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In this study we introduce a concept of discrete Laplacian on the plane lattice and consider its iteration dynamical system. At first we discuss some basic properties on the dynamical system to be proved. Next making their computer simulations, we show that we can realize the following phenomena quite well:(1) The crystal of waters (2) The designs of carpets, embroideries (3) The time change of the numbers of families of extinct animals, and (4) The echo systems of life things. Hence we may expect that we can understand the evolutions and self organizations by use of the dynamical systems. Here we want to make a stress on the following fact: Although several well known chaotic dynamical systems can describe chaotic phenomena, they have difficulties in the descriptions of the evolutions and self organizations.
Vertical green system for gray water treatment: Analysis of the VertiKKA-module in a field test
(2022)
This work presents a modular Vertical Green System (VGS) for gray water treatment, developed at the Bauhaus-Universität Weimar. The concept was transformed into a field study with four modules built and tested with synthetic gray water. Each module set contains a small and larger module with the same treatment substrate and was fed hourly. A combination of lightweight structural material and biochar of agricultural residues and wood chips was used as the treatment substrate. In this article, we present the first 18 weeks of operation. Regarding the treatment efficiency, the parameters chemical oxygen demand (COD), total phosphorous (TP), ortho-phosphate (ortho-P), total bound nitrogen (TNb), ammonium nitrogen (NH4-N), and nitrate nitrogen (NO3-N) were analyzed and are presented in this work. The results of the modules with agricultural residues are promising. Up to 92% COD reduction is stated in the data. The phosphate and nitrogen fractions are reduced significantly in these modules. By contrast, the modules with wood chips reduce only 67% of the incoming COD and respectively less regarding phosphates and the nitrogen fraction.
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.
Those who ask how social entities relate to the past, enter a field defined by competing interpretations and contested practices of a collectively shared heritage. Dissent and conflict among heritage communities represent productive moments in the negotiation of these varying constructs of the past, identities, and heritage. At the same time, they lead to omissions, the overwriting and amendment of existing constructs. A closer look at all that is suppressed, excluded or rejected opens up new perspectives: It reveals how social groups are formed through public disputes upon the material foundations of heritage constructs.
Taking the concept of censorship, the volume engages with the exclusionary and inclusionary mechanisms that underlie the construction of heritage and thus social identities. Censorship is understood here as a discursive strategy in public debates. In current debates, allegations of censorship surface primarily in cases where the handling of a certain heritage constructs is subjected to critical evaluation, or on the contrary, needs to be protected from criticism or even destruction. The authors trace the connection between heritage and identity and show that identity constructs are not only manifested within heritage but are actively negotiated through it.
Search engines are very good at answering queries that look for facts. Still, information needs that concern forming opinions on a controversial topic or making a decision remain a challenge for search engines. Since they are optimized to retrieve satisfying answers, search engines might emphasize a specific stance on a controversial topic in their ranking, amplifying bias in society in an undesired way. Argument retrieval systems support users in forming opinions about controversial topics by retrieving arguments for a given query. In this thesis, we address challenges in argument retrieval systems that concern integrating them in search engines, developing generalizable argument mining approaches, and enabling frame-guided delivery of arguments.
Adapting argument retrieval systems to search engines should start by identifying and analyzing information needs that look for arguments. To identify questions that look for arguments we develop a two-step annotation scheme that first identifies whether the context of a question is controversial, and if so, assigns it one of several question types: factual, method, and argumentative. Using this annotation scheme, we create a question dataset from the logs of a major search engine and use it to analyze the characteristics of argumentative questions. The analysis shows that the proportion of argumentative questions on controversial topics is substantial and that they mainly ask for reasons and predictions. The dataset is further used to develop a classifier to uniquely map questions to the question types, reaching a convincing F1-score of 0.78.
While the web offers an invaluable source of argumentative content to respond to argumentative questions, it is characterized by multiple genres (e.g., news articles and social fora). Exploiting the web as a source of arguments relies on developing argument mining approaches that generalize over genre. To this end, we approach the problem of how to extract argument units in a genre-robust way. Our experiments on argument unit segmentation show that transfer across genres is rather hard to achieve using existing sequence-to-sequence models.
Another property of text which argument mining approaches should generalize over is topic. Since new topics appear daily on which argument mining approaches are not trained, argument mining approaches should be developed in a topic-generalizable way. Towards this goal, we analyze the coverage of 31 argument corpora across topics using three topic ontologies. The analysis shows that the topics covered by existing argument corpora are biased toward a small subset of easily accessible controversial topics, hinting at the inability of existing approaches to generalize across topics. In addition to corpus construction standards, fostering topic generalizability requires a careful formulation of argument mining tasks. Same side stance classification is a reformulation of stance classification that makes it less dependent on the topic. First experiments on this task show promising results in generalizing across topics.
To be effective at persuading their audience, users of an argument retrieval system should select arguments from the retrieved results based on what frame they emphasize of a controversial topic. An open challenge is to develop an approach to identify the frames of an argument. To this end, we define a frame as a subset of arguments that share an aspect. We operationalize this model via an approach that identifies and removes the topic of arguments before clustering them into frames. We evaluate the approach on a dataset that covers 12,326 frames and show that identifying the topic of an argument and removing it helps to identify its frames.
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
The research of the best building design requires a concerted design approach of both structure and foundation. Our work is an application of this approach. Our objective is also to create an interactive tool, which will be able to define, at the early design stages, the orientations of structure and foundation systems that satisfy as well as possible the client and the architect. If the concerns of these two actors are primarily technical and economical, they also wish to apprehend the environmental and social dimensions of their projects. Thus, this approach bases on alternative studies and on a multi-criterion analysis. In this paper, we present the context of our work, the problem formulation, which allows a concerted design of Structure and Foundation systems and the feasible solutions identifying process.
The computational analysis of argumentation strategies is substantial for many downstream applications. It is required for nearly all kinds of text synthesis, writing assistance, and dialogue-management tools. While various tasks have been tackled in the area of computational argumentation, such as argumentation mining and quality assessment, the task of the computational analysis of argumentation strategies in texts has so far been overlooked.
This thesis principally approaches the analysis of the strategies manifested in the persuasive argumentative discourses that aim for persuasion as well as in the deliberative argumentative discourses that aim for consensus. To this end, the thesis presents a novel view of argumentation strategies for the above two goals. Based on this view, new models for pragmatic and stylistic argument attributes are proposed, new methods for the identification of the modelled attributes have been developed, and a new set of strategy principles in texts according to the identified attributes is presented and explored.
Overall, the thesis contributes to the theory, data, method, and evaluation aspects of the analysis of argumentation strategies. The models, methods, and principles developed and explored in this thesis can be regarded as essential for promoting the applications mentioned above, among others.
The p-Laplace equation is a nonlinear generalization of the Laplace equation. This generalization is often used as a model problem for special types of nonlinearities. The p-Laplace equation can be seen as a bridge between very general nonlinear equations and the linear Laplace equation. The aim of this paper is to solve the p-Laplace equation for 2 < p < 3 and to find strong solutions. The idea is to apply a hypercomplex integral operator and spatial function theoretic methods to transform the p-Laplace equation into the p-Dirac equation. This equation will be solved iteratively by using a fixed point theorem.
The p-Laplace equation is a nonlinear generalization of the well-known Laplace equation. It is often used as a model problem for special types of nonlinearities, and therefore it can be seen as a bridge between very general nonlinear equations and the linear Laplace equation, too. It appears in many problems for instance in the theory of non-Newtonian fluids and fluid dynamics or in rockfill dam problems, as well as in special problems of image restoration and image processing.
The aim of this thesis is to solve the p-Laplace equation for 1 < p < 2, as well as for 2 < p < 3 and to find strong solutions in the framework of Clifford analysis. The idea is to apply a hypercomplex integral operator and special function theoretic methods to transform the p-Laplace equation into a p-Dirac equation. We consider boundary value problems for the p-Laplace equation and transfer them to boundary value problems for a p-Dirac equation. These equations will be solved iteratively by applying Banach’s fixed-point principle. Applying operator-theoretical methods for the p-Dirac equation, the existence and uniqueness of solutions in certain Sobolev spaces will be proved.
In addition, using a finite difference approach on a uniform lattice in the plane, the fundamental solution of the Cauchy-Riemann operator and its adjoint based on the fundamental solution of the Laplacian will be calculated. Besides, we define gener- alized discrete Teodorescu transform operators, which are right-inverse to the discrete Cauchy-Riemann operator and its adjoint in the plane. Furthermore, a new formula for generalized discrete boundary operators (analogues of the Cauchy integral operator) will be considered. Based on these operators a new version of discrete Borel-Pompeiu formula is formulated and proved.
This is the basis for an operator calculus that will be applied to the numerical solution of the p-Dirac equation. Finally, numerical results will be presented showing advantages and problems of this approach.
One of the most important renewable energy technologies used nowadays are wind power turbines. In this paper, we are interested in identifying the operating status of wind turbines, especially rotor blades, by means of multiphysical models. It is a state-of-the-art technology to test mechanical structures with ultrasonic-based methods. However, due to the density and the required high resolution, the testing is performed with high-frequency waves, which cannot penetrate the structure in depth. Therefore, there is a need to adopt techniques in the fields of multiphysical model-based inversion schemes or data-driven structural health monitoring. Before investing effort in the development of such approaches, further insights and approaches are necessary to make the techniques applicable to structures such as wind power plants (blades). Among the expected developments, further accelerations of the so-called “forward codes” for a more efficient implementation of the wave equation could be envisaged. Here, we employ electromagnetic waves for the early detection of cracks. Because in many practical situations, it is not possible to apply techniques from tomography (characterized by multiple sources and sensor pairs), we focus here on the question of whether the existence of cracks can be determined by using only one source for the sent waves.
As machine vision-based inspection methods in the field of Structural Health Monitoring (SHM) continue to advance, the need for integrating resulting inspection and maintenance data into a centralised building information model for structures notably grows. Consequently, the modelling of found damages based on those images in a streamlined automated manner becomes increasingly important, not just for saving time and money spent on updating the model to include the latest information gathered through each inspection, but also to easily visualise them, provide all stakeholders involved with a comprehensive digital representation containing all the necessary information to fully understand the structure’s current condition, keep track of any progressing deterioration, estimate the reduced load bearing capacity of the damaged element in the model or simulate the propagation of cracks to make well-informed decisions interactively and facilitate maintenance actions that optimally extend the service life of the structure. Though significant progress has been recently made in information modelling of damages, the current devised methods for the geometrical modelling approach are cumbersome and time consuming to implement in a full-scale model. For crack damages, an approach for a feasible automated image-based modelling is proposed utilising neural networks, classical computer vision and computational geometry techniques with the aim of creating valid shapes to be introduced into the information model, including related semantic properties and attributes from inspection data (e.g., width, depth, length, date, etc.). The creation of such models opens the door for further possible uses ranging from more accurate structural analysis possibilities to simulation of damage propagation in model elements, estimating deterioration rates and allows for better documentation, data sharing, and realistic visualisation of damages in a 3D model.
In this dissertation, a new, unique and original biaxial device for testing unsaturated soil was designed and developed. A study on the mechanical behaviour of unsaturated sand in plane-strain conditions using the new device is presented. The tests were mainly conducted on Hostun sand specimens. A series of experiments including basic characterisation, soil water characteristic curves, and compression biaxial tests on dry, saturated, and unsaturated sand were conducted. A set of bearing capacity tests of strip model footing on unsaturated sand were performed. Additionally, since the presence of fine content (i.e., clay) influences the behavior of soils, soil water characteristic tests were also performed for sand-kaolin mixtures specimens.
Since the Industrial Revolution in the 1700s, the high emission of gaseous wastes into the atmosphere from the usage of fossil fuels has caused a general increase in temperatures globally. To combat the environmental imbalance, there is an increase in the demand for renewable energy sources. Dams play a major role in the generation of “green" energy. However, these structures require frequent and strict monitoring to ensure safe and efficient operation. To tackle the challenges faced in the application of convention dam monitoring techniques, this work proposes the inverse analysis of numerical models to identify damaged regions in the dam. Using a dynamic coupled hydro-mechanical Extended Finite Element Method (XFEM) model and a global optimization strategy, damage (crack) in the dam is identified. By employing seismic waves to probe the dam structure, a more detailed information on the distribution of heterogeneous materials and damaged regions are obtained by the application of the Full Waveform Inversion (FWI) method. The FWI is based on a local optimization strategy and thus it is highly dependent on the starting model. A variety of data acquisition setups are investigated, and an optimal setup is proposed. The effect of different starting models and noise in the measured data on the damage identification is considered. Combining the non-dependence of a starting model of the global optimization strategy based dynamic coupled hydro-mechanical XFEM method and the detailed output of the local optimization strategy based FWI method, an enhanced Full Waveform Inversion is proposed for the structural analysis of dams.
In order to minimize the probability of foundation failure resulting from cyclic action on structures, researchers have developed various constitutive models to simulate the foundation response and soil interaction as a result of these complex cyclic loads. The efficiency and effectiveness of these model is majorly influenced by the cyclic constitutive parameters. Although a lot of research is being carried out on these relatively new models, little or no details exist in literature about the model based identification of the cyclic constitutive parameters. This could be attributed to the difficulties and complexities of the inverse modeling of such complex phenomena. A variety of optimization strategies are available for the solution of the sum of least-squares problems as usually done in the field of model calibration. However for the back analysis (calibration) of the soil response to oscillatory load functions, this paper gives insight into the model calibration challenges and also puts forward a method for the inverse modeling of cyclic loaded foundation response such that high quality solutions are obtained with minimum computational effort. Therefore model responses are produced which adequately describes what would otherwise be experienced in the laboratory or field.
For the safe and efficient operation of dams, frequent monitoring and maintenance are required. These are usually expensive, time consuming, and cumbersome. To alleviate these issues, we propose applying a wave-based scheme for the location and quantification of damages in dams.
To obtain high-resolution “interpretable” images of the damaged regions, we drew inspiration from non-linear full-multigrid methods for inverse problems and applied a new cyclic multi-stage full-waveform inversion (FWI) scheme. Our approach is less susceptible to the stability issues faced by the standard FWI scheme when dealing with ill-posed problems. In this paper, we first selected an optimal acquisition setup and then applied synthetic data to demonstrate the capability of our approach in identifying a series of anomalies in dams by a mixture of reflection and transmission tomography. The results had sufficient robustness, showing the prospects of application in the field of non-destructive testing of dams.
Expert systems integrating fuzzy reasoning techniques represent a powerful tool to support practicing engineers during the early stages of structural design. In this context fuzzy models have proved themselves to be very suitable for the representation of complex design knowledge. However their definition is a laborious task. This paper introduces an approach for the design and the optimization of fuzzy systems based upon Genetic Programming. To keep the emerging fuzzy systems transparent a new framework for the definition of linguistic variables is also introduced.
Structural engineering projects are increasingly organized in networked cooperations due to a permanently enlarged competition pressure and a high degree of complexity while performing the concurrent design activities. Software that intends to support such collaborative structural design processes implicates enormous requirements. In the course of our common research work, we analyzed the pros and cons of the application of both the peer-to-peer (University of Bonn) and multiagent architecture style (University of Bochum) within the field of collaborative structural design. In this paper, we join the benefits of both architecture styles in an integrated conceptual approach. We demonstrate the surplus value of the integrated multiagent–peer-to-peer approach by means of an example scenario in which several structural engineers are co-operatively designing the basic structural elements of an arched bridge, applying heterogeneous CAD systems.
Wahrnehmung und Verarbeitung von Ereignissen bei der verteilten Planung im baulichen Brandschutz
(2003)
Der Bauplanungsprozess ist durch ein hohes Maß an Kooperation zwischen Planungsbeteiligten verschiedener Fachrichtungen gekennzeichnet. Hierbei werden zum einen Planungen auf der Basis von Planungsinformationen anderer Planungsbeteiligter detailliert, zum anderen geben Planungen einzelner auch wichtige Rahmenbedingungen für die Gesamtplanung vor. Der vorliegende Beitrag beschreibt einen Ansatz zur ganzheitlichen Unterstützungen verteilter Planungen am Beispiel des baulichen Brandschutzes. Der Antrag trägt hierbei der verteilten und parallelen Planung Rechnung, wie sie heute bei der Planung großer und mittlerer Bauwerke angewendet wird. Die Verteiltheit wird nicht nur für die Planungsbeteiligten modelliert, sondern auch die einzelnen Planungsinformationen liegen im gemeinsamen Kooperationsverbund verteilt vor. Der Fokus dieses Beitrags liegt auf der Wahrnehmung von Planungsänderungen und Ereignissen während der Planung und die Verarbeitung dieser Informationen um eine durchgängige Planung zu gewährleisten. Dies wird zum einen durch das CoBE Awarenessmodell erreicht, mit dem Ereignisse erkannt und dem Informationsverbund zur Verfügung gestellt werden können. Zum anderen werden die Ereignisbehandlung und die darauf folgende fachgerechte Informationsverarbeitung mit Hilfe eines Multi-Agentensystems beschrieben.
As an optimization that starts from a randomly selected structure generally does not guarantee reasonable optimality, the use of a systemic approach, named the ground structure, is widely accepted in steel-made truss and frame structural design. However, in the case of reinforced concrete (RC) structural optimization, because of the orthogonal orientation of structural members, randomly chosen or architect-sketched framing is used. Such a one-time fixed layout trend, in addition to its lack of a systemic approach, does not necessarily guarantee optimality. In this study, an approach for generating a candidate ground structure to be used for cost or weight minimization of 3D RC building structures with included slabs is developed. A multiobjective function at the floor optimization stage and a single objective function at the frame optimization stage are considered. A particle swarm optimization (PSO) method is employed for selecting the optimal ground structure. This method enables generating a simple, yet potential, real-world representation of topologically preoptimized ground structure while both structural and main architectural requirements are considered. This is supported by a case study for different floor domain sizes.
Das Bauwesen hat sich in den letzten Jahren durch die Globalisierung des Marktes verbunden mit einer verstärkten Nutzung moderner Technologien stark gewandelt. Die Planung und die Durchführung von Bauvorhaben werden zunehmend komplexer und sind mit erhöhten Risiken verbunden. Geld- und Zeitressourcen werden bei einem immer härter werdenden Konkurrenzkampf knapper.
Das Projektmanagement stellt Lösungsansätze bereit, um Bauvorhaben auch unter erschwerten Bedingungen und erhöhten Risiken erfolgreich zum Abschluss zu bringen. Dabei hat ein systematisches Risikomanagement beginnend bei der Projektentwicklung bis zum Projektabschluss eine für den Projekterfolg entscheidende Bedeutung.
Ziel der Arbeit ist es, eine quantitative Risikoerfassung für Projektmanager als professionelle Bauherrenvertretung und die Simulation der Risikoauswirkungen auf den Verlauf eines Projektes während der Planungs- und Bauphase zu ermöglichen. Mit Hilfe eines abstrakten Modells soll eine differenzierte, praxisnahe Simulation durchführbar sein, die die verschiedenen Arten der Leistungs- und Kostenentstehung widerspiegelt. Parallel dazu soll die Beschreibung von Risiken so abstrahiert werden, dass beliebige Risiken quantitativ erfassbar und anschließend ihre Auswirkungen inklusive mögliche Gegenmaßnahmen in das Modell integrierbar sind.
Anhand zweier Beispiele werden die unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten der quantitativen Erfassung von Projektrisiken und der anschließenden Simulation ihrer Auswirkungen aufgezeigt. Bei dem ersten Beispiel, einem realen, bereits abgeschlossenen Schieneninfrastrukturprojekt, wird die Wirksamkeit einer vorbeugenden Maßnahme gegen ein Projektrisiko untersucht. Im zweiten Beispiel wird ein Planspielansatz zur praxisnahen Aus- und Weiterbildung von Projektmanagern entwickelt. Inhalt des Planspiels ist die Planung und Errichtung eines privatfinanzierten, öffentlichen Repräsentationsbaus mit teilweiser Fremdnutzung.
Wissenschaftseinrichtungen und Hochschulen stehen in den nächsten Jahren in Folge der Föderalismusreform und der Abschaffung des Hochschulbauförderungsgesetzes vor besonderen Herausforderungen, die nur unter effizienter Ausnutzung aller vorhandenen Ressourcen zu meistern sind. Insbesondere der kummulierte Bau-, Sanierungs- und damit Finanzierungsbedarf führt zu der Erkenntnis, dass immobilienbezogene Entscheidungen langfristig über den gesamten Lebenszyklus zu treffen sind, damit ein schleichender Wertverlust vermieden wird. Die Arbeit beschäftigt sich mit den anstehenden Veränderungsprozessen im Hinblick auf ein lebenszyklusorientiertes Liegenschaftsmanagement. Ausgehend von den Rahmenbedingungen werden Handlungs- und Gestaltungshilfen für die Praxis entwickelt, die spezifisch für Hochschulen, Wissenschaftseinrichtungen und Studentenwerke anwendbar sind. Dabei fließen die Erfahrungen aus der Untersuchung konkreter Pilotprojekte in die Untersuchung ein. In der Arbeit wird ein Datenmodell entwickelt, das Entscheidungen im lebenszyklusorientierten Liegenschaftsmanagement bei Neu-, Umbau- und Sanierungs¬maßnahmen und die Wahl von Beschaffungsvarianten unterstützt. Die Arbeit befasst sich mit drei Untersuchungsschwerpunkten: 1. Immobilienportfolioebene: Lebenszyklusorientierte Betrachtung des Gesamtbestandes an Liegenschaften, 2. Projektebene: Analyse und Bewertung lebenszyklusorientierter Vertrags- und Organisationsformen mit privater Beteiligung, 3. Datenebene: Analyse vorhandener Daten und Kennzahlen für eine Lebens-zyklusbetrachtung; Erarbeitung eines Datenmodells zum Kostencontrolling.
Development of infrastructure projects with private engagement through PPP has become one of the commonly adopted procurement strategies in developed and developing countries. All over the world where PPP procurement has been used in one form or another, the way in which it is carried out has become an important issue. Yet, there is no standard method of PPP implementation as each country adapts the process as appropriate for its own culture, economy, political climate and legal system. It is therefore essential that all parties likely to be involved have a common understanding of the principles underlying PPP structures and an appreciation of the key issues from the standpoints of the private as well as the public sectors. PPP projects with substantial private investments involve participation of stakeholders with diverse perspectives, which can lead to different perceptions on the viability of the project. The introduction chapter covers the general issues of PPP implementation and presents an overview of the use of PPP in the delivery of public infrastructure and services across the world. Following, in five case studies PPP projects from Asia and Europe are presented and reveal differences in the respective approaches of each country. The case studies analyze project objectives, scope and site as well as legal, contractual and financial framework under which the projects were realized. Each case study closes with a chapter discussing the different approaches and summarizing lessons learned.
Am 4. Oktober 2007 fand im Rahmen des Forschungsprojektes „Lebenszyklusorientiertes Management öffentlicher Liegenschaften am Beispiel von Hochschulen und Wissenschaftseinrichtungen“ in Weimar der Workshop „PPP-Eignung und Vorgehensweise bei Hochschulprojekten“ mit über 60 Vertretern von Hochschulen, Studentenwerken, Ministerien, PPP Task Forces und Liegenschaftsbetrieben der Länder statt. Im Beitrag erfolgt die Zusammenstellung der Präsentationen der Referenten.
Anlässlich der Bedeutung und Tragweite des Risikomanagements für die erfolgreiche Abwicklung von Public Private Partnership-Projekten wurde von Juni 2008 bis Oktober 2010 das Forschungsprojekt „Lebenszyklusorientiertes Risikomanagement für PPP-Projekte im öffentlichen Hochbau“ an der Bauhaus-Universität Weimar umgesetzt. Gefördert wurde das Forschungsprojekt aus den Mitteln der Forschungsinitiative „Zukunft Bau“, welche durch das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) und dem Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR) als Projektträger gemeinsam durchgeführt wird. Das Ziel des Forschungsprojektes bestand in der Entwicklung eines Integrierten Risikomanagementsystems (abgekürzt: IRMS), das die PPP-Vertragspartner zu einem zielgerichteten und wirtschaftlichen Umgang mit den inkludierten Risiken befähigen soll. Darüber hinaus soll das System eine projektspezifische und innerhalb des gegebenen Handlungsspielraums optimale Risikoverteilung ermöglichen. Der Forschungsbericht untergliedert sich in vier Teile, welche die Arbeitsergebnisse des Forschungsprojektes strukturiert darstellen. Zunächst werden im ersten Teil des Forschungsberichtes die Ergebnisse einer empirischen Untersuchung zum Ist-Zustand des Risikomanagements in PPP-Projekten des öffentlichen Hochbaus als Grundlage für die weiteren Untersuchungen und Ergebnisse des Forschungsprojektes analysiert. Der zweite Teil des Forschungsprojektes beinhaltet ein Kompendium bzw. Werkzeugkasten der Methoden des Risikomanagements. In ihm werden die Verfahren zur Erlangung von risikobezogenen Erkenntnissen oder praktischen Ergebnissen dargestellt und hinsichtlich ihrer Eigenschaften analysiert. Darüber hinaus werden Allokationskriterien auf der Grundlage der den PPP-Vertragspartnern real zur Verfügung stehenden Informationen definiert, die als Basis sowohl für die Selektion vorteilhafter Risikobewältigungsmaßnahmen als auch für den Nachweis der Vorteilhaftigkeit der Übernahme von Risiken für Auftragnehmer im Risikomanagementprozess dienen. Durch die Anwendung dieser Allokationskriterien im IRMS kann eine optimale Risikoverteilung sowohl für den einzelnen Projektpartner als auch das Gesamtprojekt erreicht werden. Im dritten Teil wird das integrierte Risikomanagement-Prozessmodell über den gesamten Projektlebenszyklus eines PPP-Hochbauprojektes unter Berücksichtigung der relevanten PPP-Vertragspartner dargestellt und erläutert. Es stellt einen wesentlichen Beitrag zur Standardisierung dar und bietet die Möglichkeit für die Praxis, ein Verständnis für die Abläufe und Anforderungen der anderen Vertragspartner weiter zu entwickeln. Das Modell besteht aus drei Ebenen. Auf der ersten Ebene werden die Prozesse aller PPP-Vertragspartner und ihre Interaktion über den Projektlebenszyklus in einer globalen Prozesslandkarte dargestellt. Die zweite Ebene bildet die vertragspartnerspezifischen Prozesslandkarten ab. Den höchsten Detaillierungsgrad weist die dritte Ebene mit den vertragspartnerspezifischen Risikomanagementprozessen auf. Sie bildet die Integration der einzelnen Phasen des Risikomanagementprozesses in die bestehende Ablauforganisation der PPP-Vertragspartner in Form von Prozessflussdiagrammen ab. Von herausragender Bedeutung innerhalb des Risikoprozessmodells ist der Standardprozess Risikoallokation, welcher bei allen Vertragspartnern in den einzelnen Projektphasen verwendet wird. Abhängig von der jeweiligen Zielstellung seiner Verwendung befähigt er sowohl zur Ermittlung der optimalen Risikoallokation unter dem gegebenen Handlungsspielraum des Anwenders als auch zur Auswahl einer optimalen Risikobewältigung für ein Einzelrisiko bzw. Risikobündel innerhalb eines bestehenden Steuerungskonzeptes. Der vierte Teil führt die Erkenntnisse der vorhergehenden Bände in der exemplarischen Ausgestaltung des IRMS zusammen. Es besteht aus dem auf die PPP-Prozesse abgestimmten integrierten Risikomanagement-Prozessmodell, den zu den einzelnen Prozessen gehörenden Methoden sowie organisationsspezifischen Festlegungen. Um die Anwendbarkeit eines solchen IRMS aufzuzeigen, wird exemplarisch die methodische Ausgestaltung des Standardprozesses Risikoallokation vorgestellt.
Die öffentliche Hand setzt zunehmend bei der Beschaffung von Bauwerken auf Alternativen, da aufgrund der negativen finanziellen Entwicklung der öffentlichen Haushalte die notwendigen Investitionsmaßnahmen nicht mehr oder nur eingeschränkt umgesetzt werden. Seit Anfang 2000 gehören auch die Modelle Public Private Partnerships (PPP - auch Öffentlich Private Partnerschaften genannt) zu diesen Alternativen. Dabei werden unter Berücksichtigung des Lebenszyklusansatzes alle Wertschöpfungsstufen von Bauwerken – Planen, Bauen, Finanzieren, Betreiben, ggf. Verwerten – integriert und als Gesamtleistung ausgeschrieben. Damit kann es möglich sein, Effizienzvorteile von bis zu 20% gegenüber der konventionellen Beschaffung zu erreichen. Bauunternehmen sind gefordert, sich dieser neuen Beschaffungsvariante anzupassen, wenn sie entsprechende Leistungen anbieten wollen. Sie übernehmen im Kerngeschäft die Errichtung und bauliche Erhaltung von Bauwerken. Auf Grund der Integration aller Wertschöpfungsstufen sind Bauunternehmen gefordert, ihre Leistungen mit den anderen am Lebenszyklus von Bauwerken beteiligten Partner zu koordinieren und in einen Gesamtzusammenhang zu stellen. Das Ziel des Leitfadens ist es, mittelständischen Bauunternehmen die Erarbeitung einer eigenen Strategie für das Geschäftsfeld PPP zu ermöglichen. Dabei gilt es, die besonderen Herausforderungen des Geschäftsfeldes ebenso wie die Besonderheiten mittelständischer Bauunternehmen zu berücksichtigen. Eine strategische Vorgehensweise bei der Erschließung des für Bauunternehmen neuen Geschäftsfeldes ist notwendig, da nicht nur die Vorlauf- und Angebotskosten bei PPP-Projekten um ein Vielfaches höher sind als bei konventionellen Bauprojekten, sondern auch die Herausforderungen und Risiken von PPP-Projekten sich deutlich von der bisherigen Tätigkeit unterscheiden. Eine Beteiligung am Geschäftsfeld ohne Strategie kann unter Umständen den Bestand des gesamten Bauunternehmens gefährden. Mit Hilfe des Leitfadens werden Handlungsempfehlungen dargestellt, die unternehmensspezifisch weiterentwickelt werden können. Die Anwendung des Leitfadens ermöglicht mittelständischen Bauunternehmen, die Stellung des Unternehmens im Bezug zum neuen Geschäftsfeld PPP zu identifizieren und daraus Rückschlüsse für eine Beteiligung am Geschäftsfeld PPP zu ziehen.
This work presents a robust status monitoring approach for detecting damage in cantilever structures based on logistic functions. Also, a stochastic damage identification approach based on changes of eigenfrequencies is proposed. The proposed algorithms are verified using catenary poles of electrified railways track. The proposed damage features overcome the limitation of frequency-based damage identification methods available in the literature, which are valid to detect damage in structures to Level 1 only. Changes in eigenfrequencies of cantilever structures are enough to identify possible local damage at Level 3, i.e., to cover damage detection, localization, and quantification. The proposed algorithms identified the damage with relatively small errors, even at a high noise level.
Electric trains are considered one of the most eco-friendly and safest means of transportation. Catenary poles are used worldwide to support overhead power lines for electric trains. The performance of the catenary poles has an extensive influence on the integrity of the train systems and, consequently, the connected human services. It became a must nowadays to develop SHM systems that provide the instantaneous status of catenary poles in- service, making the decision-making processes to keep or repair the damaged poles more feasible. This study develops a data-driven, model-free approach for status monitoring of cantilever structures, focusing on pre-stressed, spun-cast ultrahigh-strength concrete catenary poles installed along high-speed train tracks. The pro-posed approach evaluates multiple damage features in an unfied damage index, which leads to straightforward interpretation and comparison of the output. Besides, it distinguishes between multiple damage scenarios of the poles, either the ones caused by material degradation of the concrete or by the cracks that can be propagated during the life span of the given structure. Moreover, using a logistic function to classify the integrity of structure avoids the expensive learning step in the existing damage detection approaches, namely, using the modern machine and deep learning methods. The findings of this study look very promising when applied to other types of cantilever structures, such as the poles that support the power transmission lines, antenna masts, chimneys, and wind turbines.
This study proposes an efficient Bayesian, frequency-based damage identification approach to identify damages in cantilever structures with an acceptable error rate, even at high noise levels. The catenary poles of electric high-speed train systems were selected as a realistic case study to cover the objectives of this study. Compared to other frequency-based damage detection approaches described in the literature, the proposed approach is efficiently able to detect damages in cantilever structures to higher levels of damage detection, namely identifying both the damage location and severity using a low-cost structural health monitoring (SHM) system with a limited number of sensors; for example, accelerometers. The integration of Bayesian inference, as a stochastic framework, in the proposed approach, makes it possible to utilize the benefit of data fusion in merging the informative data from multiple damage features, which increases the quality and accuracy of the results. The findings provide the decision-maker with the information required to manage the maintenance, repair, or replacement procedures.
Wissenschaftliches Kolloquium vom 27. bis 30. Juni 1996 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Techno-Fiction. Zur Kritik der technologischen Utopien'
Over the last decade, the technology of constructing buildings has been dramatically developed especially with the huge growth of CAD tools that help in modeling buildings, bridges, roads and other construction objects. Often quality control and size accuracy in the factory or on construction site are based on manual measurements of discrete points. These measured points of the realized object or a part of it will be compared with the points of the corresponding CAD model to see whether and where the construction element fits into the respective CAD model. This process is very complicated and difficult even when using modern measuring technology. This is due to the complicated shape of the components, the large amount of manually detected measured data and the high cost of manual processing of measured values. However, by using a modern 3D scanner one gets information of the whole constructed object and one can make a complete comparison against the CAD model. It gives an idea about quality of objects on the whole. In this paper, we present a case study of controlling the quality of measurement during the constructing phase of a steel bridge by using 3D point cloud technology. Preliminary results show that an early detection of mismatching between real element and CAD model could save a lot of time, efforts and obviously expenses.
The polymeric clay nanocomposites are a new class of materials of which recently have become the centre of attention due to their superior mechanical and physical properties. Several studies have been performed on the mechanical characterisation of these nanocomposites; however most of those studies have neglected the effect of the interfacial region between the clays and the matrix despite of its significant influence on the mechanical performance of the nanocomposites.
There are different analytical methods to calculate the overall elastic material properties of the composites. In this study we use the Mori-Tanaka method to determine the overall stiffness of the composites for simple inclusion geometries of cylinder and sphere. Furthermore, the effect of interphase layer on the overall properties of composites is calculated. Here, we intend to get ounds for the effective mechanical properties to compare with the analytical results. Hence, we use linear displacement boundary conditions (LD) and uniform traction boundary conditions (UT) accordingly. Finally, the analytical results are compared with numerical results and they are in a good agreement.
The next focus of this dissertation is a computational approach with a hierarchical multiscale method on the mesoscopic level. In other words, in this study we use the stochastic analysis and computational homogenization method to analyse the effect of thickness and stiffness of the interfacial region on the overall elastic properties of the clay/epoxy nanocomposites. The results show that the increase in interphase thickness, reduces the stiffness of the clay/epoxy naocomposites and this decrease becomes significant in higher clay contents. The results of the sensitivity analysis prove that the stiffness of the interphase layer has more significant effect on the final stiffness of nanocomposites. We also validate the results with the available experimental results from the literature which show good agreement.
This dataset consists mainly of two subsets. The first subset includes measurements and simulation data conducted to validate the simulation tool ENVI-met. The measurements were conducted at the campus of the Bauhaus-University Weimar in Weimar, Germany and consisted of recording exterior air temperature, globe temperature, relative humidity, and wind velocity at 1.5 m at four points on four different days. After the measurements, the geometry of the campus was modelled and meshed; the simulations were conducted using the weather data of the measurements days with the aim of investigating the accuracy of the model.
The second data subset consists of ENVI-met simulation data of the potential of facade greening in improving the outdoor environment and the indoor air temperature during heatwaves in Central European cities. The data consist of the boundary conditions and the simulation output of two simulation models: with and without facade greening. The geometry of the models corresponded to a residential buildings district in Stuttgart, Germany. The simulation output consisted of exterior air temperature, mean radiant temperature, relative humidity, and wind velocity at 12 different probe points in the model in addition to the indoor air temperature of an exemplary building. The dataset presents both vertical profiles of the probed parameters as well as the time series output of the five-day simulation duration. Both data subsets correspond to the investigations presented in the co-submitted article [1].
Besides their multiple known benefits regarding urban microclimate, living walls can be used as decentralized stand-alone systems to treat greywater locally at the buildings. While this offers numerous environmental advantages, it can have a considerable impact on the hygrothermal performance of the facade as such systems involve bringing large quantities of water onto the facade. As it is difficult to represent complex entities such as plants in the typical simulation tools used for heat and moisture transport, this study suggests a new approach to tackle this challenge by coupling two tools: ENVI-Met and Delphin. ENVI-Met was used to simulate the impact of the plants to determine the local environmental parameters at the living wall. Delphin, on the other hand, was used to conduct the hygrothermal simulations using the local parameters calculated by ENVI-Met. Four wall constructions were investigated in this study: an uninsulated brick wall, a precast concrete plate, a sandy limestone wall, and a double-shell wall. The results showed that the living wall improved the U-value, the exterior surface temperature, and the heat flux through the wall. Moreover, the living wall did not increase the risk of moisture in the wall during winter and eliminated the risk of condensation.
This dataset presents the numerical analysis of the heat and moisture transport through a facade equipped with a living wall system designated for greywater treatment. While such greening systems provide many environmental benefits, they involve pumping large quantities of water onto the wall assembly, which can increase the risk of moisture in the wall as well as impaired energetic performance due to increased thermal conductivity with increased moisture content in the building materials. This dataset was acquired through numerical simulation using the coupling of two simulation tools, namely Envi-Met and Delphin. This coupling was used to include the complex role the plants play in shaping the near-wall environmental parameters in the hygrothermal simulations. Four different wall assemblies were investigated, each assembly was assessed twice: with and without the living wall. The presented data include the input and output parameters of the simulations, which were presented in the co-submitted article [1].
Physical exercise demonstrates a special case of aerosol emission due to its associated elevated breathing rate. This can lead to a faster spread of airborne viruses and respiratory diseases. Therefore, this study investigates cross-infection risk during training. Twelve human subjects exercised on a cycle ergometer under three mask scenarios: no mask, surgical mask, and FFP2 mask. The emitted aerosols were measured in a grey room with a measurement setup equipped with an optical particle sensor. The spread of expired air was qualitatively and quantitatively assessed using schlieren imaging. Moreover, user satisfaction surveys were conducted to evaluate the comfort of wearing face masks during training. The results indicated that both surgical and FFP2 masks significantly reduced particles emission with a reduction efficiency of 87.1% and 91.3% of all particle sizes, respectively. However, compared to surgical masks, FFP2 masks provided a nearly tenfold greater reduction of the particle size range with long residence time in the air (0.3–0.5 μm). Furthermore, the investigated masks reduced exhalation spreading distances to less than 0.15 m and 0.1 m in the case of the surgical mask and FFP2 mask, respectively. User satisfaction solely differed with respect to perceived dyspnea between no mask and FFP2 mask conditions.
Performance assessment of a ductless personalized ventilation system using a validated CFD model
(2018)
The aim of this study is twofold: to validate a computational fluid dynamics (CFD) model, and then to use the validated model to evaluate the performance of a ductless personalized ventilation (DPV) system. To validate the numerical model, a series of measurements was conducted in a climate chamber equipped with a thermal manikin. Various turbulence models, settings, and options were tested; simulation results were compared to the measured data to determine the turbulence model and solver settings that achieve the best agreement between the measured and simulated values. Subsequently, the validated CFD model was then used to evaluate the thermal environment and indoor air quality in a room equipped with a DPV system combined with displacement ventilation. Results from the numerical model were then used to quantify thermal sensation and comfort using the UC Berkeley thermal comfort model.
Personalized ventilation (PV) is a mean of delivering conditioned outdoor air into the breathing zone of the occupants. This study aims to qualitatively investigate the personalized flows using two methods of visualization: (1) schlieren imaging using a large schlieren mirror and (2) thermography using an infrared camera. While the schlieren imaging was used to render the velocity and mass transport of the supplied flow, thermography was implemented to visualize the air temperature distribution induced by the PV. Both studies were conducted using a thermal manikin to simulate an occupant facing a PV outlet. As a reference, the flow supplied by an axial fan and a cased axial fan was visualized with the schlieren system as well and compared to the flow supplied by PV. Schlieren visualization results indicate that the steady, low-turbulence flow supplied by PV was able to penetrate the thermal convective boundary layer encasing the manikin's body, providing clean air for inhalation. Contrarily, the axial fan diffused the supplied air over a large target area with high turbulence intensity; it only disturbed the convective boundary layer rather than destroying it. The cased fan supplied a flow with a reduced target area which allowed supplying more air into the breathing zone compared to the fan. The results of thermography visualization showed that the supplied cool air from PV penetrated the corona-shaped thermal boundary layer. Furthermore, the supplied air cooled the surface temperature of the face, which indicates the large impact of PV on local thermal sensation and comfort.
This study investigates the flow supplied by personalized ventilation (PV) by means of anemometer measurements and schlieren visualization. The study was conducted using a thermal manikin to simulate a seated occupant facing a PV outlet. Air velocity was measured at multiple points in the flow field; the collected velocity values were used to calculate the turbulence intensity. Results indicated that PV was supplying air with low turbulence intensity that was able to penetrate the convective boundary layer of the manikin to supply clean air for inhalation. The convective boundary layer, however, obstructed the supplied flow and reduced its velocity by a total of 0.26 m/s. The PV flow preserved its value until about 10 cm from the face where velocity started to drop. Further investigations were conducted to test a PV diffuser with a relatively large outlet diameter (18 cm). This diffuser was developed using 3d-modelling and 3d-printing. The diffuser successfully distributed the flow over the larger outlet area. However, the supplied velocity and turbulence fields were not uniform across the section.
Personalisierte Lüftung (PL) kann die thermische Behaglichkeit sowie die Qualität der eingeatmeten Atemluft verbessern, in dem jedem Arbeitsplatz Frischluft separat zugeführt wird. In diesem Beitrag wird die Wirkung der PL auf die thermische Behaglichkeit der Nutzer unter sommerlichen Randbedingungen untersucht. Hierfür wurden zwei Ansätze zur Bewertung des Kühlungseffekts der PL untersucht: basierend auf (1) der äquivalenten Temperatur und (2) dem thermischen Empfinden. Grundlage der Auswertung sind in einer Klimakammer gemessene sowie numerisch simulierte Daten. Vor der Durchführung der Simulationen wurde das numerische Modell zunächst anhand der gemessenen Daten validiert. Die Ergebnisse zeigen, dass der Ansatz basierend auf dem thermischen Empfinden zur Evaluierung des Kühlungseffekts der PL sinnvoller sein kann, da bei diesem die komplexen physiologischen Faktoren besser berücksichtigt werden.
The performance of ductless personalized ventilation (DPV) was compared to the performance of a typical desk fan since they are both stand-alone systems that allow the users to personalize their indoor environment. The two systems were evaluated using a validated computational fluid dynamics (CFD) model of an office room occupied by two users. To investigate the impact of DPV and the fan on the inhaled air quality, two types of contamination sources were modelled in the domain: an active source and a passive source. Additionally, the influence of the compared systems on thermal comfort was assessed using the coupling of CFD with the comfort model developed by the University of California, Berkeley (UCB model). Results indicated that DPV performed generally better than the desk fan. It provided better thermal comfort and showed a superior performance in removing the exhaled contaminants. However, the desk fan performed better in removing the contaminants emitted from a passive source near the floor level. This indicates that the performance of DPV and desk fans depends highly on the location of the contamination source. Moreover, the simulations showed that both systems increased the spread of exhaled contamination when used by the source occupant.
This study investigates the performance of two systems: personalized ventilation (PV) and ductless personalized ventilation (DPV). Even though the literature indicates a compelling performance of PV, it is not often used in practice due to its impracticality. Therefore, the present study assesses the possibility of replacing the inflexible PV with DPV in office rooms equipped with displacement ventilation (DV) in the summer season. Numerical simulations were utilized to evaluate the inhaled concentration of pollutants when PV and DPV are used. The systems were compared in a simulated office with two occupants: a susceptible occupant and a source occupant. Three types of pollution were simulated: exhaled infectious air, dermally emitted contamination, and room contamination from a passive source. Results indicated that PV improved the inhaled air quality regardless of the location of the pollution source; a higher PV supply flow rate positively impacted the inhaled air quality. Contrarily, the performance of DPV was highly sensitive to the source location and the personalized flow rate. A higher DPV flow rate tends to decrease the inhaled air quality due to increased mixing of pollutants in the room. Moreover, both systems achieved better results when the personalized system of the source occupant was switched off.
Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Untersuchung des Ausbruchverhaltens von unbewehrten Porenbetonplatten bei konzentrierter Lasteintragung in Randnähe. In der Praxis tritt diese Problematik bei Befestigungen oder Verankerungen auf, die eine punktuelle Beanspruchung bewirken. Hauptziel der durchgeführten experimentellen und numerischen Untersuchungen war das Erkennen von Gesetzmäßigkeiten für Versagenserscheinungen und für Bruchlasten in Abhängigkeit von variierenden Geometrie- und Materialparametern. Dabei waren Größe und Lage der Lasteinleitungsstelle sowie die Materialfestigkeit die wichtigsten Einflussfaktoren. Von besonderem Interesse war auch das spröde Verhalten des Porenbetonmaterials auf das Ausbruchverhalten. Die Arbeit gliedert sich in drei Hauptteile: die Experimente mit anschließend weiterführenden numerischen Untersuchungen, sowie Bemessungskonzepten mit Ausbruchgleichungen. Ein weiteres Kapitel behandelt die Zugfestigkeit von Porenbeton. Die Experimente wurde an für Wand- oder Deckenplatten originaldicken Versuchskörpern durchgeführt. Dabei waren die Lagerbedingungen so festgelegt, dass sich möglichst ein ungestörter Ausbruchkörper ausbilden konnte. Numerische Spannungsuntersuchungen über eine räumliche Idealisierung der Versuchskörper mit dem Finite- Element- Programmsystem ANSYS gaben Aufschlüsse über Ort und Größe von bruchverursachenden Spannungen. Des weiteren wurden über die Versuchsergebnisse hinaus Berechnungen über den Einfluss von Variationen bei der Plattengeometrie durchgeführt. Es wurden Betrachtungen über die Zugfestigkeit als einen maßgebenden Faktor für das Ausbruchverhalten geführt. Numerische Risssimulationen gaben Aufschluss über den Spannungszustand und den Ablauf der Rissentwicklung.
Koulu - Schule auf Finnisch : Funktions-, Raum- und Gestaltungskonzepte für neue Schulen in Finnland
(2008)
Beginnend mit einem historischen Rückblick auf die Entwicklung des Schulbaus in Finnland sowie einen Überblick zu den rechtlichen und organisatorischen Rahmenbedingungen für den Schulbau, wird in der Untersuchung dargestellt, dass in Finnland ein traditioneller Grundkonsens darüber besteht, dass Bildung eine besonders wichtige gesellschaftliche Aufgabe darstellt und Art sowie Umfang ihrer Erfüllung von herausragender Bedeutung für die Zukunft des Landes ist. Daher wird dem Thema „Schule“ nicht nur in der Theorie, sondern auch im praktischen Alltag ein ausgesprochen hoher Stellenwert beigemessen. Auch die Lernumgebung wird mit besonderer Sorgfalt gestaltet. Die Gestaltung zahlreicher finnischer Bildungsanstalten ist transparent und flexibel. Das Schulgebäude ist somit für zukünftige Anforderungen leicht adaptierbar. Zu diesem Zweck wird architektonische Vielfalt mit einem hohen Grad an Funktionalität verbunden, die gleichzeitig lokale Gegebenheiten und Bedürfnisse berücksichtigt. Prägend für die Funktions-, Raum- und Gestaltungskonzepte sind insbesondere der Baukörper und seine Form, die Erschließung der Schule und die Raumfolge innerhalb des Gebäudes, die Raumfunktion und Nutzung einzelner Bereiche sowie ein hohes Maß an räumlich-visueller Kommunikation und Transparenz, sowohl innerhalb der Klassencluster als auch zwischen unterschiedlichen Funktionsbereichen der Schulen. Diese Parameter wurden in der vorliegenden Studie anhand von zahlreichen Fallbeispielen eingehend untersucht und dokumentiert. Durch einen frühzeitig geführten, intensiven Dialog zwischen Behörden, Pädagogen und Architekten sind räumliche Konzepte entstanden, die das Erlernen von sozialen Kompetenzen, Teamfähigkeit und Gruppenarbeit unterstützen und fördern.
Humans are able to think, to feel, and to sense. We are also able to compute but not very well. In contrast, computers are giants in computing. Yet, they can not do anything else besides computing. Appropriate combinations of the different gifts and strengths of human and computer may result in impressive performances. In the 3-Hirn approach one human and two computers are involved. On the computers different programs are running. The human starts the machines and inspects the solutions they propose. He compares these candidate solutions and finally decides for one of the alternatives. So, the human makes the final choice from a small number of computer proposals. In performance-oriented chess, 3-Hirn combinations consisting of an amateur player and commer-cial software have reached world class level. 3-Hirn is a Decision Support System with Multiple Choice Structure. Such Multiple Choice Systems will be exhibited and discussed.
The node moving and multistage node enrichment adaptive refinement procedures are extended in mixed discrete least squares meshless (MDLSM) method for efficient analysis of elasticity problems. In the formulation of MDLSM method, mixed formulation is accepted to avoid second-order differentiation of shape functions and to obtain displacements and stresses simultaneously. In the refinement procedures, a robust error estimator based on the value of the least square residuals functional of the governing differential equations and its boundaries at nodal points is used which is inherently available from the MDLSM formulation and can efficiently identify the zones with higher numerical errors. The results are compared with the refinement procedures in the irreducible formulation of discrete least squares meshless (DLSM) method and show the accuracy and efficiency of the proposed procedures. Also, the comparison of the error norms and convergence rate show the fidelity of the proposed adaptive refinement procedures in the MDLSM method.
Visually impaired is a common problem for human life in the world wide. The projector-based AR technique has ability to change appearance of real object, and it can help to improve visibility for visually impaired. We propose a new framework for the appearance enhancement with the projector camera system that employed model predictive controller. This framework enables arbitrary image processing such as photo-retouch software in the real world and it helps to improve visibility for visually impaired. In this article, we show the appearance enhancement result of Peli's method and Wolffshon's method for the low vision, Jefferson's method for color vision deficiencies. Through experiment results, the potential of our method to enhance the appearance for visually impaired was confirmed as same as appearance enhancement for the digital image and television viewing.
SYSBAT - An Application to the Building ProductionBased on Computer Supported Cooperative Work
(2003)
Our proposed solution is to enable partners of a construction project to share all the technical data produced and handled during the building production process by building a system through the use of internet technology. The system links distributed databases and allows building partners to access remotely and manipulate specific information. It provides an updated building representation that is being enriched and refined all along the building production process. A recent collaboration with Nemetschek France (subsidiary company of Nemetschek AG, AEC CAD software leader) focus on a building product repository available in a web context. The aim is to help building project actors to choose a technical solution that fits its professional needs, and maintain our information system with up to date information. It starts with the possibility to build on line building product catalogs, in order to link Allplan CAD entities with building technical features. This paper presents the conceptual approaches on which our information system is built. Starting from a general organization diagram organization, we focus on the product and the description branches of construction works (including last IFC model specifications). Our aim is to add decisional support to the construction works selection process. To do so, we consider the actor's role upon the system and the pieces of information each one needs to achieve a given task.
The key objective of this research is to study fracture with a meshfree method, local maximum entropy approximations, and model fracture in thin shell structures with complex geometry and topology. This topic is of high relevance for real-world applications, for example in the automotive industry and in aerospace engineering. The shell structure can be described efficiently by meshless methods which are capable of describing complex shapes as a collection of points instead of a structured mesh. In order to find the appropriate numerical method to achieve this goal, the first part of the work was development of a method based on local maximum entropy (LME)
shape functions together with enrichment functions used in partition of unity methods to discretize problems in linear elastic fracture mechanics. We obtain improved accuracy relative to the standard extended finite element method (XFEM) at a comparable computational cost. In addition, we keep the advantages of the LME shape functions,such as smoothness and non-negativity. We show numerically that optimal convergence (same as in FEM) for energy norm and stress intensity factors can be obtained through the use of geometric (fixed area) enrichment with no special treatment of the nodes
near the crack such as blending or shifting.
As extension of this method to three dimensional problems and complex thin shell structures with arbitrary crack growth is cumbersome, we developed a phase field model for fracture using LME. Phase field models provide a powerful tool to tackle moving interface problems, and have been extensively used in physics and materials science. Phase methods are gaining popularity in a wide set of applications in applied science and engineering, recently a second order phase field approximation for brittle fracture has gathered significant interest in computational fracture such that sharp cracks discontinuities are modeled by a diffusive crack. By minimizing the system energy with respect to the mechanical displacements and the phase-field, subject to an irreversibility condition to avoid crack healing, this model can describe crack nucleation, propagation, branching and merging. One of the main advantages of the phase field modeling of fractures is the unified treatment of the interfacial tracking and mechanics, which potentially leads to simple, robust, scalable computer codes applicable to complex systems. In other words, this approximation reduces considerably the implementation complexity because the numerical tracking of the fracture is not needed, at the expense of a high computational cost. We present a fourth-order phase field model for fracture based on local maximum entropy (LME) approximations. The higher order continuity of the meshfree LME approximation allows to directly solve the fourth-order phase field equations without splitting the fourth-order differential equation into two second order differential equations. Notably, in contrast to previous discretizations that use at least a quadratic basis, only linear completeness is needed in the LME approximation. We show that the crack surface can be captured more accurately in the fourth-order model than the second-order model. Furthermore, less nodes are needed for the fourth-order model to resolve the crack path. Finally, we demonstrate the performance of the proposed meshfree fourth order phase-field formulation for 5 representative numerical examples. Computational results will be compared to analytical solutions within linear elastic fracture mechanics and experimental data for three-dimensional crack propagation.
In the last part of this research, we present a phase-field model for fracture in Kirchoff-Love thin shells using the local maximum-entropy (LME) meshfree method. Since the crack is a natural outcome of the analysis it does not require an explicit representation and tracking, which is advantageous over techniques as the extended finite element method that requires tracking of the crack paths. The geometric description of the shell is based on statistical learning techniques that allow dealing with general point set surfaces avoiding a global parametrization, which can be applied to tackle surfaces of complex geometry and topology. We show the flexibility and robustness of the present methodology for two examples: plate in tension and a set of open connected
pipes.
Energy‐Efficient Method for Wireless Sensor Networks Low‐Power Radio Operation in Internet of Things
(2020)
The radio operation in wireless sensor networks (WSN) in Internet of Things (IoT)applications is the most common source for power consumption. Consequently, recognizing and controlling the factors affecting radio operation can be valuable for managing the node power consumption. Among essential factors affecting radio operation, the time spent for checking the radio is of utmost importance for monitoring power consumption. It can lead to false WakeUp or idle listening in radio duty cycles and ContikiMAC. ContikiMAC is a low‐power radio duty‐cycle protocol in Contiki OS used in WakeUp mode, as a clear channel assessment (CCA) for checking radio status periodically. This paper presents a detailed analysis of radio WakeUp time factors of ContikiMAC. Furthermore, we propose a lightweight CCA (LW‐CCA) as an extension to ContikiMAC to reduce the Radio Duty‐Cycles in false WakeUps and idle listening though using dynamic received signal strength indicator (RSSI) status check time. The simulation results in the Cooja simulator show that LW‐CCA reduces about 8% energy consumption in nodes while maintaining up to 99% of the packet delivery rate (PDR).