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Erscheinungsjahr
- 2006 (173) (entfernen)
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Entstehung eines ökonomischen Kraftmaßes am Beispiel der Maschine von Marly im Zeitraum von ca. 1680 bis 1840. Die Leitthese der Dissertation besagt, dass vom 17. zum 19. Jahrhundert eine grundlegende Transformation des Maschinenbegriffs stattfand, die als Übergang vom Substanzbegriff zum Funktionsbegriff der Maschine bezeichnet werden kann. Im 17. Jahrhundert wurden mechanische Apparate als in sich geschlossene, selbstbezügliche Strukturen aufgefasst. Als anschaulich erfahrbare Objekte konnten sie als Bildgeber dienen, die mittels des Verfahrens der Strukturanalogie Erklärungsmuster für verschiedenste Phänomene (Körper, Staat, Welt) boten. Demzufolge galten sie als selbstevident: sie waren erklärend und mussten selbst nicht erklärt werden. Ihr etwaiger Zweck und ihre Einbettung in gesellschaftliche Zusammenhänge spielten dabei keine Rolle. Wie anhand der Beschreibungen und Darstellungen aus jener Zeit nachgewiesen werden kann, wurde die Maschine von Marly innerhalb dieser Episteme als architektonisches Objekt wahrgenommen, bei dem vor allem das Zusammenspiel der einzelnen Elemente Aufmerksamkeit erregte. Wie andere Maschinen auch stand sie unter dem Primat der Sichtbarkeit. Man war davon überzeugt, dass die Eigenschaften einer Maschine von der strukturellen Anordnung ihrer Bauteile abhingen und glaubte, ihre Qualität an ihrer Gestalt ablesen zu können. Ab der Mitte des 18. Jahrhunderts tauchte die Maschine von Marly in den Schriften physiokratischer Autoren auf. Zuerst diente sie dort als Beispiel für die Verschwendungssucht Louis’ XIV. und als Metapher für eine schlechte Einrichtung des Staates. Doch zunehmend begann man, sie auch in ihrer Faktizität als technisch-politisches Objekt zu begreifen. Man kritisierte ihre aktuelle Nutzung und schlug andere Möglichkeiten ihrer Verwendung vor, etwa die Bewässerung von Feldern oder die städtische Trinkwasserversorgung. Damit war die Maschine von Marly nicht länger ein Modell für die Einrichtung des Staates, das nur am Maßstab der immanenten Perfektion beurteilt werden konnte. Vielmehr war sie nun ein Instrument der Regierung, das sich als Teil eines staatlich verfassten Gemeinwesens verantworten musste. Als solches wurde sie auch zu einem bevorzugten Gegenstand aufklärerischer Reformprojekte. Das zeigt sich besonders deutlich am Wettbewerb, den die Pariser Akademie der Wissenschaften 1784-1786 organisiert hatte und der Vorschläge zur Verbesserung oder Ersetzung der Maschine von Marly zum Gegenstand hatte. Die Auswertung der mehr als 100 eingereichten Projekte und Memoranden ermöglicht einen einzigartigen Blick auf die Hoffnungen und Wünsche, die Ende des 18. Jahrhunderts an die Erfindung technischer Geräte gekoppelt waren. Um 1800 kann man die allmähliche Entstehung eines Funktionsbegriffs der Maschine bemerken. Lazare Carnots Essai sur les machines en général, der eine in der Sprache der Algebra artikulierte Definition der Maschine beinhaltete, trug maßgeblich dazu bei, die Anschaulichkeit zugunsten eines operativen Symbolismus zu delegitimieren. Erst dadurch war die Formulierung eines Effizienzkalküls möglich. Ergänzt wurde diese Formalisierung durch den Diskurs der Industrialisierung, in dem technische Apparate zunehmend als Produktionsmittel verstanden wurden. Die Maschine von Marly war ein wichtiger Schauplatz für die Entstehung eines ökonomischen Kraftmaßes. Nicht nur wurden dort Experimente mit verschiedenen Messinstrumenten (Dynamometern) durchgeführt, auch diente sie Joseph Montgolfier als Beispiel um zu beweisen, dass Kraft als Geldwert ausgedrückt werden könne. In den ersten Jahrzehnten des 19. Jahrhundert wurden Maschinen schließlich relational als Positionen innerhalb eines nationalen Produktionssystems definiert. Sie galten als Krafttransformatoren, bei denen ein bestimmter Input von ‚force motrice’ einen entsprechenden Output von ‚travail utile’ ergeben würde. Ihre vornehmlichste Aufgabe war die möglichst effiziente Ausnutzung der Kraftressourcen. Den vorläufigen Endpunkt erreichte die Entstehung des ökonomischen Kraftmaßes um 1830 mit der Formulierung des Begriffs der ‚mechanischen Arbeit’.
Für eine gesicherte Planung im Bestand, sind eine Fülle verschiedenster Informationen zu berücksichtigen, welche oft erst während des Planungs- oder Bauprozesses gewonnen werden. Voraussetzung hierfür bildet immer eine Bestandserfassung. Zwar existieren Computerprogramme zur Unterstützung der Bestandserfassung, allerdings handelt es sich hierbei ausschließlich um Insellösungen. Der Export der aufgenommenen Daten in ein Planungssystem bedingt Informationsverluste. Trotz der potentiellen Möglichkeit aktueller CAAD/BIM Systeme zur Verwaltung von Bestandsdaten, sind diese vorrangig für die Neubauplanung konzipiert. Die durchgängige Bearbeitung von Sanierungsprojekten von der Erfassung des Bestandes über die Entwurfs- und Genehmigungsplanung bis zur Ausführungsplanung innerhalb eines CAAD/BIM Systems wird derzeit nicht adäquat unterstützt. An der Professur Informatik in der Architektur (InfAR) der Fakultät Architektur der Bauhaus-Universität Weimar entstanden im Rahmen des DFG Sonderforschungsbereich 524 "Werkzeuge und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken" in den letzten Jahren Konzepte und Prototypen zur fachlich orientierten Unterstützung der Planung im Bestand. Der Fokus lag dabei in der Erfassung aller planungsrelevanter Bestandsdaten und der Abbildung dieser in einem dynamischen Bauwerksmodell. Aufbauend auf diesen Forschungsarbeiten befasst sich der Artikel mit der kontextbezogenen Weiterverwendung und gezielten Bereitstellung von Bestandsdaten im Prozess des Planens im Bestand und der Integration von Konzepten der planungsrelevanten Bestandserfassung in marktübliche CAAD/BIM Systeme.
Am Beispiel eines 3-feldrigen Durchlaufträgers wird die Versagenswahrscheinlichkeit von wechselnd belasteten Stahlbetonbalken bezüglich des Grenzzustandes der Adaption (Einspielen, shakedown) untersucht. Die Adaptionsanalyse erfolgt unter Berücksichtigung der beanspruchungschabhängigen Degradation der Biegesteifigkeit infolge Rissbildung. Die damit verbundene mechanische Problemstellung kann auf die Adaptionsanalyse linear elastisch - ideal plastischer Balkentragwerke mit unbekannter aber begrenzter Biegesteifigkeit zurückgeführt werden. Die Versagenswahrscheinlichkeit wird unter Berücksichtigung stochastischer Tragwerks- und Belastungsgrößen berechnet. Tragwerkseigenschaften und ständige Lasten gelten als zeitunabhängige Zufallsgrößen. Zeitlich veränderliche Lasten werden als nutzungsdauerbezogene Extremwerte POISSONscher Rechteck-Pulsprozesse unter Berücksichtigung zeitlicher Überlagerungseffekte modelliert, so dass die Versagenswahrscheinlichkeit ebenfalls eine nutzungsdauerbezogene Größe ist. Die mechanischen Problemstellungen werden numerisch mit der mathematischen Optimierung gelöst. Die Versagenswahrscheinlichkeit wird auf statistischem Weg mit der Monte-Carlo-Methode geschätzt.
Datenmodelle zur Bearbeitung von Ingenieuraufgaben am Beispiel von Wohnhäusern in Stahlbauweise
(2006)
Modelle bilden die Grundlage der Planung. Sie repräsentieren die zur Bearbeitung erforderlichen Eigenschaften eines Bauwerks in einer an die spezifische Aufgabe angepassten Form. Zwischen den verschiedenen zur Abbildung des Bauwerks eingesetzten Modellen bestehen fachliche Zusammenhänge bezüglich der darin abgebildeten Aspekte. Diese Abhängigkeiten werden in der praktischen Planungsbearbeitung gegenwärtig auf Grundlage von Erfahrungswerten, normativen Vorgaben und vereinfachenden Annahmen berücksichtigt. Die detailliertere Modellierung von Bauwerkseigenschaften führt zu einer engeren Verzahnung der verschiedenen Modelle. Um eine fachliche Inselbildung zu vermeiden, ist eine entsprechend angepasste Abbildung der zwischen den einzelnen Modellen bestehenden Beziehungen erforderlich. Mit den steigenden Ansprüchen an eine Bearbeitung von Ingenieuraufgaben gewinnt eine über den Zweck der Bereitstellung ausgewählter Informationen zum Bauwerk und der Unterstützung eines Datenaustauschs zwischen verschiedenen Fachplanern hinausgehende datentechnische Abbildung an Bedeutung. Dies setzt eine Diskussion der Anforderungen an eine solche Beschreibung aus fachlicher Sicht voraus. Die Untersuchung der fachlichen Anforderungen wird am Beispiel von Wohnhäusern in Stahlbauweise geführt.
This contribution will be freewheeling in the domain of signal, image and surface processing and touch briefly upon some topics that have been close to the heart of people in our research group. A lot of the research of the last 20 years in this domain that has been carried out world wide is dealing with multiresolution. Multiresolution allows to represent a function (in the broadest sense) at different levels of detail. This was not only applied in signals and images but also when solving all kinds of complex numerical problems. Since wavelets came into play in the 1980's, this idea was applied and generalized by many researchers. Therefore we use this as the central idea throughout this text. Wavelets, subdivision and hierarchical bases are the appropriate tools to obtain these multiresolution effects. We shall introduce some of the concepts in a rather informal way and show that the same concepts will work in one, two and three dimensions. The applications in the three cases are however quite different, and thus one wants to achieve very different goals when dealing with signals, images or surfaces. Because completeness in our treatment is impossible, we have chosen to describe two case studies after introducing some concepts in signal processing. These case studies are still the subject of current research. The first one attempts to solve a problem in image processing: how to approximate an edge in an image efficiently by subdivision. The method is based on normal offsets. The second case is the use of Powell-Sabin splines to give a smooth multiresolution representation of a surface. In this context we also illustrate the general method of construction of a spline wavelet basis using a lifting scheme.
In this paper we study the structure of the solutions to higher dimensional Dirac type equations generalizing the known λ-hyperholomorphic functions, where λ is a complex parameter. The structure of the solutions to the system of partial differential equations (D- λ) f=0 show a close connection with Bessel functions of first kind with complex argument. The more general system of partial differential equations that is considered in this paper combines Dirac and Euler operators and emphasizes the role of the Bessel functions. However, contrary to the simplest case, one gets now Bessel functions of any arbitrary complex order.
Design activity could be treated as state transition computationally. In stepwise processing, in-between form-states are not easily observed. However, in this research time-based concept is introduced and applied in order to bridge the gap. In architecture, folding is one method of form manipulation and architects also want to search for alternatives by this operation. Besides, folding operation has to be defined and parameterized before time factor is involved as a variable of folding. As a result, time-based transformation provides sequential form states and redirects design activity.
ON THE NAVIER-STOKES EQUATION WITH FREE CONVECTION IN STRIP DOMAINS AND 3D TRIANGULAR CHANNELS
(2006)
The Navier-Stokes equations and related ones can be treated very elegantly with the quaternionic operator calculus developed in a series of works by K. Guerlebeck, W. Sproeossig and others. This study will be extended in this paper. In order to apply the quaternionic operator calculus to solve these types of boundary value problems fully explicitly, one basically needs to evaluate two types of integral operators: the Teodorescu operator and the quaternionic Bergman projector. While the integral kernel of the Teodorescu transform is universal for all domains, the kernel function of the Bergman projector, called the Bergman kernel, depends on the geometry of the domain. With special variants of quaternionic holomorphic multiperiodic functions we obtain explicit formulas for three dimensional parallel plate channels, rectangular block domains and regular triangular channels. The explicit knowledge of the integral kernels makes it then possible to evaluate the operator equations in order to determine the solutions of the boundary value problem explicitly.
In classical complex function theory the geometric mapping property of conformality is closely linked with complex differentiability. In contrast to the planar case, in higher dimensions the set of conformal mappings is only the set of Möbius transformations. Unfortunately, the theory of generalized holomorphic functions (by historical reasons they are called monogenic functions) developed on the basis of Clifford algebras does not cover the set of Möbius transformations in higher dimensions, since Möbius transformations are not monogenic. But on the other side, monogenic functions are hypercomplex differentiable functions and the question arises if from this point of view they can still play a special role for other types of 3D-mappings, for instance, for quasi-conformal ones. On the occasion of the 16th IKM 3D-mapping methods based on the application of Bergman's reproducing kernel approach (BKM) have been discussed. Almost all authors working before that with BKM in the Clifford setting were only concerned with the general algebraic and functional analytic background which allows the explicit determination of the kernel in special situations. The main goal of the abovementioned contribution was the numerical experiment by using a Maple software specially developed for that purpose. Since BKM is only one of a great variety of concrete numerical methods developed for mapping problems, our goal is to present a complete different from BKM approach to 3D-mappings. In fact, it is an extension of ideas of L. V. Kantorovich to the 3-dimensional case by using reduced quaternions and some suitable series of powers of a small parameter. Whereas until now in the Clifford case of BKM the recovering of the mapping function itself and its relation to the monogenic kernel function is still an open problem, this approach avoids such difficulties and leads to an approximation by monogenic polynomials depending on that small parameter.
Wolken
(2006)
Designing a structure follows a pattern of creating a structural design concept, executing a finite element analysis and developing a design model. A project was undertaken to create computer support for executing these tasks within a collaborative environment. This study focuses on developing a software architecture that integrates the various structural design aspects into a seamless functional collaboratory that satisfies engineering practice requirements. The collaboratory is to support both homogeneous collaboration i.e. between users operating on the same model and heterogeneous collaboration i.e. between users operating on different model types. Collaboration can take place synchronously or asynchronously, and the information exchange is done either at the granularity of objects or at the granularity of models. The objective is to determine from practicing engineers which configurations they regard as best and what features are essential for working in a collaborative environment. Based on the suggestions of these engineers a specification of a collaboration configuration that satisfies engineering practice requirements will be developed.
Reasonably accurate cost estimation of the structural system is quite desirable at the early stages of the design process of a construction project. However, the numerous interactions among the many cost-variables make the prediction difficult. Artificial neural networks (ANN) and case-based reasoning (CBR) are reported to overcome this difficulty. This paper presents a comparison of CBR and ANN augmented by genetic algorithms (GA) conducted by using spreadsheet simulations. GA was used to determine the optimum weights for the ANN and CBR models. The cost data of twenty-nine actual cases of residential building projects were used as an example application. Two different sets of cases were randomly selected from the data set for training and testing purposes. Prediction rates of 84% in the GA/CBR study and 89% in the GA/ANN study were obtained. The advantages and disadvantages of the two approaches are discussed in the light of the experiments and the findings. It appears that GA/ANN is a more suitable model for this example of cost estimation where the prediction of numerical values is required and only a limited number of cases exist. The integration of GA into CBR and ANN in a spreadsheet format is likely to improve the prediction rates.
Der Begriff der Zuverlässigkeit spielt eine zentrale Rolle bei der Bewertung von Verkehrsnetzen. Aus der Sicht der Nutzer des öffentlichen Personennahverkehrs (ÖPNV) ist eines der wichtigsten Kriterien zur Beurteilung der Qualität des Liniennetzes, ob es möglich ist, mit einer großen Sicherheit das Reiseziel in einer vorgegebenen Zeit zu erreichen. Im Vortrag soll dieser Zuverlässigkeitsbegriff mathematisch gefasst werden. Dabei wird zunächst auf den üblichen Begriff der Zuverlässigkeit eines Netzes im Sinne paarweiser Zusammenhangswahrscheinlichkeiten eingegangen. Dieser Begriff wird erweitert durch die Betrachtung der Zuverlässigkeit unter Einbeziehung einer maximal zulässigen Reisezeit. In vergangenen Arbeiten hat sich die Ring-Radius-Struktur als bewährtes Modell für die theoretische Beschreibung von Verkehrsnetzen erwiesen. Diese Überlegungen sollen nun durch Einbeziehung realer Verkehrsnetzstrukturen erweitert werden. Als konkretes Beispiel dient das Straßenbahnnetz von Krakau. Hier soll insbesondere untersucht werden, welche Auswirkungen ein geplanter Ausbau des Netzes auf die Zuverlässigkeit haben wird. This paper is involved with CIVITAS-CARAVEL project: "Clean and better transport in cites". The project has received research funding from the Community's Sixth Framework Programme. The paper reflects only the author's views and the Community is not liable for any use that may be made of the information contained therein.
Wir betrachten im ÖPNV (Öffentlichen Personennahverkehr) diejenige Situation, daß zwei Bus- oder Straßenbahnlinien gemeinsame Haltestellen haben. Ziel unserer Untersuchungen ist es, für beide Linien einen solchen Fahrplan zu finden, der für die Fahrgäste möglichst viel Bequemlichkeit bietet. Die Bedarfsstruktur - die Anzahl von Personen, die die beiden Linien benutzen - setzt dabei gewisse Beschränkungen für die Taktzeiten der beiden Linien. Die verbleibenden Entscheidungsfreiheiten sollen im Sinne der Zielstellung ausgenutzt werden. Im Vortrag wird folgenden Fragen nachgegangen: - nach welchen Kriterien kann man die "Bequemlichkeit" oder die "Synchonisationsgüte" messen? - wie kann man die einzelnen "Synchronisationsmaße" berechnen ? - wie kann man die verbleibenden Entscheidungsfreiheiten nutzen, um eine möglichst gute Synchronisation zu erreichen ? Die Ergebnisse werden dann auf einige Beispiele angewandt und mit den bereitgestellten Methoden Lösungsvorschläge unterbreitet.
In civil engineering it is very difficult and often expensive to excite constructions such as bridges and buildings with an impulse hammer or shaker. This problem can be avoided with the output-only method as special feature of stochastic system identification. The permanently existing ambient noise (e.g. wind, traffic, waves) is sufficient to excite the structures in their operational conditions. The output-only method is able to estimate the observable part of a state-space-model which contains the dynamic characteristics of the measured mechanical system. Because of the assumption that the ambient excitation is white there is no requirement to measure the input. Another advantage of the output-only method is the possibility to get high detailed models by a special method, called polyreference setup. To pretend the availability of a much larger set of sensors the data from varying sensor locations will be collected. Several successive data sets are recorded with sensors at different locations (moving sensors) and fixed locations (reference sensors). The covariance functions of the reference sensors are bases to normalize the moving sensors. The result of the following subspace-based system identification is a high detailed black-box-model that contains the weighting function including the well-known dynamic parameters eigenfrequencies and mode shapes of the mechanical system. Emphasis of this lecture is the presentation of an extensive damage detection experiment. A 53-year old prestressed concrete tied-arch-bridge in Hünxe (Germany) was deconstructed in 2005. Preliminary numerous vibration measurements were accomplished. The first experiment for system modification was an additional support near the bridge bearing of one main girder. During a further experiment one hanger from one tied arch was cut through as an induced damage. Some first outcomes of the described experiments will be presented.
Due to the amount of flow simulation and measurement data, automatic detection, classification and visualization of features is necessary for an inspection. Therefore, many automated feature detection methods have been developed in recent years. However, only one feature class is visualized afterwards in most cases, and many algorithms have problems in the presence of noise or superposition effects. In contrast, image processing and computer vision have robust methods for feature extraction and computation of derivatives of scalar fields. Furthermore, interpolation and other filter can be analyzed in detail. An application of these methods to vector fields would provide a solid theoretical basis for feature extraction. The authors suggest Clifford algebra as a mathematical framework for this task. Clifford algebra provides a unified notation for scalars and vectors as well as a multiplication of all basis elements. The Clifford product of two vectors provides the complete geometric information of the relative positions of these vectors. Integration of this product results in Clifford correlation and convolution which can be used for template matching of vector fields. For frequency analysis of vector fields and the behavior of vector-valued filters, a Clifford Fourier transform has been derived for 2D and 3D. Convolution and other theorems have been proved, and fast algorithms for the computation of the Clifford Fourier transform exist. Therefore the computation of Clifford convolution can be accelerated by computing it in Clifford Fourier domain. Clifford convolution and Fourier transform can be used for a thorough analysis and subsequent visualization of flow fields.
In this paper an adaptive heterogeneous multiscale model, which couples two substructures with different length scales into one numerical model is introduced for the simulation of damage in concrete. In the presented approach the initiation, propagation and coalescence of microcracks is simulated using a mesoscale model, which explicitly represents the heterogeneous material structure of concrete. The mesoscale model is restricted to the damaged parts of the structure, whereas the undamaged regions are simulated on the macroscale. As a result an adaptive enlargement of the mesoscale model during the simulation is necessary. In the first part of the paper the generation of the heterogeneous mesoscopic structure of concrete, the finite element discretization of the mesoscale model, the applied isotropic damage model and the cohesive zone model are briefly introduced. Furthermore the mesoscale simulation of a uniaxial tension test of a concrete prism is presented and own obtained numerical results are compared to experimental results. The second part is focused on the adaptive heterogeneous multiscale approach. Indicators for the model adaptation and for the coupling between the different numerical models will be introduced. The transfer from the macroscale to the mesoscale and the adaptive enlargement of the mesoscale substructure will be presented in detail. A nonlinear simulation of a realistic structure using an adaptive heterogeneous multiscale model is presented at the end of the paper to show the applicability of the proposed approach to large-scale structures.
Die Liquiditätsplanung von Bauunternehmen XE "Liquiditätsplanung" gilt als ein wesentliches Steuerungs-, Kontroll- sowie Informationsinstrument für interne und externe Adressaten und übt eine Entscheidungsunterstützungsfunktion aus. Da die einzelnen Bauprojekte einen wesentlichen Anteil an den Gesamtkosten des Unternehmens ausmachen, besitzen diese auch einen erheblichen Einfluß auf die Liquidität und die Zahlungsfähigkeit der Bauunternehmung. Dem folgend ist es in der Baupraxis eine übliche Verfahrensweise, die Liquiditätsplanung zuerst projektbezogen zu erstellen und anschließend auf Unternehmensebene zu verdichten. Ziel der Ausführungen ist es, die Zusammenhänge von Arbeitskalkulation XE "Arbeitskalkulation" , Ergebnisrechnung XE "Ergebnisrechnung" und Finanzrechnung XE "Finanzrechnung" in Form eines deterministischen XE "Erklärungsmodells" Planungsmodells auf Projektebene darzustellen. Hierbei soll das Verständnis und die Bedeutung der Verknüpfungen zwischen dem technisch-orientierten Bauablauf und dessen Darstellung im Rechnungs- und Finanzwesen herausgestellt werden. Die Vorgänge aus der Bauabwicklung, das heißt die Abarbeitung der Bauleistungsverzeichnispositionen und deren zeitliche Darstellung in einem Bauzeitenplan sind periodisiert in Größen der Betriebsbuchhaltung (Leistung, Kosten) zu transformieren und anschließend in der Finanzrechnung (Einzahlungen., Auszahlungen) nach Kreditoren und Debitoren aufzuschlüsseln.
We consider efficient numerical methods for the solution of partial differential equations with stochastic coefficients or right hand side. The discretization is performed by the stochastic finite element method (SFEM). Separation of spatial and stochastic variables in the random input data is achieved via a Karhunen-Loève expansion or Wiener's polynomial chaos expansion. We discuss solution strategies for the Galerkin system that take advantage of the special structure of the system matrix. For stochastic coefficients linear in a set of independent random variables we employ Krylov subspace recycling techniques after having decoupled the large SFEM stiffness matrix.