe

Industrie

Mineralisch

390

430

280

410

340

320

430

350

340

430

380

170

380

320

290

Beton

2223

48100

120

110

240

270

250

300

350

150

360

310

270

Kies/Sand

––

–5,8

––

10–

–28

2,4

–4,3

––

Ziegel

220

270

170

180

220

180

150

170

31100

129

586,1

24

Mörtel/Putz

9281

5293

7329

7244

5150

163,6

3,8

7,5

5

Schüttung

3333,00

–33

33–

4,9

2,3

–14

––

4,9

–1,6

Schlacke

14–

–5,6

––

3,7

––

24–

––

––

Blähtonziegel

–0,6

0,38

16–

0,38

2,6

––

––

––

––

Gips

0,15

1,4

–0,15

0,17

–0,15

7,4

–0,82

4,2

–9,3

34,1

Glas

0,26

0,32

0,68

0,49

0,49

0,27

0,54

0,58

–0,55

0,86

–0,9

0,62

0,51

Keramik

0,47

0,54

0,092

0,58

0,47

–2

0,9

–1,8

0,81

–0,092

0,34

0,14

Naturstein

0,017

0,017

460,017

2,1

–1

1,6

–0,78

2,8

7,2

0,47

0,63

2,8

Mineralwolle

0,017

0,21

0,016

0,017

0,14

–0,62

0,55

–1,3

0,32

–1,3

1,2

0,83

Mineralwollplatten

–0,053

0,047

––

0,047

0,084

0,33

––

––

––

–

Asbest(zem

ent)

0,28

0,13

0,14

1,9

–0,14

1,8

0,046

–1,6

0,0057

––

––

Org

anisch

193,7

5,8

137,1

286,5

7,6

7,6

6,7

11

8,3

5,7

5Holz

183,3

5,8

136,6

285,9

3,6

3,6

5,4

1,2

1,2

4,3

0,84

2,1

Heraklit

0,27

0,065

–0,99

0,065

–0,82

0,065

0,065

0,42

––

0,068

–0,023

Papier/Karton

––

–0,22

––

0,2

––

0,67

––

0,056

–0,019

PVC

0,2

0,17

0,0072

0,1

–0,0072

0,52

0,27

0,27

–0,12

0,12

–0,18

0,1

Div.Kunststoffe

0,34

0,13

0,069

0,34

0,35

–0,85

0,13

0,13

0,94

0,11

0,11

1,1

0,84

0,68

Teppich

––

–1,1

––

1,1

––

1,2

––

0,057

–0,019

Laminat

––

––

––

0,33

––

––

––

––

Linoleum

0,04

0,04

–0,04

0,04

–0,03

0,045

0,045

0,01

––

0,046

–0,015

Asphalt

––

––

––

–3,7

3,7

––

–5,2

–1,7

Bitumen

0,023

0,058

0,14

0,023

0,023

0,14

0,11

2,7

2,7

0,2

0,63

0,63

1,7

2,4

1,6

Polystyrol

––

0,0028

––

0,0028

0,23

0,18

0,18

0,18

––

1,6

0,38

0,66

Metalle

2,8

4,3

8,8

4,6

6,0

5,8

7,0

5,7

136,8

1315

1510

13Eisen/Stahl

2,7

4,1

8,7

4,6

65,8

6,9

5,7

126,7

1314

159,5

13

Alum

inium

0,019

0,051

0,031

0,019

0,12

0,028

0,033

0,12

0,12

0,14

0,54

0,54

0,15

0,22

0,3

Kupfer

0,063

0,071

0,0076

0,063

0,092

0,031

0,026

0,067

0,16

0,028

0,2

0,18

0,026

0,029

0,078

Summe

410

440

290

430

360

350

450

360

350

460

400

180

410

340

310

Bewertung von Abfallströmen aus Gebäudeabbrüchen in Wien auf Grundlage von Bildmatching-basierter. . . 143

Originalarbeit

Abb. 6 VergleichdesabgebrochenenVolumens jeGebäudekategorie aufBasis vonAufzeichnungenüberAbbruchanzeigenundBildmatching-basierter Veränderungsde-tektion

der Auswertung und den erhaltenenErgebnissen jedenfalls bedacht werden.

3 Resultate und Diskussion

Basierend auf den Aufzeichnungen überAbbruchanzeigen der MA 37 der Jahre2013 und 2014, Orthofotos von 2012 bis2014, den Daten aus der Bildmatching-basierten Veränderungsdetektion so-wie Geodaten konnte das abgebroche-ne Gebäudevolumen unterschiedlicherGebäudekategorien berechnet werden.In Kombination mit spezifischen Mate-rialintensitäten der unterschiedlichenGebäudekategorien konnte in weite-rer Folge auf Menge und Qualität vonAbfällen aus dem Gebäudeabbruch inWien geschlossen werden.

3.1 Abgebrochenes Gebäudevolumen

Mittels Bildmatching-basierter Verän-derungsdetektion wurde ein abgebro-chenes Gebäudevolumen von 2,8Mio.

m3 pro Jahr festgestellt. Demgegen-über resultierten die Auswertungen derAdressdaten der Aufzeichnungen überAbbruchanzeigen in durchschnittlichlediglich 1,7Mio. m3 pro Jahr. Diese sig-nifikante Abweichung zeigt, dass durchdie Bildmatching-basierte Verände-rungsdetektion offensichtlich deutlichmehr Abbrüche berücksichtigt werdenals durch die geführten Aufzeichnun-gen. Unterstützt wird dies durch beob-achtete Abbrüche, welche nicht in denAufzeichnungen über Abbruchanzeigenzu finden waren. Es kann daher vermu-tet werden, dass Abbrüche teilweisenicht angezeigt werden.

Abb. 6 zeigt das abgebrochene Ge-bäudevolumen pro Jahr (2013/2014)und dessen Anteile an unterschied-lichen Gebäudekategorien. In dieserGrafik wurde ein Durchschnittswert derAufzeichnungen von 2013 und 2014verwendet und die Daten der Verän-derungsdetektion auf ein Jahr normali-siert. Dies war notwendig, da der Zeit-

raum zwischen den Bildflügen (Juli2013 und Juni 2014) nur 10,5 Monatebetrug.

Für einen kleinen Teil des Volumenssind weder Informationen zur Nutzungnoch zur Bauperiode vorhanden. Fürdiesen Teil wurde angenommen, dassdie Verteilung der Gebäudekategoriengleich dem des gesamten abgebroche-nen Volumens ist.

Der in Abb. 7 angestellte Vergleichder beiden Datenquellen unterstreichteinerseits, dass durch die Verände-rungsdetektion eine deutlich höhereGesamtzahl an Abbrüchen berücksich-tigt wird. Andererseits zeigt das Ergeb-nis auch den großen Einfluss weniger,großer Abbruchvorhaben auf das Ge-samtvolumen abgebrochener Gebäude.6 bis 7% der Abbrüche (rund 30 Ob-jekte) repräsentieren etwa 50% desabgebrochenen Gesamtvolumens.

3.2 Menge und Qualität von Abfällenaus dem Gebäudeabbruch

Durch die Kombination des abgebro-chenen Gebäudevolumens der unter-schiedlichen Gebäudekategorien mitden jeweiligen spezifischen Materialin-tensitäten können Menge und Qualitätvon Abfällen abgeschätzt werden. Dadie Daten der Bildmatching-basiertenVeränderungsdetektion umfassendereErgebnisse als jene der Aufzeichnun-gen über Abbruchanzeigen lieferten,wurden letztere in weiterer Folge nichtmehr verwendet.

Gemäß den angestellten Berech-nungen entstehen in Wien pro Jahrrund 1,1Mio. t Abbruchabfälle aus demGebäudebereich, was etwa 600kg proPerson und Jahr entspricht. Vergleichtman diese Zahlen mit dem Gesamtla-ger an Materialien in Wiens Gebäuden(210 t pro Person nach Kleemann et al.2016a), ergibt sich eine Abbruchratevon etwa 0,3%. Eine grobe Berech-nung, auf Basis von Daten aus demGebäude- und Wohnungsregisters derMA 37, ergab im Vergleich dazu eineNeubaurate von 0,8% und einen Be-darf an Baumaterialien von insgesamtetwa 2,9Mio. t jährlich bzw. 1600kg proPerson und Jahr.

Tab. 2 zeigt die errechneten Pro-Kopf-Mengen unterschiedlicher Mate-rialien. Der Großteil der Materialienist mineralisch (>95%), wobei Beton(45%), Ziegel (30%) sowie Mörtel undPutz (13%) die Hauptfraktionen dar-stellen. Nur ein sehr geringer Anteil(<5%) der Gesamtmenge der Abbruch-

144 Bewertung von Abfallströmen aus Gebäudeabbrüchen in Wien auf Grundlage von Bildmatching-basierter. . .

Originalarbeit

Abb. 7 VergleichderErgebnissederBildmatching-basiertenVeränderungsdetektionmitErgebnissenderAbbruchstatistiken(Klee-mannet al. 2016b)

Tab. 2 AbfallmengenausgewählterMaterialienausdemGebäudeabbruch [kg/Einwohner/Jahr]kg/Einwohner/Jahr

Mineralisch 570 Organisch 15 Metalle 12

Beton 280 Holz 11 Eisen/Stahl 12

Ziegel 180 Asphalt 1,4 Aluminium 0,26

Mörtel/Putz 76 Bitumen 1,3 Kupfer 0,15

Schüttung 15 Div. Kunststoffe 0,35 – –

Naturstein 6 PVC 0,27 – –

Schlacke 5 Heraklit 0,25 – –

Gips 2,8 Teppich 0,19 – –

Kies/Sand 2,6 Polystyrol 0,1 – –

Blähtonziegel 1,2 Papier/Karton 0,045 – –

Keramik 0,86 Linoleum 0,037 – –

Glas 0,65 Laminat 0,032 – –

Asbest(zement) 0,43 – – – –

Mineralwolle 0,33 – – – –

Mineralwollplatten 0,078 – – Summe 600

materialien besteht aus organischenMaterialien oder Metallen, wobei Holz,Eisen/Stahl jeweils dominieren.

Der Großteil der Abbruchabfällewird zur Aufbereitung außerhalb derStadt transportiert. Aufbereiteter Be-ton findet üblicherweise im StraßenbauAnwendung, während Ziegel in Wienhauptsächlich in der Zementindustrieals Tonersatz verwendet werden. Klei-nere Mengen werden zu Pflanzensub-strat oder Tennissand aufbereitet. DieVerwendung des Ziegelmaterials in derZementindustrie ist ein Spezifikum fürden Wiener Raum. Organisches Materi-al wird meist thermisch verwertet. Holzwird in der Plattenindustrie teilweiseauch materiell recycelt. Aufgrund ihres

Wertes werden Metalle nahezu zu 100%recycelt.

3.3 Unsicherheiten

Sowohl die Resultate über die Ab-bruchaktivität als auch jene über dieMaterialintensitäten unterliegen Unsi-cherheiten. Für die Abschätzung derGesamtmenge an Abfällen wird eineUnsicherheit von unter 15% angenom-men. Für einzelne Materialien, speziellsolche in geringer Konzentration (z.B.Aluminium), müssen höhere Unsicher-heiten in Kauf genommen werden. Wasdie angewandte Methode auszeichnet,ist die Aktualität der verwendeten Da-ten.

4 Schlussfolgerungen

Die präsentierte Methode zeigt, wiedurch einen interdisziplinären AnsatzAbfälle bzw. Sekundärressourcen, diedurch Abbrüche in Wien zur Verfügungstehen, abgeschätzt werden können.Der beschriebene Ansatz zeigt, dassWerkzeuge der Fernerkundung dabeihelfen können, die Abbruchaktivitätin Wien nachzuvollziehen. In Kom-bination mit spezifischen Materialin-tensitäten unterschiedlicher Gebäude-kategorien ist es weiters möglich, aufMenge und Qualität von Abfällen ausdem Gebäudeabbruch zu schließen.Die Methode ist praktisch anwendbarund kann aufgrund der herrschenden

Bewertung von Abfallströmen aus Gebäudeabbrüchen in Wien auf Grundlage von Bildmatching-basierter. . . 145

Originalarbeit

Rahmenbedingungen relativ einfach inbestehende Arbeitsabläufe integriertund so implementiert werden. Dadurchwürde ein kontinuierliches Monitoringdes Gebäudebestands ermöglicht undes könnten regionale Vergleichszahlenzu Abfallstatistiken generiert werden.Abfallrelevante Daten werden in Ös-terreich zentral über das ElektronischeDatenmanagement (EDM) erfasst undausgewertet, Aussagen über bestimmteRegionen, beispielsweise Ballungsge-biete, können aber nur eingeschränktgetroffen werden. Für den Anfall vonAbbruchabfällen kann die vorgestell-

Literatur

te Methode daher regionalspezifischeInformationen liefern. Kontinuierlichangewandt ermöglicht die Methode dasMonitoring der Entwicklung des Ge-bäudebestands und in weiterer Folgeeine Prognose über Dynamiken derStadtentwicklung. Weiters können ef-fektive Maßnahmen zur Ausrichtungder Abfallwirtschaft und des Ressour-cenmanagements im Sinne einer Kreis-laufwirtschaft getroffen werden.

Funding Open access funding providedby TU Wien (TUW).

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