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Hinsichtlich der Integration einzelner Bauwerkslebensphasen und der verschiedenen Beteiligten, insbesondere innerhalb von Bauplanungs- und Revitalisierungsprozessen, bestehen aktuell entscheidende Defizite. Die generelle Zielstellung der in diesem Beitrag vorgestellten Forschungsarbeiten besteht in der Unterstützung und Verbesserung der Integration durch die disziplin- und lebensphasenübergreifende Bereitstellung sämtlicher bauwerksbezogener Informationen. Dies erfordert einerseits geeignete Ansätze zur Modellierung und Integration der vielfältigen disziplinspezifischen Daten, andererseits geeignete Lösungen, die einen globalen Zugriff, Navigation und Recherche im Gesamtdatenbestand ermöglichen. Die Modellierung und Verwaltung bauwerksbezogener Daten ist seit längerem Gegenstand diverser Forschungsarbeiten. Im Rahmen des SFB 524 wurde ein eigener Ansatz basierend auf einem laufzeitdynamischen Partialmodellverbund entwickelt. Dieser wird in den wesentlichen Grundzügen anderen Ansätzen gegenübergestellt. Den Schwerpunkt dieses Beitrags bildet jedoch die Entwicklung einer geeigneten flexiblen Navigations- und Rechercheschicht zu Realisierung projektglobaler Informationsrecherche. Aus der Sicht der Modellierung und Datenverwaltung wie auch aus der Sicht der Informationsrecherche und Informationspräsentation in Planungsprozessen ergeben sich verschiedene Anforderungen an derartige Recherchewerkzeuge, wobei der wesentlichste Grundsatz maximale Flexibilität hinsichtlich verfügbarer Darstellungstechniken und deren freie Kombination mit Techniken formaler Suchanfragen ist. Das entwickelte Systemkonzept basiert auf einem Framework, welches verschiedene Grundtypen von Recherchemodulen und deren Interaktionsprinzipien vorgibt. Einzelne Recherchemodule werden als Ausprägungen dieser Modultypen realisiert und können je nach Bedarf laufzeitdynamisch in die Navigationsschicht integriert werden. Die technische Realisierung des Systems erfolgt im Umfeld vorhandener Prototypen aus vorangegangenen Forschungsaktivitäten. Dieses technische Umfeld gibt verschiedene Rahmenbedingungen vor, welche im Vorfeld prototypischer Implementierungen verschiedene Adaptionen des generellen Systemkonzepts notwendig machen. Der vorliegende Beitrag stellt den aktuellen Entwicklungsstand der Systemlösung aus konzeptioneller und technischer Sicht sowie erste prototypische Realisierungen von Recherchemodulen vor.
It's not uncommon that analysis and simulation methods are used mainly to evaluate finished designs and to proof their quality. Whereas the potential of such methods is to lead or control a design process from the beginning on. Therefore, we introduce a design method that move away from a “what-if” forecasting philosophy and increase the focus on backcasting approaches. We use the power of computation by combining sophisticated methods to generate design with analysis methods to close the gap between analysis and synthesis of designs. For the development of a future-oriented computational design support we need to be aware of the human designer’s role. A productive combination of the excellence of human cognition with the power of modern computing technology is needed. We call this approach “cognitive design computing”. The computational part aim to mimic the way a designer’s brain works by combining state-of-the-art optimization and machine learning approaches with available simulation methods. The cognition part respects the complex nature of design problems by the provision of models for human-computation interaction. This means that a design problem is distributed between computer and designer. In the context of the conference slogan “back to command”, we ask how we may imagine the command over a cognitive design computing system. We expect that designers will need to let go control of some parts of the design process to machines, but in exchange they will get a new powerful command on complex computing processes. This means that designers have to explore the potentials of their role as commanders of partially automated design processes. In this contribution we describe an approach for the development of a future cognitive design computing system with the focus on urban design issues. The aim of this system is to enable an urban planner to treat a planning problem as a backcasting problem by defining what performance a design solution should achieve and to automatically query or generate a set of best possible solutions. This kind of computational planning process offers proof that the designer meets the original explicitly defined design requirements. A key way in which digital tools can support designers is by generating design proposals. Evolutionary multi-criteria optimization methods allow us to explore a multi-dimensional design space and provide a basis for the designer to evaluate contradicting requirements: a task urban planners are faced with frequently. We also reflect why designers will give more and more control to machines. Therefore, we investigate first approaches learn how designers use computational design support systems in combination with manual design strategies to deal with urban design problems by employing machine learning methods. By observing how designers work, it is possible to derive more complex artificial solution strategies that can help computers make better suggestions in the future.
In civil engineering practice, values of column forces are often required before any detailed analysis of the structure has been performed. One of the reasons for this arises from the fast-tracked nature of the majority of construction projects: foundations are laid and base columns constructed whilst analysis and design are still in progress. A need for quick results when feasibility studies are performed or when evaluating the effect of design changes on supporting columns form other situations in which column forces are required, but where a detailed analysis to get these forces seems superfluous. Thus it was concluded that the development of an efficient tool for column force calculations, in which the extensive input required in a finite element analysis is to be avoided, would be highly beneficial. The automation of the process is achieved by making use of a Voronoi diagram. The Voronoi diagram is used a) for subdividing the floor into influence areas and b) as a basis for automatic load assignment. The implemented procedure is integrated into a CAD system in which the relevant geometric information of the floor, i.e. its shape and column layout, can be defined or uploaded. A brief description of the implementation is included. Some comparative results and considerations regarding the continuation of the study are given.
Datenaustausch, Daten resp. Produktdatenmodelle sind seit mehreren Jahren Themen in der Forschung. Verschiedene Forschungsprojekte und Initiativen diverser Firmen führten zu bereichsübergreifenden Ansätzen wie IFC und verschiedenen STEP-AP´s. Speziell im Stahlbau sind die Projekte >Produktschnittstelle Stahlbau< und >CIMsteel< entwickelt, weiterentwickelt und überarbeitet worden. Als Weiterentwicklung der bisher existierenden Austauschformate versuchen neuere Ansätze den Nutzen über die reine Datenübermittlung hinaus zu erweitern. So integrieren diese Lösungsvorschläge Aspekte der Kommunikation, der Zusammenarbeit und des Managements. Des weiteren übernehmen sie Aufgaben der Daten- und Modellverwaltung. Somit erfolgt eine digitale Abbildung unter Einbezug sämtlicher ermittelter Daten. Resultierend aus den besonderen Randbedingungen im Bauwesen, wird ein Bauwerksmodell aus untereinander in Beziehung gesetzten Domänenmodellen aufgebaut
This research focuses on the Case-based Reasoning paradigm in architectural design (CBD) and education. Initial point for further exploring this only seemingly comprehensive investigated field of research constitutes the finding that promising looking concepts exist but that they do not play a role in daily routine of designing architects or in university education. In search of reasons for this limited success a critical review of the CBR approach to architectural education and design was performed. The aim was to identify gaps in the CBD research and to discover potential fields of research within CBR research in architectural education and design to improve acceptance and practical suitability. Two major shortcomings could be identified. In the first place the way retrieval mechanisms of systems under investigation relate to the needs of architectural designers and students. At second: Successful CBD systems rely on the work of third-parties in sharing their experiences with others and filling the databases with relevant cases. Therefore two questions remain unanswered: The question of which projects become part of the database and how get existing projects not only described but evaluated. This is an essential task and prerequisite to meet the requirements of the underlying theory of CBR.
Die meisten Insolvenzen in Deutschland kommen aus der Bauindustrie. Die Gründe hierfür sind vielschichtig, jedoch kann mittels eines modern ausgerichteten M-I-S und Baustellen-Controllings frühzeitig erkannt werden, wie sich die Baustellenergebnisse entwickeln. Hierzu ist es notwendig, dass die Arbeitskalkulation ständig auf dem Laufenden gehalten wird. Nur wenn dies geschieht, sind monatliche Soll-/ Ist-Vergleiche und eine Betrachtung der cost-to-complete möglich und sinnvoll. Eine monatlich rollierende Prognose des Baustellenergebnisses zum Bauende ermöglicht, dass gravierende Veränderungen des Ergebnisses umgehend aufgedeckt werden. Nur in Kenntnis dieser Entwicklungen kann das Management frühzeitig (im Sinne eines Frühwarnsystems) agieren und Steuerungsmaßnahmen ergreifen. Die Ergebnisprognose zum Bauende ist allein als Steuerungsinstrument nicht ausreichend. Die Finanzsituation der Baustelle muß auch regelmäßig geprüft werden, d.h. der Leistungsstand mit der Rechnungsstellung an den Bauherren abgeglichen sowie die unbezahlten Rechnungen des Bauherren überprüft werden. Das beste Prognoseergebnis ist wertlos, wenn der Bauherr seine bezogenen Leistungen nicht vergütet. Die wirtschaftlichen Daten stehen den Verantwortlichen online im Baustellen-Informations-System (B-I-S) zur Verfügung. Ein Ampelsystem verdeutlicht die wirtschaftliche Lage der Baustelle.
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.
Wissenschaftliches Kolloquium vom 24. bis 27. April 2003 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚MediumArchitektur - Zur Krise der Vermittlung'
We propose a new approach to the numerical solution of quasi-static elastic-plastic problems based on the Moreau-Yosida theorem. After the time discretization, the problem is expressed as an energy minimization problem for unknown displacement and plastic strain fields. The dependency of the minimization functional on the displacement is smooth whereas the dependency on the plastic strain is non-smooth. Besides, there exists an explicit formula, how to calculate the plastic strain from a given displacement field. This allows us to reformulate the original problem as a minimization problem in the displacement only. Using the Moreau-Yosida theorem from the convex analysis, the minimization functional in the displacements turns out to be Frechet-differentiable, although the hidden dependency on the plastic strain is non-differentiable. The seconds derivative exists everywhere apart from the elastic-plastic interface dividing elastic and plastic zones of the continuum. This motivates to implement a Newton-like method, which converges super-linearly as can be observed in our numerical experiments.
The reduction of oscillation amplitudes of structural elements is necessary not only for maintenance of their durability and longevity but also for elimination of a harmful effect of oscillations on people and technology operations. The dampers are widely applied for this purpose. One of the most widespread models of structural friction forces having piecewise linear relation to displacement was analysed. T The author suggests the application of phase trajectories mapping in plane "acceleration – displacement". Unlike the trajectories mapping in a plane "velocity – displacement", they don't require large number of geometrical constructions for identification of the characteristics of dynamic systems. It promotes improving the accuracy. The analytical assumptions had been verified by numerical modeling. The results show good enough coincide between numerical and analytical estimation of dissipative characteristic.
The quaternionic operator calculus can be applied very elegantly to solve many important boundary value problems arising in fluid dynamics and electrodynamics in an analytic way. In order to set up fully explicit solutions. In order to apply the quaternionic operator calculus to solve these types of boundary value problems fully explicitly, one has 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. Recently the theory of quaternionic holomorphic multiperiodic functions and automorphic forms provided new impulses to set up explicit representation formulas for large classes of hyperbolic polyhedron type domains. These include block shaped domains, wedge shaped domains (with or without additional rectangular restrictions) and circular symmetric finite and infinite cylinders as particular subcases. In this talk we want to give an overview over the recent developments in this direction.
The paper is devoted to the investigation of dynamical behavior of a cable under influence of various types of excitations. Such element has a low rigidity and is sensitive to dynamic effect. The structural scheme is a cable which ends are located at different level. The analysis of dynamical behavior of the cable under effect of kinematical excitation which is represented by the oscillations of the upper part of tower is given. The scheme of cable is accepted such, that lower end of an inclined cable is motionless. The motion of the upper end is assumed only in horizontal direction. The fourth-order Runge-Kutta method was realized in software. The fast Fourier transform was used for spectral analysis. Standard graphical software was adopted for presenting results of investigations. The mathematical model of oscillations of a cable was developed by the account of the viscous damping. The analysis of dynamical characteristics of a cable for various parameters of damping and kinematical excitation was carried out. The time series, spectral characteristics and amplitude-frequencies characteristics was obtained. The resonance amplitude for different oscillating regimes was estimated. It is noted that increasing of the coefficient of the viscous damping and decreasing of the amplitude of tower's oscillations reduces the value of the critical frequency and the resonant amplitudes.
Für die Ausführung des Oberbaus von Verkehrsflächen existiert in Abhängigkeit von projektspezifischen Voraussetzungen eine Vielzahl von verschiedenen Varianten. Aufgrund von Erfahrungen der Projektplaner werden bei ähnlichen Voraussetzungen häufig gleichartige Ausführungsvarianten gewählt. Um eine mögliche Lösungsvariante für den Straßenoberbau zu erhalten, sollten daher nicht nur die gesetzlichen Richtlinien sondern auch bereits beendete Projekte berücksichtigt werden. Im Rahmen eines Wissenschaftlichen Kollegs an der Bauhaus-Universität Weimar wurde die Anwendung des Case-Based Reasoning für die Auswahl von Ausführungsvarianten für den Straßenoberbau untersucht. In diesem Beitrag werden die grundlegenden Konzepte des Case-Based Reasoning und die Bestimmung von ähnlichen Varianten anhand einfacher Beispiele aus dem Straßenoberbau dargestellt.
Procedures of a construction of general solutions for some classes of partial differential equations (PDEs) are proposed and a symmetry operators approach to the raising the orders of the polynomial solutions to linear PDEs are develops. We touch upon an ''operator analytic function theory'' as the solution of a frequent classes of the equations of mathematical physics, when its symmetry operators forms vast enough space. The MAPLE© package programs for the building the operator variables is elaborated also.
This paper presents two new methods for analysis of a technical state of large-panel residential buildings. The first method is based on elements extracted from the classical methods and on data about repairs and modernization collected from building documentations. The technical state of a building is calculated as a sum of several groups of elements defining the technical state. The deterioration in this method depends on: - time, which has passed since last repair of element or time which has passed since construction, - estimate of the state of element groups which can be determined on basis of yearly controls. This is a new unique method. it is easy to use, does not need expertise. The required data could be extracted easily from building documentations. For better accuracy the data from building inspections should be applied (in Poland inspections are made every year). The second method is based on the extracted data processing by means of the artificial neural networks. The aim is to learn the artificial neural network configurations for a set of data containing values of the technical state and information about building repairs for last years (or other information and building parameters) and next to analyse new buildings by the instructed neural network. The second profit from using artificial neural networks is the reduction of number of parameters. Instead of more then 40 parameters describing building, about 6-12 are usually sufficient for satisfactory accuracy. This method could have lower accuracy but it is less prone to data errors.
Analysis of the reinforced concrete chimney geometry changes and their influence on the stresses in the chimney mantle was made. All the changes were introduced to a model chimney and compared. Relations between the stresses in the mantle of the chimney and the deformations determined by the change of the chimney's vertical axis geometry were investigated. The vertical axis of chimney was described by linear function (corresponding to the real rotation of the chimney together with the foundation), and by parabolic function (corresponding to the real dislocation of the chimney under the influence of the horizontal forces - wind). The positive stress pattern in the concrete as well as the negative stress pattern in the reinforcing steel have been presented. The two cases were compared. Analysis of the stress changes in the chimney mantle depending on the modification in the thickness of the mantle (the thickness of the chimney mantle was altered in the linear or the abrupt way) was carried out. The relation between the stresses and the chimney's diameter change from the bottom to the top of the chimney was investigated. All the analyses were conducted by means of a specially developed computer program created in Mathematica environment. The program makes it also possible to control calculations and to visualize the results of the calculations at every stage of the calculation process.
The general motivation of this research is to develop software to support the handling of the increased complexity of architectural design. In this paper we describe a system providing general support during the whole process. Instead of only developing design tools we are also addressing the problem of the operating environment of these tools. We conclude that design tools have to be integrated in an open, modular, distributed, user friendly and efficient environment. Two major fields have to be addressed - the development of design tools and the realisation of an integrated system as their operation environment. We will briefly focus on the latter by discussing known technologies in the field of information technology and other design disciplines that can be used to realise such an environment. Regarding the first subject we have to state the need of a detailed tool specification. As a solution we suggest a strategy where the tool functions are specified on the basis of a transformation, where a hierarchical process model is mapped into specifications of different design tools realising appropriate support for all sub-processes of architectural design. Using this strategy the main steps to develop such a support system are: implementation of a framework as basis for the integrated design system decision whether the tool specification are already implemented in available tools in this case these tools can be integrated using known methods for tool coupling otherwise new design tools have to be developed according to the framework
The modeling of crack propagation in plain and reinforced concrete structures is still a field for many researchers. If a macroscopic description of the cohesive cracking process of concrete is applied, generally the Fictitious Crack Model is utilized, where a force transmission over micro cracks is assumed. In the most applications of this concept the cohesive model represents the relation between the normal crack opening and the normal stress, which is mostly defined as an exponential softening function, independently from the shear stresses in tangential direction. The cohesive forces are then calculated only from the normal stresses. By Carol et al. 1997 an improved model was developed using a coupled relation between the normal and shear damage based on an elasto-plastic constitutive formulation. This model is based on a hyperbolic yield surface depending on the normal and the shear stresses and on the tensile and shear strength. This model also represents the effect of shear traction induced crack opening. Due to the elasto-plastic formulation, where the inelastic crack opening is represented by plastic strains, this model is limited for applications with monotonic loading. In order to enable the application for cases with un- and reloading the existing model is extended in this study using a combined plastic-damage formulation, which enables the modeling of crack opening and crack closure. Furthermore the corresponding algorithmic implementation using a return mapping approach is presented and the model is verified by means of several numerical examples. Finally an investigation concerning the identification of the model parameters by means of neural networks is presented. In this analysis an inverse approximation of the model parameters is performed by using a given set of points of the load displacement curves as input values and the model parameters as output terms. It will be shown, that the elasto-plastic model parameters could be identified well with this approach, but require a huge number of simulations.
Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik in Kombination mit Informations- und Kommunikations-technik erlauben es mittlerweile, Rechenleistung und Kommunikationsfähigkeit in kleinsten Formaten, mit geringsten Energien und zu günstigen Preisen nutzbringend in unser privates und berufliches Umfeld einzubringen. Beispiele sind Notebook-PC, PDA, Handy und das Navigationßystem im Auto. Aber auch eingebettete Elektronik in Komponenten, Geräten und Systemen ist nunmehr zur Selbstverständlichkeit geworden. Bekannte Beispiele aus der Haustechnik sind Mikroprozeßoren in Heizungs- und Alarmanlagen und aber auch in Komponenten wie Brand- und Bewegungsmelder. Wir nähern uns dem vor einigen Jahren noch als Vision bezeichneten Zustand der überall vorhandenen elektronischen Rechenleistung (engl. ubiquitous computing) bzw. des von Informationsverarbeitung durchdrungenen täglichen Umfelds (engl. pervasive computing). Werden die TGA-Komponenten genau wie die größeren Computerkomponenten (z.B. PCs, Server) über Datenschnittstellen zu räumlich verteilten Netzwerken verknüpft (z.B. Internet, Intranet) und mit einer systemübergreifenden und adäquaten Intelligenz (Software) programmiert, so können neuartige Funktionalitäten im jeweiligen Anwendungsumfeld (engl. ambient intelligence, kurz AmI, [1]) entstehen. Hier liegt bei Gebäuden und Räumen speziell eine große Chance, die bislang einer ganzheitlichen Systemkonzeption unter Einschluß von Architektur, Gebäudephysik, technischer Gebäudeausrüstung (TGA) und Gebäudeautomation (GA) im Wege stehende Gewerketrennung zu überwinden. Es entstehen für div. Anwendungszwecke systemisch integrierte >smart areas< (nach Prof. Becker, FH Biberach). Im vorliegenden Beitrag erläuterte Beispiele für AmI-Lösungen im Immobilienbereich sind Raumsysteme zur automatischen und sicheren Erkennung von Notfällen, z.B. in Pflegeheimen; sich automatisch an die Nutzung und den Nutzer bzgl. Klima und Beleuchtung adaptierende Raumsysteme im Büro- oder Hotelbereich und die elektronische Aßistenz des Bau- und Betriebsprozeßes von Gebäuden. Im Duisburger inHaus-Innovationszentrum für Intelligente Raum- und Gebäudesysteme der Fraunhofer-Gesellschaft wurden in den letzten Jahren erste Lösungen mit diesem neuartigen Ansatz konzipiert, entwickelt und erprobt. Der Beitrag beschreibt nach einer kurzen Skizzierung des Ambient-Intelligence-Ansatzes an Beispielen Möglichkeiten für den Transfer dieser neuen Technologie in den Raum- und Gebäudebereich. Es folgt eine abschließende Zusammenfaßung und eine Einschätzung der Zukunftspotenziale der Ambient Intelligence in Raum und Bau.