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Methoden zur Quantifizierung und Optimierung der Robustheit von Bauablaufplänen

  • 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 VorlaufzeitenBauablaufplänen 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.show moreshow less
  • 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 projectConstruction 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.show moreshow less

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Metadaten
Document Type:Doctoral Thesis
Author: Veronika Hartmann
DOI (Cite-Link):https://doi.org/10.25643/bauhaus-universitaet.4579Cite-Link
URN (Cite-Link):https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:wim2-20220204-45798Cite-Link
Referee:Prof.Dr.rer.nat. Tom LahmerGND, Prof. Dr.-Ing. Markus KönigGND
Advisor:Prof. Dr.-Ing. Kay SmarslyGND
Language:German
Date of Publication (online):2022/02/04
Date of first Publication:2022/02/04
Date of final exam:2021/03/15
Release Date:2022/02/04
Publishing Institution:Bauhaus-Universität Weimar
Granting Institution:Bauhaus-Universität Weimar, Fakultät Bauingenieurwesen
Institutes and partner institutions:Fakultät Bauingenieurwesen / Professur Informatik im Bauwesen
Tag:Bauinformatik
GND Keyword:Bauablaufplanung; Optimierung; Robustheit
Dewey Decimal Classification:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften / 629 Andere Fachrichtungen der Ingenieurwissenschaften
BKL-Classification:56 Bauwesen / 56.03 Methoden im Bauingenieurwesen
Licence (German):License Logo Creative Commons 4.0 - Namensnennung-Nicht kommerziell-Keine Bearbeitung (CC BY-NC-ND 4.0)