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In der vorliegenden Arbeit werden dickwandige Schalentragwerke unter statischen Belastungen betrachtet. Die Schale besteht aus verschiedenen Zonen und in jeder Zone wird die Schalenmittelflaeche mittels eines eigenen Geometriegleichungssystems definiert. Das Verzerrungsfeld hat allen 6 unabhaengigen Komponenten unter der Annahme, dass die Querschnittsfasern, die normal zu der Mittelflaeche der unbelasteten Schale sind, geradelinig bleiben. Ein dreidimensionales isoparametrisches finites Element wird vorgeschlagen. Die Berechnung wird mit der Hilfe der Makroelemententechnik durchgefuehrt. In der Arbeit werden die wesentliche Parameter der Schalengeometrie, sowie auch entsprechendes Anteil von Klassen des konstruktiven Modells, definiert. Ein konstruktives Informationsmodell und ein FEM-Informationsmodell, werden entwickelt. Die Informationsverbindungen zwischen den beiden Modellen werden definiert. Diese objektorientierten Modelle werden in Programmiersprache Microsoft Visual C++ v.4.0 unter Windows 95 implementiert. Als numerisches Beispiel wird ein Bogenmauertragwerk betrachtet.
Der Fokus des Projektes liegt auf einer besseren Unterstützung der kooperativen Aspekte im Bauwerksentwurf und der Anwendung von ComponentWare-Techniken in der Architektur des Entwurfssystems. Es muß festgestellt werden, daß die Kooperation der Beteiligten im Entwurfsprozeß von Bauwerken durch die heute praktizierten Datenaustauschverfahren nicht oder nur unbefriedigend unterstützt wird und das keine Lösung dieses Problems durch die Weiterentwicklung von filebasierten Datenaustauschformaten zu erwarten ist. Im Rahmen des Projektes wird mit einer CORBA-Umgebung für Smalltalk-80 ein verteilbares Objektsystem realisiert. Als Architektur des Systems wurde eine hybride Herangehensweise gewählt, bei der allgemeine Informationen auf einem zentralen Server verwaltet werden und die eigentlichen Projektinformationen bei Bedarf repliziert werden. Wie allgemein in GroupWare - orientierten Systemen notwendig, müssen effektive Mechanismen der Nebenläufigkeitskontrolle und zur Sperrung bestimmter Modellbereiche realisiert werden. Wichtig ist für kooperative Entwurfssysteme die Systemunterstützung der Beseitigung der Folgen von kollidierenden Entwurfsintensionen durch die Bearbeiter. Dazu werden unter anderem Remote-Pointer-Mechanismen realisiert. In Abhängigkeit von der Rolle eines Bearbeiters werden diesem Sichten auf des Objektmodell (Partialmodelle) zugeordnet. Es werden Mechanismen zur Autorisierung des Zugriffs auf Partialmodelle implementiert, zu diesem Zweck erfolgt eine Nutzerauthentifizierung. Beziehungen zwischen Partialmodellen werden durch eine spezielle Relation im Objektsystem abgebildet. Die Konzeption des Objektsystems lehnt sich an die PREPLAN-Philosophie an. Das impliziert die Unterstützung von Entwurfshandlungen sowohl in Bottom-Up- als auch in Top-Down - Richtung. Benutzer können das Objektsystem um eigene Klassen erweitern bzw. existierende Klassen modifizieren und Attribute mit Defaultwerten belegen, um das System inkrementell mit Domänenwissen anreichern zu können. Von großer Bedeutung für kooperative Entwurfssysteme sind eine Versionsverwaltung und die Bereitstellung von Undo - und Redo - Mechanismen. Es ist möglich, multimediale Daten im Objektmodell abzulegen und diese in Abhängigkeit von ihrem Format wiederzugeben bzw. zu bearbeiten. Das beschriebene System befindet sich derzeit in der Implementierung.
Die Aufgaben des Bauwesens erfordern den direkten Zugriff auf Objekte einer Datenbasis, die in dem Arbeitsspeicher einer Sitzung und in mehreren Binärdateien verteilt sind. In den Methoden einer Anwendung soll jedes Objekt unabhängig vom Ort seiner Speicherung mit seinem Namen als persistentem Identifikator direkt ansprechbar sein. Bei Bedarf sollen Objekte automatisch aus Dateien nachgeladen werden. Der Anwender soll bestimmen können, in welcher Datei ein bestimmtes Objekt gespeichert wird. Die Zugriffszeit auf ein Objekt soll im Mittel mit der Zugriffszeit auf ein Objekt in einer Java-Methode vergleichbar sein. Ein Konzept einer generalisierten Datenbasis wird vorgestellt. Seine Leistungsfähigkeit wird mit der vorhandenen Software für die Aufbewahrung und Verwaltung von Daten im Bauwesen verglichen. Es erweist sich als zweckmäßig, bereits im Entwurf einer Anwendung streng zwischen persistenten und transienten Objekten zu unterscheiden. Alle persistenten Objekte der Anwendung werden benannt. Unbenannte persistente Objekte der Java Plattform, beispielsweise Kollektionen und graphische Objekte, sind ebenfalls mit einem Griff (einem von der Datenbasis zugeteilten Namen) speicherbar. Der Zugriff auf ein Objekt ist schnell, da nur primitive Datentypen und Strings in binärer Form ohne Rückgriff auf Datenbanken gespeichert werden.
Die Informatik im Bauwesen oder kurz Bauinformatik hat sich in den vergangenen Jahren in Deutschland kontinuierlich entwickelt und sie hat einen festen Platz in den Fakultäten im Bauingenieurwesen an den deutschen Universitäten erhalten. Diese Entwicklung war anfänglich sehr stark fixiert auf die Berechnungen des physikalischen Verhaltens von Bauwerken. In den letzten Jahren kamen weitere Gebiete hinzu. Hier ist vor allem die Zeichnungserstellung (CAD) hervorzuheben. Diese Entwicklungen haben einen großen Reifegrad erlangt und sie haben einen festen Platz in Lehre und Forschung in der Bauinformatik. Die Rolle der Bauinformatik allgemein hat in den letzten Jahren eine stürmische Entwicklung genommen. Die Breite der Anwendungen hat ständig zugenommen und die Forderung nach einer durchgängigen Nutzbarkeit aller Informationen, die in diesem Zusammenhang bearbeitet werden, wird immer stärker gestellt. Besonders zwei Problemstellungen stehen im Mittelpunkt vieler Entwicklungen in der Bauindustrie und in den entsprechenden Softwarehäusern. Dies sind die Entwicklung und Nutzung technischer Modelle zur Unterstützung des Bauprozesses und die Unterstützung betriebswirtschaftlicher Anforderungen in der Bauindustrie. Vor allem die zweite Anforderung war bisher kaum Gegenstand der Bauinformatik. Aktuelle Bestrebungen vor allem aus der Praxis wirken darauf hin, diesen Zustand zu ändern. Die Fakultät Bauingenieurwesen an der Bauhaus-Universität beginnt diesen Anforderungen dadurch Rechnung zu tragen, daß kontinuierlich die notwendigen Voraussetzungen geschaffen werden, um diese Thematik in Lehre und Forschung kompetent aufnehmen zu können. Externe Referenten, die an der Spitze entsprechender Entwicklungen sind, werden in die Lehre mit eingebunden. Dies soll eine kontinuierliche Weiterentwicklung einleiten, die helfen soll, eine zeitgemäße Ausbildung der zukünftigen Bauingenieure sicherzustellen.
Engineering Desktop Anwendungen in der Tragwerksplanung auf der Grundlage der COM-Technologie
(2003)
Zur effizienten Nutzung von Office- und Computeralgebra-Software im Sinne einer Engineering Desktop Umgebung wurde ein Framework für die Tragwerksplanung entwickelt. Dieses umfasst Klassen und Methoden zur Schnittgrößenermittlung von Durchlaufträgern, Fachwerken und ebener Stabwerke sowie für Nachweise und Bemessungsaufgaben im Stahlbeton-, Stahl- und Holzbau. Die Anwendung des Frameworks im Rahmen einer Office-Software beruht auf der Komponententechnologie. Im Rahmen von MS-Windows handelt es sich um das COM-Modell. Die Komponentenbibliothek des Frameworks wurde in JAVA implementiert. Die Nutzeroberfläche kann aus Berechnungssoftware wie Excel und Mathcad bestehen. Aber auch die Entwicklung von Tragwerkseditoren oder internetbasierender Software ist damit möglich. Anwendungen des Frameworks wurden in MS-Excel mit VBA und in Mathcad mit der C++Schnittstelle realisiert. Ziel dieser Entwicklung ist eine Engineering Desktop Umgebung auf dem Computer, bei der nichtstandardisierbare Untersuchungen in der Tragwerksplanung ebenso einfach, aber effizienter, sicherer und besser dokumentiert als mit Bleistift und Papier erfolgen können. Zwei Beispiele verdeutlichen die Anwendung des Frameworks. Hierbei handelt es sich einmal um eine statische Voruntersuchung mit Mathcad, bei der die mit dem Framework entwickelten Funktionen verwendet werden. Das zweite Beispiel behandelt die Erstellung eines Teachtools in MS-Excel.
n allen Stadien des Planungsprozesses von Gebäuden nehmen Entwurfsentscheidungen starken Einfluß auf die bauphysikalische Qualität eines Gebäudes. Im Rahmen dieses Beitrags wird deshalb die Integration bauphysikalischer Gesichtspunkte in den Planungsprozeß vorgestellt, bei welcher dem Fachingenieur geeignete Werkzeuge zur Verfügung gestellt werden, die es erlauben, das zu planende Gebäude als Einheit von baulicher Hülle, Anlagentechnik und Nutzung zu betrachten. Darauf aufbauend wird eine gezielte Überprüfung des Gebäudemodells mit Hilfe von bauphysikalischen Nachweisen und Simulationen durchgeführt, um eine bauphysikalische Entscheidungsunterstützung im Entwurfsprozeß vornehmen zu können. Das erarbeitete Programmsystem VAMOS (Verteilte Applikation zur Modellierung und Optimierung bauphysikalischer Systeme) nutzt die Middleware-Technologie CORBA konsequent für die dynamische, netzwerkweite Integration fünf verschiedener aufgabenspezifischer Komponenten: Die erste Komponente zur Modellerzeugung und -manipulation wurde auf Basis des CAD-Systems AutoCAD als ARX-Laufzeitmodul erstellt. Dadurch ist es einerseits möglich, bestehende Planungsabläufe unter Verwendung von Standardwerkzeugen des entwerfenden Ingenieurs zu erhalten, andererseits können die umfangreichen Fähigkeiten des AutoCAD-Geometriekerns für die Erstellung komplexer dreidimensionaler Bauteilgeometrien genutzt werden. In der zweiten Komponenten wurde eine objektorientiertes Datenbanksystem in das Gesamtsystem integriert, das auch für die Verwaltung verschiedener Versionen von Gebäudeentwürfen verwendet wird. Die bauphysikalischen Nachweise, die auf Basis der zentral im Netzwerk bereitgestellten Modelle automatisiert durchgeführt werden können, wurden auf Basis der Java-Applet-Technologie abgebildet, um die zentrale Wartbarkeit und Anpassbarkeit an Veränderungen der Vorschriften und Gesetzesgrundlagen zu ermöglichen. Dabei wurden sowohl die aktuelle Wärmeschutzverordnung (WSVO) als auch die Energieeinsparverordnung (EnEV) berücksichtigt. Für die ganzheitliche Erfassung des Gebäudeenergiehaushaltes wurde das Simulationsprogramm TRNSYS um ein Schnittstellenmodul unter Verwendung von IDL-Interfaces erweitert, so daß die direkte Integration der umfangreichen Funktionalitäten in das Gesamtsystem möglich wird. Um die Modellierung auf der Basis von realistischen Parametern durchführen zu können, wurde eine Komponente entwickelt, die unter Verwendung der Technologie mobiler Internet-Agenten die dynamische Recherche von herstellerspezifischen Parametern im Internet ermöglicht.
Integrated structural engineering system usually consists of large number of design objects that may be distributed across different platforms. These design objects need to communicate data and information among each other. For efficient communication among design objects a common communication protocol need to be defined. This paper presents the elements of a communication protocol that uses a mediator agent to facilitate communication among design objects. This protocol is termed the Mediative Communication Protocol (MCP). The protocol uses certain design communication performatives and the semantics of an Agent Communication language (ACL) mainly the Knowledge and Query Manipulation Language (KQML) to implement its steps. Details of a Mediator Agent, that will facilitate the communication among design objects, is presented. The Unified Modeling Language (UML) is used to present the Meditative protocol and show how the mediator agent can be use to execute the steps of the meditative communication protocol. An example from structural engineering application is presented to demonstrate and validate the protocol. It is concluded that the meditative protocol is a viable protocol to facilitate object-to-object communication and also has potential to facilitate communication among the different project participants at the higher level of integrated structural engineering systems.
Einsatz internetbasierter Projektplattformen im Bereich der Bauausführung - "Digitales Bautagebuch"
(2003)
Der Einsatz internetbasierter Projektplattformen in der Bauausführung wurde bisher kaum thematisiert. Die typischen Vorteile des Einsatzes solcher Werkzeuge, wie etwa die Unterstützung kooperativer, geographisch und zeitlich verteilter Prozesse, scheinen für diesen Einsatzbereich nicht so offensichtlich zu sein wie für den Bereich der Gebäudeplanung. Vor dem Hintergrund der anhaltend problematischen Situation der Bauwirtschaft und der Tatsache, dass im Bereich der Bauausführung oftmals die wesentlichen Ursachen für einen unplanmäßigen Ablauf von Bauprojekten oder ein Verfehlen von Kosten-, Termin- oder Qualitätszielen zu finden sind, kommt diesen Anwendungen eine große Bedeutung zu. Im Rahmen eines größeren Forschungsprojektes des BMWi (TK3 GIT Siegen / Projektträger PTJ-BEO) wurde unter dem Arbeitstitel >Digitales Bautagebuch< ein ausführungsorientiertes Modul für eine schon in den Planungsphasen des Projektes eingesetzte Projektplattform entwickelt. Dabei wurde projektbegleitend eine Umgebung implementiert, welche sowohl die Bauleitung bei ihrer täglichen Arbeit unterstützt als auch Entscheidungsträgern und anderen Projektbeteiligten einen schnellen Überblick über den Stand der Arbeiten ermöglicht. Dieser Beitrag setzt sich mit dem Einsatz internetbasierter Projektplattformen im Bereich der Bauausführung auseinander und beschreibt deren Möglichkeiten unter Einbringung der Erfahrungen aus der Anwendung im Bauprojekt TK3 GIT Siegen.
Einsatz eines Dokumenten - Management - Sytems (DMS) für Eingangsrechnungen in Bauunternehmen
(2003)
Die Aug. Prien Bauunternehmung hat im Jahre 2001/2002 ein DMS eingeführt. Die Gründe dafür waren, dass die Aufbewahrungsfristen von sechs auf zehn Jahre erhöht wurden, man die Abläufe in der Verwaltung straffen und die Postwege von und zu großen Baustellen sparen wollte. Die Einführung des Systems dauerte sechs Monate. Die Zusammenarbeit mit den externen Beratern wurde a-typisch gestaltet: kein Pflichtenheft (sondern Projektbeschreibung) und keinen festen Preis (sondern Budgetrahmen). Die aufkommenden Fragen und Probleme konnten in ständigen Feed-Back-Schleifen zwischen den Anwendern, dem Projektleiter und den externen Programmierer gelöst werden. Interne Widerstände konnten durch Durchsetzungswillen als auch Eingehen auf die Einwände überwunden werden. Bei der Programmierung des Systems wurde darauf geachtet, dass die Handhabung für die Anwender so einfach wie möglich gestaltet wurde. Mit der Einführung des Systems zeichnen fast alle Anwender (>90%) ihre Rechnungen am Bildschirm ab - ob in der Zentrale oder draußen auf der Baustelle. Die Bauleiter auf den Baustellen können sich über eine ISDN-Leitung auf einen Terminal-Server in der Zentrale einwählen und dann so wie im Büro arbeiten. Bereits archivierte Rechnungen können sich die Anwender jederzeit über das firmeninterne Baustellen-Informations-System (B-I-S) wieder aufrufen. Die Rechnungskontrolle braucht nicht mehr die Belege in Bauleiter-Mappen sortieren, weiß jederzeit wo eine Rechnung zur Bearbeitung liegt und bekommt nur noch die geänderten Rechnungen zur Bearbeitung (alle anderen gehen direkt in den automatischen Zahlungslauf). Durch die Einführung des Systems konnte eine Person in der Rechnungskontrolle eingespart werden. Der Return on Invest (ROI) liegt bei 1,4 Jahren, was ein guter Wert ist. Zwischenzeitlich werden weitere Belege gescannt.
Ziel des Teilprojekts C5 des Sonderforschungsbereichs 398 an der Ruhr-Universität Bochum ist die Entwicklung eines lebensdauerorientierten Entwurfsmodells für Stahltragwerke. Das Referenzsystem der letzten Förderperiode war eine einschiffige Stahlhalle mit Kranbahnen. Der vorliegende Beitrag stellt die Ergebnisse einer Sensitivitätsanalyse des Stahlrahmens unter Kranfahrtlasten vor. Diese Verkehrslasten wurden, völlig entkoppelt von weiteren äußeren Einflüssen wie Wind und Schnee, als poissongetriebene Pulsprozesse beschrieben, die zufälligen Eigenschaften der Kranfahrtlasten wurden in den Zufallsvariablen Pulsdauer und Pulsintensität berücksichtigt. Zur Minimierung des Rechenaufwandes der Lebensdauer-untersuchung wurden a priori einige Systemparameter anhand von Parameterstudien im Hinblick auf ihre dynamische Wirkung maßgebend festgelegt. In einer darauf aufbauenden Betriebsfestigkeitsuntersuchung wurden die Schädigungseinträge in einer Rahmenecke infolge von jeweils einzelnen Pulslastereignissen berechnet und in einer Datenbasis abgelegt. Eine abschließende Distance-Controlled Monte Carlo Simulation der Pulsprozesse über einen maximalen Zeitraum von 100 Jahren überführte die Realisationen der einzelnen Pulslasten anhand der Datenbasis in Teilschädigungen, welche nach der Palmgren/Miner-Hypothese zu einer Gesamtschädigung aufsummiert wurden. Der Einfluss der Kranlasten auf den Entwurf von Stahlhallen wurde durch den Vergleich der berechneten Lebensdauer und der planmäßig vorgegebenen Nutzungsdauer quantifiziert.
Trotz der langjährigen Erfahrung bei der Anwendung objektorientierter Konzepte bei der Modellierung von Gebäuden ist es bisher nicht gelungen, ein allgemein anerkanntes Gebäudemodell im Rechner abzubilden. Das mag zum einen daran liegen, daß die Standardisierung eines solchen Modells bis heute zu keinem Abschluß gekommen ist. Zum anderen aber scheint vor allem die Problematik der Abbildung eines solchen Gebäudemodells in das Objektmodell einer Programmiersprache bisher unterschätzt worden zu sein. Die erhoffte Durchgängigkeit von objektorientierter Analyse, Entwurf und Programmierung gelingt bei Anwendungen für Entwurfsaufgaben nicht. Das gilt vor allem für Anwendungen, die frühe Entwurfsphasen unterstützen und damit erst zur Definition eines Gebäudemodells beitragen. Im Bereich der Softwareentwicklung wird das Konzept des Objektes als Ordnungsbegriff zur Strukturierung von Softwaremodulen benutzt. Die Übertragung dieser Ordnung in die Welt des Ingenieurs oder Architekten zur Bezeichnung eines konkreten Elements aus einem Modell (Raum 42 aus der Menge aller Räume des Gebäudes Blumenstraße 7) kann daher nur zu begrenzten Erfolgen führen. Aus der Analyse der Widersprüchlichkeit des Objektbegriffs zwischen Softwareentwickler (Programmierer) und Softwareanwender (Ingenieur, Architekt) wird im folgenden ein Laufzeitsystem für dynamische Objektstrukturen entwickelt, das es dem Softwareentwickler erlaubt, sowohl auf die Struktur als auch auf die Ausprägung eines Modells zuzugreifen. Dem Softwareanwender können damit Werkzeuge zur Verfügung gestellt werden, die es ihm gestatten, Gebäudemodelle zu definieren. Das Laufzeitsystem enthält zum einen eine Reihe von Klassen, die es ermöglichen, die Struktur von Anwenderobjekten dynamisch zu beschreiben und zu analysieren. Eine zweite Art von Klassen erlaubt das Erzeugen und Verändern von Anwenderobjekten, die diesen Strukturen entsprechen
Bei der Betrachtung von Stapelproblemen ergibt sich unter anderem folgendes Problem: Ein gegebener Stapel - bestehend aus den Elementen v i der Menge V - soll an anderer Stelle in einer vorgeschriebenen, veränderten Struktur wieder aufgebaut werden. Dazu stehen Hilfsstapelplätze zur Verfügung. Die Optimierung dieses Problems hinsichtlich der Anzahl der benötigten Hilfsstapelplätze ist NP-vollständig. Es werden Erfahrungen mit einem Branch-and-Bound Algorithmus zur Lösung des Problems vorgestellt sowie ein heuristischer Algorithmus diskutiert
Die fachlichen und organisatorischen Aufgaben der Informationsverarbeitung im Prozeß der Bauauftragsrechnung werden als theoretische Grundlage für die Anpassung und Neukonzeption netzverteilter Informationssysteme formal beschrieben. Hierzu erfolgen Untersuchungen von Methoden, Verfahren, Strukturen und Abläufen sowie der in Bauunternehmen angewendeten Informationssysteme. Grundlage einer Modellierungsmethode sind Abstraktionen von Prozeßschritten und Ereignissen in einer Ereignisgesteuerten Prozeßkette, Entitytypen in einem Entity Relationship Model, Funktionsbäume und Organisationseinheiten sowie deren mögliche Relationen. Mit dieser Methodik werden die Prozesse, Informationsdefinitionen, Funktionen und die Organisationsstruktur einzeln modelliert und Relationen zwischen den Modellelementen gebildet. Aus der fachlichen Auswertung der Modelle und Relationen folgen fachgebietsspezifische Prozeßabläufe und Arbeitsumgebungen. Deren Anwendung wird für ein Customizing vorhandener Informationsysteme und bei einer Neuimplementierung betrachtet. Neben einer umfangreichen fachlichen Problemanalyse leistet die Arbeit einen Beitrag zum methodischen Vorgehen bei Neukonzeption baubetrieblicher Informationssysteme.
Zur Berechnung der Böeneinwirkungen auf ein Brückenbauwerk wird ein stochastisches Modell vorgestellt. Die Windkraft aus der Böenbelastung wird dabei als systemunabhängige Luftkraft betrachtet welche in mathematischer Hinsicht dadurch gekennzeichnet ist, daß die aeroelastischen Bewegungsdifferentialgleichungen inhomogener Natur sind und der Bewegungsablauf den Charakter einer erzwungenen abklingenden Schwingung hat. Ausgehend von den nicht linearen partiellen Differentialgleichungen für Verschiebung und Torsion wird mittels der Galerkin Prozedur ein System von totalen Differentialgleichungen abgeleitet. Die äußeren Luftkräfte werden als gefilterter Poissonprozess von Dirac Impulsen dargestellt. Zur Berechnung der statistischen Momente des Differentialgleichungssystem wird die Itô'sche Differentialformel erweitert und in ein System von algebraischen nicht linearen Gleichungen transformiert. Diese dienen zur Berechnung des Momentenverlaufs für den stationären Anteil des stochastischen Prozesses. Der Abschluß des so erhaltenen nicht linearen Gleichungssystems erfolgt über die Methode der Kumulantenabschlußtechnik.
There is an increasing need for 3D building extraction from aerial images for various applications such astown planning, environmental- and property-related studies. Aerial images usually reveal on one hand a certain amount of information not relevant for the given task of building extraction like vegetation, cars etc. On the other hand there is a loss of relevant information due to occlusions, low contrasts or disadvantageous perspectives. Therefore a promising concept for automated building reconstruction must incorporate a suffciantly complete model of the objects of interest. We propose a model-based approach to 3D building extraction from aerial images which reveals a tight coupling between a generic 3D object model and an explicit 2D image model. The generic object model employes domain specific volumetric primitives (i. e. building part models) and combination schemes. To cover the gap between 3D object models and 2D image data the image model is employed to predict the projective building appearences in aerial images. We present a strategy for a model-based building extraction based on the recognition-by-components principle and show first experimental results derived from international test sets
Im Rahmen eines BMWT-geförderten Projekts entstand innerhalb einer Kooperation der Ritter Energie-und Umwelttechnik mit der Universität Karlsruhe (Fachbereich Bauphysik und Technischer Ausbau) eine bedarfsgeführte Fuzzy-Regelung für eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung. Da bei Niedrigenergie-und Passivhäusern die Wärmeverluste über die Lüftung vergleichsweise hoch sind, besteht hier noch Einsparbedarf.Eine bedarfsgeführte Regelung kann die Lüftungsrate reduzieren, wenn z.B. mehrere Bewohner abwesend sind oder Fensterlüftung betrieben wird und die Luftqualität somit gut genug ist. Ausserdem wird die Lüftung reduziert, wenn die Raumluft in der Heizperiode zu trocken wird. Die sog. Fuzzy-Logik eignet sich gut für solche Regelungsaufgaben, bei denen menschliches Empfinden und Entscheiden nachgebildet werden soll. Fuzzy bedeutet eigentlich >unscharf<, d.h. es wird mit unscharfen Begriffen gearbeitet. Eine typische Anweisung in einer Fuzzy-Regelbasis lautet z.B. >Wenn die Luft trocken ist dann wenig lüften<. Der Prozess, in dem die Zugehörigkeit einer scharfen Messgröße zu den verschiedenen Fuzzy-Sets wie >trocken<, >mittel< und >feucht< bestimmt wird, heisst >Fuzzifizierung<. Das Anwenden der Regeln und das Extrahieren des unscharfen Ergebnisses heisst >Interferenz<. Abschließend wird eine >Defuzzifizierung< vorgenommen, um wieder ein scharfes Ergebnis zu erhalten. Die Fuzzy-Lüftungsregelung hat sich in Feldtests sehr gut bewährt. Simulationsrechnungen mit dem Gebäudesimulationsprogramm >ColSim< haben ausserdem gezeigt, dass im Passivhaus bis zu 16% der für Heizen und Lüften verbrauchten Primärenergie eingespart werden kann, wenn die Fuzzy-Regelung gegen eine konventionelle Drei-Stufen-Regelung auf Stufe >Normal< antritt. Gleichzeitig wird der Wohnkomfort deutlich erhöht, da Luftqualität und Feuchte stets im richtigten Bereich bleiben.
Die geometrische Modellierung hat in den Ingenieurwissenschaften eine große Bedeutung erlangt. Die Visualisierung von zwei- oder dreidimensionalen Problemstellungen ist aus heutigen Anwendungen nicht mehr wegzudenken. Zunehmend rücken Aufgabenstellungen aus dem Bereich der geometrischen Modellierung in den Vordergrund, die über die etablierten Dimensionen 1-3 hinausgehen und die nicht mehr rein geometrischer Natur sind. Hierzu zählen Aufgabenstellungen aus den Bereichen numerische Simulation, Parameteridentifikation und Strukturanalyse. Auf diese nicht-geometrischen Aufgabenstellungen sollen geometrische Verfahren, wie z.B. Triangulation, konvexe Hülle, geometrischer Schnitt und Interpolation angewendet werden. Hierzu werden diese Algorithmen, die alle auf der klassischen Geometrie des euklidischen Raumes beruhen, auf ihre Übertragbarkeit hin analysiert und überarbeitet. Am Beispiel einer Parameteridentifikation wird eine systematische Vorgehensweise vorgestellt, die es ermöglicht, trotz weniger Versuchsrechnungen den Bereich der in Frage kommenden Parameter umfassend zu beschreiben. Dies ermöglicht ein besseres Verständnis der Zusammenhänge der Parameter untereinander. Häufig existieren mehr als eine Parameterkombination, so daß diese eine Isolinie formen, die ihrerseits unendlich viele Lösungen des gestellten Problemes im Untersuchungsgebiet beschreibt.
Ein Algorithmus zur Lösung von Tourenproblemen mit Zeitrestriktionen und inhomogenem Fahrzeugpark
(2003)
Es wird ein Algorithmus vorgestellt, der auf Tourenprobleme mit verschiedenen Restriktionen anwendbar ist. Zum einen können sowohl die Aufträge der Kunden als auch die Fahrzeuge mit Zeitrestriktionen in Form eines oder mehrerer Zeitfenster versehen sein. Zum anderen stehen auszuliefernde Waren nur in gewissen zeitabhängigen Stückzahlen zur Verfügung. Die vorhandenen Fahrzeuge besitzen hinsichtlich Kapazität und Geschwindigkeit unterschiedliche Eigenschaften, wobei von den Kunden gewisse Fahrzeugtypen ausgeschlossen werden können. Die Aufträge werden zunächst hinsichtlich örtlichem und zeitlichem Abstand in Cluster unterteilt. Den Clustern werden auf der Basis von Bewertungen Fahrzeuge zugeordnet, mit denen Touren innerhalb der Cluster erzeugt werden. Das Aufstellen der Touren erfolgt mittels eines Savingsverfahrens, bei dem das Saving aus einer örtlichen und einer zeitlichen Komponente besteht. Der Algorithmus läßt sich über eine Vielzahl an Parametern steuern.
The aim of this talk is to show that the methods used by Métivier and Lapidus to study the eigenvalue distribution of elliptic operators (e.g., of the Dirichlet Laplacian) can be adapted to the study of the similar problem for the Stokes operator. In this way we get asymptotic formulae for the eigenvalues of the latter operator even in the case when the underlying domain has an extremely irregular (fractal) boundary. In the case the boundary is not that irregular (e.g., when it is Lipschitz) the estimates we obtain are much better than the ones we can find in the current literature.
In this paper, systematic analyses for the shoring systems installed to support the applied loads during construction are performed on the basis of the numerical approach. On the basis of a rigorous time-dependent analysis, structural behaviors of reinforced concrete (RC) frame structures according to the changes in design variables such as the types of shoring systems, shore stiffness and shore spacing are analyzed and discussed. The time-dependent deformations of concrete such as creep and shrinkage and construction sequences of frame structures are also taken into account to minimize the structural instability and to reach to an improved design of shoring system because these effects may increase the axial forces delivered to the shores. In advance, the influence of the column shortening effect, generally mentioned in a tall building structure, is analyzed. From many parametric studies, it has been finally concluded that the most effective shoring system in RC frame structures is 2S1R (two shores and one reshore) regardless of the changes in design variables.
The US Department of Highways is embarked on a very ambitious program to renovate much of the bridges and highways allover the USA. While it is doing so, it is also trying to take advantage of using such program to enhance the research for future programs. One of those projects is a 1000 ft. (305 m) long concrete bridge in the State of Vermont, located in the North East of USA. It is scheduled for renovation, in which the deck and its side parapet walls will be replaced. New England Transportation Consortium (NETC) decided to make further use of this project to find what effect will the heavy demolition tools have on the concrete to remain in place. The goal is to find out the extent of the experimental measurement agreement with the analytical results. In order to accomplish such a goal, numerous strain gages were installed at and in the vicinity of the demolition areas. Those gages will measure the effect of the demolition on the adjacent areas, and how far the destructive effect of the powerful demolition tools can propagate through different parts of the structure. The gages are connected to National Instruments data acquisition equipment, which is connected to a lap top computer to save all the acquired data. The analytical part the project will be using the energy method, which means that the energy applied by the demolition tools should equal the energy absorbed by the demolished structure, in elastic and plastic deformation forms.
Die Entwicklung von Projekten des Hoch- und Industriebaus ist durch eine Vielzahl von zu verarbeitenden Informationen und Bewertungsgrundlagen in den Planungsphasen der Bau-land- sowie der Hoch- und Industriebauentwicklung für die Kostenkalkulation geprägt. Die Identifizierung, Beschaffung, Verwaltung und Verarbeitung dieser nach Art, Form und Inhalt bei den Kommunikationspartnern verteilt vorliegenden Informationen führt zu komplexen Planungsprozessen. Zur Bewältigung dieser Komplexität ist die Bauprojektentwicklung kooperativ in vernetzten Systemen durchzuführen. Insbesondere kann die Kostenkalkulation auf Basis der sich zeitlich verändernden Fachinformation im Netz effizient, zeitnah und mit hoher Qualität durchgeführt werden. Die bisher eingesetzten Methoden und Verfahren unterstützen die Projektplaner bei der Datenerfassung und -verarbeitung der kostenrelevanten Informationen nur in lokalen Computernetzen. Die Erfassung von Kosteninformationen, wie zum Beispiel Kostenschätzungen zur Planung von Projekten oder die im Laufe der Projektentwicklung entstehenden Kosten, liegen jedoch verteilt bei den Projektpartnern vor. Es ist daher notwendig, zur Vermeidung von Erfassungs-fehlern und zur Steigerung der Kooperation der Projektpartner bei der wirtschaftlichen Kalkulation von Bauprojekten, den Projektpartnern eine rechnergestützte und projektweite Kalkulation unter Nutzung von Computernetzwerken zu ermöglichen. Die Autoren stellen ein agenten-basiertes Kooperationsmodell für die Kosten-Kalkulation in Rahmen der Bauprojektentwicklung in vernetzten Systemen vor, das durch Strukturierung der Planungsinformationen die selbständige Suche nach klar definierten Informationen auf Basis mobiler Internet-Agenten dynamisch-adaptiv unterstützt.
Analytical models, describing oscillations of systems of interconnected solid and deformable bodies,making a complex movement in fields of inertia forces and gravitation forces, are resulted. Method of numerical investigation of dynamics of the specified systems, based on sharing of parameter prolongation method, Newton-Kantorovich algorithm, Flocke and Liapunov hteories, is developed. On the basis of constructed analytical models and numerical techniques a new, practically important problems of dynamics of systems, consisting of solid bodies, flexible rods, membranes and soft shells, which make a complex movement in fields of forces of inertia and gravity are solved. The received results are used during designing of responsible elements of structures, making a complex movement, which find application in construction and mechanical engineering.
The paper deals with the simulation of the non-linear and time dependent behaviour of complex structures in engineering. Such simulations have to provide high accuracy in the prediction of deformations and stability, by taking into account the long term influences of the non-linear behaviour of the material as well as the large deformation and contact conditions. The limiting factors of the computer simulation are the computer run time and the memory requirement during solving large scale problems. To overcome these problems we use a dynamic-explicit time integration procedure for the solution of the semi-discrete equations of motion, which is very suited for parallel processing. In the paper at first we give a brief review of the theoretical background of the mechanical modelling and the dynamic-explicit technique for the solution of the semi-discrete equations of motion. Then the concept of parallel processing will be discussed . A test example concludes the paper.
Informations-und Kommunikationtechniken haben im Bauwesen noch nicht die gewünschten Vorteile für Kosten und Qualität von Bauobjekten erzielt. Die Vielfalt der dafür genutzten Systeme und Formate führt häufig zu Redundanzen und Informationsverlusten in den Planungs- und Bauprozessen sowie Problemen beim Datenaustausch zwischen den Systemen. Durch die Datenmengen, die in CAD, AVA, Terminplanung, Tabellenkalkulation, Textverarbeitung etc. durch unterschiedliche Beteiligte erzeugt werden, ist darüber hinaus das Risiko einer unterschiedlichen Datenaktualität enorm. Als Konsequenz dieser Erkenntnisse bestand die Aufgabe, eine ganzheitliche und durchgängige Produkt- und Prozeßstrategie für den preiswerten Einfamilienhausbau zu entwickeln. Die Grundlage dafür bildet ein komplexes System von rationellen Entwurfsregeln, Konstruktionslösungen und Bau- und Baustofflogistikkonzepten auf der Basis moderner Informations- und Kommunikationstechnologien.
Bei komplexen Gründungskonstruktionen sind Planungsfehler durch eine konsistente Modellierung vermeidbar. Manuelle Berechnungsmethoden ermöglichen im allgemeinen ein dreidimensionales Vorgehen nicht. Numerische Berechnungsmethoden, wie z.B. die Finite-Element-Methode, sind ein optimales Werkzeug zur ganzheitlichen Simulation des Problems. Die für die Finite-Element-Analyse notwendige Diskretisierung komplexer Bau- grundstrukturen ist manuell nicht zu bewältigen. Der vorliegende Beitrag zeigt wie ein Finite-Element-Modell automatisch aus einem geotechnischen Modell unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen der Baugrund-Tragwerk-Struktur und des Bauablaufes erzeugt werden kann. Hierbei wird die Berücksichtigung der geometrischen und der mechanischen Besonderheiten bei der Netzgenerierung dargestellt.
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.
This paper presents an innovative software platform OpenSTEP intended to build advanced distributed integrated systems and to conduct multidisciplinary collaborative projects in both academy and industry. The paper discusses an open system architecture, methodology, component library and CASE toolkit enabling the developers to build a wide range of interoperable applications and systems compliant with STEP and, particularly, with IFC becoming the increasingly important standard for information integration in architecture, engineering and construction.
This paper presents results of a study on distributed, or parallel, evolutionary computation in the topological design of steel structural systems in tall buildings. It describes results of extensive experimental research on various parallel evolutionary architectures applied to a complex structural design problem. The experiments were conducted using Inventor 2003, a networkbased evolutionary design support tool developed at George Mason University. First, a general introduction to evolutionary computation is provided with an emphasis on recent developments in parallel evolutionary architectures. Next, a discussion of conceptual design of steel structural systems in tall buildings is presented. Further, Inventor 2003 is briefly introduced as well as its design representation and evolutionary computation characteristics. Next, the results obtained from systematic design experiments conducted with Inventor 2003 are discussed. The objective of these experiments was to qualitatively and quantitatively investigate evolution of steel structural systems in tall buildings during a distributed evolutionary design process as well as to compare efficiency and effectiveness of various parallel evolutionary architectures with the traditional evolutionary design approaches. Two connectivity topologies (ring topology and fully-connected topology) have been investigated for four populations of structural designs evolving in parallel and using various migration strategies. Also, results of the initial sensitivity studies are reported in which two ways of initializing distributed evolutionary design processes were investigated, using either arbitrarily selected designs as initial parents or randomly generated ones. Finally, initial research conclusions are presented.
In this contribution the software design and implementation of an analysis server for the computation of failure probabilities in structural engineering is presented. The structures considered are described in terms of an equivalent Finite Element model, the stochastic properties, like e.g. the scatter of the material behavior or the incoming load, are represented using suitable random variables. Within the software framework, a Client-Server-Architecture has been implemented, employing the middleware CORBA for the communication between the distributed modules. The analysis server offers the possibility to compute failure probabilities for stochastically defined structures. Therefore, several different approximation (FORM, SORM) and simulation methods (Monte Carlo Simulation and Importance Sampling) have been implemented. This paper closes in showing several examples computed on the analysis server.
Available construction time-cost trade-off analysis models can be used to generate trade-offs between these two important objectives, however, their application is limited in large-scale construction projects due to their impractical computational requirements. This paper presents the development of a scalable and multi-objective genetic algorithm that provides the capability of simultaneously optimizing construction time and cost large-scale construction projects. The genetic algorithm was implemented in a distributed computing environment that utilizes a recent standard for parallel and distributed programming called the message passing interface (MPI). The performance of the model is evaluated using a set of measures of performance and the results demonstrate the capability of the present model in significantly reducing the computational time required to optimize large-scale construction projects.
Discrete-continual Finite Element Method of Analysis for Three-dimensional Curvilinear Structures
(2003)
This paper is devoted to discrete-continual finite element method (DCFEM) of analysis for three-dimensional curvilinear structures. Operational and variational formulations of the problem in the ring coordinate system are presented. The discrete-continual design model for structures with constant physical and geometrical parameters in longitudinal direction is offered on the basis of so-called curvilinear discrete-continual finite elements. Element coordinate system, approximation of nodal unknowns, construction of element nodal load vector are under consideration. Element system of differential equations is formulated with use of special generalized block-structured stiffness matrix of discrete-continual finite element. Local differential relations are formulated. Resultant multipoint boundary problem for system of ordinary differential equations is given. Method of analytical solution of multipoint boundary problems in structural analysis is offered as well. Its major peculiarities include universality, computer-oriented algorithm involving theory of distributions, computational stability, optimal conditionality of resultant systems, partial Jordan decomposition of matrix of coefficients, eliminating necessity of calculation of root vectors. Brief information concerning developed software is provided.
Re-using knowledge in architecture, engineering and construction (AEC) firms can lead to greater competitive advantage, improved designs, and more effective management of constructed facilities. This paper discusses the importance of exploration and discovery of reusable knowledge from a corporate archive as opposed to simple search and retrieval. We describe and illustrate through a scenario of use an exploration framework and prototype, CoMemTM that formalizes the added value of exploration in the process of knowledge reuse. We discuss two exploration activities: (i) Breadth- Only overview exploration that assist a user to rapidly localize pockets of re-usable knowledge from the large corporate archive and (ii) Iterative breadth-depth exploration that enables a user to identify those re-usable components of the Corporate Memory that may yield design issues that were not originally considered.
For many purposes geometric information about existing buildings is necessary, e.g. planing of conservation or reconstruction. Architectural photogrammetry is a technique to acquire 3D geometric data of buildings for a CAD model from images. In this paper the state of the art in architectural photogrammetry and some developments towards automation are described. The photogrammetric process consists of image acquisition, orientation and restitution. Special attention is put on digital methods, from digital image acquisition to restitution methods, supported by digital image processing. There are a few field of development towards automation, e.g. feature extraction, extraction of edges and lines and the detection of corresponding points. The acquired data may be used in a CAD environment or for visualization in Virtual Reality Models, using digital orthoimages for texture mapping.
Der Funktionsumfang von 3D-Modellierern und die Leistung allgemein zur Verfügung stehender Rechnersysteme gestatten die Modellierung beliebiger Objekte in jeder nur denkbaren Fachdisziplin. Das potentielle Leistungsvermögen von 3D-Modellierern sollte Anreiz sein, sie so alltäglich einzusetzen, wie die etablierten Standardapplikationen. Die im Vortrag gezeigten Modelle umfassen ein kleines Spektrum der möglichen Anwendungsgebiete. Weder vom (Daten)Umfang noch von ihrem Kompliziertheitsgrad stellen sie etwas Besonderes dar. Sie sollen nur das Interesse für einen alltäglichen Einsatz von 3D-Modellierern wecken und eventuell vorhandenen Einsatzschwellen abbauen helfen. Die im Vortrag gezeigten Bildfolgen sind unter http://www.uni-weimar.de/animationen zu finden.
Es wird das gemeine Schema der Projektierung, die die Analyse des Marktes einschließt, betrachtet, die Einschätzung der Nomenklatur und des Umfanges des Produktionsausstoßes der Erzeugnisse, und die Schlüsselaufgabe der Wahl der Regimes der Bearbeitung. Die letzte Aufgabe wird - konkretisiert es werden die Formeln berichtet und die Algorithmen der Optimierung nach den Kriterien der Produktivität und den Selbstkostenpreisen. Es sind die Formeln für die Produktivität der Systeme mit der flexiblen Verbindung, präzisiert sowie die Abhängigkeiten für die Standhaftigkeit bei den kleinen Geschwindigkeiten des Schneidens. Die Schlüsselwörter: der Markt, die Regimes der Bearbeitung, die Produktivität, der Selbstkostenpreis, die Optimierung
Der Versuch, alle vorhandenen Arten von Bauobjekten in einem Schema zu beschreiben, wird zu einem übermäßig großen Schema führen. Im internationalen Zentrum für Bauinformatik hat der Autor die Besonderheiten des Bauwesens formuliert und gefolgert, dass es genügt, in den Klassen topologische, geometrische und graphische Aspekte der Bauobjekte, sowie einige Hilfsbegriffe zu beschreiben. Ein Hauptziel bei der Entwicklung einer Sprache ist die Einfachheit des Schemas. Insgesamt werden etwa nur 50 Klassen für CAD-Systeme vorgeschlagen. In Modellen von Bauobjekten, die von CAD-Systemen erzeugt werden, betrifft der größte Anteil der Daten die geometrische Form der Elemente und ihre Raumlage. Zur Beschreibung der Bauobjekte werden nur 7 Hauptklassen verwendet: Entity, System, Clone, Context, Annotation, Figure und Process. Von besonderer Bedeutung ist die Klasse >Clone<. Sie erlaubt in kompakter Form die Beschreibung einer Menge ähnlicher Objekte, die sich in wenigen Parametern (zum Beispiel, der Lage im Raum) unterscheiden. Das vorgestellte Konzept führt zu einer starken Verringerung der Dateigröße und erleichtert das Erkennen der Objekte bei der Übergabe der Daten. Die Strukturdiagramme der Klassen wurden mit Hilfe der UML-Sprache erzeugt. Die Klassen sind auch im XML-Format beschreiben und können auf Homepage >http://www.mtu-net.ru/pavlov/bodXML< gelesen werden. Zur Prüfung der Anwendbarkeit des Schemas wurden Beispiele der Beschreibung verschiedener Bauobjekte entwickelt. Diese Beispiele sind auf o.g. Homepage angegeben
Die Eisenbahnbrücken des Lehrter Bahnhofs in Berlin - Ein ganzheitliches FE-Berechnungskonzept
(2000)
Der Komplexität moderner Brückenbauwerke scheinen die verwendeten Berechungsmodelle oft nicht angemessen. Tragwerksberechnungen basieren in vielen Fällen noch auf der Vorgehensweise, das Brückenbauwerk in Einzelbauteile zu zerlegen und mit unterschiedlichen Teilmodellen zu behandeln. Das erscheint, auch vor dem Hintergrund ständig wachsender Rechnerleistung, nicht mehr zeitgemäß. Dies gilt zum Beispiel auch für die gängige Praxis, flächenhafte Brückenüberbauten mit Balkenmodellen zu berechnen. Der vorliegende Beitrag stellt ein ganzheitliches Berech-nungskonzept vor, welches auf der Basis eines einzigen FE-Modells die Berechnung des Gesamtbauwerks erlaubt. Damit wird für alle Bauteile neben der Zustandsgrößenberechnung auch die Bemessung von Stahl- und Spannbetonbauteilen bis hin zu Nachweisen wie zur Beschränkung der Rissbreite geführt. Die Anwendung dieses Berechnungskonzeptes wird am Beispiel der Eisenbahnüberführung des neuen Lehrter Bahn-hofs in Berlin gezeigt. Das verwendete FE-Modell umfasst Baugrund, Fundamente, Stahl- bzw. Gußstahlunterkonstruktion sowie den Stahl- bzw. Spannbetonüberbau. Besonderheiten sind unter anderem die Modellierung des plattenbalkenartigen Überbaus durch exzentrische, vorspannbare Schalenelemente und das getrennte Vorhalten von tragwerks- und lastbezogenen Eingabefiles. Damit gelingt die sequentielle Erfassung unterschiedlicher Bettungsmoduli zur Simulation statischer und dynamischer Beanspruchungen, die Berücksichtigung des Anspannens und der Interaktion zwischen vorgespannten Stahlverbänden zur Aufnahme von Horizontallasten sowie die Berücksichtigung unterschiedlicher statischer Systeme bei der Herstellung des Spannbetonüberbaus.
Das Eintreffen der Passagiere einer Haltestelle eines öffentlichen Nahverkehrsmittel wird als stochastischer Prozeß beschrieben . Die Ankünfte der Nahverkehrsmittel stellen einen Erneuerungsprozeß dar , wohingegen die Ankünfte der Personen innerhalb einer Erneuerungsperiode als instationärer Poissonprozeß aufgefaßt wird. Über die Intensitätsfunktion liegen Messungen vor. Betrachtet wird die Gesamt- wartezeit der Personen an einer Haltestelle .
Die Inverse Matrizeniteration ist ein Verfahren zur Bestimmung der Eigenzustände reeller, symmetrischer Matrizen mit konvexer Profilstruktur. Das Verfahren zeichnet sich besonders durch den Erhalt der Profilstruktur und die Bestimmung der Eigenwerte in geordneter Reihenfolge aus. Die Iteration ermöglicht die gezielte Bestimmung mehrerer aufeinander folgender betragskleinster Eigenwerte, wie es im Bauwesen insbesondere für Stabilitäts- und Schwingungsanalysen erforderlich ist. Die Anwendung dieses Verfahrens hat gezeigt, daß ein Teil der gesuchten Eigenwerte mit wenigen Iterationszyklen bestimmt werden kann, während andere eine größere Anzahl von Iterationszyklen erfordern. Diese lokale Konvergenzverschlechterung kann durch eine Jacobi-Randkorrektur, wie sie im Beitrag näher erläutert wird, behoben werden.
Die Entwicklung Berlins zur neuen Hauptstadt des vereinigten Deutschlands erfordert den umfangreichen Ausbau der innerstädtischen Verkehrswege und eine umfassende Einbindung in das bundesweite Verkehrsnetz. Der Ausbau der Inter-City-Express-Strecke zwischen Hannover und Berlin bedingte eine Umplanung großer Streckenabschnitte der Deutschen Bahn AG. Im Zeitalter der computergestützten Informationsverarbeitung sind gerade auf dem Gebiet der Tragwerksplanung konstruktiver Ingenieurbauten vielfältige Möglichkeiten gegeben. So ist bei der Planung von Brückenneubauten eine durchgehende computergestützte Konstruktion und Tragwerksplanung vom Vorentwurf bis hin zur Fertigung möglich. Weiterhin gestatten besondere Berechnungsmethoden bei speziellen Belastungsarten eine exaktere Schnittkraft- und Spannungsermittlung und dadurch eine dem wirklichen Tragverhalten entsprechende genauere Nachweisführung. An Beispielen aus dem konstruktiven Ingenieurbau im Zuge der Sanierung der Berliner Stadtbahn wird die Anwendung moderner Rechentechnik und computergestützter Konstruktionsmethoden und Berechnungsverfahren diskutiert. Die Berliner Stadtbahn wird in weiten Abschnitten über gemauerte Ziegelsteinviadukte geführt. Das Konzept der Sanierungsmaßnahmen sah neben der Anordnung einer lastverteilenden Platte einen Gleisaufbau als Feste Fahrbahn vor. Zusätzlich wurden die Gleisabstände den heutigen Bundesbahnvorschriften angepaßt. Aus diesem Grund wurde eine genaue Nachrechnung der Stadbahnviadukte unter Berücksichtigung der verschiedensten Parameter (z.B. Fugen in der lastverteilenden Platte, Rißbildung im Mauerwerk, Schubverformungen in Fugen zwischen Beton und Mauerwerk bei Überschreitung von Grenzwerten) erforderlich. Die zwischen dem Berliner Hauptbahnhof und dem Bahnhof Jannowitzbrücke befindliche Eisenbahnüberführung über die Holzmarktstraße wurden abgebrochen. Das neue Bauwerk besteht aus einer zweifeldrigen, schiefwinkligen Deckbrücke für 4 Gleise. Auf Grund der komplizierten geometrischen Randbedingungen erfolgte eine durchgängige computergestützte Erstellung der Ausführungsunterlagen. Die Hauptabmessungen der Konstruktion wurden mit Hilfe von Vermessungsdaten bestimmt, die im CAD-Programm verarbeitet wurden. Die CAD-Daten bildeten die geometrischen Eingangsgrößen für das Berechnungsprogramm. Die Querschnittsdimensionierung der Berechnung ging dann in die CAD-Bearbeitung ein. Die Koordinaten für die Werkstattfertigung sowie für die Montage auf der Baustelle ergaben sich ebenfalls aus den Berechnungsergebnissen.
Dezentrale mikrocontrollerbasierende Messtechnik in der in der Leittechnik historischer Gebäude
(2003)
Im Hintergrund stehen historische Bibliotheksgebäude, deren Bestände durch ungünstige klimatische Verhältnisse in den Innenräumen ihrer der Erhaltung gefährdet sind. Damit Maßnahmen der Gebäudeleittechnik geplant werden können, ist die Aufnahme der Umweltgrößen über einen längeren Zeitraum erforderlich. Im speziellen zielen die Maßnahmen auf die Klimatechnik mit ihren Aufgaben der Heizungsregelung, Belüftungsanlagen. Ein Messsystem kann mit dem Mikrocontroller Beck >IPC@CHIP< realisiert werden. Das an der FH Fulda entwickelte Messsystem nimmt im Abstand von drei Minuten Messwerte von Lufttemperatur, Luftfeuchte, Luftdruck und UV-Intensität auf. Sie gelten als beeinflussende Größen der organischen Materialien des Fundus. Die Messwerte werden in einer elektronischen Schaltung vorverarbeitet und einem Mikrocontroller zugeführt. Dieser archiviert die Daten fortlaufend über einen Zeitraum bis zu sieben Jahren. Der Mikrocontroller ist mit seinem internen Flash-Speicher und der Ethernet-Schnittstelle in der Lage, die gesammelten Messwerte als Webserver zur Verfügung zu stellen. Wenn das Messsystem an das Internet angeschlossen wird, können die Klimaverläufe in einem herkömmlichen Internet-Browser dargestellt werden. Dafür wurde mit der Programmiersprache Java eine Visualisierungsoberfläche erstellt. Sie bietet die verschiedensten Möglichkeiten der Datenauswertung. Dazu gehört der Zugriff auf jeden einzelnen Messwert, auf Tages-, Monats- und Jahresmittelwerte und die Errechnung von Minima und Maxima. Der Flash-Speicher wurde auch dazu benutzt, Dokumentation und Bedienhinweise abzulegen, die somit über das Netzwerk abrufbar sind. Das gesamte Messsystem ist in ein Buch integriert und erfasst seit August 2002 die klimatischen Verhältnisse der Herzogin-Anna-Amalia-Bibliothek in Weimar. Nach den erfolgten Langzeitmessungen kann darüber entschieden werden, welchen Beitrag eine Gebäudeleittechnik mit integrierter Klimaregelung zur Werterhaltung der Gegenstände leisten kann.
Seismic insulation is one of the most progressive types of seismic protection. Seismic insulation is understood as applying special devices for reducing of inertial seismic loads acting on a building. The constructions, shown in article, significantly more effectively solve problems of seismic protection, comparing to the existing seismic insulation systems (SIS). The Special Mechanical Engineering Design Office has developed, manufactured and tested a shock-absorber unit (SAU) of large load capacity. The SAU represents a block of number of pneumatic shock-absorbers (PSA), concentrically mounted round the guiding cylinder. The protected object rests upon the upper movable part of the guiding cylinder of the SAU. In its turn, the lower part of the SAU is rested on the foundation plate, mounted on the ground. A set of the SAU is a constructive realization of the SIS. Efficiency of such SIS has been proved as theoretically, so experimentally An effective SIS can also be created on the base of the elasto-plastic shock-absorbers developed by the KBSM. New designing and constructional solutions are based on the use of the original SIS elements, performed on the base of long time existing (in the other field of technical equipment)units, safety and durability of which have been proved by long term service (more than 20 years).
This paper reports on the latest results in the development of a new approach for simulating the thermal behavior of buildings that overcomes the limitations of conventional heat-transfer simulation methods such as FDM and FEM. The proposed technique uses a coarse-grain approach to model development whereby each element represents a complete building component such as a wall, internal space, or floor. The thermal behavior of each coarse-grain element is captured using empirical modeling techniques such as artificial neural networks (ANNs). The main advantages of the approach compared to conventional simulation methods are: (a) simplified model construction for the end-user; (b) simplified model reconfiguration; (c) significantly faster simulation runs (orders of magnitude faster for two and three-dimensional models); and (d) potentially more accurate results. The paper demonstrates the viability of the approach through a number of experiments with a model of a composite wall. The approach is shown to be able to sustain highly accurate longterm simulation runs, if the coarse-grain modeling elements are implemented as ANNs. In contrast, an implementation of the coarse-grain elements using a linear model is shown to function inaccurately and erratically. The paper concludes with an identification of on-going work and future areas for development of the technique.
Development of Urban Land Use Model to Compare Transit-Oriented and Automobile-Oriented Cities
(2004)
This study is an attempt to develop a simple simulation model that can compare the differences between automobile-oriented and transit-oriented cities, and clarify the difference between city forms by transportation modes. Following a theoretical model development, a series of simulation runs are tried. The model allocates people who commute to CBD from residential zones along a transportation corridor. As a result of many simulation analyses, it is shown that automobiles need much more traffic space in comparison with the transit as is shown by the proposed traffic space ratio both in CBD and along the corridor.
A simulation system has been developed as a computer aided design tool to evaluate the effect of proposed design on the thermal environment during the designing process. This system calculates outdoor surface temperatures in order to evaluate the thermal impact of a design factor in outdoor space. In this study, the previous heat balance simulation system was improved to predict the surface temperature of a proposed design using 3D-CAD. This system is able to input the complicated outdoor spatial forms efficiently and also to evaluate the surface temperature distribution from any viewpoint.
Digital maps are very easily applied as route guide maps. Route guide maps are provided through Web or a mobile phone services, and demand for such services is increasing. However, the production of a route guide map requires a great deal of time. Therefore, it is difficult for general users to make route guide maps. The purpose of the present research is the development of a system that can generate a route guide map using the Digital Map 2500 (Spatial Data Framework) published by the Geographical Survey Institute. This system will not require advanced equipment or expert knowledge. Therefore, anyone can produce route guide maps easily and quickly. By using the Digital Map 2500, the time and cost required in order to generate a map are reduced. Moreover, a useful route guide map can be created by simplifying the map form based on the human cognitive map.
Change management has been the focus of different IT systems. These IT systems were developed to represent design information, record design rationale, facilitate design coordination and changes. They are largely based on managing reactive changes, particularly design changes, in which changes are recorded and then propagated to the relevant project members. However, proactive changes are hardly dealt with in IT systems. Proactive changes require estimating the likelihood of occurrence of a change event as well as estimating the degree of change impacts on project parameters. Changes in construction projects often result from the uncertainty associated with the imprecise and vague knowledge of much project information at the early stages of projects. This is a major outcome of the case studies carried out as part of this research. Therefore, the proposed model considers that incomplete knowledge and certain project characteristics are always behind change causes. For proactive changes, predicting a change event is the main task for modelling. The prediction model should strive to integrate these main elements: 1) project characteristics that lead to change 2) causes of change, 3) the likelihood of change occurrence, and 4) the change consequences. It should also define the dependency relationships between these elements. However, limited data (documented) are only available from previous projects for change cases and many of the above elements can only be expressed in linguistic terms. This means that the model will simulate the uncertainty and subjectivity associated with these sets of elements. Therefore, a fuzzy model is proposed in this research to capture these elements. The model analyses the impact of each set of elements on the other by assigning fuzzy values for these elements that express the uncertainty and subjectivity of their impact. The main aim is to predict change events and evaluate change effects on project parameters. The fuzzy model described above was developed in an IT system for operational purposes and was designed as a Java package of components with their supporting classes, beans, and files. This paper describes the development and the architecture of the proposed IT system to achieve these requirements. The system is intended to help project teams in dealing with change causes and then the change consequences in construction projects.
PKPM series CAD software is an integrated CAD system for building design, which integrated the following parts: architectural design, structural design, building service design and statistic analysis of quantity and budget. These four parts share the same database with high efficiency. Over 80% of design corporation in China are using PKPM series CAD software. The detailed information and some key modules of PKPM series CAD software are mainly introduced in this paper.
Development and Analysis of Sparse Matrix Concepts for Finite Element Approximation on general Cells
(2004)
In engineering and computing, the finite element approximation is one of the most well-known computational solution techniques. It is a great tool to find solutions for mechanic, fluid mechanic and ecological problems. Whoever works with the finite element method will need to solve a large system of linear equations. There are different ways to find a solution. One way is to use a matrix decomposition technique such as LU or QR. The other possibility is to use an iterative solution algorithm like Conjugate Gradients, Gauß-Seidel, Multigrid Methods, etc. This paper will focus on iterative solvers and the needed storage techniques...
Communication software and distributed applications for control and building performance simulation software must be reliable, efficient, flexible, and reusable. This paper reports on progress of a project, which aims to achieve better integrated building and systems control modeling in building performance simulation by run-time coupling of distributed computer programs. These requirements motivate the use of the Common Object Request Broker Architecture (CORBA), which offers sufficient advantage than communication within simple abstraction. However, set up highly available applications with CORBA is hard. Neither control modeling software nor building performance environments have simple interface with CORBA objects. Therefore, this paper describes an architectural solution to distributed control and building performance software tools with CORBA objects. Then, it explains how much the developement of CORBA based distributed building control simulation applications is difficult. The paper finishes by giving some recommendations.
Werden Bauwerke für eine begrenzte Lebensdauer ausgelegt, kann es sinnvoll sein, die Tragfähigkeit von Tragkonstruktionen zu überwachen, um Schäden zu vermeiden und eine sichere Funktionsweise zu gewährleisten. Die Überwachung, hier auf Basis von Schwingungen der Struktur, wird zumeist von einer rechnergestützten Messtechnik automatisch durchgeführt. Der Computer überprüft spezielle physikalische Kennwerte oder Kennfunktionen des Tragwerks auf Veränderungen. Eine Schädigung ruft eine Veränderung hervor. Aufgabe der Systemidentifikation ist es, eine solche Veränderung zu erkennen. Eine Modellbildung kann z.B. auf theoretischer Basis als Finite Element Modellierung, oder als Black Box Modellierung aus Messwerten mit der Methodik der deterministischen oder stochastischen Systemidentifikation vorgenommen werden. In diesem Aufsatz werden die Analyse allgemeiner deterministischer und stochastischer Erregungen und deren Schwingungsantworten zur Modellbildung und Systemidentifikation beschrieben. Als Anwendungsbeispiele für die Bauwerksüberwachung werden Methoden zur Schadens-Erfassung und -Lokalisation vorgestellt. Den Abschluss bilden Ausführungen zur numerischen Modellierung von Windlasten als stochastischen Prozess und der Kopplung dieser Modelle mit finiten Element-Modellen, um eine bessere Abschätzung der Lebensdauer eines Bauwerks schon im Entwurfsprozess zu ermöglichen.
For modeling of singular fields of stresses and deformations in elasters with a crack is offered to use of three-dimesional a special finite element. Weak compessible of elasters is taken into account on the basis of threefold approximation of fields of displacements, deformations and function of volume change. At intensive cyclic loading of the elastomer constructions with a crack it is necessary to take into account warming and large deformations at the crack top. The stress-deformed state elasters with a crack is determined from the decision of a nonlinear problem by a modified method Newton-Kantorovich. Account stress intensity factors for a rectangular plate with a various arrangement of a through crack is executed. Process of development of a surface crack and dissipative warming in prismatic a element of shift is investigated.
DETERMINATION OF THE DYNAMIC STRESS INTENSITY FACTOR USING ADVANCED ENERGY RELEASE EVALUATION
(2000)
In this study a simple effective procedure practically based upon the FEM for determination of the dynamic stress intensity factor (DSIF) depending on the input frequency and using an advanced strain energy release evaluation by the simultaneous release of a set of fictitious nodal spring links near the crack tip is developed and applied. The DSIF is expressed in terms of the released energy per unit crack length. The formulations of the linear fracture mechanics are accepted. This technique is theoretically based upon the eigenvalue problem for assessment of the spring stiffnesses and on the modal decomposition of the crack shape. The inertial effects are included into the released energy. A linear elastic material, time-dependent loading of sine type and steady state response of the structure are assumed. The procedure allows the opening, sliding and mixed modes of the structure fracture to be studied. This rational and powerful technique requires a mesh refinement near the crack tip. A numerical test example of a square notched steel plate under tension is given. Opening mode of fracture is studied only. The DSIF is calculated using a coarse mesh and a single node release for the released energy computation as well a fine mesh and simultaneous release of four links for more accurate values. The results are analyzed. Comparisons with the known exact results from a static loading are presented. Conclusions are derived. The values of the DSIF are significantly larger than the values of the corresponding static SIF. Significant peaks of the DSIF are observed near the natural frequences. This approach is general, practicable, reliable and versatile.
Usually, the co-ordination of design and planning tasks of a project in the construction industries is done in a paper based way. Subsequent modifications have to be handled manually. The effects of modifications cannot be determined automatically. The approach to specify a complete process model before project start does not consider the requirements of the construction industries. The effort of specification at the beginning and during the process (modifications) does not justify the use of standard process model techniques. A new approach is presented in the according paper. A complete process model is deducted on the basis of a core. The core consists of process elements and specific relations between them. Modifications need to be specified in the core only. The effort of specification is therefore reduced. The deduction of the complete process is based on the graph theory. Algorithms of the graph theory are also used to determine the effects of modifications during project work.
An important feature of the 2003 SARS outbreak in Canada, Singapore, and Hong Kong was that many health care workers (HCWs) developed SARS after caring for patients with SARS. This has been ascribed to inadequate or ineffective patient isolation. However, it is difficult for dense cities to provide sufficient isolation facilities within a short period of time. This has raised concerns from the public for new strategies in the planning and design of isolation facilities. Considering that SARS or other infectious diseases could seriously damage our society’s development, isolation facilities that could be rapidly and economically constructed with appropriate environmental controls are essential. For this reason, the design team of the Department of Architecture collaborated with a special task force from the Faculty of Medicine, who are the frontline medical officers treating the SARS patients, to design Rapidly Assembled Isolation Patient Wards. Both architecture and medicine are well established disciplines, but they have little in common in terms of the mode of knowledge construction and practice. This induced much intellectual exploration and research interest in conducting this study. The process has provided an important reference for cross disciplinary studies between the architectural and medical domains.
In the field of Civil Engineering, the content of reinforcement concrete design course (RC course) has complicated design procedures and many difficult specifications to recognize, so most of the students regard the RC course a tough course, and teachers very often find the class time insufficient. Also, teachers of the RC course usually spend a lot of time in organizing the examinations for handling tedious calculations and complicated logical reasoning. Furthermore, correcting examination papers with partial scoring takes even more time of the teacher’s. Therefore, the objective of this research is to design and develop a partial scoring assessment system to meet the needs in engineering design courses, such as the RC course. This assessment system can generate test items with variable parameters. It also supports inference diagnosis on the examinee’s misconceptions and gives partial scores in grading the examination. In this research, the example test subject is the analysis of rectangular reinforced concrete beam with single layer steel bars.
In this contribution, the design of an analysis environment is presented, that supports an analyst to come to a decision within a gradual collaborative planning process. An analyst represents a project manager, planner or any other person, involved in the planning process. Today, planning processes are managed by several geographically distributed planners and project managers. Thus, complexity of such a process rises even more. Prediction of consequences of many planning decisions is not possible, in particular since assessment of a planning advance is not trivial. There have to be considered several viewpoints, that depend on individual perceptions. In the following, methods are presented to realize planning decision support.
The paper investigates accuracy of deflection predictions made by the finite element package ATENA and design code methods ACI and EC2. Deflections have been calculated for a large number of experimental reinforced concrete beams reported by three investigators. Statistical parameters have been established for each of the technique at different load levels, separately for the beams with small and moderate reinforcement ratio.
The construction of a new building interferes with the existent environment. A careful aesthetic study must be made at an early stage in the design and the visualization of a three-dimensional (3D) model of the structure is the best way to analyse it. As some structures presents a complex shape is difficult to execute a 3D model as well as the specific drawings. Using traditional graphical systems, the execution of deck specific drawings is extremely time consuming and the 3D deck model gives an approximation only of the exterior shape of the deck. The modelling scheme proposed here allows the automation of the geometric design phases related to the deck bridge element using as a means of integration a geometric database representative of the real deck shape. This concept was implemented in a computer program. This application is an important support in the process design namely at the conceptual and graphical stages. The computer application provides an important tool to the bridge designer particularly at the conceptual stage, as it allows aesthetic and structural evaluation of the bridge at an early stage in the design. The geometric modelling process and graphical results of a case study are presented.
Building design, realization, operation and refurbishment have to take into account the environmental impacts as well as the resulting costs over a long period of time. LCA methods had to be developed for buildings because of their complexity, their long life duration and through a large number of actors who are involved. This was realized by integrating life cycle analysis, life cycle costing and building product models in integrated LCA models. However the use of such models leads to difficulties. The principal ones are the uncertainty treatment in LCA models and the lack of experience of practitioners who are not LCA specialists. Answers to these problems are the management of uncertainty and the development of simplified models for building design, construction and operation. This can be achieved with the mean of experimental plans or Monte Carlo simulation. The paper will focus on how these techniques can be used, what are their possibilities and disadvantages, particularly concerning the development of simplified models.
Many construction and facilities management Web sites can be found on the Internet. The interested parties on construction and facilities management Web sites can find databases of best practices, calculators, analyzers, software, expert and decision support systems, neural networks, etc. Technological innovation mainly through changes in the availability of information and communication technology inclusive databases of best practices, calculators, analyzers, software, neural networks, decision support and expert systems that have been provided by a variety of new services developed by the construction and facilities management sectors. Most of all calculators, analyzers, software, decision support and expert systems, neural networks and on-line systems seek to find out how to make the most economic decisions and most of all these decisions are intended only for economic objectives. Alternatives under evaluation have to be evaluated not only from the economic position, but take into consideration qualitative, technical, technological and other characteristics as well. Based on the analysis of the existing calculators, analyzers, information, expert and decision support systems, neural networks and in order to determine most efficient versions of best practices a Decision Support Web-Based System for Construction Innovation (IDSS) was developed by Vilnius Gediminas Technical University.
The problem of data interoperability is now very important. The formal description of construction systems and objects must base upon the modeling for the description of construction data domain. The XML-language was selected as a basis of a universal data format, ensuring natural hierarchy of objects, flexibility, good layout and expandability. The language, developed by the author, is called Building Object Description Extensible Markup Language (bodXML). The types of all objects used by data transfer should be definite beforehand with existing methods of programming. It limits the possibilities of IT in application of new types. But the recipient software must recognize the building objects even if the kind of object is unknown at the outset. The author offers a set of main topological and geometric properties being sufficient for recognition of main three-dimensional building constructions with flat edges. The tests of artificial neuron network have shown that the recognition of a kind of the constructions represented as a set of indicated parameters happens enough confidently.
Advances in construction data analysis techniques have provided useful tools to discover explicit knowledge on historical databases supporting project managers’ decision making. However, in many situations, historical data are extracted and preprocessed for knowledge discovery based on time-consuming and problem-specific data preparation solutions, which often results in inefficiencies and inconsistencies. To overcome the problem, we are working on the development of a new data fusion methodology, which is designed to provide timely and consistent access to historical data for efficient and effective management knowledge discovery. The methodology is intended to be a new bridge between historical databases and data analysis techniques, which shields project managers from complex data preparation solutions, and enables them to use discovered knowledge for decision making more conveniently. This paper briefly describes the motivation, the background and the initial results of the ongoing research.
This paper will present a number of technical aspects for one of the most elaborate instrumentation and data acquisition projects ever undertaken in Canada. Confederation Bridge, the longest bridge built over ice covered seawater has been equipped with the state of the art data acquistition devices and systems as well as data transfer networks. The Bridge has been providing a fixed surface connection between Prince Edward Island and Province of New Brunswick in Canada since its opening in 1997. The Bridge has a rather long design service life of 100 years. Because of its large size and long span length, its design is not covered by any existing codes or standards worldwide. The focus of the paper is to introduce the data acquisition, transfer, processing and management systems. The instrumentation and communications infrastructure and devices will be presented in some details along with the data processing and management systems and techniques. Teams of engineers and researchers use the collected data to verify the analysis and design assumptions and parameters as well as investigate the short-term and long-term behaviour and health of the Bridge. The collected data are also used in furthering research activities in the field of bridge engineering and in elevating our knowledge about behaviour, reliability and durability of such complex structures, their components and materials.
Die Gesamtheit der Produktinformationen im Bauwesen stellt sich als sehr inkonsistente und redundante Informationsmenge dar. Die Hersteller stehen vor der Aufgabe, diese Produktinformationen nicht nur in der üblichen Katalogform sondern auch in neuen Medien wie CD-ROM und WWW zu publizieren. Einmal betriebener Erfassungsaufwand muß sich dabei durch eine einfache Mehrfachverwendung der Daten rentieren. Wegen seiner technologischen Eigenschaften eignet sich das WWW sehr gut als primäre Quelle für Produktinformationen. Vor allem wegen der möglichen Aktualität sollte es Grundlage für Publikationen in den anderen Medien sein. Mit verhältnismäßig geringem Aufwand lassen sich die WWW-Präsentation von Produktdaten so strukturieren, daß eine automatisierte Erfassung und Verarbeitung dieser Daten vereinfacht wird. So kann die Datenkonsistenz von der visuellen Präsentation in herkömmlichen Katalogen bis zur automatisch erstellten Produktdatenbank durchgängig gesichert werden. Vor dem Hintergrund der von Schnittstellenproblemen, heterogener Softwarestruktur und unzureichender Ausnutzung der Möglichkeiten der Informatik gekennzeichneten Situation im Bauwesen wird in generalisierter Ansatz mittels SGML vorgestellt. Mit einem derartigen Datenangebot werden neue, verteilte und vernetzte Anwendungen auf Grundlage derselben Produktdaten ermöglicht.
Die Aufgaben des Bauingenieurwesens sind dadurch geprägt, daß sowohl die Planung als auch die Ausführung von Bauwerken häufigen Änderungen unterliegen. Beschreibt man das Verhalten der Bauwerke und den Bauprozeß im Computer mit Modellen, so ändern sich Umfang und Struktur der Modelle als Folge der Änderung in Planung und Ausführung. Diesen Vorgang nennt man Dynamisierung des Modells. Die Dynamisierung führt zu Veränderungen und Inkonsistenzen in den Modellen der Anwendungen. Die Aktualisierung und Abstimmung von Beziehungen innerhalb eines Modells sowie die Sicherung der Konsistenz der Modelle untereinander sind daher von zentraler Bedeutung für die Lösung von Bauingenieuraufgaben. Seit den letzten 10 Jahren wird die objektorientierte Methode in der Modellierung für Anwendungen im Bauingenieurwesen intensiv entwickelt und eingesetzt. Es hat sich gezeigt, daß die Anwendung dieser Methode in wichtigen Bereichen der Modellierung zu Verbesserungen führt. Gleichzeitig hat sich aber auch herausgestellt, daß die für das Bauingenieurwesen wichtigen Aspekte der Aktualisierung und der Konsistenz nicht zweckmäßig beschreibbar sind. In diesem Beitrag wird eine einfache Modelliermethode in ihrem Konzept und ihrer Realisierung gezeigt, mit der sich die Aktualisierung von Objekten und Modellen sowie die Sicherstellung der Konsistenz in Systemen des Bauingenieurwesens bearbeiten lassen.
Die digitale Unterstützung der Planungsprozesse ist ein aktueller Forschungs- und Arbeitsschwerpunkt der Professur Informatik in der Architektur (InfAR) und der Juniorprofessur Architekturinformatik der Fakultät Architektur an der Bauhaus-Universität Weimar. Verankert in dem DFG Sonderforschungsbereich 524 >Werkzeuge und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken< entstehen Konzepte und Prototypen für eine fachlich orientierte Planungsunterstützung. In dem Beitrag wird ein Konzept und prototypische Realisierung für die durchgängige Unterstützung des gesamten Bauaufnahmeprozesses für Altbausubstanz vorgestellt und diskutiert. Der Fokus liegt auf der frühe Phase in der Bauaufnahme als ein Baustein in einer gesamtheitlichen IT-gestützen Planungsumgebung eingegangen. Durch gezielte Aufnahme planungsrelevanter Parameter und Auswertung hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Wiederverwendbarkeit bzw. der Variantenüberprüfung von Nutungskonzepten, werden gerade in dieser Phase wesentliche Entscheidungen für eine kostengünstige Planung getroffen werden. In der Veröffentlichung wird der Fokus auf folgende Punkte gesetzt: - Strukturierung und Aufnahme der Informationen während der Erstbegehung - Skizzenhafte Abbildung als Basis für die Formulierung erster Entwurfsintensionen/ Variantenuntersuchungen - Navigations- und Informationsumgebung - gezielte Auswertungsmöglichkeiten (bspw. Wirtschaftlichkeitsberechnung, Wiederverwendung von Bauteilen, Kalkulation von Abrissmengen)
The phenomenological and computational aspects of the various damage models applications for the low and multi cyclic fatigue processes are investigated. Damage is considered as internal state variable, describing macroscopic effects of the progressive material degradation, within the framework of continuum damage mechanics. Present analysis is restricted to the case of isotropic damage, which can be modeled by a scalar variable. The strain, force and power types of kinetic equations for the damage evolution description are considered. The original mixed strain-power type damage model is developed for taking into account the different physical fracture mechanism in monotone and cyclic loading. The constitutive equations of plastic flow theory coupled and uncoupled to damage has been considered. The rational algorithm of implementation into finite element code is considered for developed damage models. Set of the computational experiments has been carried out for the various structures (huge aerials, pipelines, fastening units, vessel of nuclear reactor) and cases of loading. The comparison of the predictions of the developed model with experimental data is performed for 1X18H10T steel tubular specimens for complex paths of loading and for complex profiles beams under cyclic loading. Damage field distribution is the basic information for the prediction of crack initiation in structures. The developed method of structural parameter for stress concentration zones is discussed for correcting of crack location. It allows to describe the crack initiation near surface domain as observe in numerous experiments.
Cost and Schedule Controlling in Relation to Liquidity Management during Construction Projects
(2004)
The present paper describes a software application which can be used for relating the scheduled events of a construction project with the respective financial parameters, leading to an overall improvement in general controlling and liquidity management. For this purpose, existing construction schedules are taken and details of the assignment are recorded. Thus it becomes possible to assess a future payment status should changes in the designated schedule occur.
The contribution introduces an adaptable process model to meet the special requirements of the coordination of planning activities in AEC (Architecture, Engineering, Construction). The process model is based on the concept of Coloured Petri-Nets and uses metainformation to characterize process-relevant information and to enable process-control based on the actual results of the planning.
As it is well known, the approximation theory of complex valued functions is one of the main fields in function theory. In general, several aspects of approximation and interpolation are only well understood by using methods of complex analysis. It seems natural to extend these techniques to higher dimensions by using Clifford Analysis methods or, more specific, in lower dimensions 3 or 4, by using tools of quaternionic analysis. One starting point for such attempts has to be the suitable choice of complete orthonormal function systems that should replace the holomorphic function systems used in the complex case. The aim of our contribuition is the construction of a complete orthonormal system of monogenic polynomials derived from a harmonic function system by using sistematically the generalized quaternionic derivative
Die digitale Unterstützung der Planungsprozesse ist ein aktueller Forschungs- und Arbeitsschwerpunkt der Professur Informatik in der Architektur (InfAR) und der Juniorprofessur Architekturinformatik der Fakultät Architektur an der Bauhaus-Universität Weimar. Verankert in dem DFG Sonderforschungsbereich 524 'Werkzeuge und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken' entstehen Konzepte und Prototypen für eine fachlich orientierte Planungsunterstützung. Vor dem Hintergrund zunehmender Komplexität der Bauaufgaben steigt die Zahl der an einem Projekt Beteiligten und deren örtliche Verteilung. Planungsvorhaben sind dadurch verstärkt gekennzeichnet durch einen erhöhten Aufwand in Planungskoordination, -organisation und Kommunikation. Globale Computernetzwerke - das Internet - bieten Potential zur Lösung dieser Aufgaben. Vor diesem Hintergrund sind in der letzten Zeit eine Vielzahl von Systemen die sich unterschiedlichsten Techniken bedienen entstanden. Allen diesen Systemen gemein ist die Vision der Optimierung des Planungsprozesses, Vereinfachung der Kommunikation und die Verbesserung des Zeitmanagements. Aus Sicht der Architekten stellt sich die Situation derzeit als ambivalent dar: Einerseits sind die Ideen, die den 'IBPM - Systemen' zugrunde liegen, nachvollziehbar und offerieren einen sofort messbaren Nutzen. Auf der anderen Seite stehen vielfältige Aspekte, die den uneingeschränkten Einsatz dieser Systeme augenscheinlich verhindern. Ein Focus bei der Beleuchtung dieser Schwachstellen liegt auf dem omnipräsentem Problem der mangelhaften Unterstützung graphischer Daten als die bedeutendste Informationsgrundlage im Planungsprozess. Aus der konkreten, fachspezifischen Analyse des Planungsprozesses, der Untersuchung potentieller Entwicklungsmöglichkeiten vorhandener Systeme und der intensiven Auseinandersetzung mit neuen Internettechnologien entstand im Zuge dieses Forschungsschwerpunktes eine architekturpraxisnahe Applikation, die das Internet weg vom reinen Präsentationsmedium, über ein reines Kommunikationsmittel hinaus, hin zu einer leistungsfähigen interaktiven Schnittstelle für alle am Entwurfs- und Planungsprozess Beteiligten erschließt.
The paper describes a development of the analytical finite strip method (FSM) in displacements for linear elastic static analysis of simply supported at their transverse ends complex orthotropic prismatic shell structures with arbitrary open or closed deformable contour of the cross-section under general external loads. A number of bridge top structures, some roof structures and others are related to the studied class. By longitudinal sections the prismatic thin-walled structure is discretized to a limited number of plane straight strips which are connected continuously at their longitudinal ends to linear joints. As basic unknowns are assumed the three displacements of points from the joint lines and the rotation to these lines. In longitudinal direction of the strips the unknown quantities and external loads are presented by single Fourier series. In transverse direction of each strips the unknown values are expressed by hyperbolic functions presenting an exact solution of the corresponding differential equations of the plane straight strip. The basic equations and relations for the membrane state, for the bending state and for the total state of the finite strip are obtained. The rigidity matrix of the strip in the local and global co-ordinate systems is derived. The basic relations of the structure are given and the general stages of the analytical FSM are traced. For long structures FSM is more efficient than the classic finite element method (FEM), since the problem dimension is reduced by one and the number of unknowns decreases. In comparison with the semi-analytical FSM, the analytical FSM leads to a practically precise solution, especially for wider strips, and provides compatibility of the displacements and internal forces along the longitudinal linear joints.
Poland is not situated in any seismic region of the earth, however there are still areas were underground mining is being conducted. In these areas, so-called 'paraseismic tremors', are very frequent phenomena. In the situation when a building examination is realized in order to define its safety, it is necessary to make a complete analysis, in which an influence of tremors should be included. To decide if a building is able to carry out any dynamic loads or not, it is necessary to compute its dynamic characteristics, i.e. natural frequencies. It is not possible using any standard techniques. After diagnosis a building in situ by an expert, computer techniques together with specialized software for dynamic, static, and strength analyses become a suitable tool. In this paper a special attention was paid to a typical twelve-store WGP (Wroclaw Great Plate) prefabricated building, concerning special type of joints. During dynamic actions these joints have a decisive influence on building's behavior. Paraseismic tremors are especially dangerous for these buildings and can be the reason of pre-failure states. It can be difficult and very expensive to prepare laboratory investigations of the part of a building or of a separate joint; therefore the computer modeling suitable to investigate behavior of such elements and whole buildings under different kinds of loads was used.
Designing lightings in a 3D-scene is a general complex task for building conception as it is submitted to many constraints such as aesthetics or ergonomics. This is often achieved by experimental trials until reaching an acceptable result. Several rendering softwares (such as Radiance) allow an accurate computation of lighting for each point in a scene, but this is a long process and any modification requires the whole scene to be rendered again to get the result. The first guess is empirical, provided by experience of the operator and rarely submitted to scientific considerations. Our aim is to provide a tool for helping designers to achieve this work in the scope of global illumination. We consider the problem when some data are asked for : on one hand the mean lighting in some zones (for example on a desktop) and on the other hand some qualitative information about location of sources (spotlights on the ceiling, halogens on north wall,...). The system we are conceiving computes the number of light sources, their position and intensities, in order to obtain the lighting effects defined by the user. The algorithms that we use bind together radiosity computations with resolution of a system of constraints.
Computational Steering provides methods for the integration of modeling, simulation, visualization, data analysis and post processing. The user has full control over a running simulation and the possibility to modify objects (geometry and other properties), boundary conditions and other parameters of the system interactively. The objective of such a system is to explore the effects of changes made immediately and thus to optimize the target problem interactively. We present a computational steering based system for fluid flow problems in civil engineering. It is based on three software components as shown in figure 1. The modeler is the CAD-system AutoCAD, which offers a powerful programming interface allowing an efficient access to the geometric data. It also offers convenient manipulators for geometric objects. The simulation kernel is a Lattice-Boltzmann (LB) solver for the Navier-Stokes equations, which is especially suitable for instationary flows in complex geometries. For the visualization and postprocessing we use the software tool AVS, which provides a powerful programming interface and allows the efficient visualization of flow fields. These three components are interconnected through two communication modules and three interfaces as depicted in figure 1. Interface 1 is responsible for the transformation of the modified system for the simulation kernel, interface 2 is responsible for the proper preparation of the simulation data whereas interface 3 transforms the data from the modeler into a format suitable for the visualization system. The whole system is synchronized by the two communication modules.
The problem of the computation of stresses and settlements in the half-space under various types of loads is often presented in geotechnical engineering. In 1885 Boussinesq advanced theoretical expressions to determine stresses at a point within an ideal mass. His equation considers a point load on the surface of a semi-infinite, homogeneous, isotropic, weightless, elastic half-space. Newmark in 1942 performed the integration of Boussinesq's equations for the vertical stress under a corner of a rectangular area loaded with a uniform load. The problem of the determination of vertical stresses under a rectangular shaped footing has been satisfactorily solved with renewal integration of the Boussinesq's equation over the arbitrary rectangle on surface of the half-space, with a non-uniform load represented with piecewise linear interpolation functions. The problem of the determination of stresses in the case when the footing shape is an arbitrary quadrilateral however remains unsolved. The paper discusses an approach to the computation of vertical stresses and settlements in an arbitrary point of the half-space, loaded with a uniform load, which shape in the ground plan can be a general four noded form with straight edges. Since the form is transformed into a biunit square and all integrations are performed over this area, all solutions are valid also for an arbitrary triangle by the implementation of the degeneration rule.
COMPARISON OF SOME VARIANTS OF THE FINITE STRIP METHOD FOR ANALYSIS OF COMPLEX SHELL STRUCTURES
(2000)
The subject of this paper is to explore and evaluate the semi-analytical, analytical and numerical versions of the finite strip method (FSM) for static, dynamic and stability analyses of complex thin-walled structures. Many of bridge superstructures, some roof and floor structures, reservoirs, channels, tunnels, subways, layered shells and plates etc. can be analysed by this method. In both semi-analytical and analytical variants beam eigenvalue vibration or stability functions, orthogonal polynomials, products of these functions are used as longitudinal functions of the unknowns. In the numerical FSM spline longitudinal displacement functions are implemented. In the semi-analytical and numerical FSM conventional transverse shape functions for displacements are used. In the analytical FSM the accurate function of the strip normal displacement and the plane stress function are applied. These three basic variants of the FSM are compared in quality and quantity in view to the following: basic ideas, modelling, unknowns, DOF, a kind and order of the strips, longitudinal and transverse displacement and stress functions, compatibility requirements, boundary conditions, ways for obtaining of the strip stiffness and load matrices, a kind and size of the structure stiffness matrix and its band width, mesh density, necessary number of terms in length, accuracy and convergence of the stresses and displacements, approaches for refining results, input and output data, computer resources used, application area, closeness to other methods, options for future development. Numerical example is presented. Advantages and shortcomings are pointed. Conclusions are given.
Am Fraunhofer ISE wurde in den letzten Jahren die Simulationsumgebung ColSim entwickelt, die sich speziell zur Untersuchung von Regelungssystemen in Gebäudeenergieversorgungssystemen eignet. Zielsetzung des Designs ist die Umsetzung des simulationsbasierten Regelungsentwurfs, der einen unmittelbaren Einsatz der Regelungsmodule auf sog. Enbedded Systems gestattet. Das Simulationswerkzeug zeichnet sich durch die modulare offene Struktur aus, die eine flexible Erweiterung ermöglicht (vgl. TRNSYS [1]). Die Implementierung erfolgte im genormten ANSI-C Code, der einen plattform- unabhänigen Einsatz gewährleistet. Entwicklungsplattform stellt derzeit ein Linux Cluster dar, als Zielplattform wurden bisher sowohl eingebettete Industrie-PCs wie auch klassische Micro- controller Boards verwendet. Die Entwurfsmethode wird anhand einer Systemregelung für eine solarthermische Anlage mit 120m2 Kollektorfläche (SolarThermie2000 Anlage) demonstriert, bei der ein vernetztes Regelungssystem mit Internet-Integration zum Einsatz kommt. Das Regelungssystem verfügt seinerseits über ein Betriebssystem (schlankes embedded linux system), das die Kommunikation nach aussen gestattet. Das Regelungssystem vefügt somit über Klima- bzw Strahlungsdaten, die für den Regelungsprozess von Bedeutung sind. Die externen Informationen können einerseits zur >Einsparung< von Sensorik genutzt werden, andererseits gestatten sie den Einsatz von prädiktiver Regelungsmethodik, um den fossilen (Nachheiz-) Energieeinsatz zu minimieren. Mit Hilfe von simulationstechnischen Systemstudien kann ein adaptives Verhalten des Regelungssystems erprobt werden, das eine selbstständige Strecken- identifikation realieren kann. Beispielsweise soll beim näher beschriebenen solarthermischen System die Totzeit bestimmt werden, die sich infolge der Verrohrung zwischen Speicher und Entladegruppe ergibt. Der Betrieb der Entlade- pumpe wird einerseits in Abhängigkeit der Verfügbarkeit des Pufferwassers erfolgen, andererseits in Abhängigkeit des erwarteten Zapfvolumens durch den Verbraucher. Die vernetzten Regelungssysteme, die auf Basis der Simulationsmodelle ent- wickelt werden, sollen künftig die gesamte Energieflußanalyse des Gebäudes realisieren, wobei eine transparente Darstellung des Systemverhaltens auf Basis einer Internet Visualisierung erfolgt. Der Betreiber und Nutzer wird unmittel- bar durch die Online Dienste (SMS,Email,Fax) über das (fehlerhafte) Anlagen- verhalten informiert. Gerade die sensitiven regenerativen Systeme neigen durch ihre Komplexität zu Störungen, die oftmals nicht erkannt werden, weil die konventionellen Teilsysteme (z.B. Ergasbrenner) den Ausfall in der Regel >kompensieren<.
A/E/C Team members, while collaborating on building projects, rely on past experiences and content through the use of project design archives (whether in paper or digital format). This leads to underutilization of potential knowledge, as decision-making of data, information, and knowledge reuse is limited by access to these archives, due to sheer size and inconvenient presentation. This paper presents an integrated solution that leverages two technologies CoMem (Corporate Memory) and iRoom (interactive Room) developed at Stanford. This addresses critical limitations, i.e., content, context, visualization and interactivity, constraining the process of collaborative exploration towards knowledge reuse and decision-making.
In the AEC (Architecture / Engineering / Construction) industry a number of individuals and organisations collaborate and work jointly on a construction project. The resulting consortium has large pool of expertise and experience and can be defined as a Virtual Organisation (VO) formed for the duration of the project. VOs are electronically networked organisations where IT and web based communication technology play an important role in coordinating various activities of these organisations. This paper describes the design, development and implementation of a Grid enabled application called the Product Supplier Catalogue Database (PSCD) which supports collaborative working in consortia. As part of the Grid-enabling process, specialised metadata is being developed to enable PSCD to effectively utilise Grid middleware such as Globus and Java CoG toolkits. We also describe our experience whilst designing, developing and deploying the security service of the application using the Globus Security Interface (GSI).
Collaborative Design Processes: A Class on Concurrent Collaboration in Multidisciplinary Design
(2004)
The rise of concurrent engineering in construction demands early team formation and constant communication throughout the project life cycle, but educational models in architecture, engineering and construction have been slow to adjust to this shift in project organization. Most students in these fields spend the majority of their college years working on individual projects that do not build teamwork or communication skills. Collaborative Design Processes (CDP) is a capstone design course where students from the University of Illinois at Urbana-Champaign and the University of Florida learn methods of collaborative design enhanced by the use of information technology. Students work in multidisciplinary teams to collaborate from remote locations via the Internet on the design of a facility. An innovation of this course compared to previous efforts is that students also develop process designs for the integration of technology into the work of multidisciplinary design teams. The course thus combines both active and reflective learning about collaborative design and methods. The course is designed to provide students the experience, tools, and methods needed to improve design processes and better integrate the use of technology into AEC industry work practices. This paper describes the goals, outcomes and significance of this new, interdisciplinary course for distributed AEC education. Differences from existing efforts and lessons learned to promote collaborative practices are discussed. Principal conclusions are that the course presents effective pedagogy to promote collaborative design methods, but faces challenges in both technology and in traditional intra-disciplinary training of students.
The construction industry is a project-based business bringing together many different organisations to complete a desired goal. The strategic use of Information and Communication Technologies (ICT) has enabled this goal to be completed more effectively. Two issues require addressing, the technology itself and the implementation factors of the technology. Such implementation factors should consider, among other factors, the legal and contractual issues associated with the use of ICT, training requirements and its effects on the organisational culture. To date the legal and contractual issues have not been extensively covered, and it is recognised that the technologies have not been properly covered by any recognised legal and contractual practices. This in turn is threatening to inhibit the growth and prosperity of the use of the technology on construction projects. This paper discusses these legal and contractual issues and describes methods and tools that can be used to enable the growth of technology to be used in a legal and contractually valid environment.
Collaboration in AEC Design : Web-enabling Applications using Peer-to-Peer Office Communicator
(2004)
A market analysis conducted by Gartner Dataquest in August 2001 has shown the typical characteristics of the AEC design process. High volatility in membership of AEC design groups and members dispersed over several external offices is the common collaboration scenario. Membership is most times short lived, compared to the overall duration of the process. A technical solution has to take that into account by making joining and leaving a collaborative work group very easy. The modelling of roles of collaboration between group members must be based on a commonly understood principle like the publisher / subscriber model, where the individual that is responsible for the distribution of vital information is clear. Security issues and trust in the confidentiality of the system is a central concern for the acceptance of the system. Therefore, keeping the subset of data that will be published under the absolute control of the publisher is a must. This is not the case with server-based scenarios, sometimes even due to psychological reasons. A loosely bound Peer-to-Peer network offers advantages over a server-based solution, because of less administrative overhead and simple installation procedures. In a peer-to-peer environment, a publish/subscribe role model can be more easily implemented. The publish/subscribe model matches the way AEC processes are modelled in real world scenarios today, where legal proof of information exchange between external offices is of high importance. Workflow management systems for small to midsize companies of the AEC industry may adopt the peer-to-peer approach to collaboration in the future. Further investigations are being made on the research level (WINDS) by integrating the viewer and redlining application Collaborate! into a collaborative environment.
Civil engineering decision support systems (construction, building life cycle, refurbishment, total quality management, innovation, etc.) created in Lithuania are described in this paper. The above decision support systems comprise of the following constituent parts: data (database and its management system), models (model base and its management system) and a user interface. Presentation of information in databases may be in conceptual (digital, textual, graphical, photographic, video) and quantitative forms. Quantitative information presented involves criteria systems and subsystems, units of measurement, values and initial weight fully defining the variants provided. The databases were developed providing a multiple criteria analysis of alternatives from economical, infrastructure, technical, technological, qualitative, legislative, social and other perspectives. This information is provided in a user-oriented way. Since the analysis of alternatives is usually performed by taking into account economical, infrastructure, technical, technological, qualitative and other factors, a model-base include models which enable a decision maker to carry out a comprehensive analysis of the variants available and make a proper choice. These systems, related questions and practical case study were analysed the paper.
Beside the standard calculation programs for civil engineering buildings mathematical programs have been lately established for the solution of differential equations for the analysis of mechanical and static systems. Programs like Maple, Matlab, MathCAD and Mathematica are popular in this field. To the knowledge of the authors, the widest application functionality offers the program Maple. Its advantages are, e.g. the alternatively symbolic or numerical solution of differential equation systems, the easy handling of parameter studies, the immediate visualization of results, the definition of macros for selected calculation steps and their export in other computer languages and, not least, the automatically generated, very clear documentation of the matehematical calculus.
In Bauplanungssystemen können XML-Technologien in vielen Bereichen eingesetzt werden mit dem Ziel, diese Systeme modular und webfähig zu gestalten. Der Einsatz lohnt als Basis-Datenstruktur für verschiedene rechnerinterne Modelle, Steuerungsstruktur für Customizing von Anwendungen, Bindeglied zwischen objektbasierten Systemen, Kommunikationsprotokoll zwischen Komponenten. Es ist möglich, komplexe Objekte aus dem Planungsalltag mittels XML arzustellen, zu speichern und zu verarbeiten. Es ist möglich, entsprechende Komponenten im Netz zu verteilen bzw. über Internet zu verbinden. Die heute dominierende Sicht auf XML als Austauschmedium wird ergänzt um die Idee eines XML-basierten Systems: Entwurfsobjekte können als >XML-Objekte< formuliert und im Sinne eines late binding verwendet werden.
Review of Discrete Optimization Techniques for CAD Discrete optimization in the structure design Morphological method The alternative graph approach Convex discrete optimization without objective function Matroidal Decomposition in design Decomposition of layered matrices Discrete Optimization in Designing Packing problem Optimal arrangement of rectangles and shortest paths in L1-metrics Partition problems Discrete optimization in computational geometry and computer graphics Maxima of a point set on the plane Triangulation One of the main problems in computer graphics is removing hidden lines and surfaces
There exists a big gap between the capabilities of current 3D-CAD applications and their actual usage in practice. Many architects and planners still prefer to draft in 2D because the benefits of 3D modeling are difficult to explain. This presentation offers a basis to view the 3D building model not merely as the source for 2D plan generation. By adding extra dimensions like Time and Cost to the 3D building model it becomes possible to generate dynamic information on building construction progress with regards to used material, resources and cost. These additional benefits are key elements to many planners and contractors and may therefore widen the acceptance of 3D building modeling in general.
We describe the database requirements of SEED (Software Environment to Support the Early Phases in Building Design). The requirements are typical for a database that intends to support a heterogeneous design support environment consisting of independent software modules with diverse internal design models, requirements not met by any commercial database system. The design and implementation of this database is an integral part of the overall software engineering effort. We describe the SEED approach that integrates external and in-house software based on a shared information model specified in the modeling language SPROUT, which allows for the specification of domains, and classes, relationship types and their behavior, and multiple classifications. The SPROUT run-time system organizes and coordinates the communication between the software modules and the database
To support research in the building sector and in order to help it move towards a new digital economy, the European Commission under the 5th Framework initiative, especially the IST programme, funded various RTD projects. The opportunity to bring these IST projects together was acknowledged so that stronger links can be created under a clustering umbrella and that, moreover, links of those projects with their RTD environment could be facilitated. This has been the objective of work carried out within the ICCI (IST-2001-33022) Cluster project. This paper introduces the main aims and objectives of the project, and then presents its principal outcomes. In a second part, it synthesises the underlying concepts, technology and tools that will make ICT-based Construction a reality in a near future, and gives recommended actions for the industry, the EC and the Construction ICT R&D in Europe, giving some benefit of this project experience to the three communities.
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.
In der vorliegenden Arbeit geht es um die Anwendung von biorthogonalen Waveletsystemen in der Parameteridentifikation. Es sollen Grundlagen geschaffen werden, um bei der Auswertung dynamischer Experimente derartige Wavelets und damit die schnelle Wavelet-Transformation (FWT) systematisch und effektiv zu nutzen. Zu diesem Zweck wird von den Waveletfiltern ein System von Verbindungskoeffizienten abgeleitet. Mit deren Hilfe erfolgen die Projektionen von Operatoren, insbesondere die von Differentiations- und Integrationsoperatoren, in die entsprechenden Wavelet-Räume. Sämtliche Verbindungskoeffizienten können rekursiv und in endlich vielen Schritten exakt berechnet werden. Ausgehend von den dynamischen Krafteinwirkungen und den gemessenen Reaktionsbeschleunigungen oder Reaktionsgeschwindigkeiten bezüglich der einzelnen Freiheitsgrade können dann unbekannte Steifigkeiten und Dämpfungen identifiziert werden. Dazu erfolgt nach entsprechenden Wavelet-Zerlegungen aller relevanten Zeitsignale ein Abgleich auf den einzelnen Frequenzbändern. Dieser führt insbesondere zu einem System von linearen Matrizengleichungen zur Bestimmung der unbekannten Parameter. Vorgeschlagen wird im Falle einer größeren Zahl von Freiheitsgraden und Parametern, ein mehrstufiges Optimierungsverfahren anzuwenden. Gegenüber Identifikationsverfahren im Zeitbereich werden aufwendige numerische Quadraturverfahren und die daraus resultierenden Fehlerquellen und Stabilitätsprobleme vermieden. Gegenüber Verfahren im Frequenzbereich, die ausschließlich mit Hilfe der FFT formuliert werden, sind Störungen in den Randspektren besser beherrschbar und eliminierbar. Außerdem werden mit einem FWT-Verfahren einfachere Denoising-Algorithmen anwendbar. Letztendlich wird im Vergleich zu einem FFT-Verfahren ein späterer Übergang zur Identifikation nichtlinearer MDOF-Systeme methodisch erleichtert.
Bauwerke sind in ihrer Betriebszeit vielen nutzungseinschränkenden Einflüssen ausgesetzt. Die dadurch erforderliche Instandhaltung dient zur Gewährleistung und zur Erhöhung der geplanten Nutzungsfähigkeit sowie Dauerhaftigkeit von Bauwerken. Sie spielt eine immer größere Rolle im Bauwesen. Die Kosten der Bauwerksinstandhaltung betragen je nach Art des Bauwerkes in Deutschland pro Jahr ca. 1-6% des Wiederbeschaffungswertes. Die Reduzierung des Instandhaltungsaufwandes durch Technik- und Management-Maßnahmen ist daher wirtschaftlich sinnvoll. Der Einsatz moderner Informations- und Kommunikationstechnologie auf dem Gebiet der Bestandsaufnahme und -analyse ist erforderlich, um einerseits die Bearbeitung von multimedialen Informationen über Ist- und Soll-Zustände von Bauwerken effektiver durchzuführen und um andererseits die Analyse von Schäden im Sinne einer Entscheidungshilfe zu unterstützen. Durch den Einsatz der WWW-Technologie kann die Bearbeitung auch verteilt im Datennetz über ferne Rechner hinweg erfolgen. Im Beitrag werden die Konzeptionierung und Implementierung des WWW-fähigen DV-Systems BINAS zur Unterstützung der Bestandsaufnahme und -analyse sowie die dafür erforderlichen Methoden und Werkzeuge vorgestellt.
Bewertung der Grenzlast von elastisch-plastischen Tragwerken mit Hilfe stochastischer Methoden
(1997)
Für die Analyse von Tragwerken sowohl des Stahlbaus als auch des Massivbaus eröffnet die nationale und internationale Normengebung in zunehmendem Maße die Anwendung physikalisch nichtlinearer Berechnungsmodelle. Es ist zu erwarten, daß neben dem traditionellen elastischen Berechnungsmodell das linearelastisch-idealplastische Materialmodell in die Tragwerksanalyse Eingang finden wird. Während bei den traditionellen Berechnungsverfahren auf der Grundlage der Elastizitätstheorie hinreichende Erfahrungen durch die Planungspraxis bestehen und umfangreiche Untersuchungen zur dabei erreichten Sicherheit vorliegen, stellen die nichtlinearen Berechnungsmethoden sowohl in mechanischer als auch in sicherheitstheoretischer Hinsicht ein neues Erfahrungsfeld dar. Im vorliegenden Beitrag werden aus der Vielzahl der anstehenden Probleme folgende Teilprobleme behandelt: Bestimmung der Versagenswahrscheinlichkeit elasto-plastischer Tragsysteme nach dem Kriterium der plastischen Grenzlast Ermittlung stochastischer Eigenschaften des plastischen Grenzlastparameters elasto-plastischer Tragsysteme. Die Lösung des mechanischen Problems geschieht über eine lineare Optimierungsaufgabe, die nach dem statischen Theorem der plastischen Grenzlast formuliert ist. Als stochastische Methode wird die Simulation angewandt, die zum einen auf einer zufälligen Erzeugung der Realisierungen (stochastische Simulation) und zum anderen auf einer planmäßigen Erzeugung der Realisierungen (konstruktive Simulation) beruhen kann. Für jedes der Teilprobleme wird ein Beispiel vorgestellt.
Neben der reinen Bauausführung und den damit verbundenen Roh- und Ausbaukosten stellt insbesondere die Bewirtschaftung von Gebäuden einen wesentlichen Kostenfaktor dar, den zu minimieren Ziel der Bestrebungen auf dem Gebiet des Facilities Management ist. Insbesondere die Integration der verteilt vorliegenden Informationen muß hierbei das Ziel sein, um durch effiziente Informationsverarbeitung eine Einsparung von Unterhaltskosten zu erreichen. Bereits in der Planungsphase lassen sich die späteren Kosten für die Bewirtschaftung modellieren. Dies gilt auch für die Modellierung des Energiehaushaltes von Gebäuden. Für die Modellierung des Wärmeschutzes und der damit verbundenen Ermittlung des Heizenergiebedarfs werden z.Zt. starke Vereinfachungen getroffen, die durch die aktuelle Wärmeschutzverordnung vorgegeben sind, so daß die errechneten Werte meist sehr ungenau sind. Für eine DV-gerechte Modellierung eines Gebäudes während seiner Bewirtschaftung reichen herkömmliche CAD-Systeme nicht aus, da das Modell verschiedene Sichten zulassen muß: Neben einer bauteilorientierten Sicht muß auch eine raumorientierte Sicht vorgehalten werden, damit eine Modellierung von flächenbezogenen Parametern wie z.B. Kosten möglich wird. Dieser Beitrag zeigt einen Ansatz, der eine intensive Nutzung heterogener Ressourcen und Informationen auf der Grundlage eines dreidimensionalen Gebäudemodells ermöglicht. Exemplarisch für die Bereiche Raummanagement (im Sinne von kosten- und nutzungsorientierter Bestandsverwaltung) und Bauphysik wird dieser Ansatz erläutert und die Eingliederung dieser Teilgebiete der Bestandsverwaltung und -bewirtschaftung in ein Gesamtsystem aufgezeigt.
Werden bei der Tragwerksauslegung Schnittgrößenumlagerungen infolge Plastizierungen zugelassen, dann ist die Lastintensität durch die Einhaltung von entsprechenden Grenzzustandskriterien, passend zum physikalisch nichtlinearen Tragverhalten, zu begrenzen. Für Tragwerke, die von mehreren unabhängig voneinander, wiederholt und in beliebiger Reihenfolge auftretenden Lasten beansprucht werden, stellt die adaptive Grenzlast (Einspiellast), ausgedrückt durch den adaptiven Grenzlastfaktor, ein geeignetes Grenzzustandskriterium dar. Bedingt durch zufällige Systemeigenschaften und zeitlich zufälliges Lastverhalten stellt der adaptive Grenzlastfaktor eine Zufallsgröße dar. Für die Bestimmung des stochastischen adaptiven Grenzlastfaktors und der Versagenswahrscheinlichkeit gegenüber dem Grenzzustand der Adaption für einen Zeitraum [0,T] werden die mathematische Optimierung (mechanische Problemlösung) und die Monte-Carlo-Simulation (stochastische Problemlösung) herangezogen, wobei eine Überführung von zeitvarianten Lastmodellen in äquivalente zeitinvariante Lastmodelle erforderlich wird. Am Beispiel eines eingespannten Stahlbetonrahmens wird untersucht, wie sich eine unterschiedliche stochastische Modellbildung des Tragwerks und eine unterschiedliche Vorgehensweise bei der Überlagerung von Extremwerten der Belastung auf die Beurteilung der Versagenswahrscheinlichkeit des Tragwerks für verschiedene Lebensdauern auswirken. Im Ergebnis dieser Untersuchungen zeigt sich, dass sich die Versagenswahrscheinlichkeit signifikant erhöht, wenn stochastische Tragwerkseigenschaften in Ansatz gebracht werden. Die größte Bedeutung besitzt dabei die Zufälligkeit der Zugfestigkeit der Bewehrung. Alle anderen Zufallsgrößen beeinflussen die Versagenswahrscheinlichkeit nur in ihrer Gesamtheit, einzeln betrachtet sind sie nahezu bedeutungslos. Es stellt sich weiterhin heraus, dass eine vereinfachte Überlagerung der Last-Extremwerte zu einer deutlichen Überschätzung der Versagenswahrscheinlichkeit führt und somit als konservatives Modell zu bewerten ist.
Neue Konstruktionsentwicklungen erwarten von Bauingenieuren auch neue Berechnungs- und Analysenmethoden. Zu solchen Konstruktionen gehören Polystyrol-Massiv-Rippendecken. Die Decken, die eine wichtige Rolle im Neubau sowie in der Sanierung und Rekonstruktion von Altbauten spielen, haben eine umfangreiche Technologiebeschreibung, jedoch relativ kleine Berechnungsbase zur statischen Analyse der Ausnutzugs- und Statischfestigkeitsparametern. In den Vortrag wurde eine Methode zu Analyse solche Decken dargestellt. Das interessante Problem befindet sich in der sogennaten zweiten Phase, wenn der Decke keine elastische Platte ist. Eine wichtige Rolle bei Berechnung spielen die veränderte Steifigkeit und Rheology.
In der jüngeren Vergangenheit haben die Entwicklungen von neuen Programmen und der Rechentechnik zu radikalen Veränderungen in den Methoden der Berechnung von ingenieurtechnischen Bauten geführt. An erster Stelle sind hier die Matrizenmethoden für notwendige Berechnungen der Aufgaben anzuführen, welche eine kompakte und allgemeine Form der Aufschreibung von Gleichungen gestatten und geeignet für die Bearbeitung an Computern sind. Die elektronischen Maschinen wurden damit befähigt nicht nur Systeme linear-algebraischer Gleichungen mit hundert oder tausend von Unbekannten zu lösen, sonder auch die Bearbeitung von Differentialgleichungen, sowie die Formierung dieser Gleichungen zu übernehmen. Damit übernehmen die Computer den Grossteil des Prozesses der Berechnung und der Projektierung einer Konstruktion. Zweifellose Aktualität haben die Fragen über die Benutzung dieser Eigenschaften für die Aufgaben der Bauinformatik und Baumechanik. Diesen ist der vorliegende Artikel gewidmet. In der Praxis der Projektierung kommen oft komplexe Stabsysteme und zylindrische-gefaltete Flächensysteme vor. Dabei ist zu berücksichtigen: die Verschiebung in Stabsystemen, ihre elastischen Gründungen und die auftretenden längs- und querlaufenden Biegungen sowie harmonische Schwingungen. In diesem Artikel wird ein universeller Algorithmus zur Ausarbeitung von Matrizen für Härte- und Festigkeitsbetrachtungen für Stäbe vorgestellt. Der entwickelte Algorithmus erlaubt die Berechnung von komplizierten Stabsystemen, die in der Praxis weit verbreitet sind. Für die Ausarbeitung der Matrizen für die Festigkeitsbetrachtung wurde die symbolische Programmiersprache MAPLE benutzt. Weiterhin zeigt dieser Artikel die Berechnung von gefalteten Flächensystemen unter Verwendung des diskret- kontinuierlichen Modells von W. S. Wlasow, mit Hilfe eines universellen Algorithmus auf. Für die Aufstellung der Matrix für Festigkeitsbetrachtung werden als Systemeinstellungen die Schichtformierung und der Ausschluss nach Gauss vorgeschlagen. Am Ende des Artikels werden Beispiele für die Berechnung von komplizierten Konstruktion aufgeführt.