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The paper describes further developments of the interactive evolutionary design concept relating to the emergence of mutually inclusive regions of high performance design solutions. These solutions are generated from cluster-oriented genetic algorithm (COGAs) output and relate to a number of objectives introduced during the preliminary design of military airframes. The data-mining of multi-objective COGA (moCOGA) output further defines these regions through the application of clustering algorithms, data reduction and variable attribute relevance analyses. A number of visual representations of the COGA output projected onto both variable and objective space are presented. The multi-objective output of the COGA is compared to output from a Strength Pareto Evolutionary Algorithm (SPEA-II) to illustrate the manner in which moCOGAs can generate good approximations to Pareto frontiers.
Integrated Engineering Workflow focused on the Structural Engineering in the Industrial Environment
(2004)
The engineering and construction industry has been slow to exploit the full potential of information technology. The industry is highly fragmented, price sensitive, risk-adverse, and profit margins are small. Each project is unique with a small amount of technological innovation opportunities to capitalise on from one project to the next. Technological innovations that have been taking place are just simulating the old traditional paper workflow. Engineering information in digital form is being conveyed using traditional paper representations, which have to be interpreted by humans before the information can be used in other applications, thereby creating ‘islands of information’. It can be seen that poorly implemented IT strategies are duplicating paperwork, rather than reducing or eliminating it (Crowley et al., 2000). This paper will introduce the Integrated Engineering Workflow (IEW) concept to re-organise a structural discipline working on multi-disciplinary projects so as to maximise the advantages offered by new information technology.
Die Modelle früher CAD-Zeichnungen sind unstrukturierte Mengen graphischer Elemente. Heute werden CAD-Zeichnungen aus semantischen Objektmodellen von Bauwerken abgeleitet, deren Informationsbasis systematisch geordnet und deren Nutzung zweckmäßig geregelt ist. Softwaremodule werden getrennt entwickelt und unter aktiver Mitwirkung der Anwender vereint eingesetzt.Ein zentrales Problem der aktuellen Forschung und Entwicklung im CAD ist die Handhabung der Beziehungen zwischen Objekten und ihrer Änderungen in verteilten Arbeitsumgebungen. Hierfür wird ein Konzept mit der Relationenalgebra als theoretische Grundlage vorgestellt.
Die Lage oder der Standort eines Bauwerkes ist zweifellos charakteristisch mit diesem verbunden. Die räumliche Einordnung eines exponierten architektonischen Werkes, die Erschließung eines Gebäudes im innerstädtischen Umfeld oder die Verwaltung eines Bestands ist im Bauwesen oder der Architektur immer visuell. Die Interaktion mit Zeichnungen, die Orientierung anhand eines Lageplans oder die Dokumentation mit Fotos sind nur einige Beispiele. Die wirtschaftliche Optimierung unter Nutzung solcher Daten und deren nachfolgende Visualisierung soll hier mittels geeigneter Systeme gezeigt werden. Aber auch die Bewertung durch und Interaktion mit dem Benutzer unterstützt werden. So soll dieser Artikel beispielhaft den Transport und Verkehr fokussieren. Mathematik Graphen und Netze formen dabei Modelle zur Optimierung der zugrundeliegenden Logistikprozesse: Die Baustoffbedarfsplanung mit Bestellwesen, (Ab-)Transport und Lieferung von Material, Tourenzusammenstellung oder Standortauswahl. Informatik Weiterhin wird deren softwaretechnische Umsetzung und Einordung in begleitende Projekte der >Mathematischen Optimierung< vorgestellt.
The conceptual structure of an application that can support the structural analysis task in a distributed collaboratory is described in (van Rooyen and Olivier 2004). The application described there has a standalone component for executing the finite element method on a local workstation in the absence of network access. This application is comparable to current, local workstation based finite element packages. However, it differs fundamentally from standard packages since the application itself, and its objects, are adapted to support distributed execution of the analysis task. Basic aspects of an object-oriented framework for the development of applications which can be used in similar distributed collaboratories are described in this paper. An important feature of this framework is its application-centred design. This means that an application can contain any number of engineering models, where the models are formed by the collection of objects according to semantic views within the application. This is achieved through very flexible classes Application and Model, which are described in detail. The advantages of the application-centred design approach is demonstrated with reference to the design of steel structures, where the finite element analysis model, member design model and connection design model interact to provide the required functionality.
The paper is about model based parameter identification and damage localization of elastomechanical systems using input and output measurements in the frequency domain. An adaptation of the Projective Input Residual Method to subsystem damage identification is presented. For this purpose the projected residuals were adapted with respect to a given subsystem to be analysed. Based on the gradients of these projected subsystem residuals a damage indicator was introduced which is sensitive to parameter changes and structural damages in this subsystem. Since the computations are done w.r.t. the smaller dimension of a subsystem this indicator shows a computational performance gain compared to the non-subsystem approach. This gain in efficiency makes the indicator applicable in online-monitoring and online-damage-diagnosis where continuous and fast data processing is required. The presented application of the indicator to a gantry robot could illustrate the ability of the indicator to indicate and locate real damage of a complex structure. Since in civil engineering applications the system input is often unknown, further investigations will focus on the output-only case since the generalization of the presented methods to this case will broaden its application spectrum.
Durch Modifizierung des bekannten Savingsalgorithmus mittels fester bzw. variabler Savingsparameter läßt sich ein interaktiver Zugang zur Lösung des Tourenproblems begründen. Die Resultate des Savingsalgorithmus können dadurch um ca. 8,5% verbessert werden. Durch die interaktive Arbeitsweise ist es möglich, daß spezielle Vorgaben eines Nutzers und Erfahrungen des Bearbeiters Berücksichtigung finden. Die durchgeführten Rechnungen lassen erwarten, daß bei der Wahl der Savingsparameter noch Reserven für eine weitere Effizienzerhöhung liegen. Vermutlich spielt die Anpassung der Parameter an die Problemstruktur der gestellten Aufgabe eine Rolle. Durch lokale Suche läßt sich die Vielfalt der interaktiven Entscheidungsmöglichkeiten ein-grenzen und automatisieren.
This paper examines the impact of information technology (IT) utilization on construction firm performance. Based on empirical data collected from 74 US construction firms, the analyses provide evidence that IT has a positive impact on overall firm performance, schedule performance, and cost performance. Firm performance is a composite score of several metrics of performance: schedule performance, cost performance, customer satisfaction, safety performance, and profit. No relationship is found between IT utilization and customer satisfaction, safety, or profit, although this may be due to limitations of the study given strong correlations between IT utilization and cost and schedule performnance. The empirical evidence of positive association between performance and IT use provided by this research is significant to both construction practice and research literature. This evidence should encourage firms to adopt and invest in IT tools.
The evolution of data exchange and integration standards within the Architectural, Engineering and Construction industry is gradually making the long-held vision of computer-integratedconstruction a reality. The Industry Foundations Classes and CIMSteel Integration Standards are two such standards that have seen remarkable successes over the past few years. Despite successes, these standards support the exchange of product data more than they do process data, especially those processes that are loosely coupled with product models. This paper reports on on-going research to evaluate the adequacy of the IFC and CIS/2 standards to support process modeling in the steel supply chain. Some initial recommendations are made regarding enhancements to the data standards to better support processes.
The construction industry is suffering form the existence of isolated islands of software applications and bottle neck solutions. The idea of an integrated virtual database that consists of separated platforms, representing various disciplines, depending on the web technology is envisaged to solve the problem of integration. This paper is about the production and use of OIPs (Object Information Packs) as a part of the construction material product in the form of XML files that include all the technical and commercial data of the product, which might be needed by any discipline in its overall life cycle. This object information pack is neutral and independent of any software application. It is assumed to fit in a building product model at the IFC (resource layer). An example of brick - wall aggregation process is used to demonstrate the capability of the technology and the ability of non computer science experts to use it.
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.
Die Berücksichtigung stochastischer System- und Lastparameter bei der nach EC zulässigen Analyse des Tragwerksverhaltens unter Berücksichtigung globalen nichtlinearen Systemverhaltens sind notwendig, da dies ein anderes Sicherheitskonzept erfordert. Wird der plastische Grenzlastfaktor (PGLF), der die Ausnutzung der Systemkapazitäten bis zum Kollaps ermöglicht, zur Grenzzustandsbeurteilung herangezogen, wird dies besonders deutlich. Für das Modell eines ebenen Stahlbetontragwerks wird starr-ideal-plastisches Materialverhalten vorausgesetzt. Die Bestimmung des PGLFs für ein gegebenes Lastbild kann ausgehend von einem Extremalprinzip über die Lösung einer Optimierungsaufgabe erfolgen. Diese direkte Bestimmung des Kollapses bereitet aber bei der stochastischen Analyse Schwierigkeiten, da die zugehörigen Grenzzustandsgleichungen (GZG) nicht gutartig sind. Es wird die stochastische Methode des Multi-Modal Importance Sampling (MMIS) vorgeschlagen, die unter Berücksichtigung der Eigenschaften dieses mechanischen Modells die Versagenswahrscheinlichkeit bestimmt, d.h. das Verfahren nimmt auf die nur stückweise Stetigkeit GZG des speziellen Problems Rücksicht. Es setzt die zugehörige Grenzzustandsfunktion voraus. Die wesentlichen Bemessungspunkte werden durch Anwendung des Betaverfahrens gesucht und dann mit einem Importance-Sampling-Algorithmus mit multimodaler Sampling Dichte die Versagenswahrscheinlichkeit bestimmt . Das Verfahren sucht und berücksichtigt die wesentlichen Versagensbereiche des Problems mit vertretbarem Aufwand. Verbesserungen könnten sowohl bei den enthaltenen Such- und Iterationsalgorithmen als auch bei der Wahl der einzelnen Sampling-Dichten erzielt werden, was Gegenstand weiterer Untersuchungen ist.
In der heutigen Informationsgesellschaft sind alle Geschäftsprozesse in einem Unternehmen geprägt durch die Verwendung der vorhandenen Informations- und Kommunikationstechnologien. Diese haben zur Folge, dass Unternehmen mit einer wahren Flut an Informationen konfrontiert werden, die von extern und intern in das Unternehmen eingetragen wurden. Die erfolgreiche Beherrschung dieser Informationsflut bildet die Basis für das effektive Arbeiten im Unternehmen. Grundvoraussetzung hierfür ist vor allem ein harmonisches Zusammenspiel zwischen Mensch ↔ Organisation ↔ Technik. Dokumentenmanagementsysteme haben sich zur Aufgabe gemacht, den Anwender bei der technologischen Bewältigung dieser Aufgabenstellung zu unterstützen. Der hier vorgestellte Artikel zeigt die Probleme auf, die während der Umsetzung eines Dokumentenmanagementsystems auftreten können und konzentriert sich dabei besonders auf Kleinen und Mittleren Unternehmen (KMU) im Bauwesen. Charakteristisch für diese ist die Schwäche die eigenen Unternehmensstrukturen betriebswirtschaftlich aufzubereiten, woraus später bei einer technologischen Umsetzung schwerwiegende Probleme resultieren. Genau an diesem Punkt setzt der vorgestellte Artikel an und versucht den Zusammenhang zwischen Organisation und Technik herauszuarbeiten, um darauf aufsetzend einen allgemeingültigen Ansatz für die Umsetzung eines Dokumentenmanagementsystems zu liefern.
Assuring global consistency in a cooperative working environment is the main focus of many nowaday research projects in the field of civil engineering and others. In this paper, a new approach based on octrees will be discussed. It will be shown that by the usage of octrees not only the management and control of processes in a network-based working environment can be optimised but also an efficient integration platform for processes from various disciplines – such as architecture and civil engineering – can be provided. By means of an octree-based collision detection resp. consistency assurance a client-server-architecture will be described as well as sophisticated information services for a further support of cooperative work.
In this paper a meshless component is presented, which internally uses the common meshless interpolation technique >Moving Least Squares<. In contrast to usual meshless integration schemes like the cell quadrature and the nodal integration in this study integration zones with triangular geometry spanned by three nodes are used for 2D analysis. The boundary of the structure is defined by boundary nodes, which are similar to finite element nodes. By using the neighborhood relations of the integration zones an efficient search algorithm to detected the nodes in the influence of the integration points was developed. The components are directly coupled with finite elements by using a penalty method. An widely accepted model to describe the fracture behavior of concrete is the >Fictitious Crack Model< which is applied in this study, which differentiates between micro cracks and macro cracks, with and without force transmission over the crack surface, respectively. In this study the crack surface is discretized by node pairs in form of a polygon, which is part of the boundary. To apply the >Fictitious Crack Model< finite interface elements are included between the crack surface nodes. The determination of the maximum principal strain at the crack tip is done by introducing an influence area around the singularity. On a practical example it is shown that the included elements improve the model by the transmission of the surface forces during monotonic loading and by the representation of the contact forces of closed cracks during reverse loading.
For the analysis of arbitrary, by Finite Elements discretized shell structures, an efficient numerical simulation strategy with quadratic convergence including geometrically and physically nonlinear effects will be presented. In the beginning, a Finite-Rotation shell theory allowing constant shear deformations across the shell thickness is given in an isoparametric formulation. The assumed-strain concept enables the derivation of a locking-free finite element. The Layered Approach will be applied to ensure a sufficiently precise prediction of the propagation of plastic zones even throughout the shell thickness. The Riks-Wempner-Wessels global iteration scheme will be enhanced by a Line-Search procedure to ensure the tracing of nonlinear deformation paths with rather great load steps even in the post-peak range. The elastic-plastic material model includes isotropic hardening. A new Operator-Split return algorithm ensures considerably exact solution of the initial-value problem even for greater load steps. The combination with consistently linearized constitutive equations ensures quadratic convergence in a close neighbourhood to the exact solution. Finally, several examples will demonstrate accuracy and numerical efficiency of the developed algorithm.
This paper describes the concept and experiences of the international Open Distance Learning Course ‘HydroWeb’. This course deals with the introduction of Web-based Collaborative Engineering in standard education programmes of water related engineering and civil engineering based on information sharing. Organized under the umbrella of IAHR and ETNET21 this course is collaboration from several universities from all over the world. Started in 1999 the course demonstrates the potential and innovative opportunities of Web-Technology in education, research and engineering: Students from the different partner universities form small distributed teams to solve a given engineering problem in a time window of two weeks. To overcome the spatial distribution the students apply modern Web technology such as video conferencing, application sharing and document management. All results as well as the final reports are presented as Web document on a shared Web-based project platform (http://www.hydro-web.org). Besides the experiences to apply standard Web tools and working methods based on information sharing instead the conventional information exchange in the daily engineering work the students improve their soft skills operate successfully in international and interdisciplinary project environments as part of the ‘Technical Culture’ of nowadays.
The availability of the WWW technology and the introduction of the Internet as basic resource like water, electricity or gas changes dramatically normal live, business and of course civil engineering. New technologies enable innovative technical solutions and offer new potential for improvements towards support of humans nature appropriate ways of working. This demands a new culture of work and collaboration. To contribute to theses challenges is a matter the discipline 'Bauinformatik' by supporting related research, development, education and training in civil engineering. This contribution to the IKM Conference 2000 in Weimar sketches selected research and education activities of the institutes of the authors on the topics of WWW based simulation systems (example WEASEL) and of WWW based project platforms (projects MorWin and TaiGer as well as an European education experiment). Both topics supports the collaboration by new ways of tele cooperation in international, heterogeneous and interdisciplinary engineering. Demonstration from this developments and projects will be used to illustrate the dimension of changes in civil engineering in due to modern ICT.
This paper describes the concept, implementation and application of the Web-based Information System ‘Turtle’ for data monitoring, analysis, reporting and management in engineering projects. The system uses a generalised object-oriented approach for information modelling of physical state variables from measurements and simulations by sets of tensor objects and is implemented platform-independently as a Web application. This leads to a more flexible handling of measurement and simulation information in distributed and interdisciplinary engineering projects based on the concept of information sharing. The potential and advantages of Web-based information systems like ‘Turtle’ are described for one selected application example: a measurement programme dealing with the physical limnology of Lake Constance.
Die Bauwerksüberwachung gewinnt aus sicherheitstechnischen sowie aus wirtschaftlichen Gründen zunehmend an Bedeutung. Nicht nur die Bauwerkssicherheit kann durch leistungsfähige Monitoring-Systeme angemessen beurteilt, auch die Nutzungsdauer bestehender Bauwerke kann durch die gewonnenen Informationen deutlich verlängert werden. Das vorliegende Papier beschreibt die Entwicklung eines webbasierten Talsperren-Monitoring-Systems, das die automatisierte Erfassung von Daten vor Ort sowie die computergestützte Aufbereitung und Analyse der gesammelten Messdaten ermöglicht. Das Monitoring-System ist durch seinen modularen Aufbau nicht auf die Talsperren-Überwachung beschränkt, sondern kann ohne großen Aufwand an andere Überwachungsaufgaben angepasst werden. Das System besteht aus drei wesentlichen Modulen: (i) einer erweiterbaren Klassenbibliothek, die die Steuerung der im Bauwerk installierten Messelektronik ermöglicht, (ii) einem webbasierten Datenerfassungsmodul, das neben der automatischen Datenerfassung eine Fernsteuerung der Messelektronik erlaubt und Funktionen zur Verwaltung der Überwachungsaufgaben bereitstellt, sowie (iii) einem webbasierten Visualisierungs- und Auswertungsmodul zur Aufbereitung und Analyse der gesammelten Daten. Alle an der Überwachung beteiligten Mitarbeiter können mit einem üblichen Web-Browser über das Internet auf das entwickelte System zugreifen; ein Zugriff mittels Mobiltelefon ist alternativ möglich. Das implementierte Talsperren-Monitoring-System begleitet die beteiligten Fachleute von der Erfassung der Daten vor Ort bis hin zur Aufbereitung und Analyse der Messdaten an zentraler Stelle: Die Mitarbeiter werden durch einen einfachen Zugriff auf die installierte Messelektronik, automatisierte Messungen und umfangreiche Analysefunktionalitäten bei ihren spezifischen Aufgaben unterstützt. Der bisherige manuelle Arbeitsaufwand für Datenerfassung, -transfer und Analyse wird somit deutlich reduziert.
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).
At the start of the conceptual design process, designers start to give tangible form to their thoughts by sketching. This helps with reasoning and communicates ideas to other members of the team. Sketches are gradually worked up into more formal drawings which are then passed to the other stages of the design process. There are however some problems with basing early ideas on sketching. For example, due to their ad-hoc nature, sketches tend only to be diagrammatic representations and so designers cannot be sure that their ideas are feasible and what is being proposed meets the constraints described in the client brief. This can result in designers wasting time working up ideas which prove to be unsuitable. Also the process of constraint checking is complex and time consuming and so designers tend limit their search of possible options and instead choose satisfying rather than good solutions. This paper describes the INTEGRA project which examines the role of sketching in early conceptual design and how this can be linked to other aspects of the process and particularly automated constraint checking using an IT based approach. The focus for the work is the design of framed buildings. A multi-disciplinary approach has been adopted and the work has been undertaken in close collaboration with practising designers and clients.
Die Methode der Finiten Elemente ist ein numerisches Verfahren zur Interpolation vorgegebener Werte und zur numerischen Approximation von Lösungen stationärer oder instationärer partieller Differentialgleichungen bzw. Systemen partieller Differentialgleichungen. Grundlage dieser Verfahren ist die Formulierung geeigneter Finiter Elemente und Finiter Element Zerlegungen. Finite Elemente besitzen in der Regel eine geometrische Basis bestehend aus Strecken im eindimensionalen, Drei- oder Vierecken im zweidimensionalen und Tetra- oder Hexaedern im dreidimensionalen euklidischen Raum, eine Menge von Freiheitsgraden und eine Basis von Funktionen. Die geometrische Basis eines Finiten Elements wird verallgemeinert als geometrische Zelle formuliert. Diese geschlossene geometrische Formulierung führt zu einer geometrieunabhängigen Definition der Basisfunktionen eines Finiten Elements in den Zellkoordinaten der geometrischen Zelle. Finite Elemente auf der Basis geometrischer Zellen werden als Bestandteile Finiter Element Zerlegungen in Finiten Element Interpolationen und Finiten Element Approximationen verwendet. Die Finiten Element Approximationen werden am Beispiel der 2-dimensionalen Diffusionsgleichung über das Standard-Galerkin-Verfahren ermittelt.
Numerische Approximation makroskopischer Verkehrsmodelle mit der Methode der Finiten Elemente
(2000)
Makroskopische Verkehrsmodelle sind ein wesentliches Hilfsmittel bei der Beurteilung und Steuerung von Verkehrsflüssen auf Hauptverkehrsadern. Für die notwendige Beeinflussung des Verkehrsablaufs werden Online-Messungen und prognostische numerische Simulationen benötigt. Für die Simulationen bieten sich makroskopische Verkehrsmodelle an, die den Verkehr als kontinuierliche Fahrzeugströmeabbilden. Aufgrund der Analogie zu den Modellen der Strömungsmechanik lassen sich die numerischen Verfahren aus diesem Bereich auch zur Lösung makroskopischer Verkehrsmodelle verwenden. Es wird eine Finite-Elemente-Approximation für die numerische Umsetzung makroskopischer Verkehrsmodelle vorgestellt. Exemplarisch wird sie am Verkehrsmodell von Kerner und Konhäuser erläutert. Dieses und andere makroskopische Verkehrsmodelle wurden bisher mit der Methode der Finiten Differenzen gelöst. Die vorgestellte Approximation entspricht einem Petrov-Galerkin-Verfahren, bei dem der Fehler eines Standard-Galerkin-Verfahrens mit Hilfe eines Upwinding-Koeffizienten minimiert wird. Die Wahl des Upwinding-Koeffizienten ist übertragbar und basiert ausschließlich auf dem Charakter der zugrundeliegenden Gleichungen. Die Ergebnisse zeigen typische Phänomene eines Verkehrsablaufs wie die Entstehung von Stop-and-Go-Wellen oder Staus. Die Finite-Elemente-Methode erweist sich für unter-schiedlichste Verkehrsmodelle als ausgesprochen stabil.
Hydro- und morphodynamischen Prozesse in Binnengewässern und im Küstennahbereich erzeugen hochkomplexe Phänomene. Zur Beurteilung der Entwicklung von Küstenzohnen, von Flussbetten sowie von Eingriffen des Menschen in Form von Schutzbauwerken sind geeignete numerische Modellwerkzeuge notwendig. Es wird ein holistischer Modellansatz zur Approximation gekoppelter Seegangs-, Strömungs- und Morphodynamischer Prozesse auf der Basis stabilisierter Finiter Elemente vorgestellt. Der Großteil der Modellgleichungen der Hydro- und Morphodynamik sind Transportgleichungen. Dem Transportcharakter dieser Gleichungen entsprechend wird ein stabilisiertes Finites Element Verfahren auf Dreiecken vorgestellt. Die vorgestellte Approximation entspricht einem streamline upwinding Petrov-Galerkin-Verfahrens für vektorwertige mehrdimensionale Probleme, bei dem der Fehler eines Standard-Galerkin-Verfahrens mit Hilfe eines Upwinding-Koeffizienten minimiert wird. Die Wahl des Upwinding-Koeffizienten ist übertragbar auf andere Problemklassen und basiert ausschließlich auf dem Charakter der zugrundeliegene Das Modell wurde für Seegangs- und Strömungs-Untersuchungen im Jade-Weser-Ästuar an der deutschen Nordseeküste eingesetzt.
Die Verfügbarkeit und die sichere Beherrschung moderner und kostengünstiger Informations- und Kommunikationstechnologien gestattet es auch kleinen unternehmerischen Einheiten im Bauwesen sich in betriebsübergreifenden Netzwerken zu organisieren und sich besser in die Wertschöpfungskette am Bau zu integrieren. In sogenannten >Virtuellen Organisationen< (VO) können diese für die Volkswirtschaft wichtigen Unternehmen ihre Wettbewerbsvorteile wie höhere Flexibilität, schnelle Reaktion auf Kundenwünsche und Marktnähe nutzen und somit ihr langfristiges Bestehen in einem liberalen Wettbewerb auf einem erweiterten EU-Markt sichern und ausbauen. Die derzeit existierenden Hindernisse im Informationsfluss zwischen Baustelle und Büro können durch den Einsatz mobiler, funkvernetzter Endgeräte, wie beispielsweise >Smart-Phones<, und einer neu zu gestaltenden Infrastruktur zum Wissensmanagement und zur kontextsensitiven Informationsdarstellung abgebaut werden. Im Rahmen dieser Veröffentlichung werden konzeptionelle Ansätze eines integrierten Informationsmanagements zur Unterstützung von VO, die im Rahmen des BMBF-Projektes >IuK-System Bau< derzeit entwickelt werden, vorgestellt.
Processing technical and environmental data on building materials, components, and systems has become more important during the last few years. Increased sensitivity towards environmental and energy problems has lead to the demand for simulation and evaluation of the long term behavior of buildings. The results of such simulations are expected to enable architects and engineers to develop a broader, interdisciplinary understanding of the impact of their products (buildings) on the environment. However, conducting such evaluations is currently hampered by the lack of comprehensive, up-to-date, and ecologically relevant data on building materials, components, and systems. To address this problem, this paper proposes an approach to deal with the absent or uncertain attributes of building materials, components, and systems. In the past, various information systems have been developed to provide data on a limited set of building materials, including precise values pertaining to some of their characteristics, such as availability, manufacturers, costs, etc. These traditional information systems have difficulty in dealing with uncertain, incomplete and sparse data. However, uncertainty and incompleteness characterize the nature of most of the available and environmentally related characteristics of materials, components, and systems. In this paper, a fuzzy-logic-based augmentation of traditional information systems is proposed towards providing management, utilization and manipulation of incomplete and uncertain data.
The AEC industry is conscious of the potentials arising from the usage of mobile computer systems to increase productivity by streamlining their business processes. Discussions are no longer on whether or not to use a mobile computer solution, but rather, on how it should be used. However, the implantation process of this new technology in Architecture, Engineering and Construction (AEC) and Facility Management (FM) practise is very slow and should be improved. One way to encourage and ease the usage of mobile computer systems in AEC is a more process-oriented usability and context appropriateness of mobile computer solutions. Context-sensitivity is defined as a crucial feature to be taken into account for further research in the area of Mobile Computing. Context-sensitive, mobile IT-solutions depend on two features: (1) flexible definitions of (construction) processes describing the context and (2) tools for flexible, multi-dimensional information management representing the context. It is on this premise that the authors propose the n-dimensional data management approach for the implementation of mobile computing solutions. In this paper, we analyse working scenarios in the AEC and FM sector, defining context aspects which are transformed and formalized as dimension hierarchies of the envisaged context model.
The research reported in this article was conducted to mainly explore the two common numeric prediction techniques, the model tree and the regression tree, when used in conjunction with bagging as a wrapper method. Bagging is used to improve the prediction accuracy of these two algorithms, and results are compared with the ones obtained earlier by the k-nearest neighbor (KNN) algorithm. From the conducted experiments, both the bagged regression tree and bagged model tree produce better results than not only their corresponding regression tree and model tree alone, but also the KNN with optimal value of k equal to 7. In addition, the bagged model tree yields the lowest prediction errors and a highest correlation coefficient of 0.81. It is demonstrated that it is feasible to use the bagged model tree for engineering applications in prediction problems such as estimating the remaining service life of bridge decks.
Building design in Civil Engineering is characterized by the cooperation of experts in multiple disciplines. Close cooperation of engineers in different fields is the basis of high product quality, short development periods and a minimum of investment costs. For each building the engineers have to create a new fire engineering model. The consistent realization of the fire engineering model in all details has high demands on communication, collaboration and building models. Thereby, to preserve the related design models consistent to each other and compatible with the rules of fire engineering is a complex task. In addition, regulations and guidelines vary according to the building location, so the knowledge base must be integrated dynamically into the planning process. This contribution covers the integration of engineers and design models into a cooperation network on the basis of mobile agents. The distributed models of architectural design, structural planning and fire engineering are supported. These models are implemented as XML-based models which can be accessed by mobile agents for information retrieval and for processing tasks. Agents are provided to all planners, they are enabled to check up the distributed design models with the knowledge base of the fire protection regulations,. With the use of such an agent each planner is supported to check up his planning for accordance with the fire protection requirements. The fire-engineering-agent analyzes the design and detects inconsistencies by processing fire protection requirements and design model facts in a rule-based expert system. The possibility to check the planning information at an early state in the sense of compatibility to the fire protection regulations enables a comprehensive diagnosis of the design and the reduction of planning errors.
In Anbetracht der leistungsstarken Computernetzwerke und der intensiven Globalisierung von Wissenschaft und Technik im Bauwesen ist es das Ziel der Bauinformatik, die Planungsprozesse des Konstruktiven Ingenieurbaus für die Nutzung verteilter Ressourcen zu gestalten, geeignete Kooperationsmodelle für die Fachplanung im Informationsverbund der Projektbeteiligten zu entwickeln und die kooperative Projektbearbeitung unter Nutzung verteilter Fachmodelle in Netzen zu ermöglichen. Dazu werden neue methodische Grundlagen geschaffen, welche die tiefgreifenden Veränderungen der Arbeits- und Organisationsstrukturen berücksichtigen. Vor diesem Hintergrund zeigt der Beitrag aktuelle Forschungsinhalte der Bauinformatik auf, die insbesondere im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms 1103 'Vernetzt-kooperative Planungsprozesse im Konstruktiven Ingenieurbau' von verschiedenen Projekten arbeitsteilig entwickelt werden. Es wird ein integratives Prozessmodell vorgestellt, das die Grundlage für die Unterstützung der vernetzt-kooperativen Planung mit modernen Methoden der Informationsverarbeitung und Kommunikationstechnik zusammenführt. An einem Beispiel aus dem baulichen Brandschutz werden die methodischen Ansätze der Prozessmodellierung mit Petri-Netzen und der mobilen Softwareagenten zur Unterstützung der Kooperation in der Fachplanung des Bauwesens dargestellt und erläutert.
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.
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.
After more than hundred years of arguments in favour and against quaternions, of exciting odysseys with new insights as well as disillusions about their usefulness the mathematical world saw in the last 40 years a burst in the application of quaternions and its generalizations in almost all disciplines that are dealing with problems in more than two dimensions. Our aim is to sketch some ideas - necessarily in a very concise and far from being exhaustive manner - which contributed to the picture of the recent development. With the help of some historical reminiscences we firstly try to draw attention to quaternions as a special case of Clifford Algebras which play the role of a unifying language in the Babylon of several different mathematical languages. Secondly, we refer to the use of quaternions as a tool for modelling problems and at the same time for simplifying the algebraic calculus in almost all applied sciences. Finally, we intend to show that quaternions in combination with classical and modern analytic methods are a powerful tool for solving concrete problems thereby giving origin to the development of Quaternionic Analysis and, more general, of Clifford Analysis.
Ideally, multiple computational building evaluation routines (particularly simulation tools) should be coupled in real-time to the representational design model to provide timely performance feed-back to the system user. In this paper we demonstrate how this can be achieved effectively and conveniently via homology-based mapping. We consider two models as homologous if they entail isomorphic topological information. If the general design representation (i.e., a shared object model) is generated in a manner so as to include both the topological building information and pointers to the semantic information base, it can be used to directly derive the domain representations (>enriched< object models with detailed configurational information and filtered semantic data) needed for evaluation purposes. As a proof of concept, we demonstrate a computational design environment that dynamically links an object-oriented space-based design model, with structurally homologous object models of various simulation routines.
There are many construction projects in China and mass documents are exchanged among the multi-party, including the owner, the contractor and the engineer in the projects. Based on previous studies, an approach to the utilization of the exchanged documents is established by using data warehouse technology and a prototype system called EXPLYZER is developed. The approach and the prototype system are verified through their application in a construction project. It is concluded that the approach can support the decision-making in project management.
Plausibilität im Planungsprozess - Digitale Planungshilfen für die Bebaubarkeit von Grundstücken
(2003)
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< werden Konzepte und Prototypen für eine fachlich orientierte Planungsunterstützung entwickelt. Die Vielfalt der unterschiedlichen Faktoren, die Einfluss auf den Planungsprozess nehmen können, sowie deren Abhängigkeiten voneinander werden von heutigen Planungssystemen in nur unzureichender Weise aufbereitet und verwaltet. Diese Faktoren bedingen Planungstools, deren Aufgabe die Beschaffung, Verarbeitung, Integration und Verwaltung von Informationen sowie die Veranschaulichung der komplexen Informationszusammenhänge ist. Die Entwicklung solcher Systeme ist technisch möglich. Die Schwierigkeit liegt in der Beschaffung und Strukturierung der für den Planungsprozess relevanten Informationen sowie in ihrer Aufbereitung und Integration in eine digitale Planungsumgebung. Das Bestreben des Forschungsprojektes ist es, Grundlagen für digitale Werkzeuge zu entwickeln die zu plausiblen Lösungen im Planungsprozess und somit zu erhöhter Planungssicherheit für die am Bau beteiligten Auftragnehmer und Auftraggeber führen. Es wird angestrebt Programm-Module zu entwickeln, die den Planer bei der Ermittlung von Lösungswegen zu einer Fachfrage inhaltlich unterstützen und die Nachvollziehbarkeit und Richtigkeit einer Planungsentscheidung gewährleisten und plausibel darlegen. Mit Hilfe der Module sollen Entscheidungsfindungen katalysiert werden. Die Bauvorhaben der Zukunft werden zu einem großen Teil im Bestand liegen. Dieses Faktum erfordert planerische Maßnahmen, für die vollends Werkzeuge und Hilfsmittel fehlen, die zu plausiblen und sicheren Planungsentscheidungen führen. Die Entwicklung solcher Hilfsmittel ist Ziel dieser Forschung. Der Beitrag stellt prototypische Software-Module vor, die sich mit der Problematik der potenziellen Bebaubarkeit einer Grundstücksfläche auseinander setzen. Die Module verarbeiten Regeln, die den einschlägigen Normen und Verordnungen entnommen sind, die bei der Erarbeitung einer Planungslösung eingehalten werden müssen.
Bei der Gründung von schweren Bauwerken (z.B. Hochhäusern auf Gründungsplatten und pfählen) wird der Lastabtrag in den Baugrund durch eine starke Interaktion zwischen Bauwerk und Baugrund bestimmt. Der Baugrund kann phänomenologisch als Mehrphasenkontinuum beschrieben werden, bei dem die Phasen Feststoff, Flüssigkeit und Gas in mechanische Wechselwirkung treten. Die Wechselwirkung zwischen der Deformation des Feststoffes und der Strömung des Porenwassers spielt unter der Lasteinwirkung des Bauwerks und unter dynamischer Erregung eine zentrale Rolle. Bei komplexen Gründungsverhältnissen können die Deformations- und Spannungszustände realitätsnah nur durch dreidimensionale Modelle erfasst werden. Je nach Baufortschritt stellen sich die Probleme dabei unterschiedlich dar. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit der für die mit der Simulation mit der Methode der finiten Elemente notwendigen Modellierung und der rechnergestützten Netzgenerierung für die Baugrund-Tragwerk-Strukturen. Bei komplexen dreidimensionalen Gründungskonstruktionen ist eine solche rechnergestützte Diskretisierung mit finiten Elementen zweckmäßig, die das geotechnische System und dessen Randbedingungen und Lasten umfassend beschreiben und verwalten kann. Dafür werden geeignete Software-Werkzeuge vorgestellt, mit denen sich dreidimensionale, zeitabhängige Systeme modellieren und diskretisieren lassen. Die Kontaktproblematik zwischen Baugrund und Tragwerk und die Besonderheiten des Mehrphasenkontinuums stellen besondere Ansprüche an die Diskretisierung. Zudem werden Methoden vorgestellt, die das akkumulierte Gründungsmodell, das sich über den Bauablauf ergibt, verwalten und die verschiedenen Bauzustände in einem dynamischen Modell bereitstellen.
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.
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.
A vast growth of advanced information technology systems and tools nowadays is opening new ways to collect accurate as-built data. Since the turn of the millennium, new technology developments enable for the first time to gather accurate as-built information. Accurate as-built data will be of great usage to construction management as well as to designers and engineers. Given that most of the planned data are already digitally available, as-built data remains on paper forms. Information technology developments are opening new ways to digitize construction field data in order to develop intelligent tools for construction management allowing design engineers to update as-planned data. 3D Laser scanning, digital close-range photogrammetry and mobile computing are among the promising data collection technologies, which are auspicious to create new opportunities to develop advanced construction management and engineering tools. Primarily, accurate collected as-built data will be highly beneficial for the process of updating as-planned data.
The failure mechanisms of textile reinforced concrete (TRC), which is a composite of bundles of long fibers and fine concrete, are complex. Most important for the ductility is the successive debonding of the fibers from the surrounding matrix when the brittle matrix is cracking. Therefore, one of the main issues is the simulation of the bond behavior between the reinforcement and the matrix. By introducing a hierarchical material model for TRC the mechanical behavior is simulated by means of representative volume elements modelled on the meso scale. Finite element analysis is used to determine the effective properties of TRC within a periodic homogenization framework. Further, a multiscale finite element technique is suggested, where constitutive equation are formulated only on the meso level.
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.
Although there are some good reasons to design engineering software as a stand-alone application for a single computer, there are also numerous possibilities for creating distributed engineering applications, in particular using the Internet. This paper presents some typical scenarios how engineering applications can benefit from including network capabilities. Also, some examples of Internet-based engineering applications are discussed to show how the concepts presented can be implemented.
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.
This paper describes a research project that addresses the difficulties in dealing with regulatory documents such as national and regional codes. These documents tend to be voluminous, heavily cross-referenced, possibly ambiguous and even conflicting at times. There are often multiple documents that need to be consulted and satisfied; however it is a difficult task to locate all of the relevant provisions. In addition, sections dealing with the same or similar conceptual ideas sometimes lay down conflicting requirements. We propose a framework for regulation representation, analysis and comparison with emphasis on the extraction of similarities between provisions. We focus on accessibility regulations, whose intent is to provide the same or equivalent access to a building and its facilities for disabled persons. An XML regulatory repository is developed to extract structural as well as non-structural features from government regulations to help user understanding and computational analysis. A similarity analysis is performed between different sources of regulations. In order to achieve a better comparison between provisions, we employ a combination of feature matching and structural analysis. Results are shown on comparisons between American and European codes, as well as on the domain of electronic-rulemaking.
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.
Wirklichkeitsnahe Erfassung und Beschreibung des Trag- und Verformungsverhaltens von Strukturen baulicher Anlagen hat in den letzten Jahrzehnten ständig an Bedeutung gewonnen. Konstruktionen im Hoch- und Industriebau werden zunehmend multifunktional genutzt - die >Grenzen< zwischen Bauwerk und Tragwerk, zwischen Hüll- und Tragkonstruktion lösen sich auf. Werden raumabschließende Elemente (Wände, Decken, Dächer) gleichzeitig als Tragelemente und wärme- und schalldämmende Konstruktionen ausgeführt, so entstehen beispielsweise Sandwichplatten, deren Schichten sehr stark differierende Materialeigenschaften aufweisen. Beim Aufbau des FEM-Modells für vielschichtige Schalen können die Formänderungshypothesen für jede Schicht einzeln als auch für die Schale insgesamt gegeben werden. Im ersten Fall ist der Knotenfreiheitsgrad von der Schichtenzahl abhängig, im zweiten Fall nicht. Im weiteren wird eine Formänderungshypothese für das Schichtenpaket angenommen. Ausgegangen wird von den Gleichungen der 3D-Elastizitätstheorie. Die Berücksichtigung der Querkraftschubverformungen ergibt die Möglichkeit einer adäquaten Beschreibung der Verformungen sowohl dünner Schalen als auch von Schalen mittlerer Dicke; die Berechnung der Krümmungen und der LAMEschen Parameter der Bezugsfläche zu umgehen, was für komplizierte Schalenformen eine selbständige Aufgabe ist; eines natürlichen Übergangs von homogenen zu geschichteten Schalen. Das vielschichtige isoparametrische Schalen-FE wird vorgestellt, seine Implementierung in das in Entwicklung befindliche Programmsystem SLANG wird vorbereitet.
The planning of projects in building engineering is a complex process which is characterized by a dynamical composition and many modifications during the definition and execution time of processes. For a computer-aided and network-based cooperation a formal description of the planning process is necessary. In the research project “Relational Process Modelling in Cooperative Building Planning” a process model is described by three parts: an organizational structure with participants, a building structure with states and a process structure with activities. This research project is part of the priority program 1103 “Network-Based Cooperative Planning Processes in Structural Engineering” promoted by the German Research Foundation (DFG). Planning processes in civil engineering can be described by workflow graphs. The process structure describes the logical planning process and can be formally defined by a bipartite graph. This structure consists of activities, transitions and relationships between activities and transitions. In order to minimize errors at execution time of a planning process a consistent and structurally correct process model must be guaranteed. This contribution considers the concept and the algorithms for checking the consistency and the correctness of the process structure.
Diskrete Arbeitsvorgänge lassen sich mit Hilfe von Petri--Netzen formal beschreiben. Petri--Netze basieren auf der Graphentheorie. Die Elemente zweier Knotenmengen werden Stellen und Transitionen genannt und sind durch gerichtete Kanten miteinander verknüpft. Stellen repräsentieren Bedingungen oder Zustände und Transitionen Ereignisse oder Vorgänge. Durch Petri--Netze ist es möglich nicht nur eine statische Vorgänger--Nachfolger--Struktur abzubilden, vielmehr können ebenso Ereignisse, Alternativen und Nebenläufigkeiten modelliert werden. In diesem Beitrag wird vorgestellt, wie ein Bauablauf gegeben durch ein Vorgangsknoten-Netzplan mit sehr wenigen Schritten auf ein Bedingungs/Ereignis-Netz abgebildet werden kann. Alle notwenigen Teilschritte wie das Bilden von Teilnetzen oder das Vergröbern und Verfeinern von Knoten basieren auf einem mathematisch abgesicherten Fundament. Im Gegensatz zu anderen Formulierungen von Bauabläufen ist die Theorie der Petri-Netze eine allgemeingültige Theorie und kann in vielen Bereichen eingesetzt werden. Die Verwendung einer solchen mathematischen Abstraktion ermöglicht die Wiederverwendung von bereits entwickelten Lösungsansätzen. So können die gewonnenen Erfahrungen auch bei der Modellie-rung von anderen Arbeitsvorgängen verwendet werden.
This study aims at constructing the simulation system of distribution patterns of solar irradiance, sunshine duration and sky factor with the user-friendly interface and sharing this system with users on the Internet. The characteristics of this simulation system are as follows: (1) Web-based user interface, (2) Accessible system through the Internet and (3) Sunlight and skylight simulation based on physically accurate equations with considering various sky conditions and the reflection from the surface of objects. As a case study, impact of the development plans are analyzed and evaluated using this system. Solar irradiance, sunshine duration and sky factor are calculated at the surface of the buildings and open spaces every 10 minutes from 8 to 16 on the winter solstice. The values of these indices are expressed as the ratio to those calculated under the condition with no buildings. In conclusion, this web-based simulation system can be useful for visualizing the sunlight and skylight conditions on outdoor open spaces and the surface of the buildings to evaluate development plans objectively. Users can make access to the system from almost all of the computers connected with the Internet and modify parameters by themselves to get desirable results. Further improvement of the user interface is necessary using more advanced technology of CGI, Java and JavaScript.
Für den Entwurf der i.a. aus langen schmalen Rechtecken bestehenden Schal- bzw. Werkpläne wird eine Entwurfsunterstützung vorgestellt, bei der die Größe der Rechtecke wie immer festgelegt wird, die Lage der Rechtecke aber durch topologische Angaben. Letztere bilden programmtechnisch Bedingungen, wobei zwischen Berühr- und Bündigkeitsbedingen unterschieden wird. Diese Angaben positionieren das neue Rechteck im Bezug zu einem bereits platzierten. Zum Beispiel erlaubt die Angabe, die Säule ist oberhalb des Fundamentes und belastet dieses mittig, eine eindeutige Festlegung der Lage der Säule bei gegebener Lage des Fundamentes und gegebenen Abmessungen beider Rechtecke. Die Formulierung mittels Bedingungen hat den Vorteil daß diese auch bei Änderung von Abmessungen gültig bleiben. Die hier vorgestellte Eingabeart der relativen Positionierung ist eine Erweiterung des Orthomodus, wie er bei Bau-CAD-Programmen stets gefunden wird.
We show a transformation K which allows us to rewrite the Dirac equation in its covariant form in a purely real quaternionic equation. We discuss how this transformation allows us for obtaining a involutive symmetry of the Dirac equation, as well as one simplification of the traditional vector of currents of the Dirac equation in traditional form. We also show the corresponding quaternionic equation for the problem of charge conjugation in the hole theory, and the quaternionic equation of conservation of currents. Finally, we discuss one decomposition of the quaternionic Dirac operator in two Maxwell's operators corresponding to time-harmonic case in homogeneous media, without sources which surprisingly agrees with the well known relation in quantum mechanics between the frequency ù and the impulse p E=p²c²+m²c, where E denotes the energy.
With the aid of factorization of the Schrödinger operator by quaternionic differential operators of first order proposed in recent works by S. Bernstein and K. Gürlebeck we study the system describing forcefree magnetic fields with nonconstant proportionality factor, the static Maxwell system for inhomogeneous media, the Beltrami condition and the Dirac equation with different types of potentials depending on one variable. We obtain integral representations for solutions of these systems.
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.
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
At present time neuronet's technologies have got a wide application in a different fields of technique. At the same time they give insufficient consideration to using neuron nets in the field of building. Use of approximating neuron nets will allow to definite the deflected mode of constructions elements using noticeably less computing facilities then by using universal methods, finite-element method for instance. Today neuron nets are used for calculation separate elements of building constructions. In this work use of neuron nets for calculation deflected mode of construction which consists of many elements is consider. The main idea of suggested analysis is using neuron nets for calculation internal intensities and transferences pieces of model which are selected by there functional destination. For example, a plate is destine for adoption intensity distributed among area, the purpose of core is taking up surface distributed intensity. Elements involved as intensity converter. Plate serve for intensities dispersion and their transfer. A template is associated with functional destination. A template regards as composition of model elements which has define functional destinations. A single template can incarnate several functional destinations. On receipt values of components transference the estimation of their permissibility is put into practice. In the case of detection a violation of permissible limit, in the component database is making a search for component with analogous functional destination, according to the type of violation. If such component is found than a change a previous component into new one is realized. Thus besides control a condition of construction by components there is a possibility to make a search for decisions of revealed problem....
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 development of a consistent material model for textile reinforced concrete requires the formulation and calibration of several sub-models on different resolution scales. Each of these models represents the material structure at the corresponding scale. While the models at the micro-level are able to capture the fundamental failure and damage mechanisms of the material components (e.g. filament rupture and debonding from the matrix) their computational costs limit their application to the small size representative unit cells of the material structure. On the other hand, the macro-level models provide a sufficient performance at the expense of limited range of applicability. Due to the complex structuring of the textile reinforced concrete at several levels (filament - yarn - textile - matrix) it is a non-trivial task to develop a multiscale model from scratch. It is rather more effective to develop a set of conceptually related sub-models for each structural level covering the selected phenomena of the material behavior. The homogenized effective material properties obtained at the lower level may be verified and validated using experiments and models at the higher level(s). In this paper the development of a consistent material model for textile reinforced concrete is presented. Load carrying and failure mechanisms at the micro, meso and macro scales are described and models with the focus on the specified scales are introduced. The models currently being developed in the framework of the collaborative research center are classified and evaluated with respect to the failure mechanisms being captured. The micromechanical modeling of the yarn and bonding behavior is discussed in detail and the correspondence with the experiments focused on the selected failure and interaction mechanisms is shown. The example of modeling the bond layer demonstrates the application of the presented strategy.
This paper introduces the current development of electronic catalogues of construction products. The common system architecture of Web-based electronic products catalogues are discussed, followed by a discussion on construction products information standardization and latest distributed-systems technologies for communicating construction products information. Finally, this paper presents an implementation of Web service in e-commerce systems to enable sharing of construction products information.
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
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.
In recent years, the survey is performed for repair, such as a bridge and a building built in past, spending great expense. And it is anxious for the survey technique that doesn’t need cost and time more. Then, we made an idea of the technique of precise 3D model creation by 2D pictures. However, the technique of performing the improvement in accuracy of convergent photographing and automatic acquisition of corresponding points was not established. Therefore, in this research, we try to obtain a semi-automation of corresponding points acquisition from initial corresponding points and the improvement in accuracy of convergent photographing. Moreover, we applied the research to the used house of Japanese real estate, and the applicable field was selected as the high needs of the residence of 3D model. And we developed the system that everyone could create Web / 3D model house by VRML easily without requiring expensive apparatuses or expertise.
The dynamic behaviour of shells, which are widely used in construction and mechanical engineering as critical components of machinery and 3-D structures, under static and dynamic loadings is described by system of deep nonlinear differential equations. Solution of these equations can be received with assistance of technique basing on a modern numerical algorithms and computer modeling.. The system of nonlinear differential equations of vibration of the shells is proposed taking into account the inertia forces in the tangential and normal directions. Its solution is based on combination of parameter prolongation method, finite-difference method and the Newton-Kantorovich iterative algorithm that allows plotting the loading trajectories and determination of bifurcation points on them. Package of Applied Programs >SEVSOR< is a computation means to be used in research of deformation, stability and vibration in thin axically-symmetric shells of complicated shape Input data include information on shell geometry, physical and mechanical properties, bearing conditions, types of loadings and load application. Frame output of motion forms in real time or either in decelerated or accelerated time scales for creating cartoons or video films is used for analysis of the compound dynamic processes in shell-type structures.
In [1] a quaternionic reformulation of the time-harmonic Maxwell equations for chiral media was proposed and used in [2] in order to construct complete systems of quaternionic fundamental solutions convenient for numerical analysis of scattering boundary value problems. In the present contribution we give a quaternionic reformulation of time-dependent Maxwell's equations for chiral media. The Maxwell system is written as a single quaternionic equation. We obtain a fundamental solution of this equation and use it for solving Maxwell's system with sources. This is a joint work with V. V. Kravchenko. [1] Khmelnytskaya, K. V., Kravchenko, V. V. and H. Oviedo: Quaternionic integral representations for electromagnetic fields in chiral media. Telecommunications and Radio Engineering 56 (2001), # 4&5, 53-61. [2]Khmelnytskaya, K. V. , Kravchenko, V. V. and V. S. Rabinovich: Quaternionic Fundamental Solutions for Electromagnetic Scattering Problems and Application. Zeitschrift für Analysis und ihre Anwendungen 22 (2003), 147--166.
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.
The management of resources is an essential task in each construction company. Today, ERP systems and e-Business systems are available to assist construction companies to efficiently organise the allocation of their personnel and equipment within the company, but they cannot provide the company with the idle resources for every single task that has to be performed during a construction project. Therefore, companies should have an alternative solution to better exploit expensive resources and compensate their fixed costs, but also have them available at the right time for their own business activities. This paper outlines the approach taken by the EU funded project “e-Sharing” (IST-2001-33325) to support resource management between construction companies. It will describe requirements for the management of construction resources, its core features, and the integration approach. Therefore, we will outline the approach of an integrated resource type model supporting the management and classification of construction equipment, construction tasks and qualification profiles. The development is based on a cross-domain analysis and evaluation of existing models. ...
Some key facts about the economic environment of construction industry are explained. It is shown that construction industry is very heterogeneous and has changed drastically during the recent years due to a rapidly moving commercial environment. Two examples of todays’s use of virtual construction tools in construction projects are presented. The first example is the document control for a large international project. The second is the application of 4D modelling in the preconstruction phase of a dam project. It is shown that virtual construction, is a major international trend that currently takes up speed. Some generic industry needs for Research and Development which aims at short and medium term results are presented.
The paper presents the abstraction of process relevant information in order to enable the workflow management based on semantic data. It is shown for three examples, how the standards define the information needed to perform a certain planning activity. Abstraction of process relevant information is discussed for different granularities of the underlying processmodel. As one possible application ProMiSE is introduced, which uses process relevant data in individual tokens in a petri-net based process-model.
Der Beitrag basiert auf den Ansätzen und Ergebnissen des Forschungsprojekts >Prozessorientierte Vernetzung von Ingenieurplanungen am Beispiel der Geotechnik<, das im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1103 >Vernetzt-kooperative Planungsprozesse im Konstruktiven Ingenieurbau< von der DFG gefördert wird. Ziel des gemeinsam mit dem Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen an der TU Darmstadt durchgeführten Forschungsprojekts ist die Entwicklung einer netzwerkbasierten Kooperationsplattform zur Unterstützung von geotechnischen Ingenieurplanungen. Daher konzentriert sich das Forschungsprojekt auf die Abbildung und Koordination der Planungsprozesse für Projekte des Konstruktiven Ingenieurbaus vor dem Hintergrund der stark arbeitsteiligen Projektbearbeitung in einer verteilten Rechnerumgebung. Der Beitrag stellt die Abstraktion von Prozessmustern im Bauplanungsprozess als Basis für die dynamische Prozessmodellierung in einem Kooperationsmodell dar. Ziel ist es, durch die Identifikation der mit dem Entwurf und der Dimensionierung eines Bauteils verbundenen Planungs- und Abstimmungsprozesse einen bauteilbezogenen Katalog von Prozessmustern zu abstrahieren. Die einzelnen Prozessmuster werden in jedem Bauplanungsprozess dynamisch über geeignete Kopplungsmechanismen in das aktuelle Prozessmodell integriert, so dass die für den Bauplanungsprozess typischen Veränderungen der Konstruktion und der Zusammensetzung des Planungsteams im Prozessmodell berücksichtigt werden können. Dazu werden im Beitrag die bisherigen Ergebnisse der Analyse des Planungsprozesses eines großen innerstädtischen Bauvorhabens, das als Referenzobjekt dient, sowie typischer Planungsszenarien in der Geotechnik vorgestellt. Anschließend werden Grundlagen und methodische Ansätze zur Modellierung von Prozessen mit der Methode der farbigen Petri-Netze mit individuellen Marken vorgestellt. Anhand von Beispielen für bauteilorientierte Prozessmuster wird die Funktionalität der Prozessmuster in sich und im gegenseitigen Zusammenspiel erläutert
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.
Most retaining walls and box culverts built for arterial road construction are simple, and the design process of these structures is often repetitive and labor-intensive because they are so similar in structural configuration. Although some integrated design automation systems developed for retaining walls and box culverts have expedited the design process of these structures, the process of collecting and distributing the resultant engineering documents has not been fully integrated with the computer applications. We have been developing a Web-based design automation system to manage the resultant documents as well as to speed up the repetitive design process. Manipulation of engineering drawings in the Web page is one of the critical functions needed for Web-based design automation. eXtensible Markup Language (XML) and XML-based vector graphics are expected to facilitate the representation of engineering drawings in the Web page. In this paper, we present how we used XML and Scalable Vector Graphics (SVG) to compose engineering drawings and represent them in the Web page. XML Data Island we designed to define drawing components turned out effective in manipulating the engineering drawings in the Web page.
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.
Business enterprises find themselves forced to choose between plots within a predetermined site instead of choosing a site within a region to be distinguished for industrial uses. Their traditional role in making their own market studies regarding inputs and outputs is no longer valid under the new circumstances. The central planner has taken over their role and given them limited paths along which they can practice their production. Site selection has turned into plot selection within a predetermined site. Modeling is a technique used in regional planning, which allows the demonstration of certain industrial park related relations in a numerical form. The science of mathematics is widely used in this technique because of its ability to set relations in a logical relationship that can clarify the dilemma under discussion and reflect results in numerical form. This paper observes the relationship between the architectural product and its effect on the urban fabric in regions and provinces by means of scientific modeling. The developed method for the clarification of the relationship between the industrial parks and urban localities in Jordan can by used to determine similar cases elsewhere. A new model for the evaluation of big-scale projects, such as industrial parks, which was developed in the author's dissertation at the Graz University of Technology, is going to be presented. This modeling technique was called the Ranking Model (RM). The constructed RM gives no solutions for existing regional planning disparities, but rather points to possible solutions according to the strategies followed in each country.
A computational strategy that employs a multi-level approach to model the physical phenomena that occur during a structural collapse is used to simulate demolition of a multi-story precast concrete building. The building is modeled by means of beam elements, whose rigidity relations have been derived from a fracture mechanics-based model of cracked RC panels and joints. The motion and deformation of the collapsing building are solved as a transient dynamic problem in the finite displacements/ rotations range. The presented approach appears as an efficient way to verify whether a proposed demolition method leads to the desired mechanism of building collapse. By simulating various blasting scenarios, the most suitable demolition procedure is identified.
All construction project are constrained by their schedules, budgets and specifications, and safety and environmental regulations. These constraints made construction management more complex and difficult. At the same time, many historical data that can support the decisions in the future are kept in construction enterprises,. To use the historical data effectively and efficiently, it is essential to apply the data warehouse and data mining technologies. This paper introduces a research which aims to develop a data warehouse system according to the requirements of construction enterprises and use data mining technology to learn useful information and knowledge from the data warehouse system. The design, the development and the application of this system are detailedly introduced in this paper.
The construction industry is a supportive industry in China. IT (information technolgy), including computer technology and communication technology, as a whole is regarded as the most important means to upgrade the construction industry so that research projects were organized by Chinese government to further the application of IT in the construction industry. This study originated from one of the projects and is aimed at grasping the general situation on the application of IT in the construction industry. A questionnaire was designed for the survey, which used stratified proportional sampling method, and was carried out under the help of a government agency. This study can not only provide sound foundation for the government to make relative policies, but also reveal references for the firms in construction industry to apply IT in their business. This paper presents the preliminary result of the survey.
With the speedy development of transportation of China, especially construction of many high-grade highways, some information technology successes have been achieved in the highway and bridge engineering, such as survey, design, construction and maintenance etc. In this paper, some applications about information technology in the highway engineering were introduced and some bridge professional software developed by RIOH (Research Institute Of Highways) in recent years was also introduced.
A distributed geotechnical remote analysis of data system (Distributed G-RAD) can benefit both owners and contractors in providing better quality control and assurance on geotechnical projects. The Distributed G-RAD approach involves efficient data acquisition using PDAs with GPS capability, radio frequency identification (RFID) tags for labeling soil samples, laser scanning for measuring lift thickness and volumes of stockpiles and borrow pits. Spatial data storage is provided using a geographic information system (GIS). Portions of this system are already developed while other parts are still being considered. This paper also describes how RFID and laser scanning technologies can be used in the larger Distributed G-RAD system.
One of the most promising and recent advances in computer-based planning is the transition from classical geometric modeling to building information modeling (BIM). Building information models support the representation, storage, and exchange of various information relevant to construction planning. This information can be used for describing, e.g., geometric/physical properties or costs of a building, for creating construction schedules, or for representing other characteristics of construction projects. Based on this information, plans and specifications as well as reports and presentations of a planned building can be created automatically. A fundamental principle of BIM is object parameterization, which allows specifying geometrical, numerical, algebraic and associative dependencies between objects contained in a building information model. In this paper, existing challenges of parametric modeling using the Industry Foundation Classes (IFC) as a federated model for integrated planning are shown, and open research questions are discussed.
Ein simultanes Lösungsverfahren für Fluid-Struktur-Wechselwirkungen aus dem Bereich des Bauingenieurwesens wird vorgestellt. Die Modellierung der Tragwerksdynamik erfolgt mit der geometrisch nichtlinearen Elastizitätstheorie in total Lagrangescher Formulierung. Die Strömung wird mit den inkompressiblen Navier-Stokes-Gleichungen beschrieben. Wenn Turbulenzeffekte massgeblich sind, kommen die Reynolds-Gleichungen in Verbindung mit dem k-omega-Turbulenzmodell von Wilcox zum Einsatz. Zur Beschreibung von komplexen freien Oberflächen wird die Level-Set-Methode eingesetzt. Die einheitliche Diskretisierung von Fluid und Struktur mit der Raum-Zeit-Finite-Element-Methode führt zu einem konsistenten Berechnungsmodell für das gekoppelte System. Da die isoparametrischen Raum-Zeit-Elemente ihre Geometrie in Zeitrichtung ändern können, erlaubt die Methode eine natürliche Beschreibung des infolge der Strukturbewegung zeitveränderlichen Strömungsgebiets. Die gewichtete Integralformulierung der Kopplungsbedingungen mit globalen Freiwerten für die Interface-Spannungen sichert eine konservative Kopplung von Fluid und Struktur. Ausgewählte Anwendungsbeispiele zeigen die Leistungsfähigkeit der entwickelten Methodik und belegen die guten Konvergenzeigenschaften des simultanen Lösungsverfahrens.
Seit die Datenverarbeitung in ihrer Komplexität sich der Thematik des Computer Integrated Manufacturing widmet gehört die Produktionsplanung und Steuerung zu jenen Bereichen, in denen eine Computerunterstützung am vordringlichsten erschien. Später sind betriebswirtschaftliche Gesamtlösungen entstanden, die (bis heute recht unpräzise) als Enterprise Resource Planning (ERP)-Systeme bezeichnet werden und in ihren Logistik-Modulen auch Funktionen der Produktionsplanung abdecken. Alle bekannten MRP-, PPS- und auch ERP-Systeme beruhen auf einer Sukzessivplanung. Advanced Planning and Scheduling (APS) Systems finden seit etwa 1995 zunehmend Interesse. Neben Demand Planning, Production Planning and Scheduling, Distribution Planning, Transportation Planning und Supply Chain Planning werden Lösungen für Anzahl und Standorte von Produktionsstätten und Auslieferungslagern, Zuordnung zu Produktionsstätten, Kapazitätsbestimmung für Arbeitskräfte und Betriebsmittel je Standort, Lagerhaltung je Teil und Lager, Bestimmung benötigter Transportmittel und Häufigkeit ihres Einsatzes, Zuordnung von Lagern zu Produktionsstätten von Märkten zu Lagern u.a.m. von APS-Systemen erwartet. D.h. APS-Systeme ergänzen ERP-Lösungen, nutzen die bereits durch das ERP-System vorhandenen Daten und benötigen neuartige Algorithmen und (Meta-) Heuristiken. Im Rahmen des Vortrages werden Modelle und Echtzeitalgorithmen zur Optimierung der Logistik für Prozesse mit kurzfristigen Anforderungen, geographisch verteilter Produktion, Lagerhaltung der Ausgangs-, Zwischen- und Endprodukte und wechselnden Transport-Bedingungen aus der Sicht der praktischen Umsetzung und Anwendung in Form einer ASP-Lösung aufgezeigt und diskutiert.
Prozeßoptimierung in der logistischen Kette erfordert eine interdisziplinäre betriebsüber-greifende Projektarbeit. Im Zeitalter der Globalisierung der Märkte und der stetigen Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit mittelständischer Unternehmen ist eine innerbetriebliche und überbetriebliche Ressourcen- und Tourenplanung (Optimierung) über eine Informationsvernetzung ebenso notwendig wie die Aufbereitung von Informationen und die Analyse von Geschäftsprozessen. Die Prozessoptimierung umfaßt die Aufgaben der Analyse, Gestaltung, Planung und Kontrolle von Prozessen. Supply Chain Management (SCM) ist die übergreifende Prozessoptimierung in der logistischen Kette, d.h. die logische Weiterführung der PPS auf die Lieferbeziehungen. Das Strukturmodell der logistischen Kette umfaßt die Prozesse der * Produktentstehung * Entwicklung * Auftragsgewinnung (Vertrieb, Marketing) * Produktionsplanung * Beschaffung * Produktion * Distribution und Entsorgung Diese Prozesse werden durch das Supply Chain Management nach unternehmensspezifischen Zielsetzungen in Richtung Kunden, Lieferanten und Dienstleistern gestaltet und optimiert (Optimierung der Wertschöpfungskette). Anwendungssystem der Informatik übernehmen die Informationsversorgung in der logistischen Kette.
Building project, with many different players involved, requires open and commonly accepted standard for product model description. Product model based design tools support easy comparisons of design alternatives and optimisation of design solution technical quality. This supports client s decision-making and design target comparisons through the whole building project. Use of product models enable these tasks to meet both schedule and cost requirements Olof Granlund is using product models and interoperable software as the main tool in projects. The use and the realised benefits are illustrated by examples from 3 different real projects: University building, where product models were used already in the very early phases by the whole design team. Office building for research organisation, where product models were used in so called self-reporting building system. Headquarters for international company, where product models were widely used for building performance analysis and visualisations in design phase as well as for facilities management system configuration for operational phase.
A geometrical inclusion-matrix model for the finite element analysis of concrete at multiple scales
(2003)
This paper introduces a method to generate adequate inclusion-matrix geometries of concrete in two and three dimensions, which are independent of any specific numerical discretization. The article starts with an analysis on shapes of natural aggregates and discusses corresponding mathematical realizations. As a first prototype a two-dimensional generation of a mesoscale model is introduced. Particle size distribution functions are analysed and prepared for simulating an adequate three-dimensional representation of the aggregates within a concrete structure. A sample geometry of a three-dimensional test cube is generated and the finite element analysis of its heterogeneous geometry by a uniform mesh is presented. Concluding, aspects of a multiscale analysis are discussed and possible enhancements are proposed.
Die fachlichen Grundlagen der Aufgaben, die in einem Bauunternehmen zu bearbeiten sind, wurden in verschiedenen Disziplinen entwickelt. Maßgeblich waren der Baubetrieb und die Betriebswirtschaftslehre. Die parallele Entwicklung hat jedoch dazu geführt, dass grundlegende Begriff und Verfahren zwischen den Disziplinen nicht aufeinander abgestimmt sind. Die verschiedenen Aufgaben beeinflussen jedoch einander. Innerhalb der jeweiligen Disziplin wurden Informationssysteme entwickelt, mit denen sich die Aufgaben aus der jeweiligen Disziplin bearbeiten lassen. Zur Verbindung der "verschiedenen Welten" existieren zwar ausgewählte Schnittstellen, eine durchgängige verteilte Bearbeitung der verschiedenen Aufgaben wird jedoch noch nicht umfassend unterstützt. Im vorliegenden Beitrag wird ein Vorgehen vorgestellt, auf dessen Grundlage eine verteilte Bearbeitung der fachgebietsübergreifenden Aufgaben erfolgen kann. Das Vorgehen beruht auf der Modellierung der Prozesse sowie der zur Bearbeitung der als Bestandteil der Prozesse spezifizierten Aufgaben benötigten Informationen. Dieses Modell wird auf der Grundlage der Mengenlehre mit einem entsprechenden Werkzeug aufgebaut. Die Spezifikation der Informationen wird genutzt, um Datenbankschemata zu generieren, die Spezifikation der Aufgaben wird genutzt, um Werkzeuge zur Bearbeitung zu identifizieren. Diese Werkzeuge sind in Java als Applets implementiert und können über entsprechende Treiber auf die Datenbanken zugreifen. Das Prozessmodell wird in einem nächsten Schritt erweitert. Personen werden eingeführt. Diesen Personen werden Aufgaben zugewiesen, deren Bearbeitung sie ausführen sollen. Auf der Grundlage des erweiterten Prozessmodells werden die Applets, die eine Person benötigt, auf einer entsprechenden Internet-Seite zusammengestellt. Damit kann projektspezifisch ein Informationssystem zusammengestellt werden, das eine verteilte Bearbeitung der verschiedenartigen Aufgaben unterstützt.
This paper presents a specific modeling technique that is focused on preparing planning processes in civil engineering. Planning processes in civil engineering are characterized by some peculiarities so that the sequence of planning tasks needs to be determined for each planning project. Neither the use of optimized partial processes nor the use of lower detailed and optimized processes guarantee an optimal overall planning process. The modeling technique considers these peculiarities. In a first step, it is focused on the logic of the planning process. Algorithms based on the graph theory determine that logic. This approach ensures consistency and logical correctness of the description of a planning process at the early beginning in its preparation phase. Sets of data – the products of engineers like technical drawings, technical models, reports, or specifications – form the core of the presented modeling technique. The production of these sets of data requires time and money. This is expressed by a specific weighting of each set of data in the presented modeling technique. The introduction of these weights allows an efficient progress measurement and controlling of a planning project. For this purpose, a link between the modeling technique used in the preparation phase and the execution phase is necessary so that target and actual values are available for controlling purposes. The present paper covers the description of this link. An example is given to illustrate the use of the modeling technique for planning processes in civil engineering projects.
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.
Prädiktive Wärmeflussregelung solaroptimierter Wohngebäude - Thermische Simulation komplexer Gebäude
(2003)
Moderne Wohngebäude heute, besonders aber die der Zukunft, werden sich zu einem großen Teil selbst mit Wärme versorgen. Hierbei spielen Entwicklungen im Bereich der Fassadenkonstruktionen eine zentrale Rolle. Zum erhöhten solaren Wärmeeintrag kommen die Eigenschaften der Wärmespeicherung und verzögerten Wärmeabgabe hinzu. Aufgrund dieser Eigenschaften definiert sich das Gebäudeverhalten neu und komplexer. Im Rahmen der Entwicklungen von Wärmeflussregelungen in solarthermisch beheizten Wohngebäuden mit neuartigen Fassaden wird in diesem Beitrag auf die Modellentwicklung moderner Fassadenkonstruktionen hinsichtlich Transparenter Wärmedämmung und Phasenwechselmaterialien im Wandverbund, kombiniert mit der regelungstechnisch interessanten Neuentwicklung von Verschattungseinrichtungen über schaltbare Schichten am Fenster, eingegangen. Der Beitrag beschreibt den Entwurf eines Regelungskonzeptes für die thermische Raumklimaregelung. Diese Untersuchungen basieren auf komplexen Simulationsmodellen, wobei bei der Modellentwicklung der neuartigen Fassadenelemente auf reale Messwerte zurückgegriffen werden konnte.
On Computer-Aided Instruction Tools for Teaching College Engineering Mechanics Related Courses
(2004)
In this research, questionnaires are designed to survey among teachers and students the current situation of applying Computer-Aided Instruction (CAI) tools to teaching and learning of college engineering mechanics related courses in Taiwan. The needs for CAI tools for teaching these mechanics related courses are investigated in the survey. Several prototypes of interactive multimedia tools are designed and implemented using information technologies. The applicability and effectiveness of these tools on assisting teaching of engineering mechanics related courses are discussed and evaluated. Moreover, a website for managing and sharing collected and developed CAI resources is constructed.
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.
Ausgehend von mathematischen Überlegungen haben wir einfache Modellansätze zur Bearbeitung des folgenden Optimierungsproblems erarbeitet und numerische Tests durchgeführt: Eine Landkarte wird in Quadrate unterteilt, wobei jedes Quadrat mit einem Faktor zu bewerten ist. Dieser Wichtungsfaktor sei klein, wenn das Gebiet problemlos passierbar ist und entsprechend groß, wenn es sich um ein Naturschutz-gebiet, einen See oder ein schwer befahrbares Gebiet handelt. Gesucht wird nach einer günstigen Verbindung vom Punkt A zum Punkt B, wobei die durch den Wichtungsfaktor gegebenen landschaftlichen Besonderheiten zu berücksichtigen sind. Wir formulieren das Problem zunächst als Variationsproblem. Eine notwendige Bedingung, der die Lösungsfunktion genügen muß, ist die Euler-Lagrangesche Differentialgleichung. Mit Hilfe der Hamiltonschen Funktion ist es möglich, diese Differentialgleichung in kanonischer Form zu schreiben. Durch Vereinfachung des Modelles gelingt es, das System der kanonischen Gleichungen so zu konkretisieren, daß es als Ausgangspunkt für numerische Untersuchungen betrachtet werden kann. Dazu verwandeln wir die ursprüngliche Landschaft in eine >Berglandschaft<, wobei hohe Berge schwer passierbare Gebiete charakterisieren. Das einfachste Modell ist ein einzelner Berg, der mit Hilfe der Dichtefunktion einer zweidimensionalen Normalverteilung erzeugt wird. Zusätzlich haben wir Berechnungen an zwei sich überlagernden Bergen sowie einer Schlucht durchgeführt.
The method of difference potentials can be used to solve discrete elliptic boundary value problems, where all derivatives are approximated by finite differences. Considering the classical potential theory, an integral equation on the boundary will be investigated, which is solved approximately by the help of a quadrature formula. The advantage of the discrete method consists in the establishment of a linear equation system on the boundary, which can be immediately solved on the computer. The described method of difference potentials is based on the discrete Laplace equation in the three-dimensional case. In the first step the integral representation of the discrete fundamental solution is presented and the convergence behaviour with respect to the continuous fundamental solution is discussed. Because the method can be used to solve boundary value problems in interior as well as in exterior domains, it is necessary to explain some geometrical aspects in relation with the discrete domain and the double-layer boundary. A discrete analogue of the integral representation for functions in will be presented. The main result consists in splitting the difference potential on the boundary into a discrete single- and double-layer potential, respectively. The discrete potentials are used to establish and solve a linear equation system on the boundary. The actual form of this equation systems and the conditions for solvability are presented for Dirichlet and Neumann problems in interior as well as in exterior domains
We give a summary of our results based on discrete Cauchy-Riemann operators in the plane. These operators are defined in a way that the factorization of the real Laplacian into two adjoint Cauchy-Riemann operators is possible. This property is similar to the continuous case and can especially be used for calculating the discrete fundamental solution of our finite difference operators. Based on the discrete fundamental solution we define a discrete operator that is right inverse to the discrete Cauchy-Riemann operator. In relation with this operator and an operator on the boundary we are able to prove a discrete version of the Borel-Pompeiu formula. In the second part we present a possibility to solve discrete Stokes and Navier-Stokes problems. The concept is based on the orthogonal decomposition of the space l2 into the space of discrete holomorphic functions and its orthogonal complement. By introducing the orthoprojectors P+h and Q+h we can prove the existence and uniqueness of the solution of discrete Stokes problems. In addition we state a problem that is equivalent to the discrete Navier-Stokes problem and can be used in an iteration procedure to describe the solution of this problem. For a special case of the Navier-Stokes equations we are able to calculate discrete potential and stream functions. The adapted model includes important algebraical properties and can immediately be used for numerical calculations. A numerical example is presented at the end of the article.
Petri-Netze und deren Erweiterungen stellen ein leistungsfähiges Instrument zur Model-lierung, Simulation und Animation von Systemen bzw. Prozessen dar. Mathematische Methoden die sowohl analytisch beschreibbar als auch graphisch darstellbar sind, wie z. B. Warteschlangenprobleme, Netzpläne, Suche optimaler Wege in Netzen bzw. Dynamische Optimierung, können mit Hilfe von Petri-Netzen modelliert werden. Werden Petri-Netze zur graphischen Darstellung gewählt, so können die Stellen (passive Knoten) mit Markenverweilzeiten sowie die Transitionen (aktive Knoten) mit Schaltzeiten belegt werden. Für die Zeiten sind deterministische bzw. stochastische Größen einsetzbar. Wird dem Gesamtnetz eine zentrale Uhr und den einzelnen zeitbehafteten Knoten jeweils eine lokale Uhr zugeordnet, so lassen sich die Prozeßabläufe mittels Animation sichtbar machen. Ein an der Professur Computergestützte Techniken entwickeltes Programmsystem dient zur Demonstration der einzelnen Probleme. In anschaulicher Weise kann damit das Ver-ständnis für die genannten Methoden sowie die mit ihrer Hilfe dargestellten Prozesse erleichtert werden.
Die technische Entwicklung, insbesondere auf dem Gebiet der Digitaltechnik eröffnet heute neue und sehr weitreichende Möglichkeiten für die Automatisierung in Zweck- und Wohnbauten. Die zur Verfügung stehenden technischen Komponenten (intelligente Sensoren und Aktoren sowie ein hausinternes Netz für die Datenübertragung -Feldbus-) unterscheiden sich für diese Einsatzfälle kaum. Die Zielstellungen sind jedoch gänzlich andere. Intelligenz im Wohnbau bedeutet vor allem intelligente Alltagsbewältigung (z.B. Zeiteinsparung), Komfort und Wohlbefinden. Daß im Heimbereich nichtfunktionale Faktoren (Human Interface, Ästhetik, Preis, Attraktivität) eine große Rolle spielen, ist in das Problembewußtsein der Gerätehersteller und Käufer getreten. Im Bereich der Heimautomatisierung werden zunehmend moderne, die Möglichkeiten der konventioellen Steuerungs- und Regelungstechnik ergänzende Technologien wie Fuzzy- Steuerungen zur Optimierung der internen Arbeitsweise von Geräten eingesetzt. Die informatorische Vernetzung im Wohnbau unterstützt darüberhinaus wichtige Anliegen des Gebäudemanagements (energetische, ergonomische und ökologische Betrachtungen der Gebäudenutzung unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten).
Nichtstationäre Baustellenprozesse sind dadurch gekennzeichnet, daß ihr Ablauf nicht vollständig vorhersehbar ist, sondern einer Vielzahl von Störungen unterworfen sein kann. Zur Planung und Steuerung dieser Prozesse sind daher Methoden erforderlich, welche u.a. eine große Anpassungsfähigkeit, die Darstellung paralleler Vorgänge, die Erfassung plötzlicher Störungen sowie stochastische bzw. unscharfe Parameter zulassen. Hiervon ausgehend wurden spezielle Simulationssysteme entwickelt. In der Praxis dient jedoch in den meisten Fällen das Balkendiagramm bzw. die Netzplantechnik als Planungshilfsmittel. Dabei ist der Informationsgehalt der Netzplantechnik eindeutig geringer gegenüber der Simulation. Auch fallen deterministische Berechnungen in der Regel zu optimistisch aus. Ein Wechsel von der Netzplantechnik zur Simulation ist möglich, indem zunächst Netzpläne auf der Grundlage von Petri-Netzen dargestellt werden und somit ein schrittweiser Übergang zur Simulation erfolgt. Neben der Modellbildung kommt der Bereitstellung realitätsnaher Parameter, die den Berechnungen zugrunde gelegt werden, eine große Bedeutung zu. Bei der Terminplanung sind Kenntnisse zu bestimmten äußeren Einflüssen (z. B. Niederschlag) oft nur in unscharfer Weise vorhanden. Hier bietet sich der Einsatz von Fuzzy-Verfahren an. Mit ihrer Hilfe lassen sich unscharfe Faktoren erfassen und in die Planung einbeziehen. Sowohl zur Darstellung von Petri-Netzen als zur Berechnung (Simulation) auf deren Grundlage sowie zur Aufbereitung der Daten mittels Fuzzy-Verfahren liegen entsprechende Rechenprogramme vor.