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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.
This paper describes an Internet-enabled software model that could facilitate the development and utilization of nonlinear structural analysis programs. The software model allows users easy access to the analysis core program and the analysis results by using a web-browser or other application programs. In addition, new and legacy codes can be incorporated as distributed services and be integrated with the software framework from disparate sites. A distributed project management system, taking advantages of Internet and database technologies, is implemented to store and manage model information and simulation results. Nonlinear dynamic analysis and simulations of a bridge structure is performed to illustrate the facilities of the Internet-enabled software model.
The processes in the life cycle of buildings are characterised by highly distinct teamwork. The integration of all the distributed working participants, by providing an environment, which especially supports the communication and collaboration between the actors, is a fundamental step to improve the efficiency of the involved processes and to reduce the total costs. In this article, a link based modelling approach and its “intelligent” link management is introduced (1). This approach realises an integration environment based on a special building model that acts as a decision support system. The link-based modelling is characterised by the definition and specialisation of links between partial models. These intelligent managed links enable a very flexible and task specific data access and exchange between all the different views and partial models of the participants.
It has been shown that symmetries of moment functions of stochastic processes play an important role in identification of systems. They provide the group-theoretic method of choice of the model structure and model parameters. In the first stage the group-theoretic analysis of some fundamental concepts of stochastic dynamics: stochastic processes and functional series of Volterra-Wiener type has been undertaken. The analysis of group representations of the moment functions of order m for stochastic processes is the basic, original concept of the work. The following groups: symmetric Sm, special affine SAff(m), general linear GL(n, R), GL(n,C) and their subgroups play the main role in the models. In the second stage the informational entropy has been introduced as a measure of the randomness in the identified models. The group-theoretic approach underlines the unity of the nonlinear system identification and leads to useful engineering results in the range of the second-order (stochastic) theory.
This paper describes a couple of new truss structures based on fractal geometry. One is the famous Sierpinski Gasket and another is a fractal triangle derived by means of applying a process forming leaves of a cedar tree using M. F. Barnsley’s contraction mapping theory. Therefore a pair of x-y coordinates of an arbitrary nodal point on the structures are generated easily if IFS(Iterated Function System) codes and a scale of them are specified. Structural members are defined similarly. Thus data for frame analysis can be generated automatically, which is significant if the objective structure has complex configuration. Next analytical results under vertical and wind loadings in Japanese Building Code are shown. Here members are assumed to be timber and to have cross section of 15cm×15cm. Finally authors conclude that geometrically new truss structures were developed and automatic data generation for frame analysis was attained using IFS. Analytical results show they contribute to saving material when compared it with King-post truss.
During the establishing of fundamentals in a building project a huge amount of influence factors and boundary conditions have to be investigated in order to provide the prerequisites for further planning processes. These investigative tasks are often related with a great effort concerning time and money, because there are no standardized workflows and interfaces which provide an efficient access to the necessary information related to a specific construction site. Within the fundamental investigation human and natural circumstances have to be taken into account. Thus, in this project two examples have been chosen in order to demonstrate the holistic approach for an integration and provision of georeferenced information. The developed internet-site http://www.grundlagenermittlung.de has been designed to support architects and civil engineers in early planning phases of a building project efficiently. It offers web-based services based on dynamic interfaces for a flexible search and collection of information concerning the building site. Therefore, a central Metadatabase-Server for Description, Discovery and Integration has been established which enables a registration of georeferenced services and the redirection of incoming requests to other, distributed data pools. Using this Yellow-Page concept in combination with the underlying meta-data based on the ISO 19115 standard an efficient investigation of geographical and environmental information becomes possible.
Der Fokus des Projektes liegt auf einer besseren Unterstützung der kooperativen Aspekte im Bauwerksentwurf und der Anwendung von ComponentWare-Techniken in der Architektur des Entwurfssystems. Es muß festgestellt werden, daß die Kooperation der Beteiligten im Entwurfsprozeß von Bauwerken durch die heute praktizierten Datenaustauschverfahren nicht oder nur unbefriedigend unterstützt wird und das keine Lösung dieses Problems durch die Weiterentwicklung von filebasierten Datenaustauschformaten zu erwarten ist. Im Rahmen des Projektes wird mit einer CORBA-Umgebung für Smalltalk-80 ein verteilbares Objektsystem realisiert. Als Architektur des Systems wurde eine hybride Herangehensweise gewählt, bei der allgemeine Informationen auf einem zentralen Server verwaltet werden und die eigentlichen Projektinformationen bei Bedarf repliziert werden. Wie allgemein in GroupWare - orientierten Systemen notwendig, müssen effektive Mechanismen der Nebenläufigkeitskontrolle und zur Sperrung bestimmter Modellbereiche realisiert werden. Wichtig ist für kooperative Entwurfssysteme die Systemunterstützung der Beseitigung der Folgen von kollidierenden Entwurfsintensionen durch die Bearbeiter. Dazu werden unter anderem Remote-Pointer-Mechanismen realisiert. In Abhängigkeit von der Rolle eines Bearbeiters werden diesem Sichten auf des Objektmodell (Partialmodelle) zugeordnet. Es werden Mechanismen zur Autorisierung des Zugriffs auf Partialmodelle implementiert, zu diesem Zweck erfolgt eine Nutzerauthentifizierung. Beziehungen zwischen Partialmodellen werden durch eine spezielle Relation im Objektsystem abgebildet. Die Konzeption des Objektsystems lehnt sich an die PREPLAN-Philosophie an. Das impliziert die Unterstützung von Entwurfshandlungen sowohl in Bottom-Up- als auch in Top-Down - Richtung. Benutzer können das Objektsystem um eigene Klassen erweitern bzw. existierende Klassen modifizieren und Attribute mit Defaultwerten belegen, um das System inkrementell mit Domänenwissen anreichern zu können. Von großer Bedeutung für kooperative Entwurfssysteme sind eine Versionsverwaltung und die Bereitstellung von Undo - und Redo - Mechanismen. Es ist möglich, multimediale Daten im Objektmodell abzulegen und diese in Abhängigkeit von ihrem Format wiederzugeben bzw. zu bearbeiten. Das beschriebene System befindet sich derzeit in der Implementierung.
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
In this contribution the software design and implementation of an analysis server for the computation of failure probabilities in structural engineering is presented. The structures considered are described in terms of an equivalent Finite Element model, the stochastic properties, like e.g. the scatter of the material behavior or the incoming load, are represented using suitable random variables. Within the software framework, a Client-Server-Architecture has been implemented, employing the middleware CORBA for the communication between the distributed modules. The analysis server offers the possibility to compute failure probabilities for stochastically defined structures. Therefore, several different approximation (FORM, SORM) and simulation methods (Monte Carlo Simulation and Importance Sampling) have been implemented. This paper closes in showing several examples computed on the analysis server.
For many purposes geometric information about existing buildings is necessary, e.g. planing of conservation or reconstruction. Architectural photogrammetry is a technique to acquire 3D geometric data of buildings for a CAD model from images. In this paper the state of the art in architectural photogrammetry and some developments towards automation are described. The photogrammetric process consists of image acquisition, orientation and restitution. Special attention is put on digital methods, from digital image acquisition to restitution methods, supported by digital image processing. There are a few field of development towards automation, e.g. feature extraction, extraction of edges and lines and the detection of corresponding points. The acquired data may be used in a CAD environment or for visualization in Virtual Reality Models, using digital orthoimages for texture mapping.
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.
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.
The problem of data interoperability is now very important. The formal description of construction systems and objects must base upon the modeling for the description of construction data domain. The XML-language was selected as a basis of a universal data format, ensuring natural hierarchy of objects, flexibility, good layout and expandability. The language, developed by the author, is called Building Object Description Extensible Markup Language (bodXML). The types of all objects used by data transfer should be definite beforehand with existing methods of programming. It limits the possibilities of IT in application of new types. But the recipient software must recognize the building objects even if the kind of object is unknown at the outset. The author offers a set of main topological and geometric properties being sufficient for recognition of main three-dimensional building constructions with flat edges. The tests of artificial neuron network have shown that the recognition of a kind of the constructions represented as a set of indicated parameters happens enough confidently.
Advances in construction data analysis techniques have provided useful tools to discover explicit knowledge on historical databases supporting project managers’ decision making. However, in many situations, historical data are extracted and preprocessed for knowledge discovery based on time-consuming and problem-specific data preparation solutions, which often results in inefficiencies and inconsistencies. To overcome the problem, we are working on the development of a new data fusion methodology, which is designed to provide timely and consistent access to historical data for efficient and effective management knowledge discovery. The methodology is intended to be a new bridge between historical databases and data analysis techniques, which shields project managers from complex data preparation solutions, and enables them to use discovered knowledge for decision making more conveniently. This paper briefly describes the motivation, the background and the initial results of the ongoing research.
This paper will present a number of technical aspects for one of the most elaborate instrumentation and data acquisition projects ever undertaken in Canada. Confederation Bridge, the longest bridge built over ice covered seawater has been equipped with the state of the art data acquistition devices and systems as well as data transfer networks. The Bridge has been providing a fixed surface connection between Prince Edward Island and Province of New Brunswick in Canada since its opening in 1997. The Bridge has a rather long design service life of 100 years. Because of its large size and long span length, its design is not covered by any existing codes or standards worldwide. The focus of the paper is to introduce the data acquisition, transfer, processing and management systems. The instrumentation and communications infrastructure and devices will be presented in some details along with the data processing and management systems and techniques. Teams of engineers and researchers use the collected data to verify the analysis and design assumptions and parameters as well as investigate the short-term and long-term behaviour and health of the Bridge. The collected data are also used in furthering research activities in the field of bridge engineering and in elevating our knowledge about behaviour, reliability and durability of such complex structures, their components and materials.
Die 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.
Bauwerke sind in ihrer Betriebszeit vielen nutzungseinschränkenden Einflüssen ausgesetzt. Die dadurch erforderliche Instandhaltung dient zur Gewährleistung und zur Erhöhung der geplanten Nutzungsfähigkeit sowie Dauerhaftigkeit von Bauwerken. Sie spielt eine immer größere Rolle im Bauwesen. Die Kosten der Bauwerksinstandhaltung betragen je nach Art des Bauwerkes in Deutschland pro Jahr ca. 1-6% des Wiederbeschaffungswertes. Die Reduzierung des Instandhaltungsaufwandes durch Technik- und Management-Maßnahmen ist daher wirtschaftlich sinnvoll. Der Einsatz moderner Informations- und Kommunikationstechnologie auf dem Gebiet der Bestandsaufnahme und -analyse ist erforderlich, um einerseits die Bearbeitung von multimedialen Informationen über Ist- und Soll-Zustände von Bauwerken effektiver durchzuführen und um andererseits die Analyse von Schäden im Sinne einer Entscheidungshilfe zu unterstützen. Durch den Einsatz der WWW-Technologie kann die Bearbeitung auch verteilt im Datennetz über ferne Rechner hinweg erfolgen. Im Beitrag werden die Konzeptionierung und Implementierung des WWW-fähigen DV-Systems BINAS zur Unterstützung der Bestandsaufnahme und -analyse sowie die dafür erforderlichen Methoden und Werkzeuge vorgestellt.
Neben der reinen Bauausführung und den damit verbundenen Roh- und Ausbaukosten stellt insbesondere die Bewirtschaftung von Gebäuden einen wesentlichen Kostenfaktor dar, den zu minimieren Ziel der Bestrebungen auf dem Gebiet des Facilities Management ist. Insbesondere die Integration der verteilt vorliegenden Informationen muß hierbei das Ziel sein, um durch effiziente Informationsverarbeitung eine Einsparung von Unterhaltskosten zu erreichen. Bereits in der Planungsphase lassen sich die späteren Kosten für die Bewirtschaftung modellieren. Dies gilt auch für die Modellierung des Energiehaushaltes von Gebäuden. Für die Modellierung des Wärmeschutzes und der damit verbundenen Ermittlung des Heizenergiebedarfs werden z.Zt. starke Vereinfachungen getroffen, die durch die aktuelle Wärmeschutzverordnung vorgegeben sind, so daß die errechneten Werte meist sehr ungenau sind. Für eine DV-gerechte Modellierung eines Gebäudes während seiner Bewirtschaftung reichen herkömmliche CAD-Systeme nicht aus, da das Modell verschiedene Sichten zulassen muß: Neben einer bauteilorientierten Sicht muß auch eine raumorientierte Sicht vorgehalten werden, damit eine Modellierung von flächenbezogenen Parametern wie z.B. Kosten möglich wird. Dieser Beitrag zeigt einen Ansatz, der eine intensive Nutzung heterogener Ressourcen und Informationen auf der Grundlage eines dreidimensionalen Gebäudemodells ermöglicht. Exemplarisch für die Bereiche Raummanagement (im Sinne von kosten- und nutzungsorientierter Bestandsverwaltung) und Bauphysik wird dieser Ansatz erläutert und die Eingliederung dieser Teilgebiete der Bestandsverwaltung und -bewirtschaftung in ein Gesamtsystem aufgezeigt.
Entwurfsprozesse im Bauwesen sind hochgradig kooperative Prozesse mit alternierenden Phasen asynchroner und synchroner Teamarbeit. Die Informationen über den aktuellen Entwurfsgegenstand können als Objektstrukturen modelliert werden, die in entsprechenden Modellverwaltungssystemen gespeichert werden. Bei der Realisierung von kooperativ nutzbaren Umgebungen für den Bauwerksentwurf sind jedoch bei der Auswahl von Basistechniken spezifische Anforderungen von CSCW-Applikationen zu beachten, die bestimmte traditionelle Verfahren nicht erfüllen. Neben verschiedenen Auswirkungen auf das Interaktionsverhalten der Entwurfsumgebung spielt die cooperation awareness der eingesetzten Mechanismen eine bedeutende Rolle. Mechanismen zur Zugriffskontrolle sind in netzwerkbasierten Mehrbenutzerumgebungen essentiell, jedoch sind herkömmliche Verfahren zu unflexibel und nicht hinreichend ausdrucksstark. Eine adaptierte und erweiterte Variante des Matrixverfahrens ist für die Anwendung in Modellverwaltungssystemen geeignet. Ebenso muss bei der Auswahl von Mechanismen zur Nebenläufigkeitskontrolle Augenmerk auf dessen Eignung in Groupware-Systemen gelegt werden. Bei der Unterstützung asynchroner Kooperation können Lock-Verfahren auf die Informationen in Modellverwaltungssystemen angewandt werden. Für die Applikationen für synchrone Teamarbeit müssen derartige Mechanismen auf die gemeinsamen Informationsbestände sowie auf Systemressourcen der Entwurfsumgebung angewendet werden. Hierfür sind floor-passing'-Verfahren geeignet; die Anwendbarkeit von Transformationsverfahren sollte für die konkret umzusetzende Applikation geprüft werden.
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.