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Vom Bauwerksinformationsmodell zur Terminplanung - Ein Modell zur Generierung von Bauablaufplänen
(2011)
Die effiziente und zielgerichtete Ausführung von Bauvorhaben wird in hohem Maße von der zugrunde liegenden Bauablaufplanung beeinflusst. Dabei ist unter Verwendung herkömmlicher Methoden und Modelle die Planung des Bauablaufs ein zumeist aufwändiger und fehlerträchtiger Prozess. Am Ende der gegenwärtig üblichen Vorgehensweise für die Planung eines Bauablaufs erfolgt lediglich die Dokumentation des Endergebnisses. Mögliche Ablaufalternativen, die im Verlauf der Planung betrachtet wurden, sind im resultierenden Bauablaufplan nicht enthalten und gehen verloren. Eine formale Kontrolle des geplanten Bauablaufs hinsichtlich seiner Vollständigkeit ist nur begrenzt möglich, da beispielsweise existierende Methoden der 4D-Visualisierung derzeit nicht ausreichend in den Prozess der Planung von Bauabläufen integriert sind. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines neuen Modells für die Unterstützung der Bauablaufplanung. Dafür wird der größtenteils manuelle Vorgang der Bauablaufplanung auf Basis verfügbarer Bauwerksinformationsmodelle (BIM) weitestgehend automatisiert und die Methodik der 4D-Animation in den Prozess der Bauablaufplanung integriert. Ausgehend von in einer Erfahrungsdatenbank gespeicherten Informationen werden auf Basis einer Ähnlichkeitsermittlung Bauteilen des betrachteten BIM geeignete Vorgänge zugeordnet und mittels Algorithmen der Graphentheorie ein Workflowgraph aller mög\-lichen Bauablaufvarianten generiert. Aufgrund der vorgenommenen Kopplung des Bauablaufplans mit Bauteilen eines BIM und der visuellen Darstellung des Bauablaufs kann vom Planer im Rahmen der Modellierungsgenauigkeit des BIM auf die Vollständigkeit des Bauablaufplans geschlossen werden. Dies ermöglicht dem Anwender ein hohes Maß an Kontrolle des geplanten Bauablaufs bereits innerhalb der Planungsphase. Weiterhin unterstützt das entwickelte Modell die Integration von Ablaufvarianten, was deren Gegenüberstellung ermöglicht und die Wiederverwendbarkeit bereits geplanter Bauabläufe durch eine entsprechend ausgerichtete Abbildung des Modells. Die Anwendbarkeit des erarbeiteten Modells wird anhand einer prototypischen Implementierung nachgewiesen und anhand eines Praxisbeispiels verifiziert.
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.
Für die Gestaltung einer durchgängigen Unterstützung des Entwurfsprozesses stehen gegenwärtig deskriptive Modelle der Entwurfsobjekte im Mittelpunkt der Untersuchungen. Diese Modelle gestatten das Ableiten von Repräsentationen sowie eine Weitergabe von Entwurfsergebnissen. Pragmatische Gliederungen des Entwurfsprozesses unterteilen diesen nach organisatorischen und betriebswirtschaftlichen Aspekten (Planbarkeit und Abrechenbarkeit) in eine Sequenz von Entwurfsphasen (HOAI). Diese Gliederungen berücksichtigen nicht das WIE des eigentlichen modellkreierenden Schaffensprozesses. Für ein echtes CADesign bildet dessen Klärung jedoch die erforderliche Voraussetzung. Im Beitrag wird dazu von einem vereinheitlichten Set generischer Entwurfsaktionen ausgegangen. Auch dann, wenn die verschiedenen Entwurfsphasen und die Entwurfshandlungen der einzelnen Ingenieurgewerke mit spezifische Entwurfsmodellen verbunden werden, besteht damit eine Grundlage zur methodischen Fundierung entsprechender CAD-Tools. Die methodische Verfahrensweise ähnelt der, die in Form von Styleguides zur Gestaltung von 'Graphical User Interfaces' vorgeschlagen wird. Wesentliche praktische Benutzungen solche Basisaktivitäten ergeben sich für: die Systematisierung computergestützter Entwurfshandlungen, insbesondere durch Erweiterung des deskriptiven um ein operationales Modell sowie deren erweiterte Interpretierbarkeit die Erzeugung wissensbasierter Werkzeuge zur automatischen Modellgenerierung/-konfiguration die Implementation von leistungsfähigen UNDO- bzw. TMS-Mechanismen.
Transport problems, as, for instance, the transport of sediment in hydraulic engineering and the transport of harmful substances through porous media, play an important role in many fields of civil engineering. Other examples include the dissipation of heat or sound as well as the simulation of traffic with macroscopic models. The contribution explains the analysis of the applicability of Voronoi-based finite volume methods for the approximation of solutions of transport problems. A special concern is the discretisation of the transport equation. Current limitations of the method as well as ideas for stabilisation are explained with examples.
Wahrnehmung und Verarbeitung von Ereignissen bei der verteilten Planung im baulichen Brandschutz
(2003)
Der Bauplanungsprozess ist durch ein hohes Maß an Kooperation zwischen Planungsbeteiligten verschiedener Fachrichtungen gekennzeichnet. Hierbei werden zum einen Planungen auf der Basis von Planungsinformationen anderer Planungsbeteiligter detailliert, zum anderen geben Planungen einzelner auch wichtige Rahmenbedingungen für die Gesamtplanung vor. Der vorliegende Beitrag beschreibt einen Ansatz zur ganzheitlichen Unterstützungen verteilter Planungen am Beispiel des baulichen Brandschutzes. Der Antrag trägt hierbei der verteilten und parallelen Planung Rechnung, wie sie heute bei der Planung großer und mittlerer Bauwerke angewendet wird. Die Verteiltheit wird nicht nur für die Planungsbeteiligten modelliert, sondern auch die einzelnen Planungsinformationen liegen im gemeinsamen Kooperationsverbund verteilt vor. Der Fokus dieses Beitrags liegt auf der Wahrnehmung von Planungsänderungen und Ereignissen während der Planung und die Verarbeitung dieser Informationen um eine durchgängige Planung zu gewährleisten. Dies wird zum einen durch das CoBE Awarenessmodell erreicht, mit dem Ereignisse erkannt und dem Informationsverbund zur Verfügung gestellt werden können. Zum anderen werden die Ereignisbehandlung und die darauf folgende fachgerechte Informationsverarbeitung mit Hilfe eines Multi-Agentensystems beschrieben.
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.
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.
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.
Due to technological progress and European standardization (e.g. ISO certification) there is an increasing demand to automate the digital recording of building plans. Currently there are two approaches available: (1) labour-intensive redrawing with digitizing tablets or by screen digitizing, (2) automatic scanning and vectorizing where vectorization generally demands an interactive follow-up treatment due to incomplete or ambigues results. This paper proposes a knowledge-based approach for building plan analysis. The procedure reveals the following processing steps: scanning of the building plan, enhancing the image quality and binarization, extraction of lines, line junctions and character fields, knowledge-based interpretation and grouping of image features to domain specific feature aggregates like door symbols, stair symbols etc., optical character recognition and lexicon-based interpretation of character fields, matching of feature aggregates with dimension sets. First results of a prototype implementation are presented. At last an extension of the approach towards a semantic modeling concept showing a coupling between 3D object modeling and an explict 2D modeling of images and technical drawings is presented
Der Entwurf einfacher Konstruktionen stellt für den Tragwerksplaner zumeist eine Routineaufgabe dar. Üblicherweise werden Statik, Zeichnungen sowie Elementelisten separat voneinander erstellt. Das Programmsystem ICAD bietet die Möglichkeit, diese Arbeiten in einer Bearbeitungsstufe durchzuführen. Die Programmierung der Bemessung, Darstellung und Auswertung von Bauteilen wird mit dem Editor Emacs vorgenommen, die grafische Umsetzung des compilierten Quelltextes erfolgt im ICAD-Browser. Innerhalb dieser Benutzeroberfläche steht eine Reihe von Werkzeugen für die Eingabe und Visualisierung von Daten zur Verfügung. Betrachtet man die zu bearbeitenden Bauteile und Anschlüsse als bekannte Konstruktionen des Ingenieurholzbaus, für die es eine festgelegte Anzahl von Abmessungen und Kennwerten gibt, so läßt sich jede dieser Konstruktionen als eigenständiger Modul programmieren. Der Tragwerksplaner ist somit in der Lage, aus einem Katalog an Bauteilen und Anschlüssen die Gesamtkonstruktion zusammenzustellen. Allgemeingültige Kennwerte, Berechnungsverfahren und häufig verwendete Unterprogramme stehen modular als Wissensbasis zur Verfügung und werden von den einzelnen Tragelementen bedarfsgerecht eingebunden. Eine weitere Möglichkeit der wissensbasierten Tragwerksplanung stellt die sogenannte Multi-Criteria-Analyse dar. Bei diesem Verfahren nimmt das Programm selbständig eine Entscheidungsfindung für eine oder mehrere günstige Konstruktionslösungen vor. Dazu sind lediglich Wichtungen verschiedener Randbedingungen durch den Anwender erforderlich.
The paper summarizes a part of research carried out in ICCI project and provides a current review of ICT infrastructures supporting collaboration. It covers taxonomies, protocols, standards, components, typical subsystems as well as future trends and recommendation for two most important technologies with applications in AEC: (1) EIP (Enterprise information portal) – a single gateway to a company's information, knowledge base, and applications for all actors; (2) RTC (Real-Time Communication and Collaboration technologies) that provide means for asynchronous communication between geographically dislocated people using ICT. Proposed future developments are: orientation towards web services - with building information models, business intelligence, personalization, AEC information retrieval, p2p workspaces and grids.
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.
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.
Der Beitrag beschreibt die Entwicklung eines Softwaresystems zur strukturierten Erfassung und Verwaltung bestehender Gebäude in der Architektur. Die Erfassung erfolgt durch die Aufnahme von geometrischen Daten und Sachdaten in unterschiedlichen Abstraktionsstufen unter Einbeziehung einer vorangehenden Dekomposition. Basis für die Entwicklung eines solchen Systems ist die Analyse und Systematik der Erfassungstechniken, -abläufe und der Gegenstand der architektonischen Bestandsaufnahme. Parallel hierzu erfolgt die Bewertung und Nutzung aktueller Techniken und Werkzeuge der applikativen Informatik. Schwerpunkte der Forschungsarbeit sind die Ableitung einer allgemeinen Gebäude- und Bauteilstruktur, die Einbeziehung aktueller informationstechnischer Verfahren und Werkzeuge und die Entwicklung eines entsprechenden Experimentalsystems. Auf eine Auswahl softwaretechnischer Entwicklungen wird näher eingegangen (objektspezifische Eigenschaften, flexible Geometrieerfassung und Benutzeroberflächen).
Es wird gezeigt, daß zur Aufstellung eines korrekten Momentengleichgewichts nach Theorie zweiter Ordnung für Querkräfte die Hebelarme des unverformten Systems und für Normalkräfte Hebelarme des verformten Systems zu benutzen sind. Im Allgemeinen ist es aber nicht möglich, die Knotenverformungen eines Rahmens in relevante und nicht relevante Anteile zu zerlegen, so daß ein Momentengleichgewicht bei Berechnungen nach Theorie zweiter Ordnung im Allgemeinen nicht sinnvoll ist.
Im Vortrag wird der Frage nachgegangen, inwieweit zwischen den strukturellen Parametern Dispersion eines Verkehrsnetzes bzw. der Kennziffer der Unterentwicklung eines Verkehrsnetzes und den mittleren Fahrzeiten bzgl. unterschiedlicher Verkehrsbedarfsmatrizen ein Zusammenhang besteht. An Hand von 10 verschiedenen Ring-Radius-Strukturen für den MIV (Motorisierter Individual-Verkehr) und 3 verschiedenen Ring-Radius-Strukturen für den Busverkehr wird bei 5 unterschiedlichen O-D-Bedarfsmatrizen der Nachweiß eines solchen Zusammenhanges geführt. Die Ergebnisse erlauben es, auf Grund struktureller Analysen Aussagen über funktionelle Bewertungen des Verkehrsnetzes zu treffen. Da strukturelle Bewertungen mit wesentlich geringerem Aufwand an Input-Daten und an Rechenzeit als funktionelle Bewertungen bestimmbar sind, bringt dies deutliche Einsparungen in der Planungsphase von Verkehrsnetzen mit sich.
Seit mehr als fünfzig Jahren werden zur Untersuchung der Tragwerkssicherheit auch Methoden der Wahrscheinlichkeitsrechnung herangezogen. Ungeachtet der inzwischen erreichten Fortschritte und der offensichtlichen Vorzüge, konnte dieses Vorgehen in der Praxis bis jetzt noch nicht ausreichend Fuß fassen. Im Beitrag wird das Problem der Tragwerkssicherheit mit einem neuartigen Verfahren behandelt. Im Unterschied zu den üblichen probabilistischen Methoden geht es nicht von Verteilungsfunktionen aus. Vielmehr werden die maßgebenden Zufallsgrößen in den Mittelpunkt gestellt und direkt in die Rechenvorschrift eingeführt. Als mathematisches Hilfsmittel dienen die WIENERschen Chaos-Polynome. Sie stellen im Raum der Zufallsgrößen mit beschränkter Varianz eine Basis dar, mit der sich eine beliebige Zufallsgröße nach orthogonalen Polynomen GAUSSscher Zufallsgrößen entwickeln läßt. So entsteht ein effektiver Formalismus, der sich eng an die herkömmliche Deformationsmethode anlehnt und als deren probabilistische Verallgemeinerung angesprochen werden darf. Die Methode liefert die Grenzzustandsbedingung als Funktion der auf das Tragwerk wirkenden Zufallsgrößen. Die Versagenswahrscheinlichkeit kann daher durch Monte-Carlo-Simulation bestimmt werden. Die mit der Auswertung des Wahrscheinlichkeitsintegrals der First Order Reliability Method (FORM) verbundenen Schwierigkeiten werden vermieden. An einem Beispieltragwerk wird dargestellt, wie sich Veränderungen gewisser Konstruktionsparameter auf die Versagenswahrscheinlichkeit auswirken.
Es wird gezeigt, daß im allgemeinen die Zeichnungsinhalte von Entwurfsplänen im konstruktiven Ingenieurbau in Teilzeichnungen zerlegt werden können, denen fachspezifische Objekte des Bauwesen entsprechen. Solche Objekte sind beispiels- weise Querschnitte, Träger, Stützen und Fundamente. Diese Teilobjekte werden durch eine unterschiedliche Anzahl von Parametern festgelegt werden. Wählt man für diese Parameter die entsprechendnen Fachbegriffe, so hat man durch diese die Möglichkeit die Teilobjekte auch in Datenbanken zu speichern. Neben den Sachparametern müssen auch zeichnungs- technische Werte, wie Maßstab, gewählte Längeneinheiten (m,cm..) und Einsatzpunkt - für die Lage des Teilobjektes im Gesamtplan - gespeichert werden. Zeichenmodule für jedes Teilobjekt können dann bei Aufruf eines bestimmten Planes aus den Daten der Datenbank die Teilzeichnungen generieren, sodaß eine Planspeicherung in der übliche Speicherform (Speicherelemente Punkt, Linie usw.) nicht mehr erforderlich ist. Neben der reinen Darstellung können die Programmodule auch dahingehend erweitert werden, daß auch die zugehörigen Berechnungen durchgeführt werden. Die numerischen Ergebnisse wie auch die Eingabewerte werden in einem alfanumerischen Dokument abgelegt. Damit ergibt sich dann ein Konstruktionsystem für den Entwurf, das insbesondere die Berechnung von Varianten sehr erleichertert. In Sonderfällen können auch die Pläne in ein Standard CAD Programm eingelesen werden, um allfällige Besonderheiten interaktiv zu ergänzen. Das relationale Modell wird weiters vorgestellt, nach dem die Zeichnungsinhalte gespeichert werden. Neben reinen Teilobjektsätzen werden auch Tabellensätze verwendet, um unter einem Namen mehrere numersiche Daten verwalten zu können. Es werden auch sogenannte Fort- setzungssätze besprochen, die in Entsprechung der stark unterschiedlichen Anzahl der Objektattibute verwendet werden.
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.