TY - THES A1 - Hartmann, Veronika T1 - Methoden zur Quantifizierung und Optimierung der Robustheit von Bauablaufplänen N2 - Bauablaufplänen kommt bei der Realisierung von Bauprojekten eine zentrale Rolle zu. Sie dienen der Koordination von Schnittstellen und bilden für die am Projekt Beteiligten die Grundlage für ihre individuelle Planung. Eine verlässliche Terminplanung ist daher von großer Bedeutung, tatsächlich sind aber gerade Bauablaufpläne für ihre Unzuverlässigkeit bekannt. Aufgrund der langen Vorlaufzeiten bei der Planung von Bauprojekten sind zum Zeitpunkt der Planung viele Informationen nur als Schätzwerte bekannt. Auf der Grundlage dieser geschätzten und damit mit Unsicherheiten behafteten Daten werden im Bauwesen deterministische Terminpläne erstellt. Kommt es während der Realisierung zu Diskrepanzen zwischen Schätzungen und Realität, erfordert dies die Anpassung der Pläne. Aufgrund zahlreicher Abhängigkeiten zwischen den geplanten Aktivitäten können einzelne Planänderungen vielfältige weitere Änderungen und Anpassungen nach sich ziehen und damit einen reibungslosen Projektablauf gefährden. In dieser Arbeit wird ein Vorgehen entwickelt, welches Bauablaufpläne erzeugt, die im Rahmen der durch das Projekt definierten Abhängigkeiten und Randbedingungen in der Lage sind, Änderungen möglichst gut zu absorbieren. Solche Pläne, die bei auftretenden Änderungen vergleichsweise geringe Anpassungen des Terminplans erfordern, werden hier als robust bezeichnet. Ausgehend von Verfahren der Projektplanung und Methoden zur Berücksichtigung von Unsicherheiten werden deterministische Terminpläne bezüglich ihres Verhaltens bei eintretenden Änderungen betrachtet. Hierfür werden zunächst mögliche Unsicherheiten als Ursachen für Änderungen benannt und mathematisch abgebildet. Damit kann das Verhalten von Abläufen für mögliche Änderungen betrachtet werden, indem die durch Änderungen erzwungenen angepassten Terminpläne simuliert werden. Für diese Monte-Carlo-Simulationen der angepassten Terminpläne wird sichergestellt, dass die angepassten Terminpläne logische Weiterentwicklungen des deterministischen Terminplans darstellen. Auf der Grundlage dieser Untersuchungen wird ein stochastisches Maß zur Quantifizierung der Robustheit erarbeitet, welches die Fähigkeit eines Planes, Änderungen zu absorbieren, beschreibt. Damit ist es möglich, Terminpläne bezüglich ihrer Robustheit zu vergleichen. Das entwickelte Verfahren zur Quantifizierung der Robustheit wird in einem Optimierungsverfahren auf Basis Genetischer Algorithmen angewendet, um gezielt robuste Terminpläne zu erzeugen. An Beispielen werden die Methoden demonstriert und ihre Wirksamkeit nachgewiesen. N2 - Construction schedules are of significant importance in the execution of building projects. As basis for individual project planning of all project stakeholders, construction schedules support the coordination of interfaces. While reliable scheduling is of particular relevance for the entire project, construction schedules are known to be notoriously unreliable. Because of long project preparations in civil engineering, information necessary for scheduling is often estimated at the time of drafting construction plans. Therefore uncertain data form the basis of deterministic schedules prepared to guide building executions. When discrepancies between assumptions and reality occur during building processes, schedules need to be adjusted. Due to many interdependencies between construction processes, certain schedule changes may lead to significant further changes and adjustments and may jeopardise a smooth project execution. This thesis develops a method to generate construction schedules that can absorb project changes while considering the interdependencies and boundary conditions imposed by the project specifics. Schedules that require comparatively small adjustments in case of project changes are referred to as robust. Based on methods for project scheduling and for representing process uncertainties, deterministic schedules are studied with respect to their behaviour under changes. Reasons for uncertainties are discussed and transferred into a mathematical description of process changes. Defining process changes mathematically allows analysing schedule adjustments arising from project changes by generating adjusted schedules in Monte Carlo simulations. In this thesis, efforts are made to ensure that schedules created by simulation are logical advancements of the respective original, deterministic schedules. Interpretations of the results of the stochastic simulations serve as basis for quantifying schedule robustness to describe the ability of a schedule to absorb changes. The definition of a robustness measure allows the comparison of schedules in terms of their robustness. The method developed herin is then employed as part of an optimisation procedure based on genetic algorithms to systematically generate robust schedules. To demonstrate their effectiveness, the methods are validated using practical examples. KW - Bauablaufplanung KW - Bauinformatik KW - Optimierung KW - Robustheit Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20220204-45798 ER - TY - CHAP A1 - Fedior, Marco A1 - Hamel, Wido ED - Steiner, Maria ED - Theiler, Michael ED - Mirboland, Mahsa T1 - Simulationsumgebung zur Evaluation von umweltorientierten Verkehrsmanagement-Strategien T2 - 30. Forum Bauinformatik N2 - Der vorliegende Beitrag beschreibt die Problematik bei der Prognose verkehrsbedingter Schadstoff-Immissionen. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung und der Aufbau einer Simulationsumgebung zur Evaluation von umweltorientierten Verkehrsmanagement-Strategien. Die Simulationsumgebung wird über die drei Felder Verkehr, Emission, Immission entwickelt und findet zunächst Anwendung in der Evaluation verkehrlicher Maßnahmen für die Friedberger Landstraße in Frankfurt am Main. KW - Verkehr KW - Simulation KW - Emission KW - Luftverunreinigender Stoff Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20190328-38678 ER - TY - INPR A1 - Steiner, Maria A1 - Bourinet, Jean-Marc A1 - Lahmer, Tom T1 - An adaptive sampling method for global sensitivity analysis based on least-squares support vector regression N2 - In the field of engineering, surrogate models are commonly used for approximating the behavior of a physical phenomenon in order to reduce the computational costs. Generally, a surrogate model is created based on a set of training data, where a typical method for the statistical design is the Latin hypercube sampling (LHS). Even though a space filling distribution of the training data is reached, the sampling process takes no information on the underlying behavior of the physical phenomenon into account and new data cannot be sampled in the same distribution if the approximation quality is not sufficient. Therefore, in this study we present a novel adaptive sampling method based on a specific surrogate model, the least-squares support vector regresson. The adaptive sampling method generates training data based on the uncertainty in local prognosis capabilities of the surrogate model - areas of higher uncertainty require more sample data. The approach offers a cost efficient calculation due to the properties of the least-squares support vector regression. The opportunities of the adaptive sampling method are proven in comparison with the LHS on different analytical examples. Furthermore, the adaptive sampling method is applied to the calculation of global sensitivity values according to Sobol, where it shows faster convergence than the LHS method. With the applications in this paper it is shown that the presented adaptive sampling method improves the estimation of global sensitivity values, hence reducing the overall computational costs visibly. KW - Approximation KW - Sensitivitätsanalyse KW - Abtastung KW - Surrogate models KW - Least-squares support vector regression KW - Adaptive sampling method KW - Global sensitivity analysis KW - Sampling Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20181218-38320 N1 - This is the pre-peer reviewed version of the following article: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0951832017311808, which has been published in final form at https://doi.org/10.1016/j.ress.2018.11.015. SP - 1 EP - 33 ER - TY - CHAP ED - Steiner, Maria ED - Theiler, Michael ED - Mirboland, Mahsa T1 - 30. Forum Bauinformatik N2 - Die Bauhaus-Universität Weimar ist seit langer Zeit mit dem Forum Bauinformatik eng verbunden. So wurde die Veranstaltung 1989 hier durch den Arbeitskreis Bauinformatik ins Leben gerufen und auch das 10. und 18. Forum Bauinformatik (1998 bzw. 2006) fand in Weimar statt. In diesem Jahr freuen wir uns daher besonders, das 30. Jubiläum an der Bauhaus-Universität Weimar ausrichten zu dürfen und viele interessierte Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen aus dem Bereich der Bauinformatik in Weimar willkommen zu heißen. Das Forum Bauinformatik hat sich längst zu einem festen Bestandteil der Bauinformatik im deutschsprachigen Raum entwickelt. Dabei steht es traditionsgemäß unter dem Motto „von jungen Forschenden für junge Forschende“, wodurch insbesondere Nachwuchswissenschaftlerinnen und ‑wissenschaftlern die Möglichkeit geboten wird, ihre Forschungsarbeiten zu präsentieren, Problemstellungen fachspezifisch zu diskutieren und sich über den neuesten Stand der Forschung zu informieren. Zudem wird eine ausgezeichnete Gelegenheit geboten, in die wissenschaftliche Gemeinschaft im Bereich der Bauinformatik einzusteigen und Kontakte mit anderen Forschenden zu knüpfen. In diesem Jahr erhielten wir 49 interessante und qualitativ hochwertige Beiträge vor allem in den Themenbereichen Simulation, Modellierung, Informationsverwaltung, Geoinformatik, Structural Health Monitoring, Visualisierung, Verkehrssimulation und Optimierung. Dafür möchten wir uns ganz besonders bei allen Autoren, Co-Autoren und Reviewern bedanken, die durch ihr Engagement das diesjährige Forum Bauinformatik erst möglich gemacht haben. Wir danken zudem Professor Große und Professor Díaz für die Unterstützung bei der Auswahl der Beiträge für die Best Paper Awards. Ein herzliches Dankeschön geht an die Kollegen an der Professur Informatik im Bauwesen der Bauhaus-Universität Weimar für die organisatorische, technische und beratende Unterstützung während der Planung der Veranstaltung. KW - Bauinformatik KW - BIM Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20180917-37854 N1 - Printausgabe: ISBN 978-3-00-060726-4 ER - TY - RPRT A1 - Smarsly, Kay A1 - Wiggenbrock, Jens T1 - Automatisierte Planung von digitalen Hochgeschwindigkeitsnetzen N2 - Der Ausbau von digitalen Hochgeschwindigkeitsnetzen ist gekennzeichnet durch neuartige Anforderungen an den Planungsprozess. Diese Anforderungen erfordern wiederum den Einsatz von neuartigen Paradigmen, die eine effiziente und zugleich genaue Planung von flächendeckenden Glasfasernetzen ermöglichen. Hierbei können wiederkehrende Planungsaufgaben durch eine gezielte computergestützte Automatisierung effizienter und genauer ausgeführt, als es mit bisherigen Planungskonzepten möglich ist. Dieses Arbeitspapier beschreibt die computergestützte Ausführung eines Planungsprozesses auf Basis von fünf grundlegenden, iterativen Planungsschritten und gibt Empfehlungen für eine effiziente und genaue Planung von Glasfasernetzen. Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht es Netzbetreibern und Investoren, den Ausbau beliebiger Siedlungs- und Gewerbegebiete auf der zuverlässigen Basis von belastbarem Faktenwissen wirtschaftlich zu priorisieren. KW - Kostenoptimierung KW - Breitbandausbau KW - Gigabit KW - Planung KW - FTTx KW - 5G KW - Visualisierung KW - Infrastruktur KW - Glasfaser KW - Hochgeschwindigkeitsnetz Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170828-33095 ER - TY - JOUR A1 - Smarsly, Kay A1 - Hartmann, Timo A1 - Rüppel, Uwe A1 - König, Markus ED - Smarsly, Kay T1 - Positionspapier des Arbeitskreis Bauinformatik N2 - Die Bauinformatik ist eine Säule der modernen Bau- und Umweltingenieurwissenschaften und befasst sich mit der Erforschung grundlegender informatorischer Methoden sowie mit der Anwendung und Weiterentwicklung der Informationswissenschaften im Bau- und Umweltbereich. Der Arbeitskreis Bauinformatik konstituiert sich aus Wissenschaftlern, die an Universitäten im deutschsprachigen Raum auf dem Fachgebiet Bauinformatik lehren und forschen. Ausgehend vom erreichten Entwicklungsstand der Bauinformatik skizziert dieses Positionspapier die Aufgaben des Arbeitskreises und formuliert eine Grundlage für eine abgestimmte Weiterentwicklung an den deutschsprachigen Universitäten. KW - Bauinformatik KW - Bauinformatik Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170523-32219 ER - TY - CHAP A1 - Smarsly, Kay A1 - Tauscher, Eike ED - Gürlebeck, Klaus ED - Lahmer, Tom T1 - IFC-BASED MONITORING INFORMATION MODELING FOR DATA MANAGEMENT IN STRUCTURAL HEALTH MONITORING T2 - Digital Proceedings, International Conference on the Applications of Computer Science and Mathematics in Architecture and Civil Engineering : July 20 - 22 2015, Bauhaus-University Weimar N2 - This conceptual paper discusses opportunities and challenges towards the digital representation of structural health monitoring systems using the Industry Foundation Classes (IFC) standard. State-of-the-art sensor nodes, collecting structural and environmental data from civil infrastructure systems, are capable of processing and analyzing the data sets directly on-board the nodes. Structural health monitoring (SHM) based on sensor nodes that possess so called “on-chip intelligence” is, in this study, referred to as “intelligent SHM”, and the infrastructure system being equipped with an intelligent SHM system is referred to as “intelligent infrastructure”. Although intelligent SHM will continue to grow, it is not possible, on a well-defined formalism, to digitally represent information about sensors, about the overall SHM system, and about the monitoring strategies being implemented (“monitoring-related information”). Based on a review of available SHM regulations and guidelines as well as existing sensor models and sensor modeling languages, this conceptual paper investigates how to digitally represent monitoring-related information in a semantic model. With the Industry Foundation Classes, there exists an open standard for the digital representation of building information; however, it is not possible to represent monitoring-related information using the IFC object model. This paper proposes a conceptual approach for extending the current IFC object model in order to include monitoring-related information. Taking civil infrastructure systems as an illustrative example, it becomes possible to adequately represent, process, and exchange monitoring-related information throughout the whole life cycle of civil infrastructure systems, which is referred to as monitoring information modeling (MIM). However, since this paper is conceptual, additional research efforts are required to further investigate, implement, and validate the proposed concepts and methods. KW - Angewandte Informatik KW - Angewandte Mathematik KW - Building Information Modeling KW - Computerunterstütztes Verfahren KW - Data, information and knowledge modeling in civil engineering; Function theoretic methods and PDE in engineering sciences; Mathematical methods for (robotics and) computer vision; Numerical modeling in engineering; Optimization in engineering applications Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170314-28237 SN - 1611-4086 ER - TY - CHAP A1 - Ignatova, Elena A1 - Kirschke, Heiko A1 - Tauscher, Eike A1 - Smarsly, Kay ED - Gürlebeck, Klaus ED - Lahmer, Tom T1 - PARAMETRIC GEOMETRIC MODELING IN CONSTRUCTION PLANNING USING INDUSTRY FOUNDATION CLASSES T2 - Digital Proceedings, International Conference on the Applications of Computer Science and Mathematics in Architecture and Civil Engineering : July 20 - 22 2015, Bauhaus-University Weimar N2 - One of the most promising and recent advances in computer-based planning is the transition from classical geometric modeling to building information modeling (BIM). Building information models support the representation, storage, and exchange of various information relevant to construction planning. This information can be used for describing, e.g., geometric/physical properties or costs of a building, for creating construction schedules, or for representing other characteristics of construction projects. Based on this information, plans and specifications as well as reports and presentations of a planned building can be created automatically. A fundamental principle of BIM is object parameterization, which allows specifying geometrical, numerical, algebraic and associative dependencies between objects contained in a building information model. In this paper, existing challenges of parametric modeling using the Industry Foundation Classes (IFC) as a federated model for integrated planning are shown, and open research questions are discussed. KW - Angewandte Informatik KW - Angewandte Mathematik KW - Building Information Modeling KW - Computerunterstütztes Verfahren KW - Data, information and knowledge modeling in civil engineering; Function theoretic methods and PDE in engineering sciences; Mathematical methods for (robotics and) computer vision; Numerical modeling in engineering; Optimization in engineering applications Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170314-28024 SN - 1611-4086 ER - TY - CHAP A1 - Hartmann, Veronika A1 - Smarsly, Kay A1 - Lahmer, Tom ED - Gürlebeck, Klaus ED - Lahmer, Tom T1 - ROBUST SCHEDULING IN CONSTRUCTION ENGINEERING T2 - Digital Proceedings, International Conference on the Applications of Computer Science and Mathematics in Architecture and Civil Engineering : July 20 - 22 2015, Bauhaus-University Weimar N2 - In construction engineering, a schedule’s input data, which is usually not exactly known in the planning phase, is considered deterministic when generating the schedule. As a result, construction schedules become unreliable and deadlines are often not met. While the optimization of construction schedules with respect to costs and makespan has been a matter of research in the past decades, the optimization of the robustness of construction schedules has received little attention. In this paper, the effects of uncertainties inherent to the input data of construction schedules are discussed. Possibilities are investigated to improve the reliability of construction schedules by considering alternative processes for certain tasks and by identifying the combination of processes generating the most robust schedule with respect to the makespan of a construction project. KW - Angewandte Informatik KW - Angewandte Mathematik KW - Building Information Modeling KW - Computerunterstütztes Verfahren KW - Data, information and knowledge modeling in civil engineering; Function theoretic methods and PDE in engineering sciences; Mathematical methods for (robotics and) computer vision; Numerical modeling in engineering; Optimization in engineering applications Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170314-27994 SN - 1611-4086 ER - TY - RPRT A1 - Wiggenbrock, Jens A1 - Smarsly, Kay T1 - Kostengünstiger Breitbandausbau mittels automatisierter Integration von Installationsplänen und Installationskosten N2 - Der Bedarf an leistungsfähigen Hochgeschwindigkeits-Glasfasernetzen ist in den letzten Jahren, insbesondere aufgrund der zunehmenden Nutzung von Internet-basierten Diensten, rapide gestiegen. Eine umfassende Planung von neu zu errichtenden Glasfasernetzen im Sinne eines kostengünstigen Breitbandausbaus ist jedoch häufig mit hohem Aufwand verbunden. Die Auswahl möglicher Kabelwege und die anschließende Kalkulation der Installationskosten werden heute in der Regel durch computerbasierte Verfahren unterstützt, wobei allerdings die Installationspläne und die Installationskosten getrennt voneinander dargestellt werden, was wiederum die computergestützte Planung sowie weitere Optimierungsansätze erschwert. Dieses Arbeitspapier beschreibt ein Konzept für ein modulares Softwaresystem zur computergestützten Planung, Kostenkalkulation und Visualisierung von Glasfasernetzen, das eine integrierte Darstellung von Installationsplänen und Installationskosten ermöglicht. Anstelle der herkömmlichen Darstellung von Installationsplänen, die in der Regel alle geplanten Kabelwege einfarbig auf einer Landkarte visualisiert, wird ein Farbschema zur Anzeige der Installationskosten in Installationsplänen eingesetzt. Das Konzept wird prototypisch implementiert und durch ein Anwendungsbeispiel, das die Planung eines Glasfasernetzes innerhalb eines Siedlungsgebietes behandelt, validiert. Die integrierte, farbige Darstellung der Installationskosten in Installationsplänen ermöglicht eine effiziente Identifikation der kostenintensiven Bauabschnitte und befördert kostenoptimierte Planungsansätze. Die intuitive Visualisierung vereinfacht somit die akkurate und kostenoptimierte Planung von Glasfasernetzen. KW - Visualisierung KW - Kostenoptimierung KW - Breitbandausbau KW - Glasfasernetze KW - Infrastrukturplanung KW - Ampelmodell Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20160627-26167 ER - TY - CHAP ED - Gürlebeck, Klaus ED - Lahmer, Tom T1 - International Conference on the Applications of Computer Science and Mathematics in Architecture and Civil Engineering : July 20 - 22 2015, Bauhaus-University Weimar T1 - Internationales Kolloquium über Anwendungen der Informatik und Mathematik in Architektur und Bauwesen : 20. bis 22.7. 2015, Bauhaus-Universität Weimar T2 - Digital Proceedings, International Conference on the Applications of Computer Science and Mathematics in Architecture and Civil Engineering : July 20 - 22 2015, Bauhaus-University Weimar N2 - The 20th International Conference on the Applications of Computer Science and Mathematics in Architecture and Civil Engineering will be held at the Bauhaus University Weimar from 20th till 22nd July 2015. Architects, computer scientists, mathematicians, and engineers from all over the world will meet in Weimar for an interdisciplinary exchange of experiences, to report on their results in research, development and practice and to discuss. The conference covers a broad range of research areas: numerical analysis, function theoretic methods, partial differential equations, continuum mechanics, engineering applications, coupled problems, computer sciences, and related topics. Several plenary lectures in aforementioned areas will take place during the conference. We invite architects, engineers, designers, computer scientists, mathematicians, planners, project managers, and software developers from business, science and research to participate in the conference! KW - Angewandte Informatik KW - Angewandte Mathematik KW - Computerunterstütztes Verfahren KW - Building Information Modeling KW - Optimization in engineering applications KW - Data, information and knowledge modeling in civil engineering KW - Function theoretic methods and PDE in engineering sciences KW - Mathematical methods for (robotics and) computer vision KW - Numerical modeling in engineering Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20150828-24515 SN - 1611-4086 ER - TY - THES A1 - Gerold, Fabian T1 - Konzepte zur interaktiven Entwurfsraum-Exploration im Tragwerksentwurf N2 - Der Entwurfsraum für den Entwurf eines Tragwerks ist ein n-dimensionaler Raum, der aus allen freien Parametern des Modells aufgespannt wird. Traditionell werden nur wenige Punkte dieses Raumes durch eine numerische (computergestützte) Simulation evaluiert, meist auf Basis der Finite-Elemente-Methode. Mehrere Faktoren führen dazu, dass heute oft viele Revisionen eines Simulationsmodells durchlaufen werden: Zum einen ergeben sich oft Planungsänderungen, zum anderen ist oft die Untersuchung von Planungsalternativen und die Suche nach einem Optimum wünschenswert. In dieser Arbeit soll für ein vorhandenes Finite-Elemente-Framework die sequentielle Datei-Eingabeschnittstelle durch eine Netzwerkschnittstelle ersetzt werden, die den Erfordernissen einer interaktiven Arbeitsweise entspricht. So erlaubt die hier konzipierte Schnittstelle interaktive, inkrementelle Modelländerungen sowie Status- und Berechnungsergebnis-Abfragen durch eine bidirektionale Schnittstelle. Die Kombination aus interaktiver numerischer Simulation und Interoperabilität durch die Anwendung von Konzepten zur Bauwerks-Informations-Modellierung im Tragwerksentwurf ist Ziel dieser Dissertation. Die Beschreibung der Konzeption und prototypischen Umsetzung ist Gegenstand der schriftlichen Arbeit. KW - Interaktive numerische Simulation KW - Industry Foundation Classes (IFC) Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20140408-21532 ER - TY - GEN A1 - Theiler, Michael T1 - Documentation and conceptual development of software components for the execution of geometric Boolean set operations on the basis of Java3D N2 - Complex buildings and other structures are cumulatively planned with software that supports the export of building information in the STEP-format on the basis of the IFC (Industry Foundation Classes). Because of the availability of this interface, it is possible to use the data of a building for further processing. Within the IFC, several geometrical models for the visualization of building elements are provided. Among others, geometric Boolean set operations are needed to "subtract" openings from building elements (e.g. for windows or doors) - CSG (Constructive Solid Geometry). Therefore, software components based on the algorithms [Laidlaw86] and [Hubbard90] were developed at the professorship Informatik im Bauwesen that support these functionalities on the basis of Java3D. However, it turned out in praxis, that these components are numerically instable and that there is no acceptable robustness or tolerance of errors. This is caused by mistakes in the implementation (bugs) as well as the insufficient handling of numerical inaccuracies. Further, a verification and, where applicable, a correction of qualitative substandard initial data is missing. Prior to this student research project, the implementation of a self-contained application for a visual error control was initiated. This tool visualizes several program steps and their corresponding data. With use of this tool, the implemented algorithms can be analyzed in detail. The papers [Laidlaw86] and [Hubbard90] are unsatisfactory describing some essential steps of the algorithm as well as implementation details to execute Boolean set operations on the basis of a B-rep (Boundary Representation) model. Hence, the algorithm should be documented comprehensible with the help of figures and pseudo code. Moreover, problems within the existing implementation shall be identified and possible solution strategies shall be provided. KW - Boolean Operations Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20130603-19430 ER - TY - THES A1 - Stein, Peter T1 - Procedurally generated models for Isogeometric Analysis N2 - Increasingly powerful hard- and software allows for the numerical simulation of complex physical phenomena with high levels of detail. In light of this development the definition of numerical models for the Finite Element Method (FEM) has become the bottleneck in the simulation process. Characteristic features of the model generation are large manual efforts and a de-coupling of geometric and numerical model. In the highly probable case of design revisions all steps of model preprocessing and mesh generation have to be repeated. This includes the idealization and approximation of a geometric model as well as the definition of boundary conditions and model parameters. Design variants leading to more resource-efficient structures might hence be disregarded due to limited budgets and constrained time frames. A potential solution to above problem is given with the concept of Isogeometric Analysis (IGA). Core idea of this method is to directly employ a geometric model for numerical simulations, which allows to circumvent model transformations and the accompanying data losses. Basis for this method are geometric models described in terms of Non-uniform rational B-Splines (NURBS). This class of piecewise continuous rational polynomial functions is ubiquitous in computer graphics and Computer-Aided Design (CAD). It allows the description of a wide range of geometries using a compact mathematical representation. The shape of an object thereby results from the interpolation of a set of control points by means of the NURBS functions, allowing efficient representations for curves, surfaces and solid bodies alike. Existing software applications, however, only support the modeling and manipulation of the former two. The description of three-dimensional solid bodies consequently requires significant manual effort, thus essentially forbidding the setup of complex models. This thesis proposes a procedural approach for the generation of volumetric NURBS models. That is, a model is not described in terms of its data structures but as a sequence of modeling operations applied to a simple initial shape. In a sense this describes the "evolution" of the geometric model under the sequence of operations. In order to adapt this concept to NURBS geometries, only a compact set of commands is necessary which, in turn, can be adapted from existing algorithms. A model then can be treated in terms of interpretable model parameters. This leads to an abstraction from its data structures and model variants can be set up by variation of the governing parameters. The proposed concept complements existing template modeling approaches: templates can not only be defined in terms of modeling commands but can also serve as input geometry for said operations. Such templates, arranged in a nested hierarchy, provide an elegant model representation. They offer adaptivity on each tier of the model hierarchy and allow to create complex models from only few model parameters. This is demonstrated for volumetric fluid domains used in the simulation of vertical-axis wind turbines. Starting from a template representation of airfoil cross-sections, the complete "negative space" around the rotor blades can be described by a small set of model parameters, and model variants can be set up in a fraction of a second. NURBS models offer a high geometric flexibility, allowing to represent a given shape in different ways. Different model instances can exhibit varying suitability for numerical analyses. For their assessment, Finite Element mesh quality metrics are regarded. The considered metrics are based on purely geometric criteria and allow to identify model degenerations commonly used to achieve certain geometric features. They can be used to decide upon model adaptions and provide a measure for their efficacy. Unfortunately, they do not reveal a relation between mesh distortion and ill-conditioning of the equation systems resulting from the numerical model. T3 - Schriftenreihe des DFG Graduiertenkollegs 1462 Modellqualitäten // Graduiertenkolleg Modellqualitäten - 7 KW - NURBS KW - Isogeometric Analysis KW - Procedural modeling KW - Templates KW - Mesh quality Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20130212-18483 SN - 978-3-86068-488-7 PB - Universitätsverlag CY - Weimar ER - TY - CHAP A1 - Theiler, Michael A1 - Tauscher, Eike A1 - Tulke, Jan A1 - Riedel, Thomas ED - Krämer, Torsten T1 - Boolesche Operationen für die Visualisierung von IFC-Gebäudemodellen T2 - Forum Bauinformatik 2010 N2 - Die Planung von komplexen Bauwerken erfolgt zunehmend mit Planungswerkzeugen, die den Export von Bauwerksinformationen im STEP-Format auf Grundlage der IFC (Industry Foundation Classes) erlauben. Durch die Verfügbarkeit dieser Schnittstelle ist es möglich, Bauwerksinformationen für die weiterführende Verarbeitung zu verwenden. Zur Visualisierung der geometrischen Daten stehen innerhalb der IFC verschiedene geometrische Modelle für die Darstellung von Bauteilen zur Verfügung. Unter anderem werden für das „Ausschneiden“ von Öffnungen aus Bauteilen (z.B. für Fenster und Türen) geometrische boolesche Operationen benötigt. Gegenstand des Beitrags ist die Vorstellung eines Algorithmus zur Berechnung von booleschen Operationen auf Basis eines triangulierten B-Rep (Boundary Representation) Modells nach HUBBARD (1990). Da innerhalb von IFC-Gebäudemodellen Bauteile oft das Resultat mehrerer boolescher Operationen sind (z.B. um mehrere Fensteröffnungen von einer gegebenen Wand abzuziehen), wurde der Algorithmus von Hubbard angepasst, sodass mehrere boolesche Operationen gleichzeitig berechnet werden können. Durch diese Optimierung wird eine deutliche Reduzierung der benötigten Berechnungen und somit der Rechenzeit erreicht. KW - IFC KW - Boolesche Operationen KW - Visualisierung KW - Hubbard KW - Laidlaw Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20130107-18151 SN - 978-3-8322-9456-4 SP - 251 EP - 258 PB - Shaker Verlag CY - Aachen ER - TY - CHAP A1 - Theiler, Michael A1 - Tauscher, Eike A1 - Tulke, Jan A1 - Riedel, Thomas ED - von Both, Petra ED - Koch, Volker T1 - Visualisierung von IFC-Objekten mittels Java3D T2 - Forum Bauinformatik 2009 N2 - Die Planung komplexer Bauwerke erfolgt zunehmend mit rechnergestützten Planungswerkzeugen, die den Export von Bauwerksinformationen im STEP-Format auf Grundlage der Industry Foundation Classes (IFC) ermöglichen. Durch die Verfügbarkeit dieser Schnittstelle ist es möglich, Bauwerksinformationen für eine weiterführende applikationsübergreifende Verarbeitung bereitzustellen. Ein großer Teil der bereitgestellten Informationen bezieht sich auf die geometrische Beschreibung der einzelnen Bauteile. Um den am Bauprozess Beteiligten eine optimale Auswertung und Analyse der Bauwerksinformationen zu ermöglichen, ist deren Visualisierung unumgänglich. Das IFC-Modell stellt diese Daten mit Hilfe verschiedener Geometriemodelle bereit. Der vorliegende Beitrag beschreibt die Visualisierung von IFC-Objekten mittels Java3D. Er beschränkt sich dabei auf die Darstellung von Objekten, deren Geometrie mittels Boundary Representation (Brep) oder Surface-Model-Repräsentation beschrieben wird. KW - IFC KW - Brep KW - STEP KW - Visualisierung KW - Schnittstelle Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20130107-18149 SN - 978-3-86644-396-9 SP - 149 EP - 159 PB - Universitätsverlag CY - Karlsruhe ER - TY - THES A1 - Theiler, Michael T1 - Interaktive Visualisierung von Qualitätsdefiziten komplexer Bauwerksinformationsmodelle auf Basis der Industry Foundation Classes (IFC) in einer webbasierten Umgebung N2 - Der inhaltlichen Qualitätssicherung von Bauwerksinformationsmodellen (BIM) kommt im Zuge einer stetig wachsenden Nutzung der verwendeten BIM für unterschiedliche Anwen-dungsfälle eine große Bedeutung zu. Diese ist für jede am Datenaustausch beteiligte Software dem Projektziel entsprechend durchzuführen. Mit den Industry Foundation Classes (IFC) steht ein etabliertes Format für die Beschreibung und den Austausch eines solchen Modells zur Verfügung. Für den Prozess der Qualitätssicherung wird eine serverbasierte Testumgebung Bestandteil des neuen Zertifizierungsverfahrens der IFC sein. Zu diesem Zweck wurde durch das „iabi - Institut für angewandte Bauinformatik” in Zusammenarbeit mit „buildingSMART e.V.“ (http://www.buildingsmart.de) ein Global Testing Documentation Server (GTDS) implementiert. Der GTDS ist eine, auf einer Datenbank basierte, Web-Applikation, die folgende Intentionen verfolgt: • Bereitstellung eines Werkzeugs für das qualitative Testen IFC-basierter Modelle • Unterstützung der Kommunikation zwischen IFC Entwicklern und Anwendern • Dokumentation der Qualität von IFC-basierten Softwareanwendungen • Bereitstellung einer Plattform für die Zertifizierung von IFC Anwendungen Gegenstand der Arbeit ist die Planung und exemplarische Umsetzung eines Werkzeugs zur interaktiven Visualisierung von Qualitätsdefiziten, die vom GTDS im Modell erkannt wurden. Die exemplarische Umsetzung soll dabei aufbauend auf den OPEN IFC TOOLS (http://www.openifctools.org) erfolgen. KW - BIM KW - IFC KW - GTDS KW - Visualisierung KW - BIM KW - IFC KW - GTDS KW - Visualisierung Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20121214-17869 ER - TY - THES A1 - Tauscher, Eike T1 - Vom Bauwerksinformationsmodell zur Terminplanung - Ein Modell zur Generierung von Bauablaufplänen T1 - From Building Information Model to Construction Scheduling - A Model for the Generation of Construction Work Plans N2 - Die effiziente und zielgerichtete Ausführung von Bauvorhaben wird in hohem Maße von der zugrunde liegenden Bauablaufplanung beeinflusst. Dabei ist unter Verwendung herkömmlicher Methoden und Modelle die Planung des Bauablaufs ein zumeist aufwändiger und fehlerträchtiger Prozess. Am Ende der gegenwärtig üblichen Vorgehensweise für die Planung eines Bauablaufs erfolgt lediglich die Dokumentation des Endergebnisses. Mögliche Ablaufalternativen, die im Verlauf der Planung betrachtet wurden, sind im resultierenden Bauablaufplan nicht enthalten und gehen verloren. Eine formale Kontrolle des geplanten Bauablaufs hinsichtlich seiner Vollständigkeit ist nur begrenzt möglich, da beispielsweise existierende Methoden der 4D-Visualisierung derzeit nicht ausreichend in den Prozess der Planung von Bauabläufen integriert sind. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines neuen Modells für die Unterstützung der Bauablaufplanung. Dafür wird der größtenteils manuelle Vorgang der Bauablaufplanung auf Basis verfügbarer Bauwerksinformationsmodelle (BIM) weitestgehend automatisiert und die Methodik der 4D-Animation in den Prozess der Bauablaufplanung integriert. Ausgehend von in einer Erfahrungsdatenbank gespeicherten Informationen werden auf Basis einer Ähnlichkeitsermittlung Bauteilen des betrachteten BIM geeignete Vorgänge zugeordnet und mittels Algorithmen der Graphentheorie ein Workflowgraph aller mög\-lichen Bauablaufvarianten generiert. Aufgrund der vorgenommenen Kopplung des Bauablaufplans mit Bauteilen eines BIM und der visuellen Darstellung des Bauablaufs kann vom Planer im Rahmen der Modellierungsgenauigkeit des BIM auf die Vollständigkeit des Bauablaufplans geschlossen werden. Dies ermöglicht dem Anwender ein hohes Maß an Kontrolle des geplanten Bauablaufs bereits innerhalb der Planungsphase. Weiterhin unterstützt das entwickelte Modell die Integration von Ablaufvarianten, was deren Gegenüberstellung ermöglicht und die Wiederverwendbarkeit bereits geplanter Bauabläufe durch eine entsprechend ausgerichtete Abbildung des Modells. Die Anwendbarkeit des erarbeiteten Modells wird anhand einer prototypischen Implementierung nachgewiesen und anhand eines Praxisbeispiels verifiziert. N2 - The efficient and targeted execution of construction works is greatly affected by the underlying construction schedule. By using common methods and models for construction scheduling, this process is usually error-prone and expensive. In common practice, the focus of construction scheduling is limited to the documentation of the final result. Possible construction alternatives that were considered during the planning phase are not included in the resulting construction schedule and are lost for further consideration. A formal control of the planned construction schedule in terms of completeness is very limited, since existing methods such as 4D~visualization are insufficiently integrated in the planning process. The presented work addresses the development of a new model that supports the construction planning process. Therefore, the mostly manual process of construction planning will be largely automated based on available building information models (BIM) and integrates the methodology of 4D~animation into this process. Based on information stored in a knowledge database, appropriate tasks will be assigned to building elements of the considered BIM on the basis of similarity calculations. Subsequently, a workflow graph is generated by using algorithms of graph theory. Due to the resulting logical interconnection of BIM objects and schedule processes and the visual representation of the construction building process, it becomes possible for the planner to suggest on the completeness of the construction schedule. This allows for a high degree of control over the planned construction schedule, already during the planning phase. Furthermore, the developed model supports the integration of construction alternatives into the schedule to allow their comparison as well as the reusability of already planned construction schedules by an appropriately targeted model mapping. The developed model's applicability is shown based on a prototype implementation and verified using a practical example. T3 - Informatik in Architektur und Bauwesen - 7 KW - Terminplanung KW - Scheduling KW - Informationsmodell KW - Modell KW - Bauwesen KW - Animation KW - 4D KW - BIM KW - IFC KW - Generierung KW - Bauablaufplan KW - scheduling KW - building Information model KW - generation KW - automation KW - construction schedule Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20110927-15572 SN - 978-3-86068-452-8 ER - TY - THES A1 - Tulke, Jan T1 - Kollaborative Terminplanung auf Basis von Bauwerksinformationsmodellen T1 - Collaborative construction scheduling based on building information models N2 - Im Rahmen des sich derzeit vollziehenden Wandels von der segmentierten, zeichnungsorientierten zur integrierten, modellbasierten Arbeitsweise bei der Planung von Bauwerken und ihrer Erstellung werden Computermodelle nicht mehr nur für die physikalische Simulation des Bauwerksverhaltens, sondern auch zur Koordination zwischen den einzelnen Planungsdisziplinen und Projektbeteiligten genutzt. Die gemeinsame Erstellung und Nutzung dieses Modells zur virtuellen Abbildung des Bauwerks und seiner Erstellungsprozesse, das sog. Building Information Modeling (BIM), ist dabei zentraler Bestandteil der Planung. Die Integration der Terminplanung in diese Arbeitsweise erfolgt bisher jedoch nur unzureichend, meist lediglich in der Form einer nachgelagerten 4D-Simulation zur Kommunikation der Planungsergebnisse. Sie weist damit im Verhältnis zum entstehenden Zusatzaufwand einen zu geringen Nutzen für den Terminplaner auf. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die tiefere Einbettung der Terminplanung in die modellbasierte Arbeitsweise. Auf Basis einer umfassende Analyse der Rahmenbedingungen und des Informationsbedarfs der Terminplanung werden Konzepte zur effizienten Wiederverwendung von im Modell gespeicherten Daten mit Hilfe einer Verknüpfungssprache, zum umfassenden Datenaustausch auf Basis der Industry Foundation Classes (IFC) und für das Änderungsmanagement mittels einer Versionierung auf Objektebene entwickelt.Die für die modellbasierte Terminplanung relevanten Daten und ihre Beziehungen zueinander werden dabei formal beschrieben sowie die Kompatibilität ihrer Granularität durch eine Funktionalität zur Objektteilung sichergestellt. Zur zielgenauen Extraktion von Daten werden zudem Algorithmen für räumliche Anfragen entwickelt. Die vorgestellten Konzepte und ihre Anwendbarkeit werden mittels einer umfangreichen Pilotimplementierung anhand von mehreren Praxisbeispielen demonstriert und somit deren praktische Relevanz und Nutzen nachgewiesen. N2 - In context of the current change from a segmented, drawing based to an integrated, model based planning approach for buildings and their construction processes, computer models are no longer used for physical simulations of structural characteristics only, but also as basis for coordination between different design disciplines and stakeholders. Thereby the collaborative compilation and utilisation of such a model which serves as virtual representation, the so called Building Information Modeling (BIM), is within the core of the new planning approach. But currently, construction sequence planning is only insufficiently integration in this new approach and mostly limited to a subsequent 4D-Simulation for communication of scheduling results. Consequently accruing additional effort for the model use cannot be fully justified by the resulting benefits. Therefore subject of the present thesis is a deeper integration of construction sequence planning into the model based way of working. Starting from a comprehensive analysis of general conditions and information needs during scheduling, concepts of a linking language for efficient reuse of model data, complete data exchange based on Industry Foundation Classes (IFC) and change management based on object versioning are presented. Data used during scheduling and its inherent relationships are described formally and a functionality of object splitting is developed to ensure the compatibility of data granularity. For the sake of target precise data extraction, algorithms of spatial queries are presented. All concepts are implemented in an extensive software package and their practical application is demonstrated by several examples. T3 - Informatik in Architektur und Bauwesen - 4 KW - Terminplanung KW - Scheduling KW - Informationsmodell KW - Kollaboration KW - Modell KW - Versionsverwaltung KW - Bauwesen KW - Teilung KW - Animation KW - Dreidimensionale Comp KW - 4D-Simulation KW - Bauwerksinformationsmodell KW - BIM KW - IFC KW - räumliche Anfragesprache KW - spatial query KW - object splitting KW - Building Information Model KW - construction KW - object versioning Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20100805-15135 SN - 978-3-86068-416-0 ER - TY - THES A1 - Richter, Torsten T1 - Konzepte für den Einsatz versionierter Objektmodelle im Bauwesen T1 - Concepts for the application of versioned object models in the building industry N2 - Bauwerke sind in der Regel Unikate, für die meist eine komplette und aufwändige Neuplanung durchzuführen ist. Der Umfang und die Verschiedenartigkeit der einzelnen Planungsaufgaben bedingen ein paralleles Arbeiten der beteiligten Fachplaner. Darüber hinaus ist die Bauplanung ein kreativer und iterativer Prozess, der durch häufige Änderungen des Planungsmaterials und Abstimmungen zwischen den Fachplanern gekennzeichnet ist. Mithilfe von speziellen Fachanwendungen erstellen die Planungsbeteiligten verschiedene Datenmodelle, zwischen denen fachliche Abhängigkeiten bestehen. Ziel der Arbeit ist es, die Konsistenz der einzelnen Fachmodelle eines Bauwerks sicherzustellen, indem Abhängigkeiten auf Basis von Objektversionen definiert werden. Voraussetzung dafür ist, dass die Fachanwendungen nach dem etablierten Paradigma der objektorientierten Programmierung entwickelt wurden. Das sequentielle und parallele Arbeiten mehrerer Fachplaner wird auf Basis eines optimistischen Zugriffsmodells unterstützt, das ohne Schreibsperren auskommt. Weiterhin wird die Historie des Planungsmaterials gespeichert und die Definition von rechtsverbindlichen Freigabeständen ermöglicht. Als Vorbild für die Systemarchitektur diente das Softwarekonfigurationsmanagement, dessen Versionierungsansatz meist auf einem Client-Server-Modell beruht. Die formale Beschreibung des verwendeten Ansatzes wird über die Mengenlehre und Relationenalgebra vorgenommen, so dass er allgemeingültig und technologieunabhängig ist. Auf Grundlage dieses Ansatzes werden Konzepte für den Einsatz versionierter Objektmodelle im Bauwesen erarbeitet und mit einer Pilotimplementierung basierend auf einer Open-Source-Ingenieurplattform an einem praxisnahen Szenario verifiziert. Beim Entwurf der Konzepte wird besonderer Wert auf die Handhabbarkeit der Umsetzung gelegt. Das betrifft im Besonderen die hierarchische Strukturierung des Projektmaterials, die ergonomische Gestaltung der Benutzerschnittstellen und der Erzielung von geringen Anwortzeiten. Diese Aspekte sind eine wichtige Voraussetzung für die Effizienz und Akzeptanz von Software im praktischen Einsatz. Bestehende Fachanwendungen können durch geringen Entwicklungsaufwand einfach in die verteilte Umgebung integriert werden, ohne sie von Grund auf programmieren zu müssen. N2 - Structures are normally unique which often require a new, complete and complex design. The extensiveness and diverseness of the several planning tasks cause a parallel work of the involved planners. Furthermore, the building planning is a creative and iterative process that is characterised by frequent changes of the planning material and coordinations between the professional designers. The planners create different data models with dependencies between each other. The aim of this thesis is to ensure the consistency of the particular expert models by defining dependencies on the basis of object versions. A prerequisite is the development of all specialised applications with the established object-oriented programming paradigm. The sequential and parallel work of many planners is supported by an optimistic access model that does not require write locks. The history of the planning material will be stored additionally and the definition of release states is provided. The software configuration management served as a model for the system architecture whose versioning approach often relies on the client-server concept. The formal description of the used approach is done by the usage of the set theory and relational algebra to ensure its generality and independency from technologies. On the basis of this approach concepts for the application of versioned object models in civil engineering are formulated and verified at a practical scenario with a pilot implementation based on an open source engineering platform. A great importance was attached on the usability of the implementation. This affects especially the structuring of the project material, the ergonomic design of the user interface as well as the achievement of short response times. These aspects are a precondition for the efficiency and acceptance of the software by the practical users. Existing expert applications can be easily integrated in the distributed environment without programming them from scratch. T3 - Informatik in Architektur und Bauwesen - 3 KW - Computer Supported Cooperative Work KW - Objektorientierung KW - Bauplanung KW - Kooperation KW - Verteiltes System KW - Versionsverwaltung KW - Planungsprozess KW - Benut KW - Distributed computing KW - Computer Supported Cooperative Work KW - Object-oriented programming KW - Version control KW - Planning process Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20100115-14935 ER -