56.03 Methoden im Bauingenieurwesen
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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...
The paper describes further developments of the interactive evolutionary design concept relating to the emergence of mutually inclusive regions of high performance design solutions. These solutions are generated from cluster-oriented genetic algorithm (COGAs) output and relate to a number of objectives introduced during the preliminary design of military airframes. The data-mining of multi-objective COGA (moCOGA) output further defines these regions through the application of clustering algorithms, data reduction and variable attribute relevance analyses. A number of visual representations of the COGA output projected onto both variable and objective space are presented. The multi-objective output of the COGA is compared to output from a Strength Pareto Evolutionary Algorithm (SPEA-II) to illustrate the manner in which moCOGAs can generate good approximations to Pareto frontiers.
The process of matching data represented in two different data models is a longstanding issue in the exchange of data between different software systems. While the traditional manual matching approach cannot meet today’s demands on data exchange, research shows that a fully automated generic approach for model matching is not likely, and generic semi-automated approaches are not easy to implement. In this paper, we present an approach that focuses on matching data models in a specific domain. The approach combines a basic model matching approach and a version matching approach to deduce new matching rules to enable data transfer between two evolving data models.
This paper describes an ongoing research on the representation and reasoning about construction specifications, which is part of a bigger research project that aims at developing a formalism for automating the identification of deviations and defects on construction sites. We specifically describe the requirements on product and process models and an approach for representing and reasoning about construction specifications to enable automated detection and assessment of construction deviations and defects. This research builds on the previous research on modeling design specifications and extends and elaborates concept of contexts developed in that domain. The paper provides an overview of how the construction specifications are being modele d in this research and points out future steps that need to be accomplished to develop the envisioned automated deviation and defect detection system.
The increased implementation of site data capture technologies invariably results in an increase in data warehousing and database technologies to store captured data. However, restricted use of data beyond the initial application could potentially result in a loss of understanding of site processes. This could in turn lead to poor decision making at production, tactical and strategic levels. Concrete usage data have been collected from two piling processes. These data have been analysed and the results highlighted potential improvements that could be made to existing site management and estimating processes. A cost benefit analysis has been used to support decision making at the strategic level where the identified improvements require capital expenditure.
For planning in existing built contexts, the building survey is the starting point for initial planning proposals, for the diagnosis and documentation of building damages, for the creation of objectives catalogues, for the detailed design of renovation and conversion measures and for ensuring fulfilment of building legislation, particularly by change of use and refitting. An examination of currently available IT-tools shows insufficient support for planning within existing contexts, most notably a deficit with regard to information capture and administration. This paper discusses the concept for a modular surveying system (basic concept, separation of geometry from semantic data, and separation into sub-systems) and the prototypical realisation of a system for the complete support of the entire building surveying process for existing buildings. The project aims to contribute to the development of a planning system for existing buildings. ...
Modellverwaltungssysteme sind eine geeignete technologische Basis zum Management digitaler Bauwerksmodelle bei Planungstätigkeiten für den Neubau als auch für die Revitalisierung von Bauwerken. Die Unterstützung von Revitalisierungsprozessen impliziert für den Entwurf integrierter Planungsumgebungen spezifische Anforderungen wie die Repräsentation von Informationen, die mit verschiedenen Typen von Vagheit behaftet sind, die Notwendigkeit, den Soll- sowie den Ist- Zustand des Bauwerks abzubilden und die Fähigkeit des Umgangs mit temporal inkonsistenten Modellzuständen. Die erforderliche Dynamik der Domänenmodelle und die erforderliche Nutzbarkeit in Virtual Enterprises stellen weitere Ansprüche an die Realisierungsbasis der Modellverwaltungssysteme. Zur Implementierung derartiger Systeme erweist es sich als vorteilhaft, Eigenschaften objektorientierter Programmiersprachen mit nichtstatischen Typsystemen auszunutzen, da diese durch die vorhandene Metaebene sowie Introspektions- und Reflektionsmechanismen eine effiziente Realisierungsbasis bereitstellen. Zur effektiven Unterstützung synchroner kooperativer Planungstätigkeiten innerhalb einzelner Fachdisziplinen wurde ein Benachrichtigungsmechanismus realisiert, der an das Modellverwaltungssystem angekoppelte Fachapplikationen über nebenläufig vorgenommene Modifikationen am zugehörigen Domänenmodell oder an Projektinformationen informiert. Weiterhin existiert ein Mechanismus zur vereinfachten Anbindung von existierenden Applikationen, die auf statischen Partialmodellen beruhen oder standardisierte, modellbasierte Austauschformate unterstützen. Abschließend wird eine aus einem zentralen Projektserver, Domänenservern und Domänenclients bestehende hybride Systemarchitektur vorgestellt, die geeignet ist, unter den Randbedingungen kooperativer und geographisch verteilter Arbeit bei Revitalisierungsvorhaben in Virtual Enterprises eingesetzt zu werden.
Information science researchers and developers have spent many years addressing the problem of retrieving the exact information needed and using it for analysis purposes. In informationseeking dialogues, the user, i.e. construction project manager or supplier, often asks questions about specific aspects of the tasks they want to perform. But most of the time it is difficult for the software systems to unambiguously understand their overall intentions. The existence of information tunnels (Tannenbaum 2002) aggravates this phenomenon. This study includes a detailed case study of the material management process in the construction industry. Based on this case study, the structure of a formal user model for information retrieval in construction management is proposed. This prototype user model will be incorporated into the system design for construction information management and retrieval. This information retrieval system is a user-centered product based on the development of a user configurable visitor mechanism for managing and retrieving project information without worrying too much about the underlying data structure of the database system. An executable UML model combined with OODB is used to reduce the ambiguity in the user's intentions and to achieve user satisfaction.
Spatial data acquisition, integration, and modeling for real-time project life-cycle applications
(2004)
Current methods for site modeling employs expensive laser range scanners that produce dense point clouds which require hours or days of post-processing to arrive at a finished model. While these methods produce very detailed models of the scanned scene, useful for obtaining as-built drawings of existing structures, the associated computational time burden precludes the methods from being used onsite for real-time decision-making. Moreover, in many project life-cycle applications, detailed models of objects are not needed. Results of earlier research conducted by the authors demonstrated novel, highly economical methods that reduce data acquisition time and the need for computationally intensive processing. These methods enable complete local area modeling in the order of a minute, and with sufficient accuracy for applications such as advanced equipment control, simple as-built site modeling, and real-time safety monitoring for construction equipment. This paper describes a research project that is investigating novel ways of acquiring, integrating, modeling, and analyzing project site spatial data that do not rely on dense, expensive laser scanning technology and that enable scalability and robustness for real-time, field deployment. Algorithms and methods for modeling objects of simple geometric shape (geometric primitives from a limited number of range points, as well as methods provide a foundation for further development required to address more complex site situations, especially if dynamic site information (motion of personnel and equipment). Field experiments are being conducted to establish performance parameters and validation for the proposed methods and models. Initial experimental work has demonstrated the feasibility of this approach.
Ein simultanes Lösungsverfahren für Fluid-Struktur-Wechselwirkungen aus dem Bereich des Bauingenieurwesens wird vorgestellt. Die Modellierung der Tragwerksdynamik erfolgt mit der geometrisch nichtlinearen Elastizitätstheorie in total Lagrangescher Formulierung. Die Strömung wird mit den inkompressiblen Navier-Stokes-Gleichungen beschrieben. Wenn Turbulenzeffekte massgeblich sind, kommen die Reynolds-Gleichungen in Verbindung mit dem k-omega-Turbulenzmodell von Wilcox zum Einsatz. Zur Beschreibung von komplexen freien Oberflächen wird die Level-Set-Methode eingesetzt. Die einheitliche Diskretisierung von Fluid und Struktur mit der Raum-Zeit-Finite-Element-Methode führt zu einem konsistenten Berechnungsmodell für das gekoppelte System. Da die isoparametrischen Raum-Zeit-Elemente ihre Geometrie in Zeitrichtung ändern können, erlaubt die Methode eine natürliche Beschreibung des infolge der Strukturbewegung zeitveränderlichen Strömungsgebiets. Die gewichtete Integralformulierung der Kopplungsbedingungen mit globalen Freiwerten für die Interface-Spannungen sichert eine konservative Kopplung von Fluid und Struktur. Ausgewählte Anwendungsbeispiele zeigen die Leistungsfähigkeit der entwickelten Methodik und belegen die guten Konvergenzeigenschaften des simultanen Lösungsverfahrens.
Most of the existing seismic resistant design codes are based on the response spectrum theory. The influence of inelastic deformations can be evaluated by considering inelastic type of resisting force and then the inelastic spectrum is considerably different from the elastic one. Also, the influence of stiffness degradation and strength deterioration can be accounted for by including more precise models from material point of view. In some recent papers the corresponding changes in response spectra due to the P- Ä effect are discussed. The experience accumulated from the recent earthquakes indicates that structural pounding may considerably influence the response of structures and should be taken into account in design procedures. The most convenient way to do that is to predict the influence of the pounding on the response spectra for accelerations, velocities and displacements. Generally speaking the contact problems such as pounding are characterized by large extent of nonlinearity and slow convergence of the computational procedures. Thus obtaining spectra where the contact problem is accounted for seems very attractive from engineering point of view because could easy be implemented into the design procedures. However it is worth nothing that there is not rigorous mathematical proof that the original system can be decomposed into single equations related to single degree of freedom systems. It is the porpose of the paper to study the influence of the pounding on the response spectra and to evaluate the amplification due to the impact. For this purpose two adjacent SDOF systems are considered that are able to interact during the vibration process. This problem is solved versus the elastic stiffness ratio, which appears to be very important for such assemblage. The contact between masses is numerically simulated using opening gap elements as links. Comparisons between calculated response spectra and linear response spectra are made in order to derive analytical relationships to simply obtain the contribution of pounding. The results are graphically illustrated in response spectra format and the influence of the stiffness ratio is clarified.
In current AEC practice client requirements are typically recorded in a building program, which, depending on the building type, covers various aspects from the overall goals, activities and spatial needs to very detailed material and condition requirements. This documentation is used as the starting point of the design process, but as the design progresses, it is usually left aside and changes are made incrementally based on the previous design solution. These incremental small changes can lead to a solution that may no longer meet the original requirements. In addition, design is by nature an iterative process and the proposed solutions often also cause evolution in the client requirements. However, the requirements documentation is usually not updated accordingly. Finding the latest updates and evolution of the requirements from the documentation is very difficult, if not impossible. This process can lead to an end result, which is significantly different from the documented requirements. Some important requirements may not be satisfied, and even if the design process was based on agreed-upon changes in the scope and requirements, differences in the requirements documents and in the completed building can lead to well-justified doubts about the quality of the design and construction process...
Renovation's peculiarities of industrial enterprises in conditions of economic selfsufficiency
(1997)
Probleme of recrienfation of building complex, to the sharp increase of share of reconstruction works, capital repair and modernisation of in-dustrial plants are concidered in this work. The conception of develop-ment and creation of unitified system of expluatation and renovation of industrial plants are worded out. This system is based on date-computer technology and taking into conciderations of real economic relations.
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.
Processing technical and environmental data on building materials, components, and systems has become more important during the last few years. Increased sensitivity towards environmental and energy problems has lead to the demand for simulation and evaluation of the long term behavior of buildings. The results of such simulations are expected to enable architects and engineers to develop a broader, interdisciplinary understanding of the impact of their products (buildings) on the environment. However, conducting such evaluations is currently hampered by the lack of comprehensive, up-to-date, and ecologically relevant data on building materials, components, and systems. To address this problem, this paper proposes an approach to deal with the absent or uncertain attributes of building materials, components, and systems. In the past, various information systems have been developed to provide data on a limited set of building materials, including precise values pertaining to some of their characteristics, such as availability, manufacturers, costs, etc. These traditional information systems have difficulty in dealing with uncertain, incomplete and sparse data. However, uncertainty and incompleteness characterize the nature of most of the available and environmentally related characteristics of materials, components, and systems. In this paper, a fuzzy-logic-based augmentation of traditional information systems is proposed towards providing management, utilization and manipulation of incomplete and uncertain data.
The optimization of continuous structures requires careful attention to discretization errors. Compared to ordinary low order formulation (h-elements) in conjunction with an adaptive mesh refinement in each optimization step, the use of high order finite elements (so called p-elements) has several advantages. However, compared to the h-method a higher order finite element analysis program poses higher demands from a software engineering point of view. In this article the basics of an object oriented higher order finite element system especially tailored to the use in structural optimization is presented. Besides the design of the system, aspects related to the employed implementation language Java are discussed.
The construction industry is suffering form the existence of isolated islands of software applications and bottle neck solutions. The idea of an integrated virtual database that consists of separated platforms, representing various disciplines, depending on the web technology is envisaged to solve the problem of integration. This paper is about the production and use of OIPs (Object Information Packs) as a part of the construction material product in the form of XML files that include all the technical and commercial data of the product, which might be needed by any discipline in its overall life cycle. This object information pack is neutral and independent of any software application. It is assumed to fit in a building product model at the IFC (resource layer). An example of brick - wall aggregation process is used to demonstrate the capability of the technology and the ability of non computer science experts to use it.
Dieser Beitrag zeigt einen Ansatz, verschiedene numerische Simulationsaufgaben auf ein gemeinsames und durchgängig dreidimensionales Geometriemodell zu gründen. Hinsichtlich der physikalischen Modelle reicht die Bandbreite der hier vorgestellten Anwendungen von einer ganzheitlichen Betrachtung der Gebäudestruktur in der Strukturmechanik über die raumbezogene, hochauflösende Modellierung konvektiver Raumluftströmungen bis hin zur Simulation des thermischen Verhaltens eines ganzen Gebäudes. Das jeweils zugrunde liegende numerische Verfahren setzt dabei auf einem stets gleichen Zwischenmodell der realen Geometrie der Struktur auf, ohne dabei vereinfachende dimensionsreduzierte Modelle anzuwenden. Nachfolgende Werkzeuge werden derzeit im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte an dieses Geometriemodell angeschlossen: Die p-Version der FEM für die Strukturanalyse, ein sog. Mehrzonenmodell für die thermische Gebäudesimulation sowie ein auf dem sog. hybriden thermischen Gitter-Boltzmann-Verfahren (hTLBE) basierender Strömungssimulationscode. Der Import geometrischer wie semantischer Daten eines Bauwerks in das Simulations-Framework erfolgt nach dem Produktmodell der Industry Foundation Classes (IFC), das sich als Quasi-Standard für den Datenaustausch im Bauwesen etabliert hat. Das IFC-Schema dient dabei nicht als Modell zur internen Speicherung von Daten, sondern wird hier als Schnittstelle zur Anbindung unterschiedlicher Programme wie CAD-Anwendungen für Architekten oder anderen Modellierungstools verwendet. Die Implementierung dieser Schnittstelle erfolgt unter Verwendung einer sog. Toolbox, die das Objektschema der IFC auf ein Klassenmodell einer objektorientierten Programmiersprache abbildet und Werkzeuge für den effizienten Objektzugriff zur Verfügung stellt. Damit werden Grenzen zwischen spezialisierten Softwarepaketen, die maßgeschneidert auf spezielle Erfordernisse ausgerichtet sind, aufgebrochen und der Datenaustausch über die Anwendungsgrenzen hinaus unterstützt. Dies ist eine Konsequenz aus einer dem Wunsch nach vernetzt-kooperativen Planung von Bauwerken....
Die Autoren stellen Grundlagen und Methoden zur Erstellung von Ausschreibungen und zur Durchführung der Kalkulation vor, die direkt mit dreidimensionalen Bauteilmodellen arbeiten. Dies trägt dazu bei, den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerkes durchgängig über 3-D-Modelle beschreiben zu können. Im ersten Abschnitt werden grundlegende Überlegungen zum Einsatz von PLM/PDM-Technologien im Bauwesen angestellt. Im Anschluß daran wird die herkömmliche Ausschreibungsmethodik analysiert. Die Unterschiede zwischen einem konventionellen Leistungsverzeichnis und einem dreidimensionalen Bauteilkatalog (Objektdatenbank) hinsichtlich der Datenstruktur werden dargestellt. Hieraus abgeleitet werden Methoden und Prozesse bei der Erstellung einer 3-D-Leistungsbeschreibung entwickelt. Dazu wird eine geeignete Benutzer-Schnittstelle eines dreidimensionalen Bauteilkataloges vorgestellt. Schließlich werden praxisrelevante Probleme bei der Verwendung von Bauteilkatalogen erörtert. Ein wesentlicher Baustein ist die Kalkulation. Hier werden Kalkulationsmethoden basierend auf einem zweidimensionalen Leistungsverzeichnis und einem dreidimensionalen Bauteilkatalog miteinander verglichen. Ergänzt wird dies um Lösungen zur Anbindung von elektronischen Marktplätzen an den Bauteilkatalog zum Zweck der Preisbildung. Schließlich wird ein Ausblick gegeben, wie eine Synthese zwischen dreidimensionalem Bauteilkatalog und textlichen Standard-Leistungsbeschreibungen erreicht werden kann.