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Weimar Open Access

With Building Information Modeling (BIM) prominently used in Architecture Engineering Construction (AEC) industry, the main focus of this innovative technology lies on those professionals such as architects, engineers, managers, etc., wherein a vulnerable interested party, construction workers especially low-skilled workers, has been inadvertently ignored. Noticed that the shortage of skilled workers becomes an escalating challenge and traditional training methods have flaws when confronting this challenge in construction sector, the emerging of new instructional methods, which are including instructional video and BIM-based learning environment, can otherwise bring some new ideas to help solve such shortage problem. The intent of this research is to design a training program for low-skilled construction workers to improve their construction skills, which includes its training content “instructional videos” and its delivery medium “mobile application”. The methodology of this research adopts “design-oriented approach” and its research method belongs to quantitative research method. In the thesis, the design and development process of its concept and system for this training program are presented. After statistic analysis of questionnaire results which comes from a survey on construction workers, the favorable and unfavorable aspects about this instructional video are revealed, which confirms the functionality of instructional video on low-skilled workers. In the end, limitations and suggested future works for this research have been clarified.

Die meisten Baustellen bieten Optimierungspotential. Vor allem der Erdbau fordert durch seine hohe Dynamik und großen Unsicherheiten eine hohe Planungsleistung für jedes neue Projekt. Doch auch bei bester Planung und Vorbereitung kann der Bauprozess durch nicht vorhersehbare Einwirkungen aufgehalten werden. Dazu zählen Witterungseinflüsse, Baumaschinenausfälle, unvorhergesehene Bodenschichten und veränderte Zielsetzungen des Auftraggebers. Dies kann zu Störungen im Bauablauf führen, die eine Bauzeitverzögerung und eine Kostensteigerung nach sich ziehen. Um diese Probleme zu umgehen, sind ein verbesserter Informationsfluss, genaue Bodenaufschlüsse und eine exakte Dimensionierung des einzusetzenden Gerätes notwendig. Hier kann Building Information Modeling (BIM) zum Einsatz kommen. Diese Anwendung bietet die Möglichkeit, die Datengenauigkeit zu erhöhen, den Informationsfluss auf der Baustelle zu verbessern, eine Informationsplattform für alle Beteiligten zu schaffen und die Abläufe transparent zu gestalten. Außerdem ermöglicht die Anwendung Planungsschritte miteinander zu verknüpfen, Kalkulationen zu vereinfachen und das Erstellen eines intelligenten Modells, das über den gesamten Lebenszyklus erweitert werden kann. Die Grundlagen dieser Arbeit bilden die Begriffsdefinitionen zu Erdbau, Tiefbau und Building Information Modeling. Diese Arbeit setzt sich speziell mit Erdbauwerken und deren Sicherungsmaßnahmen auseinander. Darauf aufbauend wird im Rahmen einer Recherche der Forschungsstand im Bereich Building Information Modeling und Tiefbau zusammengefasst. Mit Hilfe einiger Forschungsbeiträge, -projekte, -verbände, Dissertationen und Anwendungsprogrammen wird ein Überblick geschaffen. Die Übersicht soll eine Grundlage für die weitere Forschung auf diesem Gebiet bilden. Abschließend findet eine Bewertung statt. Über die Aufgabenstellung hinaus wird zusätzlich mit dem Softwareprogramm Revit 2014 ein Modell erstellt, um aufzuzeigen, dass das Potential auf Erdbaustellen mit BIM-Anwendungen besser ausgeschöpft werden kann. Es wird versucht eine Gabionenwand, eine Sicherungsmaßnahme von Erdbauwerken zu modellieren und sie mit Parametern auszustatten. Zusammenfassend wird das Programm für den Einsatz im Tiefbau bewertet.

The 20th International Conference on the Applications of Computer Science and Mathematics in Architecture and Civil Engineering will be held at the Bauhaus University Weimar from 20th till 22nd July 2015. Architects, computer scientists, mathematicians, and engineers from all over the world will meet in Weimar for an interdisciplinary exchange of experiences, to report on their results in research, development and practice and to discuss. The conference covers a broad range of research areas: numerical analysis, function theoretic methods, partial differential equations, continuum mechanics, engineering applications, coupled problems, computer sciences, and related topics. Several plenary lectures in aforementioned areas will take place during the conference. We invite architects, engineers, designers, computer scientists, mathematicians, planners, project managers, and software developers from business, science and research to participate in the conference!

Baulogistische Vorgänge sind in einer modern angelegten Baustelle der Schlüssel zu einer wirtschaftlichen Abwicklung. Dieses gilt nicht nur für den Rohbau, bei dem die sehr enge Verzahnung zwischen den Fertigungs- und Logistikprozessen auf der Baustelle zu beobachten ist, sondern noch mehr für die Ausbauphase, bei der vermeintlich unabhängig voneinander agierende Einzelunternehmen des Ausbaus auf engem Raum miteinander um die jeweils besten Liefer- und Montagebedingungen konkurrieren. Ausgehend von einer aktuellen Großbaustelle in Jena werden verschiedene Varianten einer leistungsfähigen Baulogistik entwickelt und deren Implementierung auf der Baustelle vorbereitet werden.

The increasing success of BIM (Building Information Model) and the emergence of its implementation in 3D construction models have paved a way for improving scheduling process. The recent research on application of BIM in scheduling has focused on quantity take-off, duration estimation for individual trades, schedule visualization, and clash detection. Several experiments indicated that the lack of detailed planning causes about 30% non-productive time and stacking of trades. However, detailed planning still has not been implemented in practice despite receiving a lot of interest from researchers. The reason is associated with the huge amount and complexity of input data. In order to create a detailed planning, it is time consuming to manually decompose activities, collect and calculate the detailed information in relevant. Moreover, the coordination of detailed activities requires much effort for dealing with their complex constraints. This dissertation aims to support the generation of detailed schedules from a rough schedule. It proposes a model for automated detailing of 4D schedules by integrating BIM, simulation and Pareto-based optimization.

Der Komplexität einer großen Baumaßnahme steht meist ein relativ unpräzises Termincontrolling gegenüber. Die Gründe dafür liegen in unzureichenden Baufortschrittsinformationen und der Schwierigkeit, eine geeignete Steuerungsmaßnahme auszuwählen. In der Folge kommt es häufig zu Terminverzügen und Mehrkosten. Ziel der Arbeit war es, die realen Bau-Ist-Zustände eines Bauprojektes so genau zu erfassen, dass es möglich wird, täglich ein zutreffendes Abbild des Baufortschrittes und der Randbedingungen des Bauablaufes zu schaffen und mit Hilfe eines Simulationswerkzeuges nachzubilden. Zu diesem Zweck sollte ein Erfassungskonzept ausgearbeitet werden, mit dessen Hilfe unter Verwendung von Erfassungstechniken aussagekräftige sowie belastbare Daten zu einer auf die Anforderungen der Simulation abgestimmten Datenbasis zusammengeführt werden. Um der Zielstellung gerecht zu werden, wurde anhand eines Beispiels ein Prozessmodell aufgebaut und definiert, welche Informationen zum Aufbau eines Simulationsmodells, das die reaktive Ablaufplanung unterstützt, erfasst werden müssen. Die einzelnen Prozessgrößen wurden detailliert beschrieben und die Erfassungsgrößen daraus abgeleitet. Weiterhin wurden Aussagen zur Prozessstrukturierung erarbeitet. Somit wurden Informationsstützstellen definiert. Es wurden Methoden zur Erfassung des Bau-Ist-Zustandes hinsichtlich ihrer Eignung sowie Anwendungsmöglichkeiten analysiert und ausgewählte Anwendungsbeispiele für RFID, Barcodes und Bautagebücher dargestellt. Außerdem wurde betrachtet, welche Daten der baustelleneigenen Bauablaufdokumentation zur Belegung der Informationsstützstellen genutzt werden können. Diese Betrachtung stellte Dokumente in den Fokus, welche aufgrund von Vorschriften oder Vertragsbedingungen ohnehin auf Baustellen erfasst werden müssen. Schließlich wurden die vorangegangenen Betrachtungen hinsichtlich der Erfassungsgrößen und der Erfassungsmethoden in einem Erfassungskonzept zusammengeführt und eine geeignete Kombination von Erfassungsmethoden entwickelt. Der Baufortschritt soll anhand der Beschreibung, welchen Status die einzelnen Vorgänge angenommen haben, mit Hilfe eines digitalen Bautagebuchs erfasst werden. Die Randbedingungen, wie die Verfügbarkeit von Personal-, Material- und Geräteressourcen, werden mit Hilfe von RFID-Tags identifiziert, auf denen alle weiteren benötigten Informationen hinterlegt sind. Informationen über Ressourcen, welche geplante Termine wiedergeben, müssen ebenfalls im digitalen Bautagebuch hinterlegt und aktuell gehalten werden. Traditionelle Lieferscheine in Papierform müssen durch digitale Lieferscheine ersetzt werden. Abgeschlossen wurde die Ausarbeitung des Erfassungskonzeptes durch Ansätze, mit deren Hilfe der Erfassungsaufwand reduziert werden kann. Zu diesem Zweck wurde eine hierarchische Ordnung des Erfassungskonzeptes eingeführt. Im Ergebnis ist somit ein Erfassungskonzept entstanden, mit dessen Hilfe die realen Bau-Ist-Zustände einer Baumaßnahme so genau erfasst werden können, dass täglich ein zutreffendes Abbild des Baufortschrittes und der Randbedingungen des Bauablaufes in einer Simulations¬umgebung generiert werden kann. Die Erfassungskonzeption liefert eine Datenbasis, die auf die Anforderungen der Simulation abgestimmt ist.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Entscheidungsfindung im Herstellungsprozess von Brückenkappen untersucht. Es stellte sich heraus, dass die Fuzzy-Methode ein geeignetes Werkzeug sein könnte, die Teilprozesse auf die Möglichkeit ihrer Parallelisierung hin zu untersuchen. Um diese Theorie zu testen, wurde auf den Grundlagen von Arbeiten der Professur Baubetrieb und Bauverfahren der Prozess näher analysiert und unterstützend durch eigene Recherchen ein UML-Diagramm erstellt, welches als Aktivitätsdiagramm ausgebildet wurde. Aufbauend auf diesem Ablauf und den gewonnenen Kenntnissen zur Herstellung einer Brückenkappe, konnten die einzelnen Prozesse zu Teilprozessen, sogenannten Bausteinen, zusammengefasst werden. Diese Bausteine sind entstanden, um die Simulation möglich zu machen, indem der Ablauf weniger komplex wird und nur die Prozesse zu beurteilen sind, die beeinflusst bzw. in ihrer Reihenfolge bis zu einem gewissen Grad variabel sind. Eine erleichterte Interaktion mit den Bausteinen und deren Überführung in ein Simulationsprogramm wurde über Templates realisiert. So besitzt jeder Baustein eine einheitliche Struktur. Unter anderem beinhalten die Bausteine die jeweiligen Ressourcen und Parameter, sowie die Abhängigkeiten der Prozesse untereinander und die zugehörige Priorität. Zur Entscheidungsfindung wurde die Fuzzylogik herangezogen und die Problemstellung der Parallelisierung zum Ziel gesetzt. Die Realisierung wurde über einen Entscheidungsbaum und das daraus resultierende Regelwerk erreicht. Somit ließen sich, ausgehend von einem festgelegten Prozess und durch die Fuzzifizierung der Eingangsparameter Priorität, Prozessdauer und Verfügbarkeit der Ressourcen und Arbeitskräfte, verschiedene Pfade identifizieren, allerdings nur in Verbindung mit den vorher analysierten Abhängigkeiten. Für jeden der Eingangsparameter wurden so Fuzzy-Sets erstellt. Über den Entscheidungsbaum, welcher mit den linguistischen Variablen versehen wurde, konnte über sogenannte "und" - Verknüpfungen das Regelwerk aufgestellt werden. Das gekürzte Regelwerk in dieser Arbeit beinhaltet grundsätzlich nur die Regeln, die auch zu einer wirklichen Entscheidung führen. Daraus folgt, dass es möglich ist mittels der Fuzzy-Methode eine Entscheidung darüber zu fällen, ob zwei Prozesse zu parallelisieren sind oder nicht und aufgetretene Verzögerungen wieder eingeholt werden können.

Das Bauen im Bestand ist ein wichtiges, aber vergleichsweise noch wenig erforschtes Wissenschaftsfeld. Die Konzentration auf das Bauen im Bestand im Wohnungsbau führte in den bautechnischen Abteilungen von Wohnungsunternehmen zu einem strategischen Wandel. Die Betreuung der Bestandsmaßnahmen ist zum wichtigsten Aufgabenfeld der technischen Bewirtschaftung geworden. Bestandsmaßnahmen bezeichnen die Baumaßnahmen, die die Wohnobjekte (Wohngebäude, Außenanlagen) und ihre Elemente erhalten oder verändern. Basis für eine rationale und kosteneffiziente technische Bewirtschaftung der Wohnungsbestände sind Kenntnisse der charakteristischen Eigenschaften der Bestandsmaßnahmen und ihrer Abhängigkeiten. Die bisherigen empirischen Untersuchungen zu Bestandsmaßnahmen weisen forschungsmethodische und inhaltliche Defizite auf. Der Erkenntnisgewinn ist so noch nicht für die professionelle und kosteneffiziente technische Bewirtschaftung der Wohnungsbestände umsetzbar. Ziel der Arbeit ist es, strategische Handlungsempfehlungen für die rationale und kostenoptimierte Auswahl von Bestandsmaßnahmen in Wohnungsunternehmen zu entwickeln und zu bewerten. Darauf aufbauend soll ein Konzept für eine objektiv begründete Auswahl von Bestandsmaßnahmen entworfen werden. Die Arbeit basiert auf der empirischen Untersuchung von Bestandsmaßnahmen. Die Maßnahmen wurden am Beispiel eines unternehmensstrategisch interessanten Wohnungsunternehmens und eines statistisch gesehen typischen Wohnungsbestandes betrachtet. Es wurden circa 3000 Maßnahmen über einen Zeitraum von fünf Jahren untersucht. Die Maßnahme- und Kostenverteilungen der Bestandsmaßnahmen werden in Abhängigkeit vom Baualter und von unternehmensstrategischen Einflussfaktoren charakterisiert. Mit diesen Erkenntnissen werden strategische Handlungsempfehlungen zur Erfüllung der Pflichten der technischen Bewirtschaftung sowie der Gewährleistung eines Investitionsminimums abgeleitet. Die Handlungsempfehlungen dienen der Ermittlung von Kostensenkungspotentialen und der Berechnung des Investitionsminimums der technischen Bewirtschaftung. Sie werden in ein Konzept zur objektivierten und systematischen Auswahl der Maßnahmen eingebunden.

Die vorliegende Arbeit umfasst die Erstellung eines Konzeptes zur Erfassung und Bewertung von Arbeitsräumen, die während der Ausführung von gebäudetechnischen bzw. Innenausbauarbeiten im Hochbau von verschiedenen Gewerken benötigt werden. Zielstellung ist die Berücksichtigung der räumlichen Aspekte insbesondere in einer durch viele beteiligte Gewerke parallel genutzten, gedrängten Umgebung im Rahmen einer dynamischen Bauablaufplanung. Es erfolgt die auszugsweise Umsetzung und Erprobung des Konzeptes im Rahmen eines Simulationsmodells, welches zukünftig den Planungsverantwortlichen als Werkzeug während der Arbeitsvorbereitung und zur Minimierung auftretender Raum-Zeit-Konflikte dienen könnte. Insgesamt wurden vier Bauprojekte inklusive Baustellenbesichtigungen, Befragung der Beteiligten, Analyse der Projektunterlagen usw. als Referenzen herangezogen. Bestandteile der Arbeit sind zunächst die Betrachtung der klassischen und modernen Verfahren der Bauablaufplanung inklusive der existierenden Forschungsansätze zur Berücksichtigung räumlicher Parameter am Bau bzw. zur Bauablaufsimulation. Es folgt neben der Definition und Abgrenzung wichtiger Roh- und Ausbauphasen im Hochbau die Kategorisierung der wichtigsten Ausbaugewerke sowie die Erfassung ihrer zeitlich-technologischen Abhängigkeiten, Montagestrategien und Prozesse. Die benötigten Arbeitsräume werden klassifiziert sowie für einzelne Gewerke qualitativ und quantitativ erfasst. Im Rahmen der Gewerke- sowie Flächenanalyse wird ein Konzept zur Behandlung von auftretenden Raum-Zeit-Konflikten und resultierenden Produktivitätsminderungen entwickelt. Schlussendlich resultiert die auszugsweise Anwendung der Erkenntnisse und aufbereiteten Daten auf ein Anwendungsbeispiel innerhalb eines von der Professur Baubetrieb und Bauverfahren teilweise vorbereiteten Simulationsmodells in Plant Simulation.

Trotz Mechanisierung und Vorfertigung ist die Bauproduktion stark handwerklich geprägt. Zu dem sind Baustellen in der Regel komplexe und einmalige Produktionsstätten für Einzelobjekte. Sie sind häufig witterungsabhängig, was die Planbarkeit des Herstellungsprozesses beeinträchtigt. Zu dem unterscheiden sich die jeweiligen örtlichen Bedingungen stark voneinander. Ständig wechselndes Personal und Nachunternehmer aus verschiedenen Ländern mit unter-schiedlichen Erfahrungen und Qualifikationen sowie andere Geräte, Herstellungsmethoden und Baustoffe stellen sehr komplexe Anforderungen an die Baubeteiligten. Außerdem gelten in Deutschland hohe Qualitätsanforderungen und komplizierte Vorschriften, die den Aufwand für die Bauleitung deutlich erhöhen. Die Bauindustrie hat sich aus der Kombination verschiedener Berufe entwickelt und leidet deshalb bis heute unter einer arbeitsteiligen Gliederung. Dies hat zur Folge, dass gegenwärtige Ressourcen nur mangelhaft ausgenutzt werden. Besonders bei den Schnittstellen zwischen den einzelnen Gewerken besteht enormes Potential, da die Abläufe und Übergänge zwischen den einzelnen Gewerken meist nicht richtig funktionieren. Hinzu kommen Lieferprobleme sowie zum Teil gegensätzliche Ziele der am Bau Beteiligten, welche die Arbeit erschweren und das Resultat beeinträchtigen. Dies hat zur Folge, dass die tatsächliche, produktive Arbeitsleistung im Verhältnis zur gesamten Arbeitszeit zu gering ausfällt. Seit Mitte der neunziger Jahre versuchen, vor allem amerikanische Bauingenieure und Ma-nagementfachleute, wissenschaftlich einzelne Gestaltungsprinzipien und Methoden der Lean Production (LP) aus der stationären Industrie auf das Bauwesen zu übertragen und bran-chenspezifisch weiterzuentwickeln. Dabei werden hauptsächlich Werkzeuge und Methoden des Toyota Produktionssystems (TPS) und der LP verwendet um eine Steigerung der Produktivität und Stabilisierung der Bauabläufe zu erreichen. Dieser Managementansatz zur Gestaltung der Baustellenproduktion wird als Lean Construction (LC) bezeichnet.