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Der vorliegende Beitrag beschreibt die Problematik bei der Prognose verkehrsbedingter Schadstoff-Immissionen. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung und der Aufbau einer Simulationsumgebung zur Evaluation von umweltorientierten Verkehrsmanagement-Strategien. Die Simulationsumgebung wird über die drei Felder Verkehr, Emission, Immission entwickelt und findet zunächst Anwendung in der Evaluation verkehrlicher Maßnahmen für die Friedberger Landstraße in Frankfurt am Main.

Die Bauhaus-Universität Weimar ist seit langer Zeit mit dem Forum Bauinformatik eng verbunden. So wurde die Veranstaltung 1989 hier durch den Arbeitskreis Bauinformatik ins Leben gerufen und auch das 10. und 18. Forum Bauinformatik (1998 bzw. 2006) fand in Weimar statt. In diesem Jahr freuen wir uns daher besonders, das 30. Jubiläum an der Bauhaus-Universität Weimar ausrichten zu dürfen und viele interessierte Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen aus dem Bereich der Bauinformatik in Weimar willkommen zu heißen. Das Forum Bauinformatik hat sich längst zu einem festen Bestandteil der Bauinformatik im deutschsprachigen Raum entwickelt. Dabei steht es traditionsgemäß unter dem Motto „von jungen Forschenden für junge Forschende“, wodurch insbesondere Nachwuchswissenschaftlerinnen und ‑wissenschaftlern die Möglichkeit geboten wird, ihre Forschungsarbeiten zu präsentieren, Problemstellungen fachspezifisch zu diskutieren und sich über den neuesten Stand der Forschung zu informieren. Zudem wird eine ausgezeichnete Gelegenheit geboten, in die wissenschaftliche Gemeinschaft im Bereich der Bauinformatik einzusteigen und Kontakte mit anderen Forschenden zu knüpfen. In diesem Jahr erhielten wir 49 interessante und qualitativ hochwertige Beiträge vor allem in den Themenbereichen Simulation, Modellierung, Informationsverwaltung, Geoinformatik, Structural Health Monitoring, Visualisierung, Verkehrssimulation und Optimierung. Dafür möchten wir uns ganz besonders bei allen Autoren, Co-Autoren und Reviewern bedanken, die durch ihr Engagement das diesjährige Forum Bauinformatik erst möglich gemacht haben. Wir danken zudem Professor Große und Professor Díaz für die Unterstützung bei der Auswahl der Beiträge für die Best Paper Awards. Ein herzliches Dankeschön geht an die Kollegen an der Professur Informatik im Bauwesen der Bauhaus-Universität Weimar für die organisatorische, technische und beratende Unterstützung während der Planung der Veranstaltung.

Die Bauinformatik ist eine Säule der modernen Bau- und Umweltingenieurwissenschaften und befasst sich mit der Erforschung grundlegender informatorischer Methoden sowie mit der Anwendung und Weiterentwicklung der Informationswissenschaften im Bau- und Umweltbereich. Der Arbeitskreis Bauinformatik konstituiert sich aus Wissenschaftlern, die an Universitäten im deutschsprachigen Raum auf dem Fachgebiet Bauinformatik lehren und forschen. Ausgehend vom erreichten Entwicklungsstand der Bauinformatik skizziert dieses Positionspapier die Aufgaben des Arbeitskreises und formuliert eine Grundlage für eine abgestimmte Weiterentwicklung an den deutschsprachigen Universitäten.

One of the most promising and recent advances in computer-based planning is the transition from classical geometric modeling to building information modeling (BIM). Building information models support the representation, storage, and exchange of various information relevant to construction planning. This information can be used for describing, e.g., geometric/physical properties or costs of a building, for creating construction schedules, or for representing other characteristics of construction projects. Based on this information, plans and specifications as well as reports and presentations of a planned building can be created automatically. A fundamental principle of BIM is object parameterization, which allows specifying geometrical, numerical, algebraic and associative dependencies between objects contained in a building information model. In this paper, existing challenges of parametric modeling using the Industry Foundation Classes (IFC) as a federated model for integrated planning are shown, and open research questions are discussed.

Der Bedarf an leistungsfähigen Hochgeschwindigkeits-Glasfasernetzen ist in den letzten Jahren, insbesondere aufgrund der zunehmenden Nutzung von Internet-basierten Diensten, rapide gestiegen. Eine umfassende Planung von neu zu errichtenden Glasfasernetzen im Sinne eines kostengünstigen Breitbandausbaus ist jedoch häufig mit hohem Aufwand verbunden. Die Auswahl möglicher Kabelwege und die anschließende Kalkulation der Installationskosten werden heute in der Regel durch computerbasierte Verfahren unterstützt, wobei allerdings die Installationspläne und die Installationskosten getrennt voneinander dargestellt werden, was wiederum die computergestützte Planung sowie weitere Optimierungsansätze erschwert. Dieses Arbeitspapier beschreibt ein Konzept für ein modulares Softwaresystem zur computergestützten Planung, Kostenkalkulation und Visualisierung von Glasfasernetzen, das eine integrierte Darstellung von Installationsplänen und Installationskosten ermöglicht. Anstelle der herkömmlichen Darstellung von Installationsplänen, die in der Regel alle geplanten Kabelwege einfarbig auf einer Landkarte visualisiert, wird ein Farbschema zur Anzeige der Installationskosten in Installationsplänen eingesetzt. Das Konzept wird prototypisch implementiert und durch ein Anwendungsbeispiel, das die Planung eines Glasfasernetzes innerhalb eines Siedlungsgebietes behandelt, validiert. Die integrierte, farbige Darstellung der Installationskosten in Installationsplänen ermöglicht eine effiziente Identifikation der kostenintensiven Bauabschnitte und befördert kostenoptimierte Planungsansätze. Die intuitive Visualisierung vereinfacht somit die akkurate und kostenoptimierte Planung von Glasfasernetzen.

Der Entwurfsraum für den Entwurf eines Tragwerks ist ein n-dimensionaler Raum, der aus allen freien Parametern des Modells aufgespannt wird. Traditionell werden nur wenige Punkte dieses Raumes durch eine numerische (computergestützte) Simulation evaluiert, meist auf Basis der Finite-Elemente-Methode. Mehrere Faktoren führen dazu, dass heute oft viele Revisionen eines Simulationsmodells durchlaufen werden: Zum einen ergeben sich oft Planungsänderungen, zum anderen ist oft die Untersuchung von Planungsalternativen und die Suche nach einem Optimum wünschenswert. In dieser Arbeit soll für ein vorhandenes Finite-Elemente-Framework die sequentielle Datei-Eingabeschnittstelle durch eine Netzwerkschnittstelle ersetzt werden, die den Erfordernissen einer interaktiven Arbeitsweise entspricht. So erlaubt die hier konzipierte Schnittstelle interaktive, inkrementelle Modelländerungen sowie Status- und Berechnungsergebnis-Abfragen durch eine bidirektionale Schnittstelle. Die Kombination aus interaktiver numerischer Simulation und Interoperabilität durch die Anwendung von Konzepten zur Bauwerks-Informations-Modellierung im Tragwerksentwurf ist Ziel dieser Dissertation. Die Beschreibung der Konzeption und prototypischen Umsetzung ist Gegenstand der schriftlichen Arbeit.

Increasingly powerful hard- and software allows for the numerical simulation of complex physical phenomena with high levels of detail. In light of this development the definition of numerical models for the Finite Element Method (FEM) has become the bottleneck in the simulation process. Characteristic features of the model generation are large manual efforts and a de-coupling of geometric and numerical model. In the highly probable case of design revisions all steps of model preprocessing and mesh generation have to be repeated. This includes the idealization and approximation of a geometric model as well as the definition of boundary conditions and model parameters. Design variants leading to more resource-efficient structures might hence be disregarded due to limited budgets and constrained time frames. A potential solution to above problem is given with the concept of Isogeometric Analysis (IGA). Core idea of this method is to directly employ a geometric model for numerical simulations, which allows to circumvent model transformations and the accompanying data losses. Basis for this method are geometric models described in terms of Non-uniform rational B-Splines (NURBS). This class of piecewise continuous rational polynomial functions is ubiquitous in computer graphics and Computer-Aided Design (CAD). It allows the description of a wide range of geometries using a compact mathematical representation. The shape of an object thereby results from the interpolation of a set of control points by means of the NURBS functions, allowing efficient representations for curves, surfaces and solid bodies alike. Existing software applications, however, only support the modeling and manipulation of the former two. The description of three-dimensional solid bodies consequently requires significant manual effort, thus essentially forbidding the setup of complex models. This thesis proposes a procedural approach for the generation of volumetric NURBS models. That is, a model is not described in terms of its data structures but as a sequence of modeling operations applied to a simple initial shape. In a sense this describes the "evolution" of the geometric model under the sequence of operations. In order to adapt this concept to NURBS geometries, only a compact set of commands is necessary which, in turn, can be adapted from existing algorithms. A model then can be treated in terms of interpretable model parameters. This leads to an abstraction from its data structures and model variants can be set up by variation of the governing parameters. The proposed concept complements existing template modeling approaches: templates can not only be defined in terms of modeling commands but can also serve as input geometry for said operations. Such templates, arranged in a nested hierarchy, provide an elegant model representation. They offer adaptivity on each tier of the model hierarchy and allow to create complex models from only few model parameters. This is demonstrated for volumetric fluid domains used in the simulation of vertical-axis wind turbines. Starting from a template representation of airfoil cross-sections, the complete "negative space" around the rotor blades can be described by a small set of model parameters, and model variants can be set up in a fraction of a second. NURBS models offer a high geometric flexibility, allowing to represent a given shape in different ways. Different model instances can exhibit varying suitability for numerical analyses. For their assessment, Finite Element mesh quality metrics are regarded. The considered metrics are based on purely geometric criteria and allow to identify model degenerations commonly used to achieve certain geometric features. They can be used to decide upon model adaptions and provide a measure for their efficacy. Unfortunately, they do not reveal a relation between mesh distortion and ill-conditioning of the equation systems resulting from the numerical model.

Die Planung komplexer Bauwerke erfolgt zunehmend mit rechnergestützten Planungswerkzeugen, die den Export von Bauwerksinformationen im STEP-Format auf Grundlage der Industry Foundation Classes (IFC) ermöglichen. Durch die Verfügbarkeit dieser Schnittstelle ist es möglich, Bauwerksinformationen für eine weiterführende applikationsübergreifende Verarbeitung bereitzustellen. Ein großer Teil der bereitgestellten Informationen bezieht sich auf die geometrische Beschreibung der einzelnen Bauteile. Um den am Bauprozess Beteiligten eine optimale Auswertung und Analyse der Bauwerksinformationen zu ermöglichen, ist deren Visualisierung unumgänglich. Das IFC-Modell stellt diese Daten mit Hilfe verschiedener Geometriemodelle bereit. Der vorliegende Beitrag beschreibt die Visualisierung von IFC-Objekten mittels Java3D. Er beschränkt sich dabei auf die Darstellung von Objekten, deren Geometrie mittels Boundary Representation (Brep) oder Surface-Model-Repräsentation beschrieben wird.

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.

Bauwerke sind in der Regel Unikate, für die meist eine komplette und aufwändige Neuplanung durchzuführen ist. Der Umfang und die Verschiedenartigkeit der einzelnen Planungsaufgaben bedingen ein paralleles Arbeiten der beteiligten Fachplaner. Darüber hinaus ist die Bauplanung ein kreativer und iterativer Prozess, der durch häufige Änderungen des Planungsmaterials und Abstimmungen zwischen den Fachplanern gekennzeichnet ist. Mithilfe von speziellen Fachanwendungen erstellen die Planungsbeteiligten verschiedene Datenmodelle, zwischen denen fachliche Abhängigkeiten bestehen. Ziel der Arbeit ist es, die Konsistenz der einzelnen Fachmodelle eines Bauwerks sicherzustellen, indem Abhängigkeiten auf Basis von Objektversionen definiert werden. Voraussetzung dafür ist, dass die Fachanwendungen nach dem etablierten Paradigma der objektorientierten Programmierung entwickelt wurden. Das sequentielle und parallele Arbeiten mehrerer Fachplaner wird auf Basis eines optimistischen Zugriffsmodells unterstützt, das ohne Schreibsperren auskommt. Weiterhin wird die Historie des Planungsmaterials gespeichert und die Definition von rechtsverbindlichen Freigabeständen ermöglicht. Als Vorbild für die Systemarchitektur diente das Softwarekonfigurationsmanagement, dessen Versionierungsansatz meist auf einem Client-Server-Modell beruht. Die formale Beschreibung des verwendeten Ansatzes wird über die Mengenlehre und Relationenalgebra vorgenommen, so dass er allgemeingültig und technologieunabhängig ist. Auf Grundlage dieses Ansatzes werden Konzepte für den Einsatz versionierter Objektmodelle im Bauwesen erarbeitet und mit einer Pilotimplementierung basierend auf einer Open-Source-Ingenieurplattform an einem praxisnahen Szenario verifiziert. Beim Entwurf der Konzepte wird besonderer Wert auf die Handhabbarkeit der Umsetzung gelegt. Das betrifft im Besonderen die hierarchische Strukturierung des Projektmaterials, die ergonomische Gestaltung der Benutzerschnittstellen und der Erzielung von geringen Anwortzeiten. Diese Aspekte sind eine wichtige Voraussetzung für die Effizienz und Akzeptanz von Software im praktischen Einsatz. Bestehende Fachanwendungen können durch geringen Entwicklungsaufwand einfach in die verteilte Umgebung integriert werden, ohne sie von Grund auf programmieren zu müssen.