56.03 Methoden im Bauingenieurwesen
Refine
Document Type
- Conference Proceeding (599)
- Article (143)
- Doctoral Thesis (28)
- Master's Thesis (4)
- Diploma Thesis (1)
Institute
- Professur Informatik im Bauwesen (467)
- In Zusammenarbeit mit der Bauhaus-Universität Weimar (173)
- Graduiertenkolleg 1462 (34)
- Institut für Strukturmechanik (ISM) (30)
- Professur Angewandte Mathematik (18)
- Institut für Konstruktiven Ingenieurbau (IKI) (8)
- Professur Baubetrieb und Bauverfahren (8)
- Professur Baumechanik (7)
- Professur Stahlbau (6)
- Professur Stochastik und Optimierung (5)
Keywords
- Computerunterstütztes Verfahren (287)
- Architektur <Informatik> (198)
- CAD (164)
- Angewandte Mathematik (144)
- Angewandte Informatik (143)
- Computer Science Models in Engineering; Multiscale and Multiphysical Models; Scientific Computing (72)
- Modellierung (65)
- Bauwerk (50)
- Finite-Elemente-Methode (46)
- Building Information Modeling (38)
The truss model for predicting shear resistance of reinforced concrete beams has usually been criticized because of its underestimation of the concrete shear strength especially for beams with low shear reinforcement. Two challengers are commonly encountered in any truss model and are responsible for its inaccurate shear strength prediction. First: the cracking angle is usually assumed empirically and second the shear contribution of the arching action is usually neglected. This research introduces a nouvelle approach, by using Artificial Neural Network (ANN) for accurately evaluating the shear cracking angle of reinforced and prestressed concrete beams. The model inputs include the beam geometry, concrete strength, the shear reinforcement ratio and the prestressing stress if any. ...
In this paper proposed the application of two-parameters damage model, based on non-linear finite element approach, to the analysis of masonry panels. Masonry is treated as a homogenized material, for which the material characteristics can be defined by using homogenization technique. The masonry panels subjected to shear loading are studied by using the proposed procedure within the framework of three-dimensional analyses. The nonlinear behaviour of masonry can be modelled using concepts of damage theory. In this case an adequate damage function is defined for taking into account different response of masonry under tension and compression states. Cracking can, therefore, be interpreted as a local damage effect, defined by the evolution of known material parameters and by one or several functions which control the onset and evolution of damage. The model takes into account all the important aspects which should be considered in the nonlinear analysis of masonry structures such as the effect of stiffness degradation due to mechanical effects and the problem of objectivity of the results with respect to the finite element mesh. Finally the proposed damage model is validated with a comparison with experimental results available in the literature.
This paper deals with the modelling and the analysis of masonry vaults. Numerical FEM analyses are performed using LUSAS code. Two vault typologies are analysed (barrel and cross-ribbed vaults) parametrically varying geometrical proportions and constraints. The proposed model and the developed numerical procedure are implemented in a computer analysis. Numerical applications are developed to assess the model effectiveness and the efficiency of the numerical procedure. The main object of the present paper is the development of a computational procedure which allows to define 3D structural behaviour of masonry vaults. For each investigated example, the homogenized limit analysis approach has been employed to predict ultimate load and failure mechanisms. Finally, both a mesh dependence study and a sensitivity analysis are reported. Sensitivity analysis is conducted varying in a wide range mortar tensile strength and mortar friction angle with the aim of investigating the influence of the mechanical properties of joints on collapse load and failure mechanisms. The proposed computer model is validated by a comparison with experimental results available in the literature.
This paper presents results of applying Fuzzy Inference System for estimation of the number of potential Park and Ride users. Usually it is difficult to evaluate the number of users because it depends on human factor and data in the considered system are uncertain. In such situation the traditional mathematical approaches can not take into consideration rough data. Therefore a fuzzy approach can be applied in this case. A fuzzy methodology is treated as a proper way to describe choice of mode of transport, and especially that uncertainty accompanied of choosing process has rather fuzzy character. The proposed approach is based on the Mamdani Fuzzy Inference System and for calculation there is used Matlab software with Fuzzy Logic Toolbox. Mamdani model requires, as an input data, knowledge of the shape of membership function. These functions can be calibrated taking into consideration results of questionnaires conducted among users of Park and Ride system. Due to lack of representative sample of users, one has decided to use results of experts' questionnaires as a input data for calibration the shape of membership functions. Describing factor will be generalized cost of the trip for different modes of transport. Proposed approach consists of two main stages: modeling of share of public/private transport trips and Multimodal model estimating number of Park and Ride users. Verification of presented methodology is treated as an indirect proof. Proposed approach can be applied for estimation of bi-modal split. Then the results are compared with traditional approaches based on logit functions. Comparable results of proposed fuzzy approach with traditional logit models can be treated as a confirmation of chosen methodology.
Indentation experiments have been carried out over the past century to determine hardness of materials. Modern indentation machines have the capability to continuously monitor load and displacement to high precision and accuracy. In recent years, research interests have focussed on methods to extract material properties from indentation load-displacement curves. Analytical methods to interpret the indentation load-displacement curves are difficult to formulate due to material and geometric nonlinearities as well as complex contact interactions. In the present study, an artificial neural network model was constructed for interpretation of indentation load-displacement curves. Large strain-large deformation finite element analyses were first carried out to simulate indentation experiments. The data from finite element analyses were then used to train the artificial neural network model. The artificial neural network model was able to accurately determine the material properties when presented with load-displacement curves which were not used in the training process. The proposed artificial neural network model is robust and directly relates the characteristics of the indentation loaddisplacement curve to the elasto-plastic material properties.
A concept of non-commutative Galois extension is introduced and binary and ternary extensions are chosen. Non-commutative Galois extensions of Nonion algebra and su(3) are constructed. Then ternary and binary Clifford analysis are introduced for non-commutative Galois extensions and the corresponding Dirac operators are associated.
This paper describes monitoring of the in-valley discharge and underground water level at the place where the tunnel will be constructed and also, the numerical analysis for prediction applying the Tank Model and Linear Filter Method to calculate the prediction. The application of these analyses has actually allowed the change of underground water level to be grasped and more effective information system to be established by comparing the real-time monitoring data with the real-time calculation of prediction.
The aim of this study is to show an application of model robustness measures for soilstructure interaction (henceforth written as SSI) models. Model robustness defines a measure for the ability of a model to provide useful model answers for input parameters which typically have a wide range in geotechnical engineering. The calculation of SSI is a major problem in geotechnical engineering. Several different models exist for the estimation of SSI. These can be separated into analytical, semi-analytical and numerical methods. This paper focuses on the numerical models of SSI specific macro-element type models and more advanced finite element method models using contact description as continuum or interface elements. A brief description of the models used is given in the paper. Following this description, the applied SSI problem is introduced. The observed event is a static loaded shallow foundation with an inclined load. The different partial models to consider the SSI effects are assessed using different robustness measures during numerical application. The paper shows the investigation of the capability to use these measures for the assessment of the model quality of SSI partial models. A variance based robustness and a mathematical robustness approaches are applied. These different robustness measures are used in a framework which allows also the investigation of computational time consuming models. Finally the result shows that the concept of using robustness approaches combined with other model–quality indicators (e.g. model sensitivity or model reliability) can lead to unique model–quality assessment for SSI models.
In the design of a structure, the implementation of reliable soil-foundation-structure interaction into the analysis process plays a very important role. The paper presents a determination of parameters of a suitably chosen soil-foundation model and their influence on the structure response. Since the mechanical data for the structure can be determined with satisfactory accuracy, the properties of the soil-foundation model were identified using measured dynamic response of the real structure. A simple model describing soil-foundation structure was incorporated into the classical 3-D finite element analysis of the structure with commercial software. Results obtained from the measured data on the pier were afterwards compared with those obtained with the finite model of the pier-foundation-soil structure. On the basis of this comparison the coefficients describing the properties in the soil-foundation model were adjusted until the calculated dynamic response coincided with the measured ones. In this way, the difference between both results was reduced to 1%. Full-scale tests measuring eigenmotion of the bridge were performed through all erection stages of the new bridge in Maribor. In this way an effective and experimentally verified 3-D model for a complex dynamic analysis of the bridge under the earthquake loading was obtained. The significant advantage of the obtained model is that it was updated on the basis of the dynamic measurements thus improving the model on the basis of in-situ geomechanical measurements. The model is very accurate in describing the upper structure and economical in describing the soil mass thus representing an optimal solution regarding computational efforts.
The frame of this paper is the development of methods and procedures for the description of the motion of an arbitrary shaped foundation. Since the infinite half-space cannot be properly described by a model of finite dimensions without violating the radiation condition, the basic problems are infinite dimensions of the half-space as well as its non-homogeneous nature. Consequently, an approach has been investigated to solve this problem indirectly by developing Green's function in which the non-homogeneity and the infiniteness of the half-space has been included. When the Green's function is known, the next step will be the evaluation of contact stresses acting between the foundation and the surface of the half-space through an integral equation. The equation should be solved in the area of the foundation using Green's function as the kernel. The derivation of three-dimensional Green's function for the homogeneous half-space (Kobayashi and Sasaki 1991) has been made using the potential method. Partial differential equations occurring in the problem have been made ordinary ones through the Hankel integral transform. The general idea for obtaining the three-dimensional Green's function for the layered half-space is similar. But in that case some additional phenomena may occur. One of them is the possibility of the appearance of Stonely surface waves propagating along the contact surfaces of layers. Their contribution to the final result is in most cases important enough that they should not be neglected. The main advantage of results presented in comparing to other obtained with numerical methods is their accuracy especially in the case of thin layers because all essential steps of Green's function evaluation except of the contour integration along the branch cut have been made analytically. On the other hand the disadvantage of this method is that the mathematical effort for obtaining the Green's function is increasing drastically with the increase of the number of layers. Future work will therefore be directed in simplifying of the above described process
The sizing of simple resonators like guitar strings or laser mirrors is directly connected to the wavelength and represents no complex optimisation problem. This is not the case with liquid-filled acoustic resonators of non-trivial geometries, where several masses and stiffnesses of the structure and the fluid have to fit together. This creates a scenario of many competing and interacting resonances varying in relative strength and frequency when design parameters change. Hence, the resonator design involves a parameter-tuning problem with many local optima. As its solution evolutionary algorithms (EA) coupled to a forced-harmonic FE simulation are presented. A new hybrid EA is proposed and compared to two state-of-theart EAs based on selected test problems. The motivating background is the search for better resonators suitable for sonofusion experiments where extreme states of matter are sought in collapsing cavitation bubbles.
In this paper we evaluate 2D models for soil-water characteristic curve (SWCC), that incorporate the hysteretic nature of the relationship between volumetric water content θ and suction ψ. The models are based on nonlinear least squares estimation of the experimental data for sand. To estimate the dependent variable θ the proposed models include two independent variables, suction and sensors reading position (depth d in the column test). The variable d represents not only the position where suction and water content are measured but also the initial suction distribution before each of the hydraulic loading test phases. Due to this the proposed 2D regression models acquire the advantage that they: (a) can be applied for prediction of θ for any position along the column and (b) give the functional form for the scanning curves.
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.
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
Building information modeling offers a huge potential for increasing the productivity and quality of construction planning processes. Despite its promising concept, this approach has not found widespread use. One of the reasons is the insufficient coupling of the structural models with the general building model. Instead, structural engineers usually set up a structural model that is independent from the building model and consists of mechanical models of reduced dimension. An automatic model generation, which would be valuable in case of model revisions is therefore not possible. This can be overcome by a volumetric formulation of the problem. A recent approach employed the p-version of the finite element method to this problem. This method, in conjunction with a volumetric formulation is suited to simulate the structural behaviour of both „thick“ solid bodies and thin-walled structures. However, there remains a notable discretization error in the numerical models. This paper therefore proposes a new approach for overcoming this situation. It sugggests the combination of the Isogeometric analysis together with the volumetric models in order to integrate the structural design into the digital, building model-centered planning process and reduce the discretization error. The concept of the isogeometric analysis consists, roughly, in the application of NURBS functions to represent the geometry and the shape functions of the elements. These functions possess some beneficial properties regarding numerical simulation. Their use, however, leads to some intricacies related to the setup of the stiffness matrix. This paper describes some of these properties.
Current building product models explicitly represent components, attributes of components, and relationships between components. These designer-focused product models, however, do not represent many of the design conditions that are important for construction, such as component similarity, uniformity, and penetrations. Current design and construction tools offer limited support for detecting these construction-specific design conditions. This paper describes the ontology we developed using the manufacturing concept of features to represent the design conditions that are important for construction. The feature ontology provides the blueprint for the additions and changes needed to transform a standard product model into a constructionspecific product model. The ontology formalizes three classes of features, defines the attributes and functions of each feature type, and represents the relationships between features explicitly. The descriptive semantics of the ontology allows practitioners to represent their varied preferences for naming features, specifying features that result from component intersections and the similarity of components, and grouping features that affect a specific construction domain. A software prototype that implements the ontology enables practitioners to transform designer-focused product models into feature-based product models that represent the construction perspective.
Es wird ein Verfahren vorgestellt, das erlaubt, die Vermessung von Porengrößen in Sichtbetonflächen sowie die Beurteilung von Farbeindrücken automatisiert durchzuführen. Subjektive Einflüsse bei der Bewertung werden ausgeschlossen, gleichzeitig werden Einsparungseffekte von 80% und mehr gegenüber Handauszählungen von Lunkern nachgewiesen. Die verwendeten Techniken sind ein spezieller Markierungsrahmen, eine hochauflösende Digitalkamera und spezielle Bildanalyseprozeduren. Letztere leisten die notwendigen Vorverarbeitungsfunktionen, wie geometrische Entzerrung, Kalibrierung sowie einen Helligkeitsausgleich, und nehmen die durchzuführenden Bewertungen vor. Das sind Porengrößen- und verteilungsanalyse sowie Farbvergleiche mit definierten Normalen zur Beurteilung von Farbhomogenitäten über den zu analysierenden Sichtbetonflächen. Die Ergebnisprotokollierung erfolgt sowohl bildlich als auch datentechnisch, letzteres z. B. in einem Excelfile. Die Durchgängigkeit des Verfahrens wird an einer Reihe von in Sichtbetonbauweise ausgeführten Bauten veranschaulicht, z. B. dem Bundeskanzleramt und dem Hörsaalzentrum der TU-Dresden. Wesentliche Einflussparameter wie Beleuchtungsgeometrie oder Helligkeitsschwellen werden diskutiert und Vergleiche zu durchgeführten Handmessungen gezogen. Der vorgestellte Ansatz ist in weiterer Forschung anwendungsorientiert aufzubereiten, vergleichende Untersuchungen zu durch Experten durchgeführten Messungen sind zu Validierungszwecken vorzunehmen. Der Ansatz kann einen Beitrag zu Normungsfragen liefern. Seine Nutzbarkeit ist auch für spezielle Bereiche der Entwicklung von Betonmischtechnologien oder in der Fertigelementefertigung gegeben. Im Beitrag sind die relevanten Verfahrensschritte bildlich und in tabellarischer Form untersetzt.
Optimum technological solutions must take into account the entire life cycle of structures including design procedures as well as quality assurance, inspection, maintenance, and repair strategies. Unfortunately, current design standards do not provide a satisfactory basis to ensure expected structural lifetimes. The latter may vary from only a few years for temporary structures to over a century for bridges, water dams or nuclear repositories. Consistent scientific concepts are urgently required to cover this wide spectrum of lifetimes in structural design and maintenance. This was a motivation for a group of scientists at the Ruhr-University Bochum (RUB) to start a special research program supported by the German Research Foundation (DFG) within the Cooperative Research Center SFB 398 since 1996. Institutes of the University Wuppertal and of the University Essen-Duisburg joined the research group. The goal of the Center is to study sources of damage and deterioration in materials and structures, to develop consistent models and simulation methods, to predict structural lifetimes and finally to integrate this predictions into new lifetime-oriented design strategies.
Research activities in our center are organised in three Project Groups as follows:
- Modelling of lifetime effects
- Methods for lifetime-oriented structural analyses
- Future lifespan-oriented design strategies.
... WITHOUT RIGHT ANGLE.
(2006)
Currently sculptural design is one of the most discussed themes in architecture. Due to their light weight, easy transportation and assembly, as well as an almost unlimited structural variety, parameterised spatial structures are excellently suited for constructive realisation of free formed claddings. They subdivide the continuous surface into a structure of small sized nodes, straight members and plane glass panels. Thus they provide an opportunity to realise arbitrary double-curved claddings with a high degree of transparency, using industrial semi-finished products (steel sections, flat glass). Digital design strategies and a huge number of similar looking but in detail unique structural members demand a continuous digital project handling. Within a research project, named MYLOMESH, a free-formed spatial structure was designed, constructed, fabricated and assembled. All required steps were carried out based on digital data. Different digital connections (scripts) between varying software tools, which are usually not used in the planning process of buildings, were created. They allow a completely digital workflow. The project, its design, meshing, constructive detailing and the above-mentioned scripts are described in this paper.
Information technology plays a key role in the everyday operation of buildings and campuses. Many proprietary technologies and methodologies can assist in effective Building Performance Monitoring (BPM) and efficient managing of building resources. The integration of related tools like energy simulator packages, facility, energy and building management systems, and enterprise resource planning systems is of benefit to BPM. However, the complexity to integrating such domain specific systems prevents their common usage. Service Oriented Architecture (SOA) has been deployed successfully in many large multinational companies to create integrated and flexible software systems, but so far this methodology has not been applied broadly to the field of BPM. This paper envisions that SOA provides an effective integration framework for BPM. Service oriented architecture for the ITOBO framework for sustainable and optimised building operation is proposed and an implementation for a building performance monitoring system is introduced.
DIGITAL SUPPORT OF MATERIAL- AND PRODUCT SELECTION IN THE ARCHITECTURAL DESIGN- AND PLANNING PROCESS
(2006)
Architecture is predominantly perceived over the surfaces limiting the space. The used surface materials thereby should support the design intention and have to fulfil various technical and economical requirements. If the architect wants to select the "right" or the "best" material he has to play with very different and sometimes contradicting criteria and must weight these individually for the special purpose. This selection process is supported only insufficiently by today's digital systems. If it would be possible to illustrate all the various parameters by numerical values, the method of multidimensional scaling will offer a solution for architects to find the material which is best fitting on basis of his individual weighting of criteria. By displaying the result of the architect's multidimensional query in a spatial arrangement multidimensional scaling can support an interactive selection process with additional feedback over the applied search strategy.
The paper is devoted to a study of properties of homogeneous solutions of massless field equation in higher dimensions. We first treat the case of dimension 4. Here we use the two-component spinor language (developed for purposes of general relativity). We describe how are massless field operators related to a higher spin analogues of the de Rham sequence - the so called Bernstein-Gel'fand-Gel'fand (BGG) complexes - and how are they related to the twisted Dirac operators. Then we study similar question in higher (even) dimensions. Here we have to use more tools from representation theory of the orthogonal group. We recall the definition of massless field equations in higher dimensions and relations to higher dimensional conformal BGG complexes. Then we discuss properties of homogeneous solutions of massless field equation. Using some recent techniques for decomposition of tensor products of irreducible $Spin(m)$-modules, we are able to add some new results on a structure of the spaces of homogenous solutions of massless field equations. In particular, we show that the kernel of the massless field equation in a given homogeneity contains at least on specific irreducible submodule.
The problem F|n=2|F is to minimize the given objective function F(C1,m, C2,m) of completion times Ci,m of two jobs i Î J={1, 2} processed on m machines M={1, 2, …, m}. Both jobs have the same technological route through m machines. Processing time ti,k of job iÎ J on machine kÎ M is known. Operation preemptions are not allowed. Let R2m be space of non-negative 2m-dimensional real vectors t=(t1,1,…, t1,m, t2,1,…, t2,m) with Chebyshev’s distance d(t, t*). To solve problem F|n=2|F, we can use the geometric algorithm, which includes the following steps: 1) construct digraph (V, A) for problem F|n=2|F and find so-called border vertices in (V, A); 2) construct the set of trajectories corresponding to the shortest paths Rt in digraph (V, A) from the origin vertex to each of the border vertices; 3) find an optimal path in the set Rt that represents a schedule with minimal value of the objective function F. Let path tu Î Rt be optimal for the problem F|n=2|F with operation processing times defined by vector t. If for any small positive real number e > 0 there exists vector t*Î R2m such that d(t, t*) = e and path tu is not optimal for the problem F|n=2|F with operation processing times defined by vector t*, then optimality of path tu is not stable. The main result of the paper is the proof of necessary and sufficient conditions for optimality stability of path tu. If objective function F is continuous non-decreasing (e.g., makespan, total completion time, maximal lateness or total tardiness), then to test whether optimality of the path tu Î Rt is stable takes O(m log m) time.
Collaborative Design Processes: A Class on Concurrent Collaboration in Multidisciplinary Design
(2004)
The rise of concurrent engineering in construction demands early team formation and constant communication throughout the project life cycle, but educational models in architecture, engineering and construction have been slow to adjust to this shift in project organization. Most students in these fields spend the majority of their college years working on individual projects that do not build teamwork or communication skills. Collaborative Design Processes (CDP) is a capstone design course where students from the University of Illinois at Urbana-Champaign and the University of Florida learn methods of collaborative design enhanced by the use of information technology. Students work in multidisciplinary teams to collaborate from remote locations via the Internet on the design of a facility. An innovation of this course compared to previous efforts is that students also develop process designs for the integration of technology into the work of multidisciplinary design teams. The course thus combines both active and reflective learning about collaborative design and methods. The course is designed to provide students the experience, tools, and methods needed to improve design processes and better integrate the use of technology into AEC industry work practices. This paper describes the goals, outcomes and significance of this new, interdisciplinary course for distributed AEC education. Differences from existing efforts and lessons learned to promote collaborative practices are discussed. Principal conclusions are that the course presents effective pedagogy to promote collaborative design methods, but faces challenges in both technology and in traditional intra-disciplinary training of students.
This paper is concerned with the numerical treatment of quasilinear elliptic partial differential equations. In order to solve the given equation we propose to use a Galerkin approach, but, in contrast to conventional finite element discretizations, we work with trial spaces that, not only exhibit the usual approximation and good localization properties, but, in addition, lead to expansions of any element in the underlying Hilbert spaces in terms in multiscale or wavelet bases with certain stability properties. Specifically, we select as trial spaces a nested sequence of spaces from an appropriate biorthogonal multiscale analysis. This gives rise to a nonlinear discretized system. To overcome the problems of nonlinearity, we make use of the machinery of interpolating wavelets to obtain knot oriented quadrature rules. Finally, Newton's method is applied to approximate the solution in the given ansatz space. The results of some numerical experiments with different biorthogonal systems, confirming the applicability of our scheme, are presented.
We consider a structural truss problem where all of the physical model parameters are uncertain: not just the material values and applied loads, but also the positions of the nodes are assumed to be inexact but bounded and are represented by intervals. Such uncertainty may typically arise from imprecision during the process of manufacturing or construction, or round-off errors. In this case the application of the finite element method results in a system of linear equations with numerous interval parameters which cannot be solved conventionally. Applying a suitable variable substitution, an iteration method for the solution of a parametric system of linear equations is firstly employed to obtain initial bounds on the node displacements. Thereafter, an interval tightening (pruning) technique is applied, firstly on the element forces and secondly on the node displacements, in order to obtain tight guaranteed enclosures for the interval solutions for the forces and displacements.
IFC-BASED MONITORING INFORMATION MODELING FOR DATA MANAGEMENT IN STRUCTURAL HEALTH MONITORING
(2015)
This conceptual paper discusses opportunities and challenges towards the digital representation of structural health monitoring systems using the Industry Foundation Classes (IFC) standard. State-of-the-art sensor nodes, collecting structural and environmental data from civil infrastructure systems, are capable of processing and analyzing the data sets directly on-board the nodes. Structural health monitoring (SHM) based on sensor nodes that possess so called “on-chip intelligence” is, in this study, referred to as “intelligent SHM”, and the infrastructure system being equipped with an intelligent SHM system is referred to as “intelligent infrastructure”. Although intelligent SHM will continue to grow, it is not possible, on a well-defined formalism, to digitally represent information about sensors, about the overall SHM system, and about the monitoring strategies being implemented (“monitoring-related information”). Based on a review of available SHM regulations and guidelines as well as existing sensor models and sensor modeling languages, this conceptual paper investigates how to digitally represent monitoring-related information in a semantic model. With the Industry Foundation Classes, there exists an open standard for the digital representation of building information; however, it is not possible to represent monitoring-related information using the IFC object model. This paper proposes a conceptual approach for extending the current IFC object model in order to include monitoring-related information. Taking civil infrastructure systems as an illustrative example, it becomes possible to adequately represent, process, and exchange monitoring-related information throughout the whole life cycle of civil infrastructure systems, which is referred to as monitoring information modeling (MIM). However, since this paper is conceptual, additional research efforts are required to further investigate, implement, and validate the proposed concepts and methods.
Due to increasing numbers of wind energy converters, the accurate assessment of the lifespan of their structural parts and the entire converter system is becoming more and more paramount. Lifespan-oriented design, inspections and remedial maintenance are challenging because of their complex dynamic behavior. Wind energy converters are subjected to stochastic turbulent wind loading causing corresponding stochastic structural response and vibrations associated with an extreme number of stress cycles (up to 109 according to the rotation of the blades). Currently, wind energy converters are constructed for a service life of about 20 years. However, this estimation is more or less made by rule of thumb and not backed by profound scientific analyses or accurate simulations. By contrast, modern structural health monitoring systems allow an improved identification of deteriorations and, thereupon, to drastically advance the lifespan assessment of wind energy converters. In particular, monitoring systems based on artificial intelligence techniques represent a promising approach towards cost-efficient and reliable real-time monitoring. Therefore, an innovative real-time structural health monitoring concept based on software agents is introduced in this contribution. For a short time, this concept is also turned into a real-world monitoring system developed in a DFG joint research project in the authors’ institute at the Ruhr-University Bochum. In this paper, primarily the agent-based development, implementation and application of the monitoring system is addressed, focusing on the real-time monitoring tasks in the deserved detail.
The problem of the computation of stresses and settlements in the half-space under various types of loads is often presented in geotechnical engineering. In 1885 Boussinesq advanced theoretical expressions to determine stresses at a point within an ideal mass. His equation considers a point load on the surface of a semi-infinite, homogeneous, isotropic, weightless, elastic half-space. Newmark in 1942 performed the integration of Boussinesq's equations for the vertical stress under a corner of a rectangular area loaded with a uniform load. The problem of the determination of vertical stresses under a rectangular shaped footing has been satisfactorily solved with renewal integration of the Boussinesq's equation over the arbitrary rectangle on surface of the half-space, with a non-uniform load represented with piecewise linear interpolation functions. The problem of the determination of stresses in the case when the footing shape is an arbitrary quadrilateral however remains unsolved. The paper discusses an approach to the computation of vertical stresses and settlements in an arbitrary point of the half-space, loaded with a uniform load, which shape in the ground plan can be a general four noded form with straight edges. Since the form is transformed into a biunit square and all integrations are performed over this area, all solutions are valid also for an arbitrary triangle by the implementation of the degeneration rule.
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.
The concept is presented of the sensitivity analysis of the limit state of the structure with respect to selected basic variables. The sensitivity is presented in the form of the probability distribution of the limit state of the structure. The analysis is performed by the problem-oriented Monte Carlo simulation procedure. The procedure is based on the problem's definition of the elementary event, as a structural limit state. Thus the sample space consists of limit states of the structure. Defined on the sample space the one-dimensional random multiplier is introduced. This multiplier refers to the dominant basic variable (group of variables) of the problem. Numerical procedure results in the set of random numbers. Normalized relative histogram of this set is an estimator of the PDF of the limit state of the structure. Estimators of reliability, or the probability of failure are statistical characteristics of this histogram. The procedure is illustrated by the example of sensitivity analysis of the serviceability limit state of monumental structure. It is the colonnade of Licheń Basilica, situated in central Poland. Limit state of the structure is examined with reference to the upper deck horizontal deflection. Wind actions are taken as dominant variables. An assumption is made that the wind load intensities acting on the lower and on the upper storey of the colonnade, respectively, are identically distributed, but correlated random variables. Three correlation variants of these variables are considered. Relevant limit state histograms are analysed thereafter. The paper ends with the conclusions referring to the method and some general remarks on the fully probabilistic design.
The Bernstein polynomials are used for important applications in many branches of Mathematics and the other sciences, for instance, approximation theory, probability theory, statistic theory, num- ber theory, the solution of the di¤erential equations, numerical analysis, constructing Bezier curves, q-calculus, operator theory and applications in computer graphics. The Bernstein polynomials are used to construct Bezier curves. Bezier was an engineer with the Renault car company and set out in the early 1960’s to develop a curve formulation which would lend itself to shape design. Engineers may …nd it most understandable to think of Bezier curves in terms of the center of mass of a set of point masses. Therefore, in this paper, we study on generating functions and functional equations for these polynomials. By applying these functions, we investigate interpolation function and many properties of these polynomials.
In order to model and simulate collapses of large scale complex structures, a user-friendly and high performance software system is essential. Because a large number of simulation experiments have to be performed, therefore, next to an appropriate simulation model and high performance computing, efficient interactive control and visualization capabilities of model parameters and simulation results are crucial. To this respect, this contribution is concerned with advancements of the software system CADCE (Computer Aided Demolition using Controlled Explosives) that is extended under particular consideration of computational steering concepts. Thereby, focus is placed on problems and solutions for the collapse simulation of real world large scale complex structures. The simulation model applied is based on a multilevel approach embedding finite element models on a local as well as a near field length scale, and multibody models on a global scale. Within the global level simulation, relevant effects of the local and the near field scale, such as fracture and failure processes of the reinforced concrete parts, are approximated by means of tailor-made multibody subsystems. These subsystems employ force elements representing nonlinear material characteristics in terms of force/displacement relationships that, in advance, are determined by finite element analysis. In particular, enhancements concerning the efficiency of the multibody model and improvements of the user interaction are presented that are crucial for the capability of the computational steering. Some scenarios of collapse simulations of real world large scale structures demonstrate the implementation of the above mentioned approaches within the computational steering.
CRITICAL STRESS ASSESSMENT IN ANGLE TO GUSSET PLATE BOLTED CONNECTION BY SIMPLIFIED FEM MODELLING
(2010)
Simplified modelling of friction grip bolted connections of steel member – to – gusset plate is often applied in engineering practise. The paper deals with the simplification of pre-tensioned bolt model and simplification of load transfer within connection. Influence on normal strain (and thus stress) distribution at critical cross-section is investigated. Laboratory testing of single-angle or double-angle members – to – gusset plates bolted connections were taken as basis for numerical analysis. FE models were created using 1D and 2D elements. Angles and gusset plates were modelled with shell elements. Two methods of modelling of friction grip bolting were considered: bolt-regarding approach with 1D element systems modelling bolts and two variants of bolt-disregarding approach with special constraints over some part of member and gusset plate surfaces in contact: a) constraints over whole area of contact, b) constraints over the area around each bolt shank (“partially tied”). Modelling of friction grip bolted connections using simplified bolt modelling may be effective, especially in the case of analysis concerning elastic range only. In such a case disregarding bolts and replacing them with “partially tied” modelling seems to be more attractive. It is less time-consuming and provides results of similar accuracy in comparison to analysis utilizing simplified bolt modelling.
VARIATION OF ROTATIONAL RESTRAINT IN GRID DECK CONNECTION DUE TO CORROSION DAMAGE AND STRENGTHENING
(2006)
The approach to assessment of rotational restraint of stringer-to-crossbeam connection in a deck of 100-year old steel truss bridge is presented. Sensitivity of rotational restraint coefficient of the connection to corrosion damage and strengthening is analyzed. Two criteria of the assessment of the rotational restraint coefficient are applied: static and kinematic one. The former is based on bending moment distribution in the considered member, the latter one – on the member rotation at the given joint. 2D-element model of finite element method is described: webs and flanges are modeled with shell elements, while rivets in the connection – with system of beam and spring elements. The method of rivet modeling is verified by T-stub connection test results published in literature. FEM analyses proved that recorded extent of corrosion damage does not alter the initial rotational restraint of stringer-to-crossbeam connection. Strengthening of stringer midspan influences midspan bending moment and stringer end rotation in a different way. Usually restoring member load bearing capacity means strengthening its critical regions (where the highest stress levels occur). This alters flexural stiffness distribution over member length and influences rotational restraint at its connection to other members. The impact depends on criterion chosen for rotational restraint coefficient assessment.
Particle Simulation and Evaluation of Personal Exposure to Contaminant Sources in an Elevation Space
(2004)
An elevator, which figures a small volume, is normally used by everyone for a short period of time and equipped with simple ventilation system..Any contaminant released within it may cause serious problem. This research adapt a fire and smoke simulation software (FDS) into non-fire indoor airflow scario. Differently from previous research, particles are chosen as a risk evalution unit. A personal and multi-personal exposure model is proposed. The model takes the influence of the human thermal boundary, coughing, inhalation, exhalation, standing position, and the fan factor into account. The model is easy-to-use and suitable for the design of elevator system in practice.
The uncertainty existing in the construction industry is bigger than in other industries. Consequently, most construction projects do not go totally as planned. The project management plan needs therefore to be adapted repeatedly within the project lifecycle to suit the actual project conditions. Generally, the risks of change in the project management plan are difficult to be identified in advance, especially if these risks are caused by unexpected events such as human errors or changes in the client preferences. The knowledge acquired from different resources is essential to identify the probable deviations as well as to find proper solutions to the faced change risks. Hence, it is necessary to have a knowledge base that contains known solutions for the common exceptional cases that may cause changes in each construction domain. The ongoing research work presented in this paper uses the process modeling technique of Event-driven Process Chains to describe different patterns of structure changes in the schedule networks. This results in several so called “change templates”. Under each template different types of change risk/ response pairs can be categorized and stored in a knowledge base. This knowledge base is described as an ontology model populated with reference construction process data. The implementation of the developed approach can be seen as an iterative scheduling cycle that will be repeated within the project lifecycle as new change risks surface. This can help to check the availability of ready solutions in the knowledge base for the situation at hand. Moreover, if the solution is adopted, CPSP, “Change Project Schedule Plan „a prototype developed for the purpose of this research work, will be used to make the needed structure changes of the schedule network automatically based on the change template. What-If scenarios can be implemented using the CPSP prototype in the planning phase to study the effect of specific situations without endangering the success of the project objectives. Hence, better designed and more maintainable project schedules can be achieved.
Monitoring und Bewertung sind Hauptaufgaben im Management bzw. der Revitalisierung von Bauwerken. Unterschiedliche Verfahren können bei der Akquisition der erforderlichen geometrischen Information, wie z. B. Größe oder Verformung eines Gebäudes, eingesetzt werden. Da das Potenzial der digitalen Fotografie kontinuierlich wächst, stellt die Industriephotogrammetrie heute eine bedeutende Alternative zu den klassischen Verfahren wie Dehnmessstreifen oder anderen taktilen Sensoren dar. Moderne Industriephotogrammetrie erfasst die Bilder mittels digitaler Systeme. Dies bedeutet, dass die Information digitaler Bilder mit Hilfe der digitalen Bildverarbeitung untersucht werden muss, um die Bildkoordinaten der Messpunkte zu erhalten. Eine der Aufgaben der Bildverarbeitung für photogrammetrische Zwecke besteht somit darin, den Mittelpunkt von kreisförmigen Marken zu lokalisieren. Die modernen Operatoren liefern Subpixelgenauigkeit für die Koordinaten des Punktes. Das optische Messverfahren der Industriephotogrammetrie erfordert hinsichtlich der Hardware in erster Linie hochauflösende digitale Kameras. Dabei lassen sich die Kameras in Videokameras, HighSpeed-Kameras, intelligente Kameras sowie so genannte Consumer und Professionelle Kameras unterscheiden. Die geometrische Auflösung digitaler HighEnd-Kameras liegt heute bei über 10 Megapixel. In punkto Datentransfer zum Rechner sind verschiedene Standards am Markt verfügbar, z. B. USB2.0, GigE-Vision, CameraLink oder Firewire. Die Wahl des Standards hängt immer von der spezifischen Aufgabenstellung ab, da keine der Techniken eine führende Position einnimmt. Die moderne Photogrammetrie bietet viele neue Möglichkeiten für das Monitoring und die Bewertung von Bauwerken. Sie kann ein-, zwei-, drei- oder vierdimensionale Informationen liefern, falls erforderlich auch in Echtzeit. Als berührungsloses Messverfahren ist der Einsatz der Photogrammetrie noch möglich, wenn die taktilen Sensoren z. B. aufgrund ihres Platzbedarfes nicht mehr eingesetzt werden können. Hochauflösende Videokameras erlauben es, selbst dynamische Untersuchungen mit großer Präzision durchzuführen.
This paper presents an innovative software platform OpenSTEP intended to build advanced distributed integrated systems and to conduct multidisciplinary collaborative projects in both academy and industry. The paper discusses an open system architecture, methodology, component library and CASE toolkit enabling the developers to build a wide range of interoperable applications and systems compliant with STEP and, particularly, with IFC becoming the increasingly important standard for information integration in architecture, engineering and construction.
The paper presents a general map-based approach to prototyping of products in virtual reality environments. Virtual prototyping of products is considered as a consistent simulation and visualization process mapping the source product model into its target visual representations. The approach enables to interrelate formally the product and visual information models with each other by defining mapping rules, to specify a prototyping scenario as a composition of map instances, and then to explore particular product models in virtual reality environments by interpreting the composed scenario. Having been realized, the proposed approach provides for the strongly formalized method and the common software framework to build virtual prototyping applications. As a result, the applications gain in expressiveness, reusability and reliability, as well as take on additional runtime flexibility...
Multimodel Numerical Analysis of the Elasto-Visco-Plastic Deformation of Materials and Constructions
(1997)
At the present time there is no a generally accepted theory of visco-plasticity which is applicable for a wide class of materials and arbitrary paths of loading. The multimodel approach, based on the creation of hierarchical sequence of the models, is the most rational. The developed library of elasto-visco-plastic models includes both simplest and sophistic models demanding numerous experimental data. A unified general form of constitutive equations for all used elasto-visco-plastic models are presented based upon the concept of tensorial internal state variables. It permits to use unified algorithm of boundary tasks solution for different variants of material models. The developed selection criteria system generates the necessary conditions and provides the choice of the simplest variant of theory sufficient for correct problem solution. Formulation of the selection criteria system is based on peculiarities of viscoplastic materials behavior for the wide range thermomechanical loading and numerous computational experiments with structures different complexity levels. A set of effective schemes of integration stress-strain relations and non-linear finite element system solution are discussed for the considered class of material models. Application possibility of different material models is studied both for material element and for complicated structures. Application of the multimodel approach in numerical computations has demonstrated possibility of reliable prediction of stress-strain response under wide variety of combined loading.
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.
Car following models are used to describe the behavior of a number of cars on the road dependent on the distance to the car in front. We introduce a system of ordinary differential equations and perform a theoretical and numerical analysis in order to find solutions that reflect various traffic situations. We present three different variations of the model motivated by reality.
Der vorliegende Text beschreibt die intensive Erforschung von Wabenplatten aus Papierwerkstoffen, die durch Faltprozesse neue räumliche Zustände einnehmen können und somit ihr ursprüngliches Anwendungsspektrum erweitern. Die gezeigten Lösungsansätze bewegen sich dabei im Spannungsfeld von Architektur und Ingenieurbau, denn die gefalteten Bauteile sind nicht nur äußerst tragfähig sondern besitzen auch eine ästhetische Form. Die entwickelten Verfahren und Konstruktionen werden auf einem hohen architektonischen Niveau präsentiert und mit einfachen ingenieurtechnischen Methoden verifiziert. Zur Lösungsfindung werden geometrische Verfahren ebenso angewendet wie konstruktive Faustformeln und Recherchen aus Architektur und Forschung.
Der Fokus der Arbeit liegt auf der Untersuchung von Faltungen in Wabenplatten. Während der Auseinandersetzung mit der Thematik erschienen jedoch viele weitere Aspekte als sehr interessant und bearbeitungswürdig. Als theoretische Grundlage dieser Arbeit werden deshalb die geschichtliche Entwicklung und die gesellschaftliche Bedeutung von Papier und Papierwerkstoffen analysiert und deren Produktionsprozesse beleuchtet. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine Einordnung des Potentials und der Bedeutung des Werkstoffs Papier. Der Kontext der Arbeit wird dadurch gestärkt und führt zu interessanten zukünftigen Forschungsansätzen.
Intensive Untersuchungen widmen sich der geometrischen Bestimmung von Faltungen in Wabenplatten aus Papierwerkstoffen sowie deren Manifestation als konstruktive Bauteile. Auch die statischen Eigenschaften der Elemente und ihr Konstruktionspotential werden erforscht und aufbereitet. Wichtige Impulse aus Forschung und Technik fließen in die Recherche der Arbeit ein und erlauben die Verortung der Ergebnisse im architektonischen Kontext. Versuchsreihen und Materialstudien an Prototypen belegen die Ergebnisse virtueller und rechnerischer Studien. Konzepte zur parametrischen Berechnung und Visualisierung der Forschungsergebnisse werden präsentiert und zeigen zukunftsfähige Planungshilfen für die Industrie auf. Etliche Testreihen zu unterschiedlichsten Abdichtungskonzepten führen zur Realisierung eines sehenswerten Experimentalbaus. Er erlaubt die dauerhafte Untersuchung der entwickelten Bauteile unter realistischen Bedingungen und bestätigt deren Leistungsfähigkeit. Dadurch wird nicht nur ein dauerhaftes Monitoring und eine Evaluierung der Leistungsdaten möglich sondern es wird auch der sichtbare Beweis erbracht, dass mit Papierwerkstoffen effiziente und hochwertige Architekturen zu realisieren sind, welche das enorme gestalterische Potential von gefalteten Wabenplatten ausnutzen.
The high resource demand of the building sector clearly indicates the need to search for alternative, renewable and energy-efficient materials. This work presents paper-laminated sandwich elements with a core of corrugated paperboard that can serve as architectural components with a load-bearing capacity after a linear folding process. Conventional methods either use paper tubes or glued layers of honeycomb panels. In contrast, the folded components are extremely lightweight, provide the material strength exactly where it is statically required and offer many possibilities for design variants. After removing stripes of the paper lamination, the sandwich can be folded in a linear way at this position. Without the resistance of the missing paper, the sandwich core can be easily compressed. The final angle of the folding correlates with the width of the removed paper stripe. As such, this angle can be described by a simple geometric equation. The geometrical basis for the production of folded sandwich elements was established and many profile types were generated such as triangular, square or rectangular shapes. The method allows the easy planning and fast production of components that can be used in the construction sector. A triangle profile was used to create a load-bearing frame as supporting structure for an experimental building. This first permanent building completely made of corrugated cardboard was evaluated in a two-year test to confirm the efficiency of the developed components. In addition to the frame shown in this paper, large-scale sandwich elements with a core of folded components can be used to fabricate lightweight ceilings and large-scale sandwich components. The method enables the efficient production of linearly folded cardboard elements which can replace normal wooden components like beams, pillars or frames and bring a fully recycled material in the context of architectural construction.
Die Kommunale Wohnungsgesellschaft mbH Erfurt(KoWo) ist mit ihren rund 20.000 Wohnungen in der Landeshauptstadt das größte Wohnungsunternehmen in Thüringen. Der Immobilienbestand ist heterogen in seinem technischen Zustand und im Bezug auf die unterschiedlichen Lagen der Objekte. Bedingt durch Leerstände und unterschiedliche Modernisierungsmaßnahmen und -stände unterscheidet sich die Wirtschaftlichkeit verschiedener Objekte deutlich. Ohne eine einheitliche Einwertung des Immobilienbestandes im Bezug auf die Objektattraktivität, die Standortqualität und die Objektwirtschaftlichkeit fällt eine langfristige strategische Entwicklung des Immobilienportfolios schwer. Über die Schritte der technischen Bestandserfassung, die Einwertung über ein Scorintmodell, die Abbildung in einem Portfoliomodell mit zugehöriger Normstrategie bis hin zur Weiterverarbeitung der Daten in der 20-jährigen Instandsetzungsplanung wird praxisnah aufgezeigt, wie die Vorgehensweise bei der Einwertung des Immobilienportfolios ist.
Die Situation in der Immobilienwirtschaft hat sich in den letzten Jahren grundlegend verändert. Die Neubauaktivitäten in ganz Deutschland sind deutlich zurückgegangen. Das Bauen im Bestand mit den Tätigkeitsfeldern der Renovierung, Modernisierung und Instandsetzung rückt daher in den Mittelpunkt der Aktivitäten. Laut Bundesarbeitskreis Altbauerneuerungen werden im nächsten Jahr 74 Prozent des gesamten Bauvolumens auf die Modernisierung von alten Häusern entfallen, der Anteil der Neubaumaßnahmen geht auf 26 Prozent zurück. Dies gilt nicht nur für Wohn-, sondern auch für Gewerbeimmobilien. Die anhaltende Rezession und die Entzauberung der New Economy ziehen in diesem Bereich Leerstände und fallende Mieten nach sich. Auch die Wohnungswirtschaft hat vor allem in den neuen Ländern mit Leerständen zu kämpfen. Diese Tatsache zwingt Immobilienbetreiber zunehmend dazu, Methoden zu ergreifen und Werkzeuge einzusetzen, die die Effizienz im eigenen Unternehmen steigern. Die Aufgabenstellung lautet: Mehr Sanierungsprojekte in der selben Zeit abwickeln. Dies setzt eine prozessorientierte Vorgehensweise und unterstützende Werkzeuge voraus. Mit dem baucommunicator wurde ein Werkzeug entwickelt, dass es dem Gebäudemanager ermöglicht, bei der Abwicklung von Bau- und Sanierungsmaßnahmen im Aufgabenfeld der Koordination dieser Aufgabenstellung zu entsprechen. Die Kernfunktionen der Software sind das Termin-, Kosten und Qualitätsmanagement bei der Abwicklung von Bauprozessen. Die unternehmensübergreifende Konzeption erlaubt sowohl dem Auftraggeber, wie auch den ausführenden Betrieben den Zugriff auf die zentral abgelegten Projektinformationen. Die Workflow-Funktionalität des baucommunicator führt zu einer Reduktion der Prozessaktivitäten. Dadurch werden Kosten eingespart und die Ausführungsqualität gesteigert.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse der last- und zeitabhängigen Verformungseigenschaften und der Steifigkeits-Degradation von unbewehrtem Normalbeton und hochfestem, selbstverdichtendem Beton (SVB). Neben experimentellen Untersuchungen werden numerische Simmulationen des Beton-Kriechverhaltens unter kurzzeitiger, quasi-statischer, uniaxialer Druckbeanspruchung vorgenommen.
Für den Entwurf von Ingenieurbauten ist eine zuverlässige Prognose über den Spannungsverlauf im Bauwerk und auf dessen Rand von großer Bedeutung. Eine geschlossene Lösung der elastischen Bestimmungsgleichungen des Bauwerks ist in der Regel nicht verfügbar. Es wird daher unter Verwendung der Methode der gewichteten Reste eine schwache Form der Gleichungen abgeleitet, die zu einem gemischten Arbeitsprinzip führt. Das zugehörige Finite-Elemente-Modell erlaubt es Spannungen am Rand des Bauwerks zu ermitteln, die im Gleichgewicht zu den angreifenden Lasten stehen.
Die Gesamtheit der Produktinformationen im Bauwesen stellt sich als sehr inkonsistente und redundante Informationsmenge dar. Die Hersteller stehen vor der Aufgabe, diese Produktinformationen nicht nur in der üblichen Katalogform sondern auch in neuen Medien wie CD-ROM und WWW zu publizieren. Einmal betriebener Erfassungsaufwand muß sich dabei durch eine einfache Mehrfachverwendung der Daten rentieren. Wegen seiner technologischen Eigenschaften eignet sich das WWW sehr gut als primäre Quelle für Produktinformationen. Vor allem wegen der möglichen Aktualität sollte es Grundlage für Publikationen in den anderen Medien sein. Mit verhältnismäßig geringem Aufwand lassen sich die WWW-Präsentation von Produktdaten so strukturieren, daß eine automatisierte Erfassung und Verarbeitung dieser Daten vereinfacht wird. So kann die Datenkonsistenz von der visuellen Präsentation in herkömmlichen Katalogen bis zur automatisch erstellten Produktdatenbank durchgängig gesichert werden. Vor dem Hintergrund der von Schnittstellenproblemen, heterogener Softwarestruktur und unzureichender Ausnutzung der Möglichkeiten der Informatik gekennzeichneten Situation im Bauwesen wird in generalisierter Ansatz mittels SGML vorgestellt. Mit einem derartigen Datenangebot werden neue, verteilte und vernetzte Anwendungen auf Grundlage derselben Produktdaten ermöglicht.
Vor dem Hintergrund einer sich verschärfenden Umweltgesetzgebung sowie der Erkenntnis, dass Bauabfälle sich grundsätzlich für eine Stoffkreislaufführung eignen, hat der Rückbau von Bauwerken in den letzten Jahren verstärkt an Bedeutung gewonnen. Aufgrund oftmals strenger Zeit- und Kostenvorgaben für einen Rückbau, begrenzter Verfügbarkeit von Personal und Betriebsmitteln, einer weitgehenden Unikatfertigung sowie wechselnder Standorte kommt dabei der projektorientierten Planung von Maßnahmen auf der Baustelle große Bedeutung zu. Im Rahmen des Beitrages werden Ansätze zur Modellierung und Lösung der sich hieraus ergebenden Probleme zur Planung und Optimierung von (Rück-) Bauabläufen unter Verwendung von Projektplanungsmodellen und -methoden vorgestellt. Hierbei werden neben betriebswirtschaftlichen auch umweltrelevante sowie technische Fragestellungen im Zusammenhang mit der Planung von Rückbauprojekten aufgegriffen. Eine Anwendung der Planungsansätze auf reale Gebäude zeigt, dass sich durch Kombination von Gebäuderückbau und Aufbereitungstechnik eine Qualitätsverbesserung von Recyclingbaustoffen erzielen lässt. Zur Umsetzung der hierzu erforderlichen Maßnahmen werden unter Berücksichtigung individueller abfallwirtschaftlicher Rahmenbedingungen der jeweiligen Planungsregion, gebäude- und baustellenbezogener Besonderheiten, technischer sowie kapazitiver Restriktionen Ablaufpläne für den Gebäuderückbau berechnet. Die für unterschiedliche Planungsregionen vorgenommenen Modellrechnungen weisen nach, dass sich die Demontage von Gebäuden gegenüber einem konventionellen Gebäudeabbruch unter bestimmten Rahmenbedingungen bereits wirtschaftlich vorteilhaft realisieren lässt. Abgerundet wird der Beitrag durch einen Ausblick auf Möglichkeiten einer Realisierung komplexer Bauabläufe auch unter strengen Zeitvorgaben sowie bei begrenzten Platzverhältnissen mit Hilfe fertigungssynchroner Ressourceneinsatzplanung sowie auf die Berücksichtigung von Unsicherheiten in der Planung und Ausführung von Rückbauprojekten.
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.
Gegenstand der Betrachtung ist ein spezielles Tourenproblem der Schüttgutoptimierung. Man stelle sich als Realitätsbezug ein Transportunternehmen vor, das eine Anzahl von gleichartigen Fahrzeugen in einem Fuhrpark stationiert hat. Vorgegebene Mengen von Schüttgut müssen von einer Kiesgrube zu mehreren Baustellen transportiert werden. Dabei sind Be- und Entladezeiten, unterschiedliche mittlere Geschwindigkeiten für Leer- bzw. Lastfahrten und Schichtzeiten zu berücksichtigen. Gesucht ist eine optimale Anzahl von einzusetzenden Fahrzeugen und die zugehörigen Tourenpläne mit dem Ziel der Minimierung der Transportkosten unter Beachtung der Lieferverträge. Die Lösung des Problems erfolgt in zwei Phasen. Zuerst wird die Frage geklärt, wieviele Fahrzeuge bei minimalem Kostenniveau einzusetzen und welche zu den Leerfahrten gehörigen Teilstrecken wie oft zu befahren sind. Anschließend wird mit heuristischen Verfahren versucht, die Menge der zu fahrenden Teilstrecken so auf die Fahrzeuge aufzuteilen, daß für jedes Fahrzeug eine zulässige Tour entsteht. Zur komplexen Lösung einer denkbaren Aufgabe liegt ein Programm in der Programmiersprache PASCAL vor. Die erzielten numerischen Resultate belegen, daß auch für Probleme größerer Dimension eine Optimallösung oder sehr gute Näherungen in vernünftiger Zeit gefunden werden.
The numerical simulation of microstructure models in 3D requires, due to enormous d.o.f., significant resources of memory as well as parallel computational power. Compared to homogeneous materials, the material hetrogeneity on microscale induced by different material phases demand for adequate computational methods for discretization and solution process of the resulting highly nonlinear problem. To enable an efficient/scalable solution process of the linearized equation systems the heterogeneous FE problem will be described by a FETI-DP (Finite Element Tearing and Interconnecting - Dual Primal) discretization. The fundamental FETI-DP equation can be solved by a number of different approaches. In our approach the FETI-DP problem will be reformulated as Saddle Point system, by eliminating the primal and Lagrangian variables. For the reduced Saddle Point system, only defined by interior and dual variables, special Uzawa algorithms can be adapted for iteratively solving the FETI-DP saddle-point equation system (FETI-DP SPE). A conjugate gradient version of the Uzawa algorithm will be shown as well as some numerical tests regarding to FETI-DP discretization of small examples using the presented solution technique. Furthermore the inversion of the interior-dual Schur complement operator can be approximated using different techniques building an adequate preconditioning matrix and therewith leading to substantial gains in computing time efficiency.
Für geometrisch imperfekte Strukturen wird die Versagenswahrscheinlichkeit bezüglich Stabilitätskriterien bestimmt. Eine probabilistische Beschreibung der geometrischen Imperfektionen erfolgt mit skalaren ortsdiskretisierten Zufallsfeldern. Die Stabilitätsberechnungen werden mit der Finite Elemente Methode durchgeführt. Ausgangspunkt der Berechnung ist eine systematische Formulierung probabilistisch gewichteter Imperfektionsformen durch eine Eigenwertzerlegung der Kovarianzmatrix. Wenn mit einer strukturmechanisch orientierten Sensitivitätsanalyse ein Unterraum zur näherungsweisen Beschreibung des probabilistischen Strukturverhaltens gefunden wird, kann die Versagenswahrscheinlichkeit numerisch sehr effizient durch ein Interaktionsmodell bestimmt werden. Es zeigte sich, daß dies genau dann möglich ist, wenn die Beulform merklich im Imperfektionsfeld enthalten ist. Die Imperfektionsform am Bemessungspunkt entspricht dann, unabhängig vom Lastniveau, gerade der Beulform. Wenn die Beulform im Imperfektionsfeld einen untergeordneten Beitrag liefert, erscheint eine Reduktion des stochastischen Problems auf wenige Zufallsvariablen dagegen nicht möglich.
Die Kooperation zwischen Menschen und Computern gewinnt in zahlreichen Problemstellungen mehr und mehr an Bedeutung. Ein wesentlicher Grund hierfür ist die ständig wachsende Komplexität relevanter Problemstellungen. Dadurch bedingt sind weder der Mensch noch der Computer alleine in der Lage, zufriedenstellende Lösungen zu entwickeln. Die Kombination der individuellen Fähigkeiten hat sich in vielen Bereichen als gewinnbringend erwiesen. Genetische Algorithmen (GA) als Repräsentanten der >Evolutionary Computation< stellen einen Ansatz zur Lösung hochkomplexer Optimierungsaufgaben dar, der sich an den Vorgängen der Evolution orientiert. Im Gegensatz zu vielen anderen Optimierungsverfahren bringen sie einige Eigenarten mit, die kooperative Erweiterungen einfach und erfolg-versprechend machen. Der vorgestellte kommunizierende Genetische Algorithmus kombiniert die Vorteile der GA mit der Fähigkeit zur Kooperation. Es gelingt bei seiner Verwendung, gute externe Vorschläge aufzunehmen, während schlechte Vorschläge keinerlei negative Auswirkungen zeigen. Diese Robustheit gegen Irrtümer und Fehleingaben macht den KGA zu einer idealen Basis für Programme zur kooperativen Problemlösung.
Today’s building industry not only demands more and more reduced construction time on building site, but also an advanced and mostly construction attendant design phase. Even though there is software available to support design processes in distributed environments, most applications only support simple document based exchange of information. In this paper a knowledge based system is presented to support cooperative, comprehensive design processes in distributed environments. The presented research project is financially supported by the German Research Community (DFG – Deutsche Forschungsgemeinschaft).
Today´s procedures for the awarding of public construction performance contracts are mainly paper-based. Although the usage of electronic means is permitted in the VOB, the regulations are not sufficient yet. Especially software agents within the AEC-bidding process were not considered at all. The acceptance of an agent-based virtual marketplace for AEC-bidding depends on a reliable and trustworthy public key infrastructure according to the (German) digital signature act. Only if confidentiality, integrity, non-repudiation, and authentication are provided reliably, users will assign sensitive business processes like public tendering procedures to software agents. The development of a secure agent-based virtual marketplace for AEC-bidding according to legal regulations is an entirely new approach from a technical as well as from a legal point of view. The objective of this research project is the development of intelligent software-agents which are able to legally call for bids, to calculate proposals, and to award the successful bidder.
Eine der wichtigsten Aufgaben und Herausforderungen der Bauinformatik ist gegenwärtig die Realisierung des durchgängigen, fachübergreifenden Datenflusses im Planungsprozeß eines Bauvorhabens. Im Hinblick auf die internationale Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Bauwirtschaft ist es unumgänglich, vorhandene Effizienzpotentiale in der Bauplanung auszuschöpfen, welche durch eine qualitative Verbesserung der Planung sowie durch eine Verringerung der Bearbeitungszeit aller beteiligten Fachplanern erreicht werden können. Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik werden die Informationsobjekte standardisiert, damit sie durchgängig nutzbar sind. Diese werden in einem allgemeingültigen Format den speziellen Programmen der Fachplaner zur Verfügung gestellt. In dieser Arbeit wird der Ansatz verfolgt, eine Integration durch die Standardisierung der Kommunikation zwischen den Informationsobjekten und ihren Anwendungsprogrammen zu erreichen. Dabei kann auf die Standardisierung der zu übertragenden Objekte verzichtet werden. Ziel der Ausarbeitung ist die Definition von implementationstechnischen Regeln, die alle auszutauschenden Objekte sowie die Anwendungen, die solche Objekte aufnehmen wollen, erfüllen müssen. Die Bearbeitung der Objekte soll in den gewohnten Anwendungen in unveränderter Weise erfolgen.
In dieser Arbeit wird eine neue Methode für die Integration von Informationen in digitalen Planungsunterlagen erarbeitet. Die Grundidee des Integrationsansatzes stützt sich auf die aktive Einbeziehung der Anwender während der Realisierung der Übernahme von Informationen und bei der Aktualisierung von Planungsunterlagen, die inkonsistent zu anderen Planungsunterlagen sind. Diese Grundidee kombiniert mit den Möglichkeiten neuer Kommunikationstechnologien war für die Spezifikation von neuen Methoden für die Übernahme von Informationen und für die Überwachung von Veränderungen ausschlaggebend. Die neuen Methoden werden in dieser Ausarbeitung erarbeitet und vorgestellt. Ziel der Ausarbeitung ist die Definition von implementationstechnischen Regeln, die alle auszutauschenden Objekte erfüllen müssen. Die Realisierung der Integrationsaufgaben durch den Anwender basiert dabei auf den Möglichkeiten der traditionellen Integration analoger Dokumente.
Quality is one of the most important properties of a product. Providing the optimal quality can reduce costs for rework, scrap, recall or even legal actions while satisfying customers demand for reliability. The aim is to achieve ``built-in'' quality within product development process (PDP). The common approach therefore is the robust design optimization (RDO). It uses stochastic values as constraint and/or objective to obtain a robust and reliable optimal design. In classical approaches the effort required for stochastic analysis multiplies with the complexity of the optimization algorithm. The suggested approach shows that it is possible to reduce this effort enormously by using previously obtained data. Therefore the support point set of an underlying metamodel is filled iteratively during ongoing optimization in regions of interest if this is necessary. In a simple example, it will be shown that this is possible without significant loss of accuracy.
Ein Algorithmus zur Lösung von Tourenproblemen mit Zeitrestriktionen und inhomogenem Fahrzeugpark
(2003)
Es wird ein Algorithmus vorgestellt, der auf Tourenprobleme mit verschiedenen Restriktionen anwendbar ist. Zum einen können sowohl die Aufträge der Kunden als auch die Fahrzeuge mit Zeitrestriktionen in Form eines oder mehrerer Zeitfenster versehen sein. Zum anderen stehen auszuliefernde Waren nur in gewissen zeitabhängigen Stückzahlen zur Verfügung. Die vorhandenen Fahrzeuge besitzen hinsichtlich Kapazität und Geschwindigkeit unterschiedliche Eigenschaften, wobei von den Kunden gewisse Fahrzeugtypen ausgeschlossen werden können. Die Aufträge werden zunächst hinsichtlich örtlichem und zeitlichem Abstand in Cluster unterteilt. Den Clustern werden auf der Basis von Bewertungen Fahrzeuge zugeordnet, mit denen Touren innerhalb der Cluster erzeugt werden. Das Aufstellen der Touren erfolgt mittels eines Savingsverfahrens, bei dem das Saving aus einer örtlichen und einer zeitlichen Komponente besteht. Der Algorithmus läßt sich über eine Vielzahl an Parametern steuern.
BAUHAUS ISOMETRY AND FIELDS
(2012)
While integration increases by networking, segregation strides ahead too. Most of us fixate our mind on special topics. Yet we are relying on our intuition too. We are sometimes waiting for the inflow of new ideas or valuable information that we hold in high esteem, although we are not entirely conscious of its origin. We may even say the most precious intuitions are rooting in deep subconscious, collective layers of the mind. Take as a simple example the emergence of orientation in paleolithic events and its relation to the dihedral symmetry of the compass. Consider also the extension of this algebraic matter into the operational structures of the mind on the one hand and into the algebra of geometry, Clifford algebra as we use to call it today, on the other. Culture and mind, and even the individual act of creation may be connected with transient events that are subconscious and inaccessible to cognition in principle. Other events causative for our work may be merely invisible too us, though in principle they should turn out attainable. In this case we are just ignorant of the whole creative process. Sometimes we begin to use unusual tools or turn into handicraft enthusiasts. Then our small institutes turn into workshops and factories. All this is indeed joining with the Bauhaus and its spirit. We shall go together into this, and we shall present a record of this session.
This paper describes an approach to support co-operation of experts in heterogeneous geotechnical engineering project environments during both regular execution and handling of exceptional situations. A co-operation platform is introduced which is based on a generalized information model mapping key information about the construction project, the construction process as well as the organization structure. Several tools are provided to operate the information model in a network based environment.
Im Bereich der Altbausanierung und der Bestandserfassung im Bauwesen ist es häufig notwendig, bestehende Pläne hinsichtlich des Bauwerkszustandes zu aktualisieren oder, wenn diese Pläne nicht (mehr) zugänglich sind, gänzlich neue Planunterlagen des Ist-Zustandes zu erstellen. Ein komfortabler Weg, diese Bauwerksdaten zu erheben, eröffnet die Technologie der Laservermessung. Der vorliegende Artikel stellt in diesem Zusammenhang Ansätze zur Teilautomatisierung der Generierung eines dreidimensionalen Computermodells eines Bauwerkes vor. Als Ergebnis wird ein Volumenmodell bereitgestellt, in dem zunächst die geometrischen und topologischen Informationen über Flächen, Kanten und Punkte im Sinne eines B-rep Modells beschrieben sind. Die Objekte dieses Volumenmodells werden mit Verfahren aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz analysiert und in Bauteilklassen systematisch kategorisiert. Die Kenntnis der Bauteilsemantik erlaubt es somit, aus den Daten ein Bauwerks-Produktmodell abzuleiten und dieses einzelnen Fachplanern – etwa zur Erstellung eines Energiepasses – zugänglich zu machen. Der Aufsatz zeigt den erfolgreichen Einsatz virtueller neuronaler Netze im Bereich der Bestandserfassung anhand eines komplexen Beispiels.
Die Entwicklung Berlins zur neuen Hauptstadt des vereinigten Deutschlands erfordert den umfangreichen Ausbau der innerstädtischen Verkehrswege und eine umfassende Einbindung in das bundesweite Verkehrsnetz. Der Ausbau der Inter-City-Express-Strecke zwischen Hannover und Berlin bedingte eine Umplanung großer Streckenabschnitte der Deutschen Bahn AG. Im Zeitalter der computergestützten Informationsverarbeitung sind gerade auf dem Gebiet der Tragwerksplanung konstruktiver Ingenieurbauten vielfältige Möglichkeiten gegeben. So ist bei der Planung von Brückenneubauten eine durchgehende computergestützte Konstruktion und Tragwerksplanung vom Vorentwurf bis hin zur Fertigung möglich. Weiterhin gestatten besondere Berechnungsmethoden bei speziellen Belastungsarten eine exaktere Schnittkraft- und Spannungsermittlung und dadurch eine dem wirklichen Tragverhalten entsprechende genauere Nachweisführung. An Beispielen aus dem konstruktiven Ingenieurbau im Zuge der Sanierung der Berliner Stadtbahn wird die Anwendung moderner Rechentechnik und computergestützter Konstruktionsmethoden und Berechnungsverfahren diskutiert. Die Berliner Stadtbahn wird in weiten Abschnitten über gemauerte Ziegelsteinviadukte geführt. Das Konzept der Sanierungsmaßnahmen sah neben der Anordnung einer lastverteilenden Platte einen Gleisaufbau als Feste Fahrbahn vor. Zusätzlich wurden die Gleisabstände den heutigen Bundesbahnvorschriften angepaßt. Aus diesem Grund wurde eine genaue Nachrechnung der Stadbahnviadukte unter Berücksichtigung der verschiedensten Parameter (z.B. Fugen in der lastverteilenden Platte, Rißbildung im Mauerwerk, Schubverformungen in Fugen zwischen Beton und Mauerwerk bei Überschreitung von Grenzwerten) erforderlich. Die zwischen dem Berliner Hauptbahnhof und dem Bahnhof Jannowitzbrücke befindliche Eisenbahnüberführung über die Holzmarktstraße wurden abgebrochen. Das neue Bauwerk besteht aus einer zweifeldrigen, schiefwinkligen Deckbrücke für 4 Gleise. Auf Grund der komplizierten geometrischen Randbedingungen erfolgte eine durchgängige computergestützte Erstellung der Ausführungsunterlagen. Die Hauptabmessungen der Konstruktion wurden mit Hilfe von Vermessungsdaten bestimmt, die im CAD-Programm verarbeitet wurden. Die CAD-Daten bildeten die geometrischen Eingangsgrößen für das Berechnungsprogramm. Die Querschnittsdimensionierung der Berechnung ging dann in die CAD-Bearbeitung ein. Die Koordinaten für die Werkstattfertigung sowie für die Montage auf der Baustelle ergaben sich ebenfalls aus den Berechnungsergebnissen.
Im vorliegenden Beitrag wird ein in das FE-Programmsystem ANSYS implementiertes elastoplastisches Berechnungsmodell zur nichtlinearen, räumlichen Untersuchung von Mauerwerkstrukturen vorgestellt. Die Modellierung des heterogenen Baustoffs Mauerwerk erfolgt mit Hilfe eines verschmierten Ersatzkontinuums. Das anisotrope Materialverhalten wird sowohl hinsichtlich der Spannungs-Dehnungsbeziehung als auch bei der Beschreibung der Festigkeit berücksichtigt. Durch die Verwendung einer zusammengesetzten Fließbedingung ist es möglich, das Versagen der einzelnen Mauerwerkkomponenten Stein und Mörtelfugen und des Verbundes zu berücksichtigen. Dadurch ist die Anwendbarkeit des Modells für mehrere Mauerwerksarten gegeben. Die hierfür verwendeten Materialparameter sind aus einfachen Kleinkörperversuchen bestimmbar oder innerhalb gewisser Grenzen aus empirischen Formeln berechenbar. Die notwendige Beschränkung der Anzahl der Materialparameter sichert die praktische Anwendbarkeit des entwickelten Berechnungsmodells. Die numerische Umsetzung des hier verwendeten impliziten Berechnungsverfahrens lässt sich in eine lokale und eine globale Iterationsebene gliedern. Die lokale Iteration am Integrationspunkt dient der Spannungsrückführung. Dabei sind die Besonderheiten der Verarbeitung mehrflächiger Fließfiguren zu beachten. Die globale Iteration auf Systemebene sichert die Umlagerung des Residuums. Mit der Nachrechnung von Versuchsergebnissen soll das entwickelte Modell verifiziert und seine physikalische Leistungsfähigkeit eingeschätzt werden.
Numerische Berechnung von Mauerwerkstrukturen in homogenen und diskreten Modellierungsstrategien
(2004)
Im Zentrum der Arbeit stehen die Entwicklung, Verifikation, Implementierung und Leistungsfähigkeit numerischer Berechnungsmodelle für Mauerwerk im Rahmen der Kontinuums- und Diskontinuumsmechanik. Makromodelle beschreiben das Mauerwerk als verschmiertes Ersatzkontinuum. Mikromodelle berücksichtigen durch die Modellierung der einzelnen Steine und Fugen die Struktur des Mauerwerkverbandes. Soll darüber hinaus der durch die Querdehnungsinteraktion zwischen Stein und Mörtel hervorgerufene heterogene Spannungszustand im Mauerwerk abgebildet werden, so ist ein detailliertes Mikromodell, welches Steine und Fugen in ihren exakten geometrischen Dimensionen berücksichtigt, erforderlich. Demgegenüber steht die vereinfachte Mikromodellierung, bei der die Fugen mit Hilfe von Kontaktalgorithmen beschrieben werden. Im Rahmen der Makromodellierung werden neue räumliche Materialmodelle für verschiedene ein- und mehrschalige Mauerwerkarten hergeleitet. Die vorgestellten Modelle berücksichtigen die Anisotropie der Steifigkeiten, der Festigkeiten sowie des Ver- und Entfestigungsverhaltens. Die numerische Implementation erfolgt mit Hilfe moderner elastoplastischer Algorithmen im Rahmen der impliziten Finite Element Methode in das Programm ANSYS. Innerhalb der detaillierten Mikromodellierung wird ein neues, aus Materialbeschreibungen für Stein, Mörtel sowie deren Verbund bestehendes nichtlineares Berechnungsmodell entwickelt und in das Programm ANSYS implementiert. Die diskontinuumsmechanische Beschreibung von Mauerwerk im Rahmen der vereinfachten Mikromodellierung erfolgt unter Verwendung der expliziten Distinkt Element Methode mit Hilfe der Programme UDEC und 3DEC. An praktischen Beispielen werden Probleme der Tragfähigkeitsbewertung gemauerter Bogenbrücken, Möglichkeiten zur Bewertung vorhandener Rissbildungen und Schädigungen an historischen Mauerwerkstrukturen und Traglastberechnungen an gemauerten Stützen ausgewertet und analysiert.
The contribution describes the didactical integration of wireless access networks for the campus of the University of Karlsruhe in the education of architects and engineers. It focuses on the development of an interdisciplinary communication network to encourage and promote the communication and collaboration between students. The project assumes that significant learning progresses in net-based learning scenarios are based upon the synchronous and asynchronous cooperation between the students themselves. The remote cooperation across borders of disciplines makes high demands on capacity in communicating and cooperating of the involved persons as well as on the supporting tools. Therefore, the collective acquisition of knowledge and cooperation has to be trained intensively during the studies. Based on the design and project oriented cooperation platform netzentwurf.de the authors developed the tools “Jobadmin“ to administrate multidisciplinary workgroups, the “Swarm Knowledge Catalogue“ to collect and store knowledge and “LivingCampus“, an instrument providing basic services for dynamic communication.
Beitrag zur Lösung ingenieurtechnischer Entwurfsaufgaben unter Verwendung Evolutionärer Algorithmen
(2003)
In der vorliegenden Arbeit erfolgt die Anwendung Evolutionärer Algorithmen an baupraktischen Problemen. Der Einfluss unterschiedlicher Selektionsmethoden, Rekombinationsmethoden sowie der Einfluss von Mutation und Populationsgröße auf Sucheffizienz und Ergebnis werden erörtert. Die erzielten Erkenntnisse fliessen in die Definition Evolutionärer Strategiewerte ein, die als Grundlage für die Formulierung eines robusten Evolutionären Algorithmus dienen. Evolutionäre Algorithmen werden mit einem wachstumsorientierten Algorithmus erweitert (hybride Evolutionäre Algorithmen), um eine Steigerung der Effizienz bei der Lösungssuche zu erzielen. An ausgewählten Stahlkonstruktionen - Hallen, Wassertank, Dachkonstruktion - wird die Leistungsfähigkeit von robusten Evolutonären Algorithmen und den entwickelten hybriden Evolutionären Algorithmus überprüft.
Unconstrained models are very often found in the broad spectrum of different theories of traffic demand models. In these models there are none or only one-sided restrictions influencing the choice of the individual. However in the traffic demand different deciding dependencies of the traffic volume with regard to the specific conditions of the territory structure potentials exist. Kichhoff and Lohse introduced bi- and tri-linearly constrained models to show these dependencies. In principle, the dependencies are described as hard, elastic and open boundary sum criteria. In this article a model is formulated which gets away from these predefined boundary sum criteria and allows a free determination of minimal and maximal boundary sum criteria. The iterative solution algorithm is shown according to a FURNESS procedure at the same time. With the approach of freely selectable minimal and maximal boundary sum criteria the modeling transport planner gets the possibility to show the traffic event even better. Furthermore all common boundary sum criteria can be calculated with this model. Therewith the often necessary and sensible standard and special cases can also be modeled.
>Virtual Organizations<, >Virtual Enterprises< und >Smart Organizations< werden immer häufiger als zukünftige Geschäftsform für des Bauwesens und insbesondere der Bauplanung gesehen. Ziel dieser Organisationsformen ist es, eine temporäre geschäftliche Zusammenarbeit zur Erschließung neuer Geschäftsfelder aufzubauen, ausgehend von einer strategischen Geschäftsverbindung. Insbesondere für kleine Planungsbüros können sich hieraus Möglichkeiten zur Durchführung größerer Projekte eröffnen, indem notwendige Ressourcen, wie z.B. Fachingenieure, jeder Zeit flexibel integriert werden können. Neben dem Auftreten als Projektmanager besteht für die Planungsbüros auch die Möglichkeit Spezialwissen sowie nicht benötigte Ressourcen in andere Projekte zu integrieren. Ziel ist es dabei, eine kontinuierliche Auslastung der Mitarbeiter sicherzustellen. Durch die Nutzung einer geeigneten und allgemein zugänglichen IT-Infrastruktur über das Internet können neue Partner ohne großen Aufwand in ein Projekt aufgenommen werden indem diesen Zugriffe auf alle notwendigen Projektinformationen gegeben wird. Mit der Bereitstellung passender IT-Werkzeuge für das Projektmanagement, Datenmanagement und Vertragsmanagement wird eine effektive Projektbearbeitung gewährleistet. In diesem Beitrag werden die konzeptionellen Grundlagen virtueller Organisation genauer betrachtet und deren Anwendbarkeit auf virtuelle Planungsteams im Bauwesen untersucht. Anschließend wird, aufbauend auf diese Erkenntnisse, der Aufbau und die Komponenten einer Softwareumgebung zur Unterstützung des virtuellen Planungsteams erörtert. Zum Schluss erfolgt eine Darstellung des durch das BmBF geförderte Projekt iCSS.
Räume und Gebäude sind heute wegen der enormen Funktionalität der technischen Gebäudeausrüstung (TGA) in Kombination mit der sonstigen Ausstattung und den diversen Anwendungsprozessen und Nutzergruppen ohne innovative Konzepte der integrierten Bedienung kaum noch beherrschbar bzw. optimal nutzbar. Dies gilt sowohl für Wohn- als auch für Zweckimmobilien. Die Gebäudeleittechnik (GLT) und die Gebäudeautomation (GA) können hier unter sinnvoller Integration der Möglichkeiten der Mikroelektronik, Multimedia-, Kommunikations- und Informationstechnik erheblich zu nutzbringenden Innovationen beitragen. Die Automobilindustrie hat in den letzten Jahren gezeigt, wie durch einen integralen Systemansatz und durch Einsatz von Elektronik, Kommunikations- und Informationstechnik eine sinnvolle technische Assistenz der Anwender machbar ist. Genannt sei hier das Konzept des Cockpits mit integrierter Funktionsbündelung und der Informationskonzentration am Armaturenbrett. Im Gegensatz zum Automobil ist der Bereich der technischen Gebäudeausstattung in Wohn- und Nutzimmobilien gekennzeichnet durch eine starke Fragmentierung in unterschiedlichste Gewerke unter Beteiligung vieler oft schlecht koordinierter Akteure. Durch das Duisburger inHaus-Innovationszentrum für Intelligente Raum- und Gebäudesysteme der Fraunhofer-Gesellschaft wurden in den letzten Jahren neuartige Konzepte der Systemintegration heterogener Technik auf der Basis von Middleware-Plattformen und Multimedia-Technologien und -Geräten entwickelt, getestet und in die Anwendung getragen. Einer der ersten Systemanwendungen dieses offenen Infrastrukturkonzepts ist die integrierte Systembedienung mit zum Teil völlig neuen Bedienkonzepten und einer starken Bedienungsvereinfachung auch komplexester Technikausrüstungen in Immobilien. Der Beitrag beschreibt nach einer Analyse der Ausgangslage die technologischen Grundzüge der integrierten Systembedienung. Es folgen einige Anwendungsbeispiele und eine zusammenfassende Bewertung mit einem Ausblick auf weiterführende Aktivitäten.
Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik in Kombination mit Informations- und Kommunikations-technik erlauben es mittlerweile, Rechenleistung und Kommunikationsfähigkeit in kleinsten Formaten, mit geringsten Energien und zu günstigen Preisen nutzbringend in unser privates und berufliches Umfeld einzubringen. Beispiele sind Notebook-PC, PDA, Handy und das Navigationßystem im Auto. Aber auch eingebettete Elektronik in Komponenten, Geräten und Systemen ist nunmehr zur Selbstverständlichkeit geworden. Bekannte Beispiele aus der Haustechnik sind Mikroprozeßoren in Heizungs- und Alarmanlagen und aber auch in Komponenten wie Brand- und Bewegungsmelder. Wir nähern uns dem vor einigen Jahren noch als Vision bezeichneten Zustand der überall vorhandenen elektronischen Rechenleistung (engl. ubiquitous computing) bzw. des von Informationsverarbeitung durchdrungenen täglichen Umfelds (engl. pervasive computing). Werden die TGA-Komponenten genau wie die größeren Computerkomponenten (z.B. PCs, Server) über Datenschnittstellen zu räumlich verteilten Netzwerken verknüpft (z.B. Internet, Intranet) und mit einer systemübergreifenden und adäquaten Intelligenz (Software) programmiert, so können neuartige Funktionalitäten im jeweiligen Anwendungsumfeld (engl. ambient intelligence, kurz AmI, [1]) entstehen. Hier liegt bei Gebäuden und Räumen speziell eine große Chance, die bislang einer ganzheitlichen Systemkonzeption unter Einschluß von Architektur, Gebäudephysik, technischer Gebäudeausrüstung (TGA) und Gebäudeautomation (GA) im Wege stehende Gewerketrennung zu überwinden. Es entstehen für div. Anwendungszwecke systemisch integrierte >smart areas< (nach Prof. Becker, FH Biberach). Im vorliegenden Beitrag erläuterte Beispiele für AmI-Lösungen im Immobilienbereich sind Raumsysteme zur automatischen und sicheren Erkennung von Notfällen, z.B. in Pflegeheimen; sich automatisch an die Nutzung und den Nutzer bzgl. Klima und Beleuchtung adaptierende Raumsysteme im Büro- oder Hotelbereich und die elektronische Aßistenz des Bau- und Betriebsprozeßes von Gebäuden. Im Duisburger inHaus-Innovationszentrum für Intelligente Raum- und Gebäudesysteme der Fraunhofer-Gesellschaft wurden in den letzten Jahren erste Lösungen mit diesem neuartigen Ansatz konzipiert, entwickelt und erprobt. Der Beitrag beschreibt nach einer kurzen Skizzierung des Ambient-Intelligence-Ansatzes an Beispielen Möglichkeiten für den Transfer dieser neuen Technologie in den Raum- und Gebäudebereich. Es folgt eine abschließende Zusammenfaßung und eine Einschätzung der Zukunftspotenziale der Ambient Intelligence in Raum und Bau.
Anwendungen der Methoden des Operations Research in der Praxis des Projektmanagements sind so gut wie kaum zu finden. Diese Anwendungslücke ist umso erstaunlicher, als es eine große Zahl von theoretischen Veröffentlichungen zum Themenkreis >Operations Research und Projektmanagement< gibt . Der Beitrag arbeitet die verschiedenen Ursachen für die bislang geringe praktische Relevanz der Disziplin >Operations Research< heraus und macht Vorschläge, wie in Zukunft anwendungsfreundlichere Modelle entwickelt werden können.
The topic of structural robustness is covered extensively in current literature in structural engineering. A few evaluation methods already exist. Since these methods are based on different evaluation approaches, the comparison is difficult. But all the approaches have one in common, they need a structural model which represents the structure to be evaluated. As the structural model is the basis of the robustness evaluation, there is the question if the quality of the chosen structural model is influencing the estimation of the structural robustness index. This paper shows what robustness in structural engineering means and gives an overview of existing assessment methods. One is the reliability based robustness index, which uses the reliability indices of a intact and a damaged structure. The second one is the risk based robustness index, which estimates the structural robustness by the usage of direct and indirect risk. The paper describes how these approaches for the evaluation of structural robustness works and which parameters will be used. Since both approaches needs a structural model for the estimation of the structural behavior and the probability of failure, it is necessary to think about the quality of the chosen structural model. Nevertheless, the chosen model has to represent the structure, the input factors and reflect the damages which occur. On the example of two different model qualities, it will be shown, that the model choice is really influencing the quality of the robustness index.
Information and Communication Technologies (ITC) in education have been extensively discussed nowadays. In this e-learning scenario, the construction and use of environments that support teaching and learning is a reality. Therefore, for time and general resource savings it is crucial the access to hypermedia contents with great interactivity and with high reusability. Substantial efforts have been centered in the search for a metadata proposal (metadata is a generic term used to describe data that can be used to identify and to describe common characteristics among different documents) that can be standardized and is system independent for the so called learning objects.
Recent research shows that current learning strategies in construction industry have not been effective in implementing lean principles in construction. With that in mind the researchers set to investigate an alternative learning strategy in order to promote learning at the international level. A web-based environment, was developed for this project with the intent of promoting learning and knowledge exchange on the theory and practice of "process transparency" across different countries.
In distributed project organisations and collaboration there is a need for integrating unstructured self-contained text information with structured project data. We consider this a process of text integration in which various text technologies can be used to externalise text content and consolidate it into structured information or flexibly interlink it with corresponding information bases. However, the effectiveness of text technologies and the potentials of text integration greatly vary with the type of documents, the project setup and the available background knowledge. The goal of our research is to establish text technologies within collaboration environments to allow for (a) flexibly combining appropriate text and data management technologies, (b) utilising available context information and (c) the sharing of text information in accordance to the most critical integration tasks. A particular focus is on Semantic Service Environments that leverage on Web service and Semantic Web technologies and adequately support the required systems integration and parallel processing of semi-structured and structured information. The paper presents an architecture for text integration that extends Semantic Service Environments with two types of integration services. Backbone to the Information Resource Sharing and Integration Service is a shared environment ontology that consolidates information on the project context and the available model, text and general linguistic resources. It also allows for the configuration of Semantic Text Analysis and Annotation Services to analyse the text documents as well as for capturing the discovered text information and sharing it through semantic notification and retrieval engines. A particular focus of the paper is the definition of the overall integration process configuring a complementary set of analyses and information sharing components.
Business and engineering knowledge in AEC/FM is captured mainly implicitly in project and corporate document repositories. Even with the increasing integration of model-based systems with project information spaces, a large percentage of the information exchange will further on rely on isolated and rather poorly structured text documents. In this paper we propose an approach enabling the use of product model data as a primary source of engineering knowledge to support information externalisation from relevant construction documents, to provide for domain-specific information retrieval, and to help in re-organising and re-contextualising documents in accordance to the user’s discipline-specific tasks and information needs. Suggested is a retrieval and mining framework combining methods for analysing text documents, filtering product models and reasoning on Bayesian networks to explicitly represent the content of text repositories in personalisable semantic content networks. We describe the proposed basic network that can be realised on short-term using minimal product model information as well as various extensions towards a full-fledged added value integration of document-based and model-based information.
In this paper we evaluate 2D models for soil-water characteristic curve (SWCC), that incorporate the hysteretic nature of the relationship between volumetric water content Θ and suction Ψ. The models are based on nonlinear least squares estimation of the experimental data for sand. To estimate the dependent variable Θ the proposed models include two independent variables, suction and sensors reading position (depth d in the column test). The variable d represents not only the position where suction and water content are measured but also the initial suction distribution before each of the hydraulic loading test phases. Due to this the proposed 2D regression models acquire the advantage that they: (a) can be applied for prediction of Θ for any position along the column and (b) give the functional form for the scanning curves.
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.
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
The use of virtual reality techniques in the development of educational applications brings new perspectives to the teaching of subjects related to the field of civil construction in Civil Engineering domain. In order to obtain models, which would be able to visually simulate the construction process of two types of construction work, the research turned to the techniques of geometric modelling and virtual reality. The applications developed for this purpose are concerned with the construction of a cavity wall and a bridge. These models make it possible to view the physical evolution of the work, to follow the planned construction sequence and to visualize details of the form of every component of the works. They also support the study of the type and method of operation of the equipment necessary for these construction procedures. These models have been used to distinct advantage as educational aids in first-degree courses in Civil Engineering. Normally, three-dimensional geometric models, which are used to present architectural and engineering works, show only their final form, not allowing the observation of their physical evolution. The visual simulation of the construction process needs to be able to produce changes to the geometry of the project dynamically. In the present study, two engineering construction work models were created, from which it was possible to obtain three-dimensional models corresponding to different states of their form, simulating distinct stages in their construction. Virtual reality technology was applied to the 3D models. Virtual reality capacities allow the interactive real-time viewing of 3D building models and facilitate the process of visualizing, evaluating and communicating.
This paper describes a didactic application that is part of a research project whose main aim is to develop a computer-aided system which will assist design and construction processes. It is based on the visual simulation of construction activities. Geometric modeling and virtual reality techniques are used in the visualization of the design process and to define user-friendly interfaces in order to access construction information, which could prove useful to Civil Engineering professionals. As a first step, was developed a prototype that serves as a didactic tool for Civil Engineering students of disciplines concerned with building construction. The construction of a double brick wall is the case studied. The wall is defined as a three dimensional model formed with the several components needed to edify it. Using the wall's virtual model it is possible to show, in an interactive way, the sequence of the construction process and observe from any point of view the configurations in detail of the building components. This is then a didactic tool application in construction processes domain of great interest to Civil Engineering students.
The main aim of the research project in progress is to develop virtual models as tools to support decision-making in the planning of construction maintenance. The virtual models gives the capacity to allow them to transmit, visually and interactively, information related to the physical behaviour of materials, components of given infrastructures, defined as a function of the time variable. The interactive application allows decisions to be made on conception options in the definition of plans for maintenance, conservation or rehabilitation. The first virtual prototype that is now in progress concerns just lamps. It allows the examination of the physical model, visualizing, for each element modelled in 3D and linked to a database, the corresponding technical information concerned with the wear and tear aspects of the material, calculated for that period of time. In addition, the analysis of solutions for repair work or substitution and inherent cost are predicted, the results being obtained interactively and visualized in the virtual environment itself. The aim is that the virtual model should be able to be applied directly over the 3D models of new constructions, in situations of rehabilitation. The practical usage of these models is directed, then, towards supporting decision-making in the conception phase and the planning of maintenance. In further work other components will be analysed and incorporated into the virtual system.
The construction of a new building interferes with the existent environment. A careful aesthetic study must be made at an early stage in the design and the visualization of a three-dimensional (3D) model of the structure is the best way to analyse it. As some structures presents a complex shape is difficult to execute a 3D model as well as the specific drawings. Using traditional graphical systems, the execution of deck specific drawings is extremely time consuming and the 3D deck model gives an approximation only of the exterior shape of the deck. The modelling scheme proposed here allows the automation of the geometric design phases related to the deck bridge element using as a means of integration a geometric database representative of the real deck shape. This concept was implemented in a computer program. This application is an important support in the process design namely at the conceptual and graphical stages. The computer application provides an important tool to the bridge designer particularly at the conceptual stage, as it allows aesthetic and structural evaluation of the bridge at an early stage in the design. The geometric modelling process and graphical results of a case study are presented.
Problem of discretic programming in conditions of manycriterial is considered. Set of work, being subject to fulfilment, is available. Are certain also: set of the executors; set, machines; set of resources (materials, semifinished items and etc.) and other set. As a functional complex name set, which will be formed, when on one representative of each of the specified sets is nominated to one working place. The allowable decision of a examined problem represents set of not crossed complexes provided that, for each working place one functional complex is certain in the accuracy. The elementary case of a formulated above problem is known under the name >a problem about purposes< [1], when the complex is defined as a pair >an executor - working place<. In case of three-element complexes we come to a problem about three-combinations. In a general case the complex consists from m of elements and the problem of formation of m-element complexes is formulated on the m-colour column.
Die Entwicklung von Projekten des Hoch- und Industriebaus ist durch eine Vielzahl von zu verarbeitenden Informationen und Bewertungsgrundlagen in den Planungsphasen der Bau-land- sowie der Hoch- und Industriebauentwicklung für die Kostenkalkulation geprägt. Die Identifizierung, Beschaffung, Verwaltung und Verarbeitung dieser nach Art, Form und Inhalt bei den Kommunikationspartnern verteilt vorliegenden Informationen führt zu komplexen Planungsprozessen. Zur Bewältigung dieser Komplexität ist die Bauprojektentwicklung kooperativ in vernetzten Systemen durchzuführen. Insbesondere kann die Kostenkalkulation auf Basis der sich zeitlich verändernden Fachinformation im Netz effizient, zeitnah und mit hoher Qualität durchgeführt werden. Die bisher eingesetzten Methoden und Verfahren unterstützen die Projektplaner bei der Datenerfassung und -verarbeitung der kostenrelevanten Informationen nur in lokalen Computernetzen. Die Erfassung von Kosteninformationen, wie zum Beispiel Kostenschätzungen zur Planung von Projekten oder die im Laufe der Projektentwicklung entstehenden Kosten, liegen jedoch verteilt bei den Projektpartnern vor. Es ist daher notwendig, zur Vermeidung von Erfassungs-fehlern und zur Steigerung der Kooperation der Projektpartner bei der wirtschaftlichen Kalkulation von Bauprojekten, den Projektpartnern eine rechnergestützte und projektweite Kalkulation unter Nutzung von Computernetzwerken zu ermöglichen. Die Autoren stellen ein agenten-basiertes Kooperationsmodell für die Kosten-Kalkulation in Rahmen der Bauprojektentwicklung in vernetzten Systemen vor, das durch Strukturierung der Planungsinformationen die selbständige Suche nach klar definierten Informationen auf Basis mobiler Internet-Agenten dynamisch-adaptiv unterstützt.
Die effektive Kooperation aller beteiligten Fachplaner im Bauplanungsprozess ist die Voraussetzung für wirtschaftliches und qualitativ hochwertiges Bauen. Bauprojektorganisationen bestehen in der Regel aus zahlreichen unabhängigen Planungspartnern, die örtlich verteilt spezifische Planungsaufgaben bearbeiten und die Ergebnisse in Teilproduktmodellen ablegen. Da Planungsprozesse im Bauwesen stark arbeitsteilig ablaufen, sind die Teilproduktmodelle der einzelnen Fachplanungen in hohem Maße voneinander abhängig. Ziel des hier vorgestellten Ansatzes ist die Integration der Teilproduktmodelle der Gebäudeplanung in einem netzwerkbasierten Modellverbund am Beispiel der Brandschutzplanung. Im Beitrag werden die Probleme der Verteiltheit und insbesondere der semantischen Heterogenität der involvierten Teilproduktmodelle betrachtet. Der verteilte Zugriff wird mithilfe mobiler Software-Agenten realisiert. Die Agenten können sich dabei frei im netzwerkbasierten Planungsverbund bewegen und agieren als Vertreter der Fachplaner. Das Problem der semantischen Heterogenität der Teilproduktmodelle wird auf der Basis von Ontologien gelöst. Dazu werden erstens Domänenontologien entwickelt, die Objekte der realen Welt einer abgeschlossenen Domäne, hier des Brandschutzes, abbilden. Zweitens werden Applikationsontologien entwickelt, die die einzelnen proprietären Datenhaltungen (im Sinne von Teilproduktmodellen) der jeweiligen Fachplanungen repräsentieren. Beide Ontologien werden mit einem regelbasierten Ansatz verknüpft. Im vorgestellten Anwendungsfall Brandschutz dient die Domänenontologie als einheitliche Schnittstelle für den Zugriff auf die verteilten Modelle und abstrahiert dabei von deren Datenbankspezifika und proprietären Schemata. Mithilfe von mobilen Agenten und semantischen Technologien kann so eine Plattform zur Verfügung gestellt werden, die erstens die dynamische Integration von Ressourcen in den Planungsverbund erlaubt und zweitens auf deren Basis unabhängig von der Verteiltheit und Heterogenität der eingebundenen Ressourcen ingenieurgerechte Verarbeitungsmethoden realisiert werden können.
Der Beitrag basiert auf den Ansätzen und Ergebnissen des Forschungsprojekts >Prozessorientierte Vernetzung von Ingenieurplanungen am Beispiel der Geotechnik<, des DFG-Schwerpunktprogramms 1103 >Vernetzt-kooperative Planungsprozesse im Konstruktiven Ingenieurbau<. Ziel ist die Entwicklung einer netzwerkbasierten Kooperationsplattform zur Unterstützung von Ingenieurplanungen. Methodische Grundlagen hierfür stellen die Petri-Netze mit individuellen Marken in Verbindung mit einer semantischen Informationsbewertung dar. Der Beitrag zeigt an einem Beispiel die grundlegenden Möglichkeiten der Petri-Netze auf und stellt die Steuerung der Planungsprozesse aufgrund von Metainformationen dar. Darüber hinaus wird der Ansatz verfolgt, auf der Basis bauteilorientierter Prozessmuster für geotechnische Konstruktionselemente den veränderlichen Prozessablauf zu erfassen. Abschließend wird ein Weg zur Implementierung gezeigt.
Die Bewirtschaftung von Grundwasser umfasst zum einen die Nutzungserfordernisse und Versorgungsbedürfnisse und zum andern den Schutz des Grundwassers als Bestandteil des Naturhaushaltes. Die Verwendung von Informations- und Kommunikationsmethoden zur numerischen Grundwassermodellierung und zur Verwaltung von großflächigen qualitativen und quantitativen Grundwasserinformationen eröffnen die Möglichkeit einer nachhaltigen wasserwirtschaftlichen Planung sowie einer gezielten Steuerung der Auswirkungen von Grundwasserentnahmen und -versickerungen. Im Rahmen des Pilotprojektes Grundwasser-Online im Hessischen Ried (www.grundwasser-online.de) wurden gezielt die Arbeitsabläufe bei der Erfassung der Daten zur Grundwasserbewirtschaftung sowie der anschließenden Verarbeitung analysiert, bewertet und software-technisch umgesetzt. Ein wichtiger Aspekt dabei ist die Datenerfassung an den räumlich verteilten Grundwassermessstellen. Der vorliegende Beitrag zeigt auf, wie mobile EDV Geräte mit einer geeigneten Software die Arbeitsabläufe beim Einsatz vor Ort effizienter gestalten und die Einhaltung der Messvorgaben unterstützen können. Durch die Minimierung von Fehlerquellen kann dabei eine Qualitätsverbesserung des Datenbestandes erreicht werden. Es wird ein Konzept zur mobilen Erfassung von Grundwasserdaten unter Verwendung von GPS-Positionsdaten und Plausibilitätsprüfungen vorgestellt. Die Technologien und Herausforderungen bei der prototypischen Umsetzung werden aufgezeigt.
Internetbasiertes Management von Bauprojekten auf der Basis eines dynamischen Workflow-Frameworks
(2003)
Die Baubranche zeichnet sich durch eine sehr starke Arbeitsteilung aus, die hohe Ansprüche an die Koordination der Prozesse und auch an die Qualität der auszutauschenden Informationen stellt. Trotz der gegenwärtigen informationstechnologischen Möglichkeiten gibt es in der Bauwirtschaft noch keine umfassende Lösung, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Insbesondere sind Modelle zur durchgängigen Koordinierung der Prozesse und Arbeitsabläufe (Workflows) im Informations- und Kommunikationsverbund für die baupraktischen Belange noch nicht entwickelt worden. Die Abbildung der dynamischen Aspekte der Workflows zwischen Bauherren, Projektleitung, Fachplanern, Bauaufsichtsbehörde und Bauunternehmen können zu einer Erhöhung der Termin- und Kostensicherheit führen. Vorhandene Software-Produkte im Bereich des Workflow-Managements erfüllen die Anforderungen der vernetzt-kooperativen Planung bzw. Ausführung im Bauwesen nicht durchgängig und sind nicht in einen internetbasierten Projektraum integrierbar. Die Grundlage des hier vorgestellten Systems bildet ein so genanntes Workflow-Framework, dem alle Fachinformationen, wie Kosten, Termine, Gebäudestruktur und (Plan-) Dokumente untergeordnet sind. Dieses Framework stellt eine auf die Anforderungen des Bauwesens ausgerichtete Anwendung dar, mit deren Hilfe die Beteiligten und deren Aktivitäten, die Fachinformationen und die zu verwendenden Fachapplikationen koordiniert und überwacht werden können. Mit dieser Anwendung, die in den internetbasierten Projektraum Baukom-Online integriert ist, kann zum einen die Projektleitung bzw. der Projektsteuerer bei der Koordination, Steuerung und Überwachung der Bauprojektabwicklung in technischer, rechtlicher und wirtschaftlicher Hinsicht unterstützt werden. Zum anderen ermöglicht es den Beteiligten in Planung, Genehmigung und Ausführung, ihre Arbeitsabläufe im Hinblick auf eine fristgerechte und wirtschaftliche Abwicklung effizienter zu gestalten.
The changed global security situation in the last eight years has shown the importance of emergency management plans in public buildings. Therefore, the use of computer simulators for surveying fire safety design and evacuation process is increasing. The aim of these simulators is to have more realistic evacuation simulations. The challenge is, firstly, to realize the virtual simulation environment based on geometrical and material boundary conditions, secondly, to considerate the mutual interaction effects between different parameters and, finally, to have a realistic visualization of the simulated results. In order to carry out this task, an especial new software method on a BIM-platform has to be developed which can integrate all required simulations and will be able to have an immersive output BIM ISEE (Immersive Safety Engineering Environment). The new BIM-ISEE will integrate the Fire Dynamics Simulator (FDS) for fire and evacuation simulation in the Autodesk Revit which is a BIM-platform and will represent the simulation results in the immersive virtual environment at the institute (CES-Lab). With BIM-ISEE the fire safety engineer will be able to obtain more realistic visualizations in the immersive environment, to modify his concept more effectively, to evaluate the simulation results more accurately and to visualize the various simulation results. It can also give the rescue staff the opportunity to perform and evaluate emergency evacuation trainings.
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.
One of the basic types of strength calculations is the calculation of limit equilibrium of constructions. This report describes new method for solving the problem of limit equilibrium. The rigid-plastic system in this method is substituted with an «equivalent» elastic system with specially constructed rigidities. This is why it is called the method of pseudorigidities. An iteration algorithm was developed for finding pseudorigidities. This algorithm is realized in a special software procedure. Conjunction of this procedure with any elastic calculation program (base program) creates a program solving rigid-plastic problems. It is proved, that iterations will be converge to the solution for the problem of limit equilibrium. The solution of tests show, that pseudorigidity method is universal. It allows the following: - to solve problems of limit equilibrium for various models (arch, beam, frame, plate, beam-wall, shell, solid); - to take into account both linearized and square-law fluidity conditions; - to solve problems for various kinds of loads (concentrated, distributed, given by a generalized vector); - to take into account the existing various of fluidity criteria in different sections etc. The iterative PRM process quickly converges. The accuracy of PRM is very high even in case of rough finite-element structuring. The author has used this method for design protection systems from extreme loads due to equipment of nuclear power stations, pipelines, cargo in any transportation.
Die Inverse Matrizeniteration ist ein Verfahren zur Bestimmung der Eigenzustände reeller, symmetrischer Matrizen mit konvexer Profilstruktur. Das Verfahren zeichnet sich besonders durch den Erhalt der Profilstruktur und die Bestimmung der Eigenwerte in geordneter Reihenfolge aus. Die Iteration ermöglicht die gezielte Bestimmung mehrerer aufeinander folgender betragskleinster Eigenwerte, wie es im Bauwesen insbesondere für Stabilitäts- und Schwingungsanalysen erforderlich ist. Die Anwendung dieses Verfahrens hat gezeigt, daß ein Teil der gesuchten Eigenwerte mit wenigen Iterationszyklen bestimmt werden kann, während andere eine größere Anzahl von Iterationszyklen erfordern. Diese lokale Konvergenzverschlechterung kann durch eine Jacobi-Randkorrektur, wie sie im Beitrag näher erläutert wird, behoben werden.