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Informationstechnische Integration im Bauwesen durch Nutzung fachspezifischen Anwenderwissens
(1997)
Im vorliegenden Beitrag wird ein Integrationskonzept vorgestellt, bei dem das fachspezifische Wissen des Anwenders integraler Bestandteil des Konzeptes ist. Grundgedanke des Konzeptes ist es, die Informationen vorerst im Kontext der Anwendung, mit der sie erstellt wurden, zu belassen. Die Interpretation der Informationen erfolgt durch den Anwender, der diese Informationen zur Integration nutzen möchte. Er weiß, welche Daten er für seine Arbeiten benötigt, und er verfügt über das erforderliche fachspezifische Wissen, um die Informationen anderer Bearbeiter verstehen zu können. Damit ist es nicht erforderlich, die internen Datenstrukturen einer Software zu verstehen und in einem neutralen Format zu beschreiben. Die Integration erfolgt interaktiv am Bildschirm durch den Anwender. Das vorgestellt Konzept wird in den Kontext der in der Literatur beschriebenen Integrationskonzepte eingegliedert. Hierzu werden die Integrationskonzepte klassifiziert. Die Klassifikation erfolgt auf der Grundlage der Software-Architekturen. Das vorgestellte Integrationskonzept wird am Beispiel der Angebotsbearbeitung im Bauwesen konkretisiert.
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.
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
There is an increasing need for 3D building extraction from aerial images for various applications such astown planning, environmental- and property-related studies. Aerial images usually reveal on one hand a certain amount of information not relevant for the given task of building extraction like vegetation, cars etc. On the other hand there is a loss of relevant information due to occlusions, low contrasts or disadvantageous perspectives. Therefore a promising concept for automated building reconstruction must incorporate a suffciantly complete model of the objects of interest. We propose a model-based approach to 3D building extraction from aerial images which reveals a tight coupling between a generic 3D object model and an explicit 2D image model. The generic object model employes domain specific volumetric primitives (i. e. building part models) and combination schemes. To cover the gap between 3D object models and 2D image data the image model is employed to predict the projective building appearences in aerial images. We present a strategy for a model-based building extraction based on the recognition-by-components principle and show first experimental results derived from international test sets
Eine Bauunterlage ist in der Regel an mehreren Orten vorhanden. Sie wird von verschiedenen Personen an verschiedenen Orten zu verschiedenen Zeitpunkten geändert. Die Änderungen sind häufig und in vielen Fällen von geringem Umfang. Die Verteilung solcher Unterlagen in Computernetzen, sowie die Durchführung und die Verwaltung von Änderungen stellen hohe Anforderungen an die Informations- und Kommunikationstechnik. Insbesondere ist die Konsistenz der Unterlagen unter Berücksichtigung der typischen Merkmale des Arbeitsablaufes im Bauwesen zu sichern. Im Vortrag wird ein Konzept für die Bearbeitung von Bauunterlagen, insbesondere für Zeichnungen, in Computernetzen vorgestellt. Grundlage dieses Konzeptes ist die Norm ISO 10303 STEP (The standard for exchange of product model data). Das AP 201 >Explicit draughting< der ISO 10303 wurde als Austauschformat für Zeichnungen festgelegt. Im Rahmen des Vortrages wird ein Projektmodell vorgestellt. Das Projektmodell bildet den Informationsfluß während des Bauprozesses ab und ermöglicht die Sicherung der Konsistenz einer Zeichnung während der Bearbeitung der verschiedenen Fachleute. Bei Änderung einer Zeichnung wird ausschließlich die Differenzmenge als Information übertragen. Da die Arbeitsweise des Ingenieurs im Bauwesen eine Vollauthomatisierung des Datenaustausches nicht zuläßt, werden Änderungen nur nach Entscheidung des zuständigen Fachmanns in die ursprüngliche Fassung der Zeichnung übernommen. Werkzeuge für die Unterstützung der Auflösung von Widersprüchen in einem Dokument werden vorgestellt.
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.
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.
Die Kosten für die Unterhaltung von Bauwerken über den Lebenszyklus sind im Vergleich zu den Planungs- und Herstellungskosten erheblich größer. Insbesondere setzt eine Reduzierung des Instandhaltungsaufwandes als Teilprozeß der Bestandsverwaltung das rechtzeitige Erkennen von Bauschäden und das vorausschauende Ergreifen von Gegenmaßnahmen voraus. Das planmäßige Vorgehen beim Erkennen von Bauschäden, d.h. die regelmäßige Überwachung baulicher Anlagen, dient nicht nur dem sparsamen Umgang mit vorhandenen Mitteln, sondern verringert auch die Gefahr des plötzlichen Versagens von tragenden Bauteilen. Dadurch werden Gefahren für die Nutzer der Bauwerke frühzeitig abgewendet. Die Notwendigkeit der systematischen Instandhaltung mit modernen Methoden wird auch in den Schlußfolgerungen des dritten Bauschadensberichts des Bundesministeriums für Raumordnung, Bauwesen und Städtebau unterstrichen. Um den Zustand eines Bauteils festzustellen, werden ausreichende Informationen über Struktur, Material, Alter, Belastungen, Umweltbedingungen etc. benötigt. Zur Verarbeitung dieser Fülle von Informationen unterschiedlichen Typs (z.B. technische Dokumente, CAD-Zeichnungen, Photos etc.) bei der Überwachung und Dokumentation baulicher Anlagen ist eine geeignete DV-Unterstützung notwendig. Zur Verwaltung der komplexen Baustrukturinformationen werden objektorientierte Bauwerksmodelle benötigt. Zur bedarfsgerechten Aufbereitung der unterschiedlichen Informationsarten und -qualitäten ist zusätzlich eine multimediale Informationsverarbeitung sowohl intern als auch in der Benutzungsschnittstelle erforderlich. Im Beitrag werden die Grundlagen objektorientierter Methoden zur Bauwerksmodellierung sowie von Multimedia mit den Bereichen Text, Graphik (Vektor- und Pixelgraphik), Audio, Photo und Video einschließlich deren Verknüpfungsmöglichkeiten im Sinne von Hypermedia an Beispielen erläutert. Zusätzlich werden aktuelle Entwicklungstendenzen im Bereich der Telekommunikation mit den Möglichkeiten des Computernetzes INTERNET zur Bestandsverwaltung in verteilten Systemen aufgezeigt. Abschließend werden Anwendungen der objektorientierten und multimedialen Informationsverarbeitung in der täglichen Ingenieurpraxis am Beispiel des DV-Systems BestandManager zur Überwachung und Dokumentation baulicher Anlagen vorgestellt.
Essence of service unreliability on account of irregularity has been given. The reasons of occurance of overcrowded vehicles have been listed. The factor of service unreliability on account of irregularity has been determined. It is probability of the event, that the passenger finds departing vehicle fully filled, i.e. when all places seating and standing are occupied or condition of the travel, which would be not acceptable for passenger. Large dispersion of headways (i.e. irregularity) increases probability of such situations. To calculate the mentioned factor, the computer simulation was used. Both, passenger arrivals and vehicle operation have been modelled as stochastic interacted processes. Distributions of headways and passenger arrivals have been fixed by statistical methods. The >maximal capacity< of a vehicle has been determined. The set of parameters values for simulation runs has been given. The transformed results of computer simulation are series of nomographs for determination of a factor value. They were prepared for many types of trams and city buses, but only one nomograph has been presented. Difficulties in verification of model were discussed. Recommendations for rational utilisation level of public transport means capacity in the condition of randomness of passenger arrivals and disturbances in vehicle operation have been proposed. The other possibilities of service unreliability have been mentioned. General conclusions have been given
Die Zielstellung der ModalSplitBetrachtungen läuft darauf hinaus, Entscheidungs-kriterien zu erarbeiten, nach denen die einzelnen Personen ihre Verkehrsmittel auswählen. In dieser Veröffentlichung wurden alle drei Gruppen der Modelle (klassische, verhaltensorientierte und der Analyse) der Verkehrsaufteilung kurz charakterisiert. Dann wurden vier ausgewählte Modelle genauer beschrieben. Zum Schluß wird das Modell der Verkehrsmittelwahl dargestellt , das für die Untersuchung der Verkehrsaufteilung in Krakau verwendet wurde .
Das Eintreffen der Passagiere einer Haltestelle eines öffentlichen Nahverkehrsmittel wird als stochastischer Prozeß beschrieben . Die Ankünfte der Nahverkehrsmittel stellen einen Erneuerungsprozeß dar , wohingegen die Ankünfte der Personen innerhalb einer Erneuerungsperiode als instationärer Poissonprozeß aufgefaßt wird. Über die Intensitätsfunktion liegen Messungen vor. Betrachtet wird die Gesamt- wartezeit der Personen an einer Haltestelle .
O-D Matrix sind die wichtigste Informationsquelle, die den Bedarf an Transport in der Stadt betrifft. Sie dienen den richtigen Bildung von Straßennetz und Öffentlichen Personen Verkehrslinien. Anhand diesen Grundlagen gerechnet man Verkehrsstärken, die zur Dimensionierung der Verkehrsinfrastruktur benutzt werden. Im Verkehrsplannung zur Rechnung O-D Matrix wird Vier - Stufen - Methode angewendet. In dieser Methode verwendet man die Angaben aus den Haushaltsumfragen und aus den Kordonumfragen. Diese Methode fordert einen großen Arbeitsaufwand und Kosten. Hier wird die andere Methode dargestellt. Bei Schätzung der O-D Matrix verwendet man die Verkehrsstärken, die in den Straßenquerschnitten gemessen werden. Wir brauchen gemessene Verkehrsstärken auch für andere Ziele (z. B. für Signalsteuerung, für Beobachtung des Motorisierungstrendes). Darum ist diese Methode billiger als das traditionelle Verfahren. In diesen Methode haben wir zwei Möglichkeiten. Die erste - von Verkehrsstärkemessungen kann man O-D Matrix direkt schätzen. Und zweite Möglichkeit - zuerst rechnen wir die Verkehrserzeugungen und später O-D Matrix. Das zweite Verfahren hat einen wesentlichen Vorteil und zwar, anhand der Verkehrserzeugungen ist es möglich alle Elemente O-D Matrix zu rechnen. Bei der Schätzung der O-D Matrix unmittelbar von den Messungen (das erste Verfahren) bekommt man nur diese Elemente, die in den beobachtenen Straßenquerschnitten auftreten.
In diese Veröffentlichung werden die Kennziffern dargestellt, die zur Beurteilung der Struktur von Verkehrsnetzen behilflich sein können. Zu diesem Zweck wurde die Graphentheorie angewendet. Eine erste Gruppe von Bewertungen stützt sich auf die Anzahl der Knoten und Bögen des Netzes. Detailliertere Informationen über Engpässe oder Schwachstellen im Verkehrsnetz erhält man durch die Analyse der Kantenzusammenhangs. Die Unabhängigkeit der einzelnen Verkehrsarten , ihre Bewertung und Maßnahmen, sie zu verbessern werden vorgeschlagen und diskutiert. Weiteren Untersuchungen werden angeregt.
Die Sicherheit von Tragwerken hängt von der zuverlässigen Modellierung sämtlicher Tragwerksparameter ab. Üblicherweise werden diese Parameter als deterministische oder stochastische Größen beschrieben. Stochastische Größen sind Zufallsgrößen, die unscharfe Informationen über Tragwerksparameter mit Hilfe von Dichtefunktionen erfassen. Nicht alle unscharfen Tragwerksparameter lassen sich als Zufallsgrößen darstellen. Sie können jedoch als Fuzzy-Größen modelliert werden. Fuzzy-Größen beschreiben unscharfe Tragwerksparameter als unscharfe Menge mit Bewertungsfunktion (Zugehörigkeitsfunktion). Die Fuzzy-Modellierung im Bauingenieurwesen umfaßt die Fuzzifizierung, die Fuzzy-Analyse, die Defuzzifizierung und die Sicherheitsbeurteilung. Sie erlaubt es, Tragwerke mit nicht-stochastischen unscharfen Eingangsinformationen zu untersuchen. Nicht-stochastische Eingangsinformationen treten sowohl bei bestehenden als auch bei neuen Tragwerken auf. Die unscharfen Ergebnisse der Fuzzy-Modellierung gestatten es, das Systemverhalten zutreffender zu beurteilen; sie sind die Ausgangspunkte für eine neue Sicherheitsbeurteilung auf der Grundlage der Möglichkeitstheorie. Bei der Fuzzy-Analyse ist die alpha-Diskretisierung vorteilhaft einsetzbar. Bei fehlender Monotonie der deterministischen Berechnungen und unter Berücksichtigung der Nichtlinearität wird die Fuzzy-Analyse mit Optimierungsalgorithmen durchgeführt. Zwei Beispiele werden diskutiert: die Lösung eines transzendenten Eigenwertproblems und eines linearen Gleichungssystems. Die Systemantworten der Fuzzy-Analyse werden der Sicherheitsbeurteilung zugrunde gelegt. Für ausgewählte physikalische Größen werden Versagensfunktionen definiert. Diese bewerten die Möglichkeit des Versagens. Mit Hilfe von Min-max-Operationen der Fuzzy-Set-Theorie erhält man aus Versagensfunktion und Fuzzy-Antwort die Versagensmöglichkeit bzw. die Überlebensmöglichkeit. Die ermittelte Versagensmöglichkeit repräsentiert die subjektive Beurteilung der Möglichkeit, daß das Ereignis &qout;Versagen&qout; eintritt. Beispiele zeigen die Unterschiede zwischen der Sicherheitsbeurteilung mittels Fuzzy-Modells und mittels deterministischen Modells.
Die geometrische Modellierung hat in den Ingenieurwissenschaften eine große Bedeutung erlangt. Die Visualisierung von zwei- oder dreidimensionalen Problemstellungen ist aus heutigen Anwendungen nicht mehr wegzudenken. Zunehmend rücken Aufgabenstellungen aus dem Bereich der geometrischen Modellierung in den Vordergrund, die über die etablierten Dimensionen 1-3 hinausgehen und die nicht mehr rein geometrischer Natur sind. Hierzu zählen Aufgabenstellungen aus den Bereichen numerische Simulation, Parameteridentifikation und Strukturanalyse. Auf diese nicht-geometrischen Aufgabenstellungen sollen geometrische Verfahren, wie z.B. Triangulation, konvexe Hülle, geometrischer Schnitt und Interpolation angewendet werden. Hierzu werden diese Algorithmen, die alle auf der klassischen Geometrie des euklidischen Raumes beruhen, auf ihre Übertragbarkeit hin analysiert und überarbeitet. Am Beispiel einer Parameteridentifikation wird eine systematische Vorgehensweise vorgestellt, die es ermöglicht, trotz weniger Versuchsrechnungen den Bereich der in Frage kommenden Parameter umfassend zu beschreiben. Dies ermöglicht ein besseres Verständnis der Zusammenhänge der Parameter untereinander. Häufig existieren mehr als eine Parameterkombination, so daß diese eine Isolinie formen, die ihrerseits unendlich viele Lösungen des gestellten Problemes im Untersuchungsgebiet beschreibt.
Der Effekt des praktischen Einsatzes von CAD-Systemen im Stahlbau erschöpft sich heute weitgehend in einer Verbesserung der Qualität der Planungsunterlagen und in der Verkürzung der Bearbeitungszeiten. Dabei ist bei schwierigen individuellen Konstruktionen die Einsparung an Arbeitszeit oft nicht sehr markant gegenüber einer traditionellen Arbeitsweise. Die dreidimensionale Erfassung, Speicherung und Verarbeitung von Konstruktionsdaten im Rechner verlangt neben größeren Rechenleistungen neue Verfahren für die Behandlung dieser Daten. Die Möglichkeiten der Automatisierung stahlbautypischer Produktionsvorgänge und einer variablen, computergestützten Planung erfordern wissenschaftlich-technische Betrachtungen des Gesamtproblems. Ausgehend von den Anforderungen des Stahlbaus wird ein neues dreidimensionales Volumenmodell für den rechnergestützten Entwurf und die Konstruktion erarbeitet. Es werden grundlegende Methoden zur Problembehandlung aufgezeigt. Die Methodik basiert im wesentlichen auf der Methode der Inzidenz-Matrizen, um die Beziehungen zwischen topologischen und geometrischen Informationen eines Körpers darzustellen. Die Ermittlung der lokalen Mannigfaltigkeiten wird mit dem Euler-Polyedersatz verglichen und an Beispielen demonstriert. Eine neue Methode zur Ermittlung der lokalen Mannigfaltigkeiten wird dargestellt. Stahlbauspezifische Konstruktionen werden erzeugt und ihre Gestalt nach Anforderungen verändert. Im besonderen werden stahlbauspezifische Ausklinkungen und Verschneidungen erarbeitet und an Beispielen präsentiert.
A technique for using object-oriented technologies to write structural analysis software has been developed. The structural design information of an individual building is stored in an object-oriented database. A global database provides general design values as material data and safety factors. A class library for load elements has been evolved to model the transfer of loads in a building. This class library is the basis for the development of further classes for other structural elements such as beams, columns or slabs. A software has been developed to monitor the forces transferred from one structural member to another in a building for load cases and combinations according to Eurocode 1. The results of the analysis are stored in the projects database from which a structural design report may be generated. The software was developed under Microsoft Visual C++. The Microsoft Foundation Class Library (MFC) was used to program the Graphical User Interface (GUI). Object Linking and Embedding (OLE) technology is useful to include any type of OLE server objects for example texts written with a word processor or CAD drawings in the structural design report. The Object-Oriented Database Management System (OODBMS) ObjectStore provides services to store the large amount of objects.
A Product Model of a Road
(1997)
Many errors and delays frequently appear when data is exchanged between particular tasks in the lifecycle of the road. Inter-task connections are therefore of great importance for the quality of the final product. The article describes a product model of a road wich is the kernel of an integrated information system intended to support all important stages of the road lifecycle: design, evaluation (through different analysis procedures), construction, and maintainance. Since particular tasks are often executed at different places and in different companies, the interconnections are supported by a special metafile which contains all specific data of the product model. The concept of the integrated system is object and component oriented. Additionally, existing conventional program packages are included to support some common tasks (methods). A conventional relational database system as well as an open spatial database system with the relevant GIS functionality are included to support the data structures of the model.
Objektorientierte Modellierungstechniken werden gegenwärtig vor allem Entwicklern von CAD-Systemen angeboten. Sie erzeugen über die Schritte OO-Modellanalyse und OO-Softwaredesign OO-Programme, die mit ihrer Compilation das durch den Softwareingenieur gefundene Modell festschreiben. Generell, aber insbesondere im Bauwerksdesign, ist dieses Vorgehen unbefriedigend, da hier eine Normung von Modellen nicht gelingt, der Entwurfsprozeß vergleichsweise lang ist und eine Kooperation von Ingenieurgewerken mit verschiedenen Modelldomänen die Regel sind. Darüber hinaus weisen die Modelle in frühen Phasen ein hohes Maß an Unschärfe und Abstraktion auf. CAD-Tools, die diese Phasen unterstützen, benötigen deshalb: statt eines genormten Produktmodells ein einheitliches, kognitiv begründetes Modellstrukturierungsparadigma, für das mit der Objektorientierung eine mögliche Ausprägung gegeben ist, ein explizites, verfügbares Domänenmodell zur fortwährenden Interpretation von Bauwerksmodellen, deskriptive Elemente, die die Interpretation von Objekten und Attributen erleichtern, ein Konzept zur Behandlung von Unschärfe und Abstraktion. Hieraus ergeben sich für die Entwicklung von CAD-Systemen folgende Forderungen : Explizite Verfügbarkeit von Klassenobjekten und deren Erzeugung und Veränderung zur Laufzeit, Vererbung auf Klassen- und Instanzniveau, Erweiterte Attributkonzepte (Facetten), Unterstützung der Aggregation als einer wesentlichen Modellstrukturierungsrelation, Verfügbarkeit von OO-Schnittstellen zum Aufbau von CAD-Systemen aus Tools einerseits, sowie zur Trennung von Modellverwaltung und Modellrepräsentation andererseits. Als ein herausragendes Merkmal des Objektorientierten Paradigmas wird die Anwendungsnähe genannt, da Erscheinungen der behandelten Domäne sich analog in Modellen und Programmen wiederfinden (sollen). Unter der Grundannahme, daß dieses Paradigma auch durch den Anwender zur Erstellung seiner Modellwelten verwendet wird, will FLEXOB eine homogene Umgebung schaffen, die die Modellwelt des Softwareingenieurs zu Analysezwecken dem Anwender zur Verfügung stellt und die die Erweiterung dieser Modellwelt auf deskriptivem Niveau ermöglicht. Das Tool FLEXOB und einige wesentliche Implementationsdetails werden im Beitrag vorgestellt. Es handelt sich bei diesem Tools um eine C++ Klassenbibliothek, die entweder als Objektmodul oder als Windows-DLL verwendet werden kann. Aspekte des Nutzungsregimes solch flexibler Modellverwaltungen werden im Beitrag ebenfalls angespochen.
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.
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
This is a paper about knowledge in design and how to elicit knowledge from design processes. The paper is a preparation for an empirical study of interaction in the design process. Reasonings of three authors - Schön, Broadbent and Lundequist - on design processes is presented. They all have a pragmatic perspective in common, and regard the process as an activity without a definite form. Design is seen as an activity of creating models of forms and shapes, by addressing expert knowledge in a dialogic way to problematic situations. Due to the pragmatic approach I find the pragmatist Dewey´s understanding of knowledge and elecitation of knowledge appropiate for studying design processes. According to him it is possible to build up objectified descriptions of experiences, also of such, which are based on experiences of emotional and intuitive nature. There need not be a definite border, which separates tacit knowledge from explicit knowledge - when it comes to the question of the possibility of verbal descriptions. Tacit knowledge is possible to articulate within pragmatic thinking. The conclusion is, that it is possible to study the tacit knowledge of design processes, and get some qualitative insights useful for theory building. A study of design processes can look at three different forms of knowledge. It appears as a precognitive understanding of the design situation, as integrated in the design activity - seeing the situation as something known - and in the process of creating something new.
Projektsteuerung gewinnt als Aufgabenfeld bei der Realisierung von Investitionsprojekten ständig an Bedeutung. Zur Bewältigung der umfangreichen und komplizierten Aufgaben des Projektsteuerers wird zunehmend Software angeboten und genutzt. Dabei ist feststellbar, daß von einer integrierten Projektsteuerung unter Berücksichtigung der Kriterien Leistung, Termin und Kosten nicht gesprochen werden kann, weil wesentliche theoretische und praktische Voraussetzungen fehlen. Im Beitrag werden Defizite der praktizierten Vorgehensweise und Lösungsansätze für eine integrierte rechnergestützte Projektsteuerung vorgestellt. Durch geeignete Formen der Projektstrukturierung und eine Kopplung auf dem Mark befindlicher Standardsoftware können geeignete Lösungen gefunden werden. Problempunkte dabei stellen die Schnittstellen zwischen den Anwenderprogrammen die Datenbeschaffung und -verwaltung sowie geeignete Verfahren zur Kostenermittlung und -verfolgung dar. Im Beitrag werden eine bereits praktizierte und eine in Entwicklung befindliche Lösung vorgestellt.
Das studentische Projekt Umweltorientiertes Projektmanagement (UWoPM) eröffnet eine neue Generation von Arbeitsweisen im Projektmanagement. Umweltbelange wirken über Rechtsvorschriften immer stärker in das Projektgeschäft hinein. Durch Einbeziehung von rechtsrelevanten Daten in die Projektdatenbasis sowie von Rechtsbestimmungen in die Wissensbasis wird eine Softwareunterstützung für (wenn auch zunächst nur elementare) Rechtsfragen geboten. Eine spezielle Präsentation von Rechtswissen und eine komfortable Unterstützung der Antragstellung sollen dies in die Selbstverständlichkeiten des Projektmanagements einbringen. Gleichzeitig bietet der UWoPM-Prototyp zeitgemäße Systemlösungen für die Kommunikation Antragsteller - Behörde sowie für den Workflow innerhalb der Genehmigungsbehörde. Dieser Vortrag gibt Einführung und Übersicht zu insgesamt 18 Diplomarbeiten, in denen die Einzelkomponenten des UWoPM entwickelt wurden. Zentrales Problem war die Überführung gesetzlicher Vorschriften in Wissensbasen. Durch Beschränkung auf >Kernbestimmungen< und Ausweis von Interpretationsbedarf wurde ein prinzipieller Lösungsweg realisiert. Die technische Realisierung konnte zwar über einen Prototyp noch nicht hinausgehen, weist aber die Realisierbarkeit des Gesamtansatzes nach.
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.
Processing technical and environmental data on building materials, components, and systems has become more important during the last few years. Increased sensitivity towards environmental and energy problems has lead to the demand for simulation and evaluation of the long term behavior of buildings. The results of such simulations are expected to enable architects and engineers to develop a broader, interdisciplinary understanding of the impact of their products (buildings) on the environment. However, conducting such evaluations is currently hampered by the lack of comprehensive, up-to-date, and ecologically relevant data on building materials, components, and systems. To address this problem, this paper proposes an approach to deal with the absent or uncertain attributes of building materials, components, and systems. In the past, various information systems have been developed to provide data on a limited set of building materials, including precise values pertaining to some of their characteristics, such as availability, manufacturers, costs, etc. These traditional information systems have difficulty in dealing with uncertain, incomplete and sparse data. However, uncertainty and incompleteness characterize the nature of most of the available and environmentally related characteristics of materials, components, and systems. In this paper, a fuzzy-logic-based augmentation of traditional information systems is proposed towards providing management, utilization and manipulation of incomplete and uncertain data.
The aim of researches conducted within gamsau about urban simulation, in particular Remus project, is to allow rapid modeling of large and regular urban zones, for purpose of interactive navigation (like VRML) or for realistic rendering (ray-tracing methods). One of problems to be solved in this context is the multiplicity of data formats : inputs come from different sources, and outputs are for heterogeneous systems of visualization. Typically CSG and boundary representation must be generated, treated and converted during building of models. Furthermore, the generated models can be more or less refined, depending on requests and type of use. This paper describes the general context of data models conversion, problems concerning levels of detail and implementation done in Remus, based on object oriented approach.
Designing lightings in a 3D-scene is a general complex task for building conception as it is submitted to many constraints such as aesthetics or ergonomics. This is often achieved by experimental trials until reaching an acceptable result. Several rendering softwares (such as Radiance) allow an accurate computation of lighting for each point in a scene, but this is a long process and any modification requires the whole scene to be rendered again to get the result. The first guess is empirical, provided by experience of the operator and rarely submitted to scientific considerations. Our aim is to provide a tool for helping designers to achieve this work in the scope of global illumination. We consider the problem when some data are asked for : on one hand the mean lighting in some zones (for example on a desktop) and on the other hand some qualitative information about location of sources (spotlights on the ceiling, halogens on north wall,...). The system we are conceiving computes the number of light sources, their position and intensities, in order to obtain the lighting effects defined by the user. The algorithms that we use bind together radiosity computations with resolution of a system of constraints.
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.
Ideally, multiple computational building evaluation routines (particularly simulation tools) should be coupled in real-time to the representational design model to provide timely performance feed-back to the system user. In this paper we demonstrate how this can be achieved effectively and conveniently via homology-based mapping. We consider two models as homologous if they entail isomorphic topological information. If the general design representation (i.e., a shared object model) is generated in a manner so as to include both the topological building information and pointers to the semantic information base, it can be used to directly derive the domain representations (>enriched< object models with detailed configurational information and filtered semantic data) needed for evaluation purposes. As a proof of concept, we demonstrate a computational design environment that dynamically links an object-oriented space-based design model, with structurally homologous object models of various simulation routines.
Former achievements for integrated information management have concentrated on interoperability of applications like e.g. CAD, structural analysis or facility management, based on product models introducing additional application independent model layers (core models). In the last years it has become clear, that besides interoperability of autonomous applications, the concurrent processes of model instantiation and evolution have to be modeled, including the relationship to available project resources, persons, legal requirements and communication infrastructure. This paper discusses some basic concepts for an emerging methodology relating the fields of product modeling, project management and workflow systems by elaborating the concept of a process model, which gives a decomposition of the project goals into executable activities. Integrated information management systems should be related to process models to detect pending activities, deadlocks and alternatives of execution. According to the heterogeneous nature of project communication processes, a method for dynamic classification of ad-hoc activities is suggested, that complements predefined highlevel process definitions. In a brief outline of the system architecture, we show how sophisticated information management systems can be broadly made available by using conventional Internet technologies.
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
Bei der Tragwerksplanung sowohl für Massivkonstruktionen als auch für Stahlkonstruktionen werden zukünftig nichtlineare Berechnungsverfahren in größerem Umfang Anwendung finden, als das in der Vergangenheit üblich bzw. möglich war. Wichtige Impulse gehen dabei von der europäischen Normung aus. Bei der Anwendung von Berechnungsverfahren, die die Nichtlinearität des Materialverhaltens berücksichtigen und bei der Ermittlung der Tragsicherheit planmäßig ausnutzen, ist es notwendig, die Entwicklung plastischer Deformationen zu verfolgen und bei der Beurteilung des Grenzzustandes der Tragfähigkeit als Kriterium mit heranzuziehen. Im vorliegenden Beitrag werden mathematische Modelle für folgende Berechnungsaufgaben vorgestellt: Ermittlung der Schnittgrößen und Formänderungen in ebenen Stabtragwerken nach Theorie II. Ordnung unter Berücksichtigung der physikalischen Nichtlinearität und Ermittlung von Grenzlasten, die durch Spannungs- und Verformungskriterien definiert sind. Dabei zeigt sich, daß mathematische Modelle auf der Grundlage von Extremalprinzipien und unter Einbeziehung der mathematischen Optimierung effektiv und hinreichend universell formuliert werden können. Wie Beispielrechnungen zeigen, ist die Beurteilung der Tragfähigkeit unter Berücksichtigung von Deformationsbegrenzungen von entscheidender Bedeutung, um Fehleinschätzungen der Tragsicherheit zu vermeiden.
Moderne Bemessungskonzepte für seismisch beanspruchte Hochbauten, wie die Methode der Kapazitäts-bemessung, planen inelastisches Verhalten einzelner Bereiche der Konstruktion beim Entwurf bewußt ein, um so einen Teil der durch das Beben eingetragenen Energie als inelastische Formänderungsarbeit zu absorbieren. Wird bei Akzeptanz inelastischen Verhaltens eine bestimmte Belastungsintensität, die als adaptive Grenzlast oder Einspiellast bezeichnet wird, überschritten, kann es infolge zyklischer Einwirkungen zu einer unbe-grenzten Akkumulation inelastischer Deformationen kommen. Die adaptive Grenzlast stellt damit für zyklische Einwirkungen eine geeignete Kenngröße zur Bewertung der Tragwerksqualität dar, bei der neben der Sicherung des Gleichgewichts ein bestimmtes Schädigungsniveau nicht überschritten wird. Im vorliegenden Beitrag werden die Grundzüge eines Bemessungs- und Nachweiskonzeptes für seismisch beanspruchte Stahlbetontragwerke, das unter Einbeziehung der Grundprinzipe der Kapazitätsbemessung von einem einheitlichen Kriterium zur Beschreibung des Grenzzustandes der Tragfähigkeit auf der Basis der adaptive Grenzlast ausgeht, vorgestellt. Dabei ist die Abschätzung der Verformungen notwendiger Bestandteil des Nachweis- bzw. Bemessungskonzeptes. Bei Druckgliedern ist die Berücksichtigung des Einflusses der Verformungen notwendiger Bestandteil des Bemessungskonzeptes. Entsprechende Erweiterungen der Berechnungsmodelle zur Berücksichtigung des Einflusses geometrisch nichtlinearer Effekte im Sinne einer Theorie II. Ordnung werden vorgestellt.
Bei der Berechnung von Stahlbeton- bzw. Spannbetonkonstruktionen müssen die Zusatzverformungen infolge Kriechen und Schwinden des Betons unter anderem dann berücksichtigt werden, wenn durch sie der Schnittgrößenzustand des Gesamttragwerks bzw. einzelner Tragwerksteile ungünstig verändert wird. Das trifft vor allem auf schlanke Druckglieder zu. Die Ermittlung der Kriechausmitte erfolgt im allgemeinen unter Zugrundelegung einer Kriechzahl, die vom Beanspruchungsniveau des Betons unabhängig ist. Diese Annahme ist unzulässig, wenn die Betonspannungen oberhalb des Gebrauchslastniveaus (>30..50% der Druckfestigkeit) liegen, da in diesem Bereich die Kriechdehnungen überproportional zu den kriecherzeugenden Spannungen anwachsen (nichtlineares Kriechen). Theoretische Untersuchungen zum Tragverhalten hochbeanspruchter Stahlbetonstützen unter Berücksichtigung des nichtlinearen Kriechens sind aufgrund der Komplexität des Problems und dem damit verbundenen Berechnungsaufwand gegenwärtig in nur geringem Umfang vorhanden. Im vorliegenden Beitrag wird ein Algorithmus vorgestellt, bei dem die Ermittlung der Schnittgrößen und Deformationen auf die sukzessive Lösung quadratischer Optimierungsaufgaben für im voraus festgelegte Betrachtungszeitpunkte zurückgeführt wird, wobei die Ergebnisse der vorangegangenen Zeitpunkte Eingangswerte für die Berechnung darstellen. Die Berücksichtigung der Nichtlinearität des Kriechens unter hoher Spannung sowie geometrisch nichtlinearer Effekte erfolgt iterativ innerhalb jedes Betrachtungszeitpunkts. Mit der Einführung von Spannungsbegrenzungen als zusätzliche Nebenbedingungen können in jeder Iteration Materialplastizierungen, Rißbildungen des Betons bzw. >tension stiffening<-Effekte ohne prinzipielle Veränderung des mathematischen Modells berücksichtigt werden. Durch Nachrechnung von Langzeitversuchen an Stahlbetonstützen erfolgt die Verifikation des Berechnungsmodells
Zur Berechnung der Böeneinwirkungen auf ein Brückenbauwerk wird ein stochastisches Modell vorgestellt. Die Windkraft aus der Böenbelastung wird dabei als systemunabhängige Luftkraft betrachtet welche in mathematischer Hinsicht dadurch gekennzeichnet ist, daß die aeroelastischen Bewegungsdifferentialgleichungen inhomogener Natur sind und der Bewegungsablauf den Charakter einer erzwungenen abklingenden Schwingung hat. Ausgehend von den nicht linearen partiellen Differentialgleichungen für Verschiebung und Torsion wird mittels der Galerkin Prozedur ein System von totalen Differentialgleichungen abgeleitet. Die äußeren Luftkräfte werden als gefilterter Poissonprozess von Dirac Impulsen dargestellt. Zur Berechnung der statistischen Momente des Differentialgleichungssystem wird die Itô'sche Differentialformel erweitert und in ein System von algebraischen nicht linearen Gleichungen transformiert. Diese dienen zur Berechnung des Momentenverlaufs für den stationären Anteil des stochastischen Prozesses. Der Abschluß des so erhaltenen nicht linearen Gleichungssystems erfolgt über die Methode der Kumulantenabschlußtechnik.
In der vorliegenden Arbeit werden dickwandige Schalentragwerke unter statischen Belastungen betrachtet. Die Schale besteht aus verschiedenen Zonen und in jeder Zone wird die Schalenmittelflaeche mittels eines eigenen Geometriegleichungssystems definiert. Das Verzerrungsfeld hat allen 6 unabhaengigen Komponenten unter der Annahme, dass die Querschnittsfasern, die normal zu der Mittelflaeche der unbelasteten Schale sind, geradelinig bleiben. Ein dreidimensionales isoparametrisches finites Element wird vorgeschlagen. Die Berechnung wird mit der Hilfe der Makroelemententechnik durchgefuehrt. In der Arbeit werden die wesentliche Parameter der Schalengeometrie, sowie auch entsprechendes Anteil von Klassen des konstruktiven Modells, definiert. Ein konstruktives Informationsmodell und ein FEM-Informationsmodell, werden entwickelt. Die Informationsverbindungen zwischen den beiden Modellen werden definiert. Diese objektorientierten Modelle werden in Programmiersprache Microsoft Visual C++ v.4.0 unter Windows 95 implementiert. Als numerisches Beispiel wird ein Bogenmauertragwerk betrachtet.
The dynamic behaviour of shells, which are widely used in construction and mechanical engineering as critical components of machinery and 3-D structures, under static and dynamic loadings is described by system of deep nonlinear differential equations. Solution of these equations can be received with assistance of technique basing on a modern numerical algorithms and computer modeling.. The system of nonlinear differential equations of vibration of the shells is proposed taking into account the inertia forces in the tangential and normal directions. Its solution is based on combination of parameter prolongation method, finite-difference method and the Newton-Kantorovich iterative algorithm that allows plotting the loading trajectories and determination of bifurcation points on them. Package of Applied Programs >SEVSOR< is a computation means to be used in research of deformation, stability and vibration in thin axically-symmetric shells of complicated shape Input data include information on shell geometry, physical and mechanical properties, bearing conditions, types of loadings and load application. Frame output of motion forms in real time or either in decelerated or accelerated time scales for creating cartoons or video films is used for analysis of the compound dynamic processes in shell-type structures.
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.
For the analysis of arbitrary, by Finite Elements discretized shell structures, an efficient numerical simulation strategy with quadratic convergence including geometrically and physically nonlinear effects will be presented. In the beginning, a Finite-Rotation shell theory allowing constant shear deformations across the shell thickness is given in an isoparametric formulation. The assumed-strain concept enables the derivation of a locking-free finite element. The Layered Approach will be applied to ensure a sufficiently precise prediction of the propagation of plastic zones even throughout the shell thickness. The Riks-Wempner-Wessels global iteration scheme will be enhanced by a Line-Search procedure to ensure the tracing of nonlinear deformation paths with rather great load steps even in the post-peak range. The elastic-plastic material model includes isotropic hardening. A new Operator-Split return algorithm ensures considerably exact solution of the initial-value problem even for greater load steps. The combination with consistently linearized constitutive equations ensures quadratic convergence in a close neighbourhood to the exact solution. Finally, several examples will demonstrate accuracy and numerical efficiency of the developed algorithm.
The paper describes a development of the analytical finite strip method (FSM) in displacements for linear elastic static analysis of simply supported at their transverse ends complex orthotropic prismatic shell structures with arbitrary open or closed deformable contour of the cross-section under general external loads. A number of bridge top structures, some roof structures and others are related to the studied class. By longitudinal sections the prismatic thin-walled structure is discretized to a limited number of plane straight strips which are connected continuously at their longitudinal ends to linear joints. As basic unknowns are assumed the three displacements of points from the joint lines and the rotation to these lines. In longitudinal direction of the strips the unknown quantities and external loads are presented by single Fourier series. In transverse direction of each strips the unknown values are expressed by hyperbolic functions presenting an exact solution of the corresponding differential equations of the plane straight strip. The basic equations and relations for the membrane state, for the bending state and for the total state of the finite strip are obtained. The rigidity matrix of the strip in the local and global co-ordinate systems is derived. The basic relations of the structure are given and the general stages of the analytical FSM are traced. For long structures FSM is more efficient than the classic finite element method (FEM), since the problem dimension is reduced by one and the number of unknowns decreases. In comparison with the semi-analytical FSM, the analytical FSM leads to a practically precise solution, especially for wider strips, and provides compatibility of the displacements and internal forces along the longitudinal linear joints.
In the superelliptic shell joined to a circular cylinder bending stresses are absent when it is subjected to uniform pressure.Some geometrical characteristics have been found. Expressions for determining stresses in the shell crest(in the singular point of plane type) are suggested. The problem of a theoretical critical buckling load of an elongated shell supported by frames is studied. A critical buckling load for two shells with different specifications was found experimentally.
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.
Aufgrund der steigenden quantitativen und qualitativen Anforderungen an den Bauplanungsprozeß wird in den letzten Jahren nach neuen Lösungsansätzen gesucht, mit deren Hilfe der Bauplanungsprozeß den gestiegenen Anforderungen angepaßt werden kann. Ein Lösungsansatz hierzu stellt die durchgängig computergestützte, dreidimensionale und zeitabhängige Modellierung und Verwaltung des Bauplanungsprozesses beginnend bei der Vorplanung bis hin zum Recycling des Bauobjektes am Ende seiner Lebensdauer dar. Der vorliegende Beitrag zeigt auf, daß gerade der zeitliche Verlauf innerhalb einer geotechnischen Aufgabenstellung einen nicht unerheblichen Einfluß auf die verwendeten Modelle bzw. die Durchführung von Sicherheitsnachweisen ausübt. Für die Entwicklung geotechnischer Softwaresysteme ergibt sich daraus schon innerhalb der Analysephase die Anforderung, die zeitkritischen Abhängigkeiten zu modellieren und entsprechend im Entwurf zu berücksichtigen. Hierfür hat sich die objektorientierte Methode in Form des Objektmodells und des dynamischen Modells nach Rumbaugh als ein geeignetes Werkzeug herausgestellt. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse und Ergebnisse können bereits sehr früh in die Konzeption des Gesamtsystems mit einbezogen werden. Am Beispiel des Geotechnischen Informationssystems (GTIS) führte dies zu einer raum- und zeitabhängigen Verwaltung des Boden- und Konstruktionsmodells und zu einer Bauablaufsteuerung, innerhalb derer die einzelnen Bauzustände verwaltet und mit den entsprechenden Ausprägungen innerhalb des dreidimensionalen Boden- und Konstruktionsmodells verknüpft werden können.
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.
Die technische Entwicklung, insbesondere auf dem Gebiet der Digitaltechnik eröffnet heute neue und sehr weitreichende Möglichkeiten für die Automatisierung in Zweck- und Wohnbauten. Die zur Verfügung stehenden technischen Komponenten (intelligente Sensoren und Aktoren sowie ein hausinternes Netz für die Datenübertragung -Feldbus-) unterscheiden sich für diese Einsatzfälle kaum. Die Zielstellungen sind jedoch gänzlich andere. Intelligenz im Wohnbau bedeutet vor allem intelligente Alltagsbewältigung (z.B. Zeiteinsparung), Komfort und Wohlbefinden. Daß im Heimbereich nichtfunktionale Faktoren (Human Interface, Ästhetik, Preis, Attraktivität) eine große Rolle spielen, ist in das Problembewußtsein der Gerätehersteller und Käufer getreten. Im Bereich der Heimautomatisierung werden zunehmend moderne, die Möglichkeiten der konventioellen Steuerungs- und Regelungstechnik ergänzende Technologien wie Fuzzy- Steuerungen zur Optimierung der internen Arbeitsweise von Geräten eingesetzt. Die informatorische Vernetzung im Wohnbau unterstützt darüberhinaus wichtige Anliegen des Gebäudemanagements (energetische, ergonomische und ökologische Betrachtungen der Gebäudenutzung unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten).
Bewertung der Grenzlast von elastisch-plastischen Tragwerken mit Hilfe stochastischer Methoden
(1997)
Für die Analyse von Tragwerken sowohl des Stahlbaus als auch des Massivbaus eröffnet die nationale und internationale Normengebung in zunehmendem Maße die Anwendung physikalisch nichtlinearer Berechnungsmodelle. Es ist zu erwarten, daß neben dem traditionellen elastischen Berechnungsmodell das linearelastisch-idealplastische Materialmodell in die Tragwerksanalyse Eingang finden wird. Während bei den traditionellen Berechnungsverfahren auf der Grundlage der Elastizitätstheorie hinreichende Erfahrungen durch die Planungspraxis bestehen und umfangreiche Untersuchungen zur dabei erreichten Sicherheit vorliegen, stellen die nichtlinearen Berechnungsmethoden sowohl in mechanischer als auch in sicherheitstheoretischer Hinsicht ein neues Erfahrungsfeld dar. Im vorliegenden Beitrag werden aus der Vielzahl der anstehenden Probleme folgende Teilprobleme behandelt: Bestimmung der Versagenswahrscheinlichkeit elasto-plastischer Tragsysteme nach dem Kriterium der plastischen Grenzlast Ermittlung stochastischer Eigenschaften des plastischen Grenzlastparameters elasto-plastischer Tragsysteme. Die Lösung des mechanischen Problems geschieht über eine lineare Optimierungsaufgabe, die nach dem statischen Theorem der plastischen Grenzlast formuliert ist. Als stochastische Methode wird die Simulation angewandt, die zum einen auf einer zufälligen Erzeugung der Realisierungen (stochastische Simulation) und zum anderen auf einer planmäßigen Erzeugung der Realisierungen (konstruktive Simulation) beruhen kann. Für jedes der Teilprobleme wird ein Beispiel vorgestellt.
To fulfil safety requirements the changes in the static and/or dynamic behaviour of the structure must be analysed with great care. These changes are often caused by local reduction of the stiffness of the structure caused by the irregularities in the structure, as for example cracks. In simple structures such analysis can be performed directly, by solving equations of motion, but for more complex structures a different approach, usually numerical, must be applied. The problem of crack implementation into the structure behaviour has been studied by many authors who have usually modelled the crack as a massless rotational spring of suitable stiffness placed at the beam at the location where the crack occurs. Recently, the numerical procedure for the computation of the stiffness matrix for a beam element with a single transverse crack has been replaced with the element stiffness matrix written in fully symbolic form. A detailed comparison of the results obtained by using 200 2D finite elements with those obtained with a single cracked beam element has confirmed the usefulness of such element.
In dem vorliegenden Beitrag sind die Einsatzmöglichkeiten nichtlinearer Berechnungsverfahren aufgezeigt. Hierbei zeichnen sich mehrdimensionale Modelle auf Grundlage der Methode der Finiten Elemente durch die erzielbare Realitätsnähe aus. Für den Nachweis ausreichender Sicherheit in den Grenzzuständen der Trag- und Gebrauchstauglichkeit ist die Verbindung mit zuverlässigkeitstheoretischen Algorithmen dargestellt Hierbei wird die Grenzzustandsgleichung durch Ansatz eines als offene Schnittstelle konzipierten Algorithmus approximiert. Bei der Verknüpfung von nichtlinearen mechanischen Modellen und Zuverlässigkeitsanalysen wird das rechnerische Sicherheitsniveau wesentlich durch die statistischen Parameter der betrachteten Basisvariablen geprägt. Der Beitrag enthält Angaben für Verteilungsarten und -parameter für Nachweise im Stahlbetonbau
Detailuntersuchungen an Tragwerken führen bei FE-Berechnungen immer wieder auf das Problem einer geeigneten Netzgestaltung. Während in weiten Bereichen ein grobes Netz ausreicht, muß an kritischen Stellen ein sehr feines Netz gewählt werden, um gerade dort hinreichend genaue Ergebnisse zu erhalten. Bei der Realisierung lokaler Netzverdichtungen stellt die Gestaltung des Übergangs vom groben zum feinen Netz das Hauptproblem dar. Im Beitrag wird hierzu eine Familie von FE-Übergangselementen vorgestellt, mit denen sich eine voll-kompatible Kopplung von wenigen großen Elementen mit vielen kleinen Elementen bereits über nur eine Stufe erzielen läßt. Diese neu entwickelten sogenannten pNh-Elemente ermöglichen an einer oder mehreren Seiten den Anschluß von N kleineren Elementen (Elementseiten für h-Verfeinerung). Das wird durch N stückweise definierte Ansatzfunktionen an den entsprechenden Seiten erreicht, wobei die Teilung nicht äquidistant sein braucht. Darüber hinaus ist es möglich, Elemente unterschiedlichen Polynomgrades p an den Standardseiten und den Verfeinerungsseiten anzuschließen. Der praktische Einsatz der Übergangselemente setzt geeignete automatische oder halbautomatische Netzgeneratoren voraus, die diese Elemente einbeziehen. Im Rahmen einer substrukturorientierten Modellierung läßt sich dies besonders günstig realisieren. Im Beitrag wird gezeigt, wie durch Zerlegung des Gesamtmodells in Bereiche mit grobem Netz, mit Übergangsnetz und mit feinem Netz, eine effektive Generierung der Netzverdichtungen zu erreichen ist. An einem praktischen Beispiel aus dem Bauingenieurwesen werden die Vorteile des vorgestellten Übergangselementkonzeptes umfassend demonstriert.