56.03 Methoden im Bauingenieurwesen
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This is a paper about knowledge in design and how to elicit knowledge from design processes. The paper is a preparation for an empirical study of interaction in the design process. Reasonings of three authors - Schön, Broadbent and Lundequist - on design processes is presented. They all have a pragmatic perspective in common, and regard the process as an activity without a definite form. Design is seen as an activity of creating models of forms and shapes, by addressing expert knowledge in a dialogic way to problematic situations. Due to the pragmatic approach I find the pragmatist Dewey´s understanding of knowledge and elecitation of knowledge appropiate for studying design processes. According to him it is possible to build up objectified descriptions of experiences, also of such, which are based on experiences of emotional and intuitive nature. There need not be a definite border, which separates tacit knowledge from explicit knowledge - when it comes to the question of the possibility of verbal descriptions. Tacit knowledge is possible to articulate within pragmatic thinking. The conclusion is, that it is possible to study the tacit knowledge of design processes, and get some qualitative insights useful for theory building. A study of design processes can look at three different forms of knowledge. It appears as a precognitive understanding of the design situation, as integrated in the design activity - seeing the situation as something known - and in the process of creating something new.
For modeling of singular fields of stresses and deformations in elasters with a crack is offered to use of three-dimesional a special finite element. Weak compessible of elasters is taken into account on the basis of threefold approximation of fields of displacements, deformations and function of volume change. At intensive cyclic loading of the elastomer constructions with a crack it is necessary to take into account warming and large deformations at the crack top. The stress-deformed state elasters with a crack is determined from the decision of a nonlinear problem by a modified method Newton-Kantorovich. Account stress intensity factors for a rectangular plate with a various arrangement of a through crack is executed. Process of development of a surface crack and dissipative warming in prismatic a element of shift is investigated.
The objective of the joint project 'Life cycle optimised system solutions for densified housing with massive wood technology', short form Basys, was the development and application of an open building system for sustainable construction in a virtual enterprise. Four partners coming from building economy and a university institute developed the building system in a comprehensive planning process. By applying massive wood technology, most requirements of densified housing can be met and individual buildings can be produced on demand.
The aim of this paper is to present so-called discrete-continual boundary element method (DCBEM) of structural analysis. Its field of application comprises buildings constructions, structures and also parts and components for the residential, commercial and un-inhabitant structures with invariability of physical and geometrical parameters in some dimensions. We should mention here in particular such objects as beams, thin-walled bars, strip foundations, plates, shells, deep beams, high-rise buildings, extensional buildings, pipelines, rails, dams and others. DCBEM comes under group of semianalytical methods. Semianalytical formulations are contemporary mathematical models which currently becoming available for realization due to substantial speed-up of computer productivity. DCBEM is based on the theory of the pseudodifferential boundary equations. Corresponding pseudodifferential operators are discretely approximated using Fourier analysis or wavelet analysis. The main DCBEM advantages against the other methods of the numerical analysis is a double reduction in dimension of the problem (discrete numerical division applied not to the full region of the interest but only to the boundary of the region cross section, as a matter of fact one is solving an one-dimensional problem with the finite step on the boundary area of the region), one has opportunities to carrying out very detailed analysis of the specific chosen zones, simplified initial data preparation, simplistic and adaptive algorithms. There are two methods to define and conduct DCBEM analysis developed – indirect (IDCBEM) and direct (DDCBEM), thus indirect like in boundary element method (BEM) applied and used little bit more than direct.
Discrete-continual Finite Element Method of Analysis for Three-dimensional Curvilinear Structures
(2003)
This paper is devoted to discrete-continual finite element method (DCFEM) of analysis for three-dimensional curvilinear structures. Operational and variational formulations of the problem in the ring coordinate system are presented. The discrete-continual design model for structures with constant physical and geometrical parameters in longitudinal direction is offered on the basis of so-called curvilinear discrete-continual finite elements. Element coordinate system, approximation of nodal unknowns, construction of element nodal load vector are under consideration. Element system of differential equations is formulated with use of special generalized block-structured stiffness matrix of discrete-continual finite element. Local differential relations are formulated. Resultant multipoint boundary problem for system of ordinary differential equations is given. Method of analytical solution of multipoint boundary problems in structural analysis is offered as well. Its major peculiarities include universality, computer-oriented algorithm involving theory of distributions, computational stability, optimal conditionality of resultant systems, partial Jordan decomposition of matrix of coefficients, eliminating necessity of calculation of root vectors. Brief information concerning developed software is provided.
The aim of researches conducted within gamsau about urban simulation, in particular Remus project, is to allow rapid modeling of large and regular urban zones, for purpose of interactive navigation (like VRML) or for realistic rendering (ray-tracing methods). One of problems to be solved in this context is the multiplicity of data formats : inputs come from different sources, and outputs are for heterogeneous systems of visualization. Typically CSG and boundary representation must be generated, treated and converted during building of models. Furthermore, the generated models can be more or less refined, depending on requests and type of use. This paper describes the general context of data models conversion, problems concerning levels of detail and implementation done in Remus, based on object oriented approach.
The execution of project activities generally requires the use of (renewable) resources like machines, equipment or manpower. The resource allocation problem consists in assigning time intervals to the execution of the project activities while taking into account temporal constraints between activities emanating from technological or organizational requirements and costs incurred by the resource allocation. If the total procurement cost of the different renewable resources has to be minimized we speak of a resource investment problem. If the cost depends on the smoothness of the resource utilization over time the underlying problem is called a resource levelling problem. In this paper we consider a new tree-based enumeration method for solving resource investment and resource levelling problems exploiting some fundamental properties of spanning trees. The enumeration scheme is embedded in a branch-and-bound procedure using a workload-based lower bound and a depth first search. Preliminary computational results show that the proposed procedure is promising for instances with up to 30 activities.
Modelle und Verfahren zur Planung von langfristigen Bauprojekten unter Kapitalwertgesichtspunkten
(2003)
Langfristige Bauprojekte stellen sowohl aus technischer Sicht als auch unter Planungsgesichtspunkten überaus komplexe Herausforderungen dar. Den laufenden Auszahlungen für Löhne, Materialien und fremdbezogene Dienstleistungen stehen dabei erst nach einiger Zeit Fortschrittszahlungen für abgeschlossene Teilprojekte gegenüber. Die Durchführung eines solchen Projekts kann mithin als Investition angesehen werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Investitionen liegen bei Investitionsprojekten die Zeitpunkte der Ein- und Auszahlungen nicht fest, sondern sind Gegenstand der Planung. Zur Lösung des Annahme- bzw. Auswahlproblems bei Investitionsprojekten unter Sicherheit erfreut sich die Kapitalwertmethode breiter Zustimmung. Nach einer Betrachtung bekannter Ansätze zur Maximierung des Kapitalwerts von Investitionsprojekten unter Annahme eines vollkommenen Kapitalmarktes wird aufgezeigt, wie das vorgestellte Modell zur Kapitalwertmaximierung für den Fall beschränkt verfügbarer Ressourcen bzw. eines beschränkten Kreditrahmens angepasst werden kann. Die Bewertung von Investitionsprojekten auf Grundlage des optimalen Projektkapitalwerts setzt die Kenntnis des anzuwendenden Kalkulationszinsfußes und der maximalen Projektdauer voraus. Da diese Größen a priori nicht bekannt sind, entwickeln wir ein Verfahren zur Bestimmung des Kapitalwerts von Investitionsprojekten als Funktion des Kalkulationszinsfußes und der maximalen Projektdauer. Abschließend zeigen wir, wie die erzielten Resultate zur Entscheidungsunterstützung eines Bauunternehmers genutzt werden können.
Die fachlichen und organisatorischen Aufgaben der Informationsverarbeitung im Prozeß der Bauauftragsrechnung werden als theoretische Grundlage für die Anpassung und Neukonzeption netzverteilter Informationssysteme formal beschrieben. Hierzu erfolgen Untersuchungen von Methoden, Verfahren, Strukturen und Abläufen sowie der in Bauunternehmen angewendeten Informationssysteme. Grundlage einer Modellierungsmethode sind Abstraktionen von Prozeßschritten und Ereignissen in einer Ereignisgesteuerten Prozeßkette, Entitytypen in einem Entity Relationship Model, Funktionsbäume und Organisationseinheiten sowie deren mögliche Relationen. Mit dieser Methodik werden die Prozesse, Informationsdefinitionen, Funktionen und die Organisationsstruktur einzeln modelliert und Relationen zwischen den Modellelementen gebildet. Aus der fachlichen Auswertung der Modelle und Relationen folgen fachgebietsspezifische Prozeßabläufe und Arbeitsumgebungen. Deren Anwendung wird für ein Customizing vorhandener Informationsysteme und bei einer Neuimplementierung betrachtet. Neben einer umfangreichen fachlichen Problemanalyse leistet die Arbeit einen Beitrag zum methodischen Vorgehen bei Neukonzeption baubetrieblicher Informationssysteme.
In this paper, we present an open-source code for the first-order and higher-order nonlocal operator method (NOM) including a detailed description of the implementation. The NOM is based on so-called support, dual-support, nonlocal operators, and an operate energy functional ensuring stability. The nonlocal operator is a generalization of the conventional differential operators. Combined with the method of weighed residuals and variational principles, NOM establishes the residual and tangent stiffness matrix of operate energy functional through some simple matrix without the need of shape functions as in other classical computational methods such as FEM. NOM only requires the definition of the energy drastically simplifying its implementation. The implementation in this paper is focused on linear elastic solids for sake of conciseness through the NOM can handle more complex nonlinear problems. The NOM can be very flexible and efficient to solve partial differential equations (PDEs), it’s also quite easy for readers to use the NOM and extend it to solve other complicated physical phenomena described by one or a set of PDEs. Finally, we present some classical benchmark problems including the classical cantilever beam and plate-with-a-hole problem, and we also make an extension of this method to solve complicated problems including phase-field fracture modeling and gradient elasticity material.
In this study, we propose a nonlocal operator method (NOM) for the dynamic analysis of (thin) Kirchhoff plates. The nonlocal Hessian operator is derived based on a second-order Taylor series expansion. The NOM does not require any shape functions and associated derivatives as ’classical’ approaches such as FEM, drastically facilitating the implementation. Furthermore, NOM is higher order continuous, which is exploited for thin plate analysis that requires C1 continuity. The nonlocal dynamic governing formulation and operator energy functional for Kirchhoff plates are derived from a variational principle. The Verlet-velocity algorithm is used for the time discretization. After confirming the accuracy of the nonlocal Hessian operator, several numerical examples are simulated by the nonlocal dynamic Kirchhoff plate formulation.
The effectiveness of working processes accomplished by various technological machines to a large extend depends on working quality of supply, transporting and orientating mechanisms which are very often produced as positional hydro-mechanical systems. The choice of their best type and regimes of work requires construction and analysis of models of their optimum steering which are complicated by nonlinearness, multy-criterialness of problem and also by occasional outbreaks of parameters and moments of steering regime changing. It was developed the common structure of such systems allowing within common scheme to vary the complexity degree of PHMS and the methods of inhibitory efforts supplement. For some systems which are complicated in series (from two-measured linear system to nine-measured non-linear) puzzles of the most fast zero-ambit getting are solved and two-criterial problems are analyzed. (T-min-speed, Z(T)- accuracy). There are suggested the computing procedures of optimum PHMS synthesis. The effectiveness of accepted methods of solving is asserted by the analogy of the results of gradually complicated models investigation and by their good analogy with the natural experiment. It was exposed the sense of heuristic methods of improving of approximately optimum steering, their elaboration on the base of theoretical models. The basic methods of optimum PGMS construction were also nominated.
Einsatz internetbasierter Projektplattformen im Bereich der Bauausführung - "Digitales Bautagebuch"
(2003)
Der Einsatz internetbasierter Projektplattformen in der Bauausführung wurde bisher kaum thematisiert. Die typischen Vorteile des Einsatzes solcher Werkzeuge, wie etwa die Unterstützung kooperativer, geographisch und zeitlich verteilter Prozesse, scheinen für diesen Einsatzbereich nicht so offensichtlich zu sein wie für den Bereich der Gebäudeplanung. Vor dem Hintergrund der anhaltend problematischen Situation der Bauwirtschaft und der Tatsache, dass im Bereich der Bauausführung oftmals die wesentlichen Ursachen für einen unplanmäßigen Ablauf von Bauprojekten oder ein Verfehlen von Kosten-, Termin- oder Qualitätszielen zu finden sind, kommt diesen Anwendungen eine große Bedeutung zu. Im Rahmen eines größeren Forschungsprojektes des BMWi (TK3 GIT Siegen / Projektträger PTJ-BEO) wurde unter dem Arbeitstitel >Digitales Bautagebuch< ein ausführungsorientiertes Modul für eine schon in den Planungsphasen des Projektes eingesetzte Projektplattform entwickelt. Dabei wurde projektbegleitend eine Umgebung implementiert, welche sowohl die Bauleitung bei ihrer täglichen Arbeit unterstützt als auch Entscheidungsträgern und anderen Projektbeteiligten einen schnellen Überblick über den Stand der Arbeiten ermöglicht. Dieser Beitrag setzt sich mit dem Einsatz internetbasierter Projektplattformen im Bereich der Bauausführung auseinander und beschreibt deren Möglichkeiten unter Einbringung der Erfahrungen aus der Anwendung im Bauprojekt TK3 GIT Siegen.
We present recent developments of adaptive wavelet solvers for elliptic eigenvalue problems. We describe the underlying abstract iteration scheme of the preconditioned perturbed iteration. We apply the iteration to a simple model problem in order to identify the main ideas which a numerical realization of the abstract scheme is based upon. This indicates how these concepts carry over to wavelet discretizations. Finally we present numerical results for the Poisson eigenvalue problem on an L-shaped domain.
Die Technische Gediminas Universität Vilnius, Lehrstuhl Technologie der Bauproduktion und die Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig, Lehrbereich Baubetrieb, haben sich seit mehreren Jahren mit den Problemen der mehrkriteriellen Entscheidung im Bauwesen befasst. Auf Grund der unterschiedlichen Herangehensweise werden für numerische Lösungen auch unterschiedliche Methoden benutzt. Das gemeinsame Ziel war immer eine optimale Variantenauswahl für baubetriebliche Produktionsprozesse. Zur Unterstützung der numerischen Lösungen wurde gemeinsam das EDV-Programm LEVI entwickelt, welches heute wahlweise als deutschsprachige oder englischsprachige Version genutzt werden kann. Die Beschreibung der zu lösenden Probleme erfolgt in Form einer Matrix. Diese enthält die Varianten (Zeilen) und die Kriterien (Spalten). Dabei sind die Varianten Ausdruck einer Menge real existierender Situationen für ein Problem. Alle betrachteten Varianten werden durch die gleichen Kriterien bewertet. Da die Kriterien gewöhnlich unterschiedliche Dimensionen besitzen, ist ihre Wirksamkeit nicht direkt miteinander vergleichbar. Eine Ausnahme bildet die Bewertung mit einem Punktsystem. Diese beinhaltet jedoch in hohem Maße subjektive Einflüsse und sollte daher nur in Ausnahmefällen benutzt werden. Um die Schwierigkeiten der unterschiedlichen Dimensionen für die verschiedenen Kriterien zu umgehen, wird das Verhältnis zum jeweiligen Optimalwert gebildet. Damit werden gleichzeitig die Diskrepanzen, die durch die unterschiedlichen Größenordnungen der Optimalwerte entstehen, beseitigt. Für das Verhältnis des Funktionswertes zum Optimalwert existieren unterschiedliche Auffassungen. Es muss an dieser Stelle bemerkt werden, dass mit der Entscheidung über die Art des Verhältnisses zum Optimalwert auch die Lösung beeinflusst werden kann. Untersuchungen über solche Auswirkungen sind noch nicht abgeschlossen, so dass im Augenblick nur vorläufige Ergebnisse genannt werden können. Von den bekannten Transformationsmethoden benutzen die Verfasser die vektorwertige Transformation, die lineare Transformation, die relative Abweichung und eine nichtlineare Transformation. Dadurch erfolgt eine Abbildung auf das Intervall [1 ; 0 ] bzw. [ 1 ; ~ 0 ]. Für die Lösungsmethoden erfolgt eine Unterscheidung in eine einseitige oder zweiseitige Fragestellungen. Während die einseitige Fragestellung auf die Bestimmung einer Rangfolge orientiert, berechnet die zweiseitige Fragestellung ein spieltheoretisches Gleichgewicht als Ausdruck eines rationalen Verhaltens von zwei entgegengesetzten Interessengruppen und Lösungen für Spiele gegen die Natur. In Anlehnung an das statische Gleichgewicht messen die Verfasser dem spieltheoretischen Gleichgewicht für die Dimensionierung baubetrieblicher Produktionsprozesse eine besondere Bedeutung zu. Bisherige Anwendungen konzentrieren sich auf die optimale Auswahl im Wohnungsbau, die Auswahl von Konstruktionsvarianten, die Auswahl von Montagevarianten, den Einsatz von Wärmedämmstoffen u.a. Für die Dimensionierung von Produktionsprozessen mit Serienproduktion wurde eine Lösung mit einer gewichteten Matrix vorgeschlagen.
Many construction and facilities management Web sites can be found on the Internet. The interested parties on construction and facilities management Web sites can find databases of best practices, calculators, analyzers, software, expert and decision support systems, neural networks, etc. Technological innovation mainly through changes in the availability of information and communication technology inclusive databases of best practices, calculators, analyzers, software, neural networks, decision support and expert systems that have been provided by a variety of new services developed by the construction and facilities management sectors. Most of all calculators, analyzers, software, decision support and expert systems, neural networks and on-line systems seek to find out how to make the most economic decisions and most of all these decisions are intended only for economic objectives. Alternatives under evaluation have to be evaluated not only from the economic position, but take into consideration qualitative, technical, technological and other characteristics as well. Based on the analysis of the existing calculators, analyzers, information, expert and decision support systems, neural networks and in order to determine most efficient versions of best practices a Decision Support Web-Based System for Construction Innovation (IDSS) was developed by Vilnius Gediminas Technical University.
Civil engineering decision support systems (construction, building life cycle, refurbishment, total quality management, innovation, etc.) created in Lithuania are described in this paper. The above decision support systems comprise of the following constituent parts: data (database and its management system), models (model base and its management system) and a user interface. Presentation of information in databases may be in conceptual (digital, textual, graphical, photographic, video) and quantitative forms. Quantitative information presented involves criteria systems and subsystems, units of measurement, values and initial weight fully defining the variants provided. The databases were developed providing a multiple criteria analysis of alternatives from economical, infrastructure, technical, technological, qualitative, legislative, social and other perspectives. This information is provided in a user-oriented way. Since the analysis of alternatives is usually performed by taking into account economical, infrastructure, technical, technological, qualitative and other factors, a model-base include models which enable a decision maker to carry out a comprehensive analysis of the variants available and make a proper choice. These systems, related questions and practical case study were analysed the paper.
To support research in the building sector and in order to help it move towards a new digital economy, the European Commission under the 5th Framework initiative, especially the IST programme, funded various RTD projects. The opportunity to bring these IST projects together was acknowledged so that stronger links can be created under a clustering umbrella and that, moreover, links of those projects with their RTD environment could be facilitated. This has been the objective of work carried out within the ICCI (IST-2001-33022) Cluster project. This paper introduces the main aims and objectives of the project, and then presents its principal outcomes. In a second part, it synthesises the underlying concepts, technology and tools that will make ICT-based Construction a reality in a near future, and gives recommended actions for the industry, the EC and the Construction ICT R&D in Europe, giving some benefit of this project experience to the three communities.
We present an algebraically extended 2D image representation in this paper. In order to obtain more degrees of freedom, a 2D image is embedded into a certain geometric algebra. Combining methods of differential geometry, tensor algebra, monogenic signal and quadrature filter, the novel 2D image representation can be derived as the monogenic extension of a curvature tensor. The 2D spherical harmonics are employed as basis functions to construct the algebraically extended 2D image representation. From this representation, the monogenic signal and the monogenic curvature signal for modeling intrinsically one and two dimensional (i1D/i2D) structures are obtained as special cases. Local features of amplitude, phase and orientation can be extracted at the same time in this unique framework. Compared with the related work, our approach has the advantage of simultaneous estimation of local phase and orientation. The main contribution is the rotationally invariant phase estimation, which enables phase-based processing in many computer vision tasks.
The design of building projects involves several types of resources such as architects, structural engineers, mechanical engineers, electrical engineers, and draftsmen, among others. For design firms to stay in business in this very competitive market, they need to manage their resources in a way that improves productivity and cost effectiveness. This task, however, is not simple and requires thorough analysis of process-level operations, resource use, and productivity. Typically, these operational aspects are the responsibility of the design office manager who assigns available resources to the different design projects to save time and lower design expenses. It is noted that limited studies have been carried out in the literature to model overall organizational operations and behavioral aspects, particularly in firms specialized in the design of building projects. In an effort to simplify the modeling process, a simplified modeling and simulation tool is used in this research. A simulation model representing an actual design office was developed assuming that the office performs designs for small, medium, and large size building projects. The developed model was used to simulate several alternatives and examine various resource assignment strategies. The simulation was conducted over ten years and the resulting productivity and income was measured.
In this paper, a circulation-type society is expressed by recurrent architecture network described with multi-agent model which consists of the following agents: user, builder, reuse maker, fabricator, waste disposer, material maker and earth bank (see Fig.1). Structural members, materials, resources and monies move among these agents. Each agent has its own rules and aims, regarding structural damages, lifetime, cost reduction, numbers of structural members and structural systems. Reasonable prices of members (fresh, reused, recycled and disposed) can be optimized by GAs in this system considering equal distribution of monies among agents.
Communication software and distributed applications for control and building performance simulation software must be reliable, efficient, flexible, and reusable. This paper reports on progress of a project, which aims to achieve better integrated building and systems control modeling in building performance simulation by run-time coupling of distributed computer programs. These requirements motivate the use of the Common Object Request Broker Architecture (CORBA), which offers sufficient advantage than communication within simple abstraction. However, set up highly available applications with CORBA is hard. Neither control modeling software nor building performance environments have simple interface with CORBA objects. Therefore, this paper describes an architectural solution to distributed control and building performance software tools with CORBA objects. Then, it explains how much the developement of CORBA based distributed building control simulation applications is difficult. The paper finishes by giving some recommendations.
This paper presents an evaluation system for steel structures of hydroelectric power stations, including hydraulic gates and penstocks, based on Fault Tree Analyasis (FTA) and performance maps. This system consists of fault tree diagrams of FTA, performance maps, design and analysis systems, and engineerin databases. These four modules are integrated by appropriate hyperlinks so that the user of this system can use it easily and seamlessly. A well developed system was applied to some illustrative example cases, and they showed that the developed methodology and system worked well and the users found the system useful and effective for their maintenance tasks at powerstations.
This paper presents a new design environment based on Multi-Agents and Virtual Reality (VR). In this research, a design system with a virtual reality function was developed. The virtual world was realized by using GL4Java, liquid crystal shutter glasses, sensor systems, etc. And the Multi-Agent CAD system with product models, which had been developed before, was integrated with the VR design system. A prototype system was developed for highway steel plate girder bridges, and was applied to a design problem. The application verified the effectiveness of the developed system.
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.
The application of partly decoupled approach by means of continuum mechanics facilitates the calculation of structural responses due to welding. The numerical results demonstrate the ability of a qualitative prediction of welded connections. As it is intended to integrate the local effects of a joint in structural analysis of steel constructions, it is necessary to meet higher approaches towards quality. The wide array of material parameters are presented, which are affecting the thermal, metallurgical and mechanical behavior, and which have to be identified. For that purpose further investigations are necessary to analyze the sensitivity of the models towards different material properties. The experimental determination of every material parameter is not possible due to the extraordinary laborious efforts needed. Besides that, experimentally identified parameters can be applied only for the tested steel quality for measured temperature-time regimes. For that reason alternative approaches for identification of material parameters, such as optimization strategies, have to be applied. After a definition of material parameters a quantitative prediction of welded connections will also be possible. Numerical results show the effect of phase transformation, activated by welding process, on residual stress state. As these phenomena occur in local areas in the range of crystal and grain sizes, the description of microscopic phenomena and their propagation on a macroscopic level due to approaches of homogenization might be expedient. Nevertheless, one should bear in mind, the increasing number of material parameters as well as the complexity of their experimental determination. Thus the microscopic approach should always be investigated under the scope of ability and efficiency of a required prediction. Under certain circumstances a step backwards, adopting a phenomenological approach, also can be beneficial.
The analysis of the response of complex structural systems requires the description of the material constitutive relations by means of an appropriate material model. The level of abstraction of such model may strongly affect the quality of the prognosis of the whole structure. In context to this fact, it is necessary to describe the material in a convenient sense as exact but as simple as possible. All material phenomena of crystalline materials e.g. steel, affecting the behavior of the structure, rely on physical effects which are interacting over spatial scales from subatomic to macroscopic range. Nevertheless, if the material is microscopically heterogenic, it might be appropriate to use phenomenological models for the purpose of civil engineering. Although constantly applied, these models are insufficient for steel materials with microscopic characteristics such as texture, typically occurring in hot rolled steel members or heat affected zones of welded joints. Hence, texture is manifested in crystalline materials as a regular crystallographic structure and crystallite orientation, influencing macroscopic material properties. The analysis of structural response of material with texture (e.g. rolled steel or heat affected zone of a welded joint) obliges the extension of the phenomenological material description of macroscopic scale by means of microscopic information. This paper introduces an enrichment approach for material models based on a hierarchical multiscale methodology. This has been done by describing the grain texture on a mesoscopic scale and coupling it with macroscopic constitutive relations by means of homogenization. Due to a variety of available homogenization methods, the question of an assessment of coupling quality arises. The applicability of the method and the effect of the coupling method on the reliability of the response are presented on an example.
Analysis of the reinforced concrete chimney geometry changes and their influence on the stresses in the chimney mantle was made. All the changes were introduced to a model chimney and compared. Relations between the stresses in the mantle of the chimney and the deformations determined by the change of the chimney's vertical axis geometry were investigated. The vertical axis of chimney was described by linear function (corresponding to the real rotation of the chimney together with the foundation), and by parabolic function (corresponding to the real dislocation of the chimney under the influence of the horizontal forces - wind). The positive stress pattern in the concrete as well as the negative stress pattern in the reinforcing steel have been presented. The two cases were compared. Analysis of the stress changes in the chimney mantle depending on the modification in the thickness of the mantle (the thickness of the chimney mantle was altered in the linear or the abrupt way) was carried out. The relation between the stresses and the chimney's diameter change from the bottom to the top of the chimney was investigated. All the analyses were conducted by means of a specially developed computer program created in Mathematica environment. The program makes it also possible to control calculations and to visualize the results of the calculations at every stage of the calculation process.
TOOL TO CHECK TOPOLOGY AND GEOMETRY FOR SPATIAL STRUCTURES ON BASIS OF THE EXTENDED MAXWELL'S RULE
(2006)
One of the simplest principle in the design of light-weight structures is to avoid bending. This can be achieved by dissolving girders into members acting purely in axial tension or compression. The employment of cables for the tensioned members leads to even lighter structures which are called cable-strut structures. They constitute a subclass of spatial structures. To give fast information about the general feasibility of an architectural concept employing cable-strut structures is a challenging task due to their sophisticated mechanical behavior. In this regard it is essential to control if the structure is stable and if pre-stress can be applied. This paper presents a tool using the spreadsheet software Microsoft (MS) Excel which can give such information. Therefore it is not necessary to purchase special software and the according time consuming training is much lower. The tool was developed on basis of the extended Maxwell's rule, which besides topology also considers the geometry of the structure. For this the rank of the node equilibrium matrix is crucial. Significance and determination of the rank and the implementation of the corresponding algorithms in MS Excel are described in the following. The presented tool is able to support the structural designer in an early stage of the project in finding a feasible architectural concept for cable-strut structures. As examples for the application of the software tool two special cable-strut structures, so called tensegrity structures, were examined for their mechanical behavior.
Projektsteuerung gewinnt als Aufgabenfeld bei der Realisierung von Investitionsprojekten ständig an Bedeutung. Zur Bewältigung der umfangreichen und komplizierten Aufgaben des Projektsteuerers wird zunehmend Software angeboten und genutzt. Dabei ist feststellbar, daß von einer integrierten Projektsteuerung unter Berücksichtigung der Kriterien Leistung, Termin und Kosten nicht gesprochen werden kann, weil wesentliche theoretische und praktische Voraussetzungen fehlen. Im Beitrag werden Defizite der praktizierten Vorgehensweise und Lösungsansätze für eine integrierte rechnergestützte Projektsteuerung vorgestellt. Durch geeignete Formen der Projektstrukturierung und eine Kopplung auf dem Mark befindlicher Standardsoftware können geeignete Lösungen gefunden werden. Problempunkte dabei stellen die Schnittstellen zwischen den Anwenderprogrammen die Datenbeschaffung und -verwaltung sowie geeignete Verfahren zur Kostenermittlung und -verfolgung dar. Im Beitrag werden eine bereits praktizierte und eine in Entwicklung befindliche Lösung vorgestellt.
Nodal integration of finite elements has been investigated recently. Compared with full integration it shows better convergence when applied to incompressible media, allows easier remeshing and highly reduces the number of material evaluation points thus improving efficiency. Furthermore, understanding it may help to create new integration schemes in meshless methods as well. The new integration technique requires a nodally averaged deformation gradient. For the tetrahedral element it is possible to formulate a nodal strain which passes the patch test. On the downside, it introduces non-physical low energy modes. Most of these "spurious modes" are local deformation maps of neighbouring elements. Present stabilization schemes rely on adding a stabilizing potential to the strain energy. The stabilization is discussed within this article. Its drawbacks are easily identified within numerical experiments: Nonlinear material laws are not well represented. Plastic strains may often be underestimated. Geometrically nonlinear stabilization greatly reduces computational efficiency. The article reinterpretes nodal integration in terms of imposing a nonconforming C0-continuous strain field on the structure. By doing so, the origins of the spurious modes are discussed and two methods are presented that solve this problem. First, a geometric constraint is formulated and solved using a mixed formulation of Hu-Washizu type. This assumption leads to a consistent representation of the strain energy while eliminating spurious modes. The solution is exact, but only of theoretical interest since it produces global support. Second, an integration scheme is presented that approximates the stabilization criterion. The latter leads to a highly efficient scheme. It can even be extended to other finite element types such as hexahedrals. Numerical efficiency, convergence behaviour and stability of the new method is validated using linear tetrahedral and hexahedral elements.
In displacement oriented methods of structural mechanics may static and dynamic equilibrium conditions lead to large coupled nonlinear systems of equations. In many cases they are solved iteratively utilizing derivatives of Newton's method. Alternatively, the equations may be expressed in terms of the Karush-Kuhn-Tucker conditions of an optimization problem and, therefore, may be solved using methods of mathematical programming. To begin with, the work deals with the fundamentals of the formulation as optimization problem. In particular, the requirements of material nonlinearity and contact situations are analyzed. Proximately, an algorithm is implemented which utilizes the usually sparse structure of the Hessian matrix, whereby particularly the convergence behaviour is analyzed and adjusted. The implementation was tested using examples from statics and dynamics of large systems. The results are verified considering the accuracy comparing alternative solutions (e.g. explicit methods). The potential areas of application is shown and the efficiency of the method is evaluated.
Während des Entwurfs- und Herstellungsprozesses eines architektonischen Objektes wird eine Menge organisatorischer, projektbezogener Daten zusammengetragen (z.B. Namen und Adressen von Bauherren, Firmen, Architekten, Ingenieuren, Behörden, die Art ihrer Beteiligung, Schriftverkehr). Diese Daten werden während dieses Prozesses mehrere Male verwendet, jedoch in unterschiedlichen Zusammenhängen, durch unterschiedliche Nutzer und von verschiedenen Anwendungen. Demzufolge ist eine geeignete Datenmodellierung und Datenverwaltung erforderlich, die diesen Aspekten gerecht wird. Der vorliegende Beitrag beschreibt ein Programm, welches die verschiedenen Formen der Projektdaten integriert, die Adreß-, Projekt- und Dokumentenverwaltung übernimmt, Projektinformationsdienstleistungen anbietet und Büroabläufe unterstützt.
Subject of the paper is the realisation of a model based efficiency control system for PV generators using a simulation model. A standard 2-diodes model of PV generator is base of the ColSim model, which is implemented in ANSI C code for flexible code exporting. The algorithm is based on discretisized U-I characteristics, which allows the calculation of string topologies witch parallel and serial PV cells and modules. Shadowing effects can be modelled down to cell configuration using polar horizon definitions. The simulation model was ported to a real time environment, to calculate the efficiency of a PV system. Embedded System technology allows the networked operation and the integration of standard I/O devices. Futher work focus on the adaption of shadowing routine, which will be adapted to get the environment conditions from the real operation.
Am Fraunhofer ISE wurde in den letzten Jahren die Simulationsumgebung ColSim entwickelt, die sich speziell zur Untersuchung von Regelungssystemen in Gebäudeenergieversorgungssystemen eignet. Zielsetzung des Designs ist die Umsetzung des simulationsbasierten Regelungsentwurfs, der einen unmittelbaren Einsatz der Regelungsmodule auf sog. Enbedded Systems gestattet. Das Simulationswerkzeug zeichnet sich durch die modulare offene Struktur aus, die eine flexible Erweiterung ermöglicht (vgl. TRNSYS [1]). Die Implementierung erfolgte im genormten ANSI-C Code, der einen plattform- unabhänigen Einsatz gewährleistet. Entwicklungsplattform stellt derzeit ein Linux Cluster dar, als Zielplattform wurden bisher sowohl eingebettete Industrie-PCs wie auch klassische Micro- controller Boards verwendet. Die Entwurfsmethode wird anhand einer Systemregelung für eine solarthermische Anlage mit 120m2 Kollektorfläche (SolarThermie2000 Anlage) demonstriert, bei der ein vernetztes Regelungssystem mit Internet-Integration zum Einsatz kommt. Das Regelungssystem verfügt seinerseits über ein Betriebssystem (schlankes embedded linux system), das die Kommunikation nach aussen gestattet. Das Regelungssystem vefügt somit über Klima- bzw Strahlungsdaten, die für den Regelungsprozess von Bedeutung sind. Die externen Informationen können einerseits zur >Einsparung< von Sensorik genutzt werden, andererseits gestatten sie den Einsatz von prädiktiver Regelungsmethodik, um den fossilen (Nachheiz-) Energieeinsatz zu minimieren. Mit Hilfe von simulationstechnischen Systemstudien kann ein adaptives Verhalten des Regelungssystems erprobt werden, das eine selbstständige Strecken- identifikation realieren kann. Beispielsweise soll beim näher beschriebenen solarthermischen System die Totzeit bestimmt werden, die sich infolge der Verrohrung zwischen Speicher und Entladegruppe ergibt. Der Betrieb der Entlade- pumpe wird einerseits in Abhängigkeit der Verfügbarkeit des Pufferwassers erfolgen, andererseits in Abhängigkeit des erwarteten Zapfvolumens durch den Verbraucher. Die vernetzten Regelungssysteme, die auf Basis der Simulationsmodelle ent- wickelt werden, sollen künftig die gesamte Energieflußanalyse des Gebäudes realisieren, wobei eine transparente Darstellung des Systemverhaltens auf Basis einer Internet Visualisierung erfolgt. Der Betreiber und Nutzer wird unmittel- bar durch die Online Dienste (SMS,Email,Fax) über das (fehlerhafte) Anlagen- verhalten informiert. Gerade die sensitiven regenerativen Systeme neigen durch ihre Komplexität zu Störungen, die oftmals nicht erkannt werden, weil die konventionellen Teilsysteme (z.B. Ergasbrenner) den Ausfall in der Regel >kompensieren<.
Die meisten Insolvenzen in Deutschland kommen aus der Bauindustrie. Die Gründe hierfür sind vielschichtig, jedoch kann mittels eines modern ausgerichteten M-I-S und Baustellen-Controllings frühzeitig erkannt werden, wie sich die Baustellenergebnisse entwickeln. Hierzu ist es notwendig, dass die Arbeitskalkulation ständig auf dem Laufenden gehalten wird. Nur wenn dies geschieht, sind monatliche Soll-/ Ist-Vergleiche und eine Betrachtung der cost-to-complete möglich und sinnvoll. Eine monatlich rollierende Prognose des Baustellenergebnisses zum Bauende ermöglicht, dass gravierende Veränderungen des Ergebnisses umgehend aufgedeckt werden. Nur in Kenntnis dieser Entwicklungen kann das Management frühzeitig (im Sinne eines Frühwarnsystems) agieren und Steuerungsmaßnahmen ergreifen. Die Ergebnisprognose zum Bauende ist allein als Steuerungsinstrument nicht ausreichend. Die Finanzsituation der Baustelle muß auch regelmäßig geprüft werden, d.h. der Leistungsstand mit der Rechnungsstellung an den Bauherren abgeglichen sowie die unbezahlten Rechnungen des Bauherren überprüft werden. Das beste Prognoseergebnis ist wertlos, wenn der Bauherr seine bezogenen Leistungen nicht vergütet. Die wirtschaftlichen Daten stehen den Verantwortlichen online im Baustellen-Informations-System (B-I-S) zur Verfügung. Ein Ampelsystem verdeutlicht die wirtschaftliche Lage der Baustelle.
Einsatz eines Dokumenten - Management - Sytems (DMS) für Eingangsrechnungen in Bauunternehmen
(2003)
Die Aug. Prien Bauunternehmung hat im Jahre 2001/2002 ein DMS eingeführt. Die Gründe dafür waren, dass die Aufbewahrungsfristen von sechs auf zehn Jahre erhöht wurden, man die Abläufe in der Verwaltung straffen und die Postwege von und zu großen Baustellen sparen wollte. Die Einführung des Systems dauerte sechs Monate. Die Zusammenarbeit mit den externen Beratern wurde a-typisch gestaltet: kein Pflichtenheft (sondern Projektbeschreibung) und keinen festen Preis (sondern Budgetrahmen). Die aufkommenden Fragen und Probleme konnten in ständigen Feed-Back-Schleifen zwischen den Anwendern, dem Projektleiter und den externen Programmierer gelöst werden. Interne Widerstände konnten durch Durchsetzungswillen als auch Eingehen auf die Einwände überwunden werden. Bei der Programmierung des Systems wurde darauf geachtet, dass die Handhabung für die Anwender so einfach wie möglich gestaltet wurde. Mit der Einführung des Systems zeichnen fast alle Anwender (>90%) ihre Rechnungen am Bildschirm ab - ob in der Zentrale oder draußen auf der Baustelle. Die Bauleiter auf den Baustellen können sich über eine ISDN-Leitung auf einen Terminal-Server in der Zentrale einwählen und dann so wie im Büro arbeiten. Bereits archivierte Rechnungen können sich die Anwender jederzeit über das firmeninterne Baustellen-Informations-System (B-I-S) wieder aufrufen. Die Rechnungskontrolle braucht nicht mehr die Belege in Bauleiter-Mappen sortieren, weiß jederzeit wo eine Rechnung zur Bearbeitung liegt und bekommt nur noch die geänderten Rechnungen zur Bearbeitung (alle anderen gehen direkt in den automatischen Zahlungslauf). Durch die Einführung des Systems konnte eine Person in der Rechnungskontrolle eingespart werden. Der Return on Invest (ROI) liegt bei 1,4 Jahren, was ein guter Wert ist. Zwischenzeitlich werden weitere Belege gescannt.
Organisational and human issues have been highlighted, among other issues (ICT infrastructures, legal and contractual, etc.), as key elements in enhancing the competitiveness of the construction sector. More specifically, the importance of human resources has been recognised, especially training and professional development, in order to cultivate a stable workforce. The paper provides a review of the key training needs for the construction sector with particular reference to the uptake and exploitation of new technologies and working practices, presents an action plan to address learning and training needs, and proposes an eight-stage iterative learning and training methodology. The results will be of particular interest to managers in stakeholder organisations of all sizes throughout the sector, plus academic and research bodies intending to continue construction ICT research.
Die zunehmend erforderliche Kooperation verschiedener Beteiligter unterschiedlicher Fachbereiche und der Einsatz hochspezialisierter Fachapplikationen in heterogenen Systemumgebungen unterstreichen die Bedeutung und Notwendigkeit neuer Konzepte und Möglichkeiten zur Schaffung einer computergestützten Integrationsebene. Ziel einer computergestützten Integrationsebene ist die Verbesserung der Kooperation und Kommunikation unter den Beteiligten. Grundlage dafür ist die Etablierung eines effizienten und fehlerfreien Daten- und Informationsaustausches zwischen den verschiedenen Fachplanern und -applikationen. Die Basis für die Datenintegrationsebene bildet ein digitales Bauwerksmodell im Sinne eines >virtuellen Bauwerks<, welches alle relevanten Daten und Informationen über ein zu planendes oder real existierendes Bauwerk zur Verfügung stellt. Bei der Verwirklichung einer Bauwerksmodell-orientierten Datenintegrationsebene und deren Modellverwaltung erweist sich speziell die Definition des Bauwerksmodells also die Spezifikation der relevanten auszutauschenden Daten als äußerst komplex. Der hier vorzustellende Relationen-orientierte Ansatz, d.h. die Realisierung des Daten- und Informationsaustauschs mittels definierter Relationen und Beziehungen zwischen dynamisch modifizierbaren Domänenmodellen, bietet Ansätze zur: * Verringerung und Beherrschung der Komplexität des Bauwerksmodells (Teilmodellbildung) * Realisierung eines effizienten Datenaustauschs (Relationenmanagement) Somit stellt der Relationenorientierte Ansatz einen adäquaten Lösungsweg zur Modellierung eines digitalen Bauwerksmodells als Datenintegrationsebene für den Lebenszyklus eines Bauwerkes dar.
The processes in the life cycle of buildings are characterised by highly distinct teamwork. The integration of all the distributed working participants, by providing an environment, which especially supports the communication and collaboration between the actors, is a fundamental step to improve the efficiency of the involved processes and to reduce the total costs. In this article, a link based modelling approach and its “intelligent” link management is introduced (1). This approach realises an integration environment based on a special building model that acts as a decision support system. The link-based modelling is characterised by the definition and specialisation of links between partial models. These intelligent managed links enable a very flexible and task specific data access and exchange between all the different views and partial models of the participants.
Bauprojekte sind in immer stärkerem Maße durch räumlich verteilt und zeitlich variant tätige hochspezialisierte Fachplaner auf Basis stark differenzierter Hard- und Softwaresysteme gekennzeichnet. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit einer durchgängig computergestützten prozeßübergreifenden Informationsbereitstellung. Eine deklarativ orientierte integrierte Arbeits- und Planungsumgebung auf Basis eines digitalen Bauwerksmodells bietet das Potential zur Realisierung des erforderlichen Informationsaustausches. Der im Sonderforschungsbereich 524 entwickelte verknüpfungsbasierte Bauwerksmodellierungsansatz stellt einen derartigen Ansatz dar und bietet adäquate Möglichkeiten zur Modellintegration und zur modellübergreifenden Navigation im Gesamtdatenbestand auf Basis dynamisch manipulierbarer Verknüpfungen zwischen Modellelementen. Die Erstellung von Verknüpfungen stellt einen komplizierten Prozeß dar. Um ein effizientes dynamisches Definieren von Verknüpfungstypen zu gewährleisten sind unterstützende Tools im Sinne eines intelligenten Verknüpfungsmanagements notwenig. Die Hauptaufgabe dieser Hilfsmittel besteht darin, die Partialmodelle zielgerichtet zu analysieren und entsprechende Vorschläge für die Elemente eines Verknüpfungstyps zu generieren und diese auch entsprechend zu verarbeiten. Hierzu wird ein regelbasierter Ansatz mit Visualisierungsmethoden zur Erhöhung der Transparenz des Verknüpfungsmanagements kombiniert. Die Wissensbasis stellt dabei das objektorientiert strukturiert vorgehaltene Domänenwissen in den jeweiligen Partialmodellen dar. Der deklarativen Wissensabbildung folgend steht zur Erkennung von Zusammenhängen zwischen Elementen verschiedener Partialmodelle ein explizit definierter und extern vorgehaltener Regelapparat zur Verfügung. Am Beispiel einer 3D-Visualiserung der Elemente eines Partialmodells Architektur werden die entwickelten Konzepte evaluiert.
Den Gegenstand der Dissertation bilden die Konzeption und die exemplarische Realisierung eines verknüpfungsbasierten Bauwerksmodellierungsansatzes zur Schaffung einer integrierenden Arbeits- und Planungsumgebung für den Lebenszyklus von Bauwerken. Die Basis der Integration bildet ein deklarativ ausgerichteter Bauwerksmodellverbund bestehend aus abstrahierten, domänenspezifischen Partialmodellen. Auf Grund der de facto existierenden Dynamik im Bauwerkslebenszyklus werden sowohl der Bauwerksmodellverbund als auch die einzelnen Partialmodelle dynamisch modifizierbar konzipiert und auf Basis spezieller Modellverwaltungssysteme technisch realisiert. Die Verständigung innerhalb der vorgeschlagenen Gesamtbauwerksmodellarchitektur basiert auf anwenderspezifisch zu erstellenden Verknüpfungen zwischen den Partialmodellen und wird im Sinne einer hybriden Modellarchitektur durch eine zentrale, die Verknüpfungen verwaltende Komponente koordiniert. Zur Verwaltung und Abarbeitung der Verknüpfungen wird der Einsatz von Softwareagenten im Rahmen eines Multiagentensystems vorgeschlagen und diskutiert.
Modern distributed engineering applications are based on complex systems consisting of various subsystems that are connected through the Internet. Communication and collaboration within an entire system requires reliable and efficient data exchange between the subsystems. Middleware developed within the web evolution during the past years provides reliable and efficient data exchange for web applications, which can be adopted for solving the data exchange problems in distributed engineering applications. This paper presents a generic approach for reliable and efficient data exchange between engineering devices using existing middleware known from web applications. Different existing middleware is examined with respect to the suitability in engineering applications. In this paper, a suitable middleware is shown and a prototype implementation simulating distributed wind farm control is presented and validated using several performance measurements.
In der jüngeren Vergangenheit haben die Entwicklungen von neuen Programmen und der Rechentechnik zu radikalen Veränderungen in den Methoden der Berechnung von ingenieurtechnischen Bauten geführt. An erster Stelle sind hier die Matrizenmethoden für notwendige Berechnungen der Aufgaben anzuführen, welche eine kompakte und allgemeine Form der Aufschreibung von Gleichungen gestatten und geeignet für die Bearbeitung an Computern sind. Die elektronischen Maschinen wurden damit befähigt nicht nur Systeme linear-algebraischer Gleichungen mit hundert oder tausend von Unbekannten zu lösen, sonder auch die Bearbeitung von Differentialgleichungen, sowie die Formierung dieser Gleichungen zu übernehmen. Damit übernehmen die Computer den Grossteil des Prozesses der Berechnung und der Projektierung einer Konstruktion. Zweifellose Aktualität haben die Fragen über die Benutzung dieser Eigenschaften für die Aufgaben der Bauinformatik und Baumechanik. Diesen ist der vorliegende Artikel gewidmet. In der Praxis der Projektierung kommen oft komplexe Stabsysteme und zylindrische-gefaltete Flächensysteme vor. Dabei ist zu berücksichtigen: die Verschiebung in Stabsystemen, ihre elastischen Gründungen und die auftretenden längs- und querlaufenden Biegungen sowie harmonische Schwingungen. In diesem Artikel wird ein universeller Algorithmus zur Ausarbeitung von Matrizen für Härte- und Festigkeitsbetrachtungen für Stäbe vorgestellt. Der entwickelte Algorithmus erlaubt die Berechnung von komplizierten Stabsystemen, die in der Praxis weit verbreitet sind. Für die Ausarbeitung der Matrizen für die Festigkeitsbetrachtung wurde die symbolische Programmiersprache MAPLE benutzt. Weiterhin zeigt dieser Artikel die Berechnung von gefalteten Flächensystemen unter Verwendung des diskret- kontinuierlichen Modells von W. S. Wlasow, mit Hilfe eines universellen Algorithmus auf. Für die Aufstellung der Matrix für Festigkeitsbetrachtung werden als Systemeinstellungen die Schichtformierung und der Ausschluss nach Gauss vorgeschlagen. Am Ende des Artikels werden Beispiele für die Berechnung von komplizierten Konstruktion aufgeführt.
For many purposes geometric information about existing buildings is necessary, e.g. planing of conservation or reconstruction. Architectural photogrammetry is a technique to acquire 3D geometric data of buildings for a CAD model from images. In this paper the state of the art in architectural photogrammetry and some developments towards automation are described. The photogrammetric process consists of image acquisition, orientation and restitution. Special attention is put on digital methods, from digital image acquisition to restitution methods, supported by digital image processing. There are a few field of development towards automation, e.g. feature extraction, extraction of edges and lines and the detection of corresponding points. The acquired data may be used in a CAD environment or for visualization in Virtual Reality Models, using digital orthoimages for texture mapping.
Der Effekt des praktischen Einsatzes von CAD-Systemen im Stahlbau erschöpft sich heute weitgehend in einer Verbesserung der Qualität der Planungsunterlagen und in der Verkürzung der Bearbeitungszeiten. Dabei ist bei schwierigen individuellen Konstruktionen die Einsparung an Arbeitszeit oft nicht sehr markant gegenüber einer traditionellen Arbeitsweise. Die dreidimensionale Erfassung, Speicherung und Verarbeitung von Konstruktionsdaten im Rechner verlangt neben größeren Rechenleistungen neue Verfahren für die Behandlung dieser Daten. Die Möglichkeiten der Automatisierung stahlbautypischer Produktionsvorgänge und einer variablen, computergestützten Planung erfordern wissenschaftlich-technische Betrachtungen des Gesamtproblems. Ausgehend von den Anforderungen des Stahlbaus wird ein neues dreidimensionales Volumenmodell für den rechnergestützten Entwurf und die Konstruktion erarbeitet. Es werden grundlegende Methoden zur Problembehandlung aufgezeigt. Die Methodik basiert im wesentlichen auf der Methode der Inzidenz-Matrizen, um die Beziehungen zwischen topologischen und geometrischen Informationen eines Körpers darzustellen. Die Ermittlung der lokalen Mannigfaltigkeiten wird mit dem Euler-Polyedersatz verglichen und an Beispielen demonstriert. Eine neue Methode zur Ermittlung der lokalen Mannigfaltigkeiten wird dargestellt. Stahlbauspezifische Konstruktionen werden erzeugt und ihre Gestalt nach Anforderungen verändert. Im besonderen werden stahlbauspezifische Ausklinkungen und Verschneidungen erarbeitet und an Beispielen präsentiert.
Engineering Desktop Anwendungen in der Tragwerksplanung auf der Grundlage der COM-Technologie
(2003)
Zur effizienten Nutzung von Office- und Computeralgebra-Software im Sinne einer Engineering Desktop Umgebung wurde ein Framework für die Tragwerksplanung entwickelt. Dieses umfasst Klassen und Methoden zur Schnittgrößenermittlung von Durchlaufträgern, Fachwerken und ebener Stabwerke sowie für Nachweise und Bemessungsaufgaben im Stahlbeton-, Stahl- und Holzbau. Die Anwendung des Frameworks im Rahmen einer Office-Software beruht auf der Komponententechnologie. Im Rahmen von MS-Windows handelt es sich um das COM-Modell. Die Komponentenbibliothek des Frameworks wurde in JAVA implementiert. Die Nutzeroberfläche kann aus Berechnungssoftware wie Excel und Mathcad bestehen. Aber auch die Entwicklung von Tragwerkseditoren oder internetbasierender Software ist damit möglich. Anwendungen des Frameworks wurden in MS-Excel mit VBA und in Mathcad mit der C++Schnittstelle realisiert. Ziel dieser Entwicklung ist eine Engineering Desktop Umgebung auf dem Computer, bei der nichtstandardisierbare Untersuchungen in der Tragwerksplanung ebenso einfach, aber effizienter, sicherer und besser dokumentiert als mit Bleistift und Papier erfolgen können. Zwei Beispiele verdeutlichen die Anwendung des Frameworks. Hierbei handelt es sich einmal um eine statische Voruntersuchung mit Mathcad, bei der die mit dem Framework entwickelten Funktionen verwendet werden. Das zweite Beispiel behandelt die Erstellung eines Teachtools in MS-Excel.
A technique for using object-oriented technologies to write structural analysis software has been developed. The structural design information of an individual building is stored in an object-oriented database. A global database provides general design values as material data and safety factors. A class library for load elements has been evolved to model the transfer of loads in a building. This class library is the basis for the development of further classes for other structural elements such as beams, columns or slabs. A software has been developed to monitor the forces transferred from one structural member to another in a building for load cases and combinations according to Eurocode 1. The results of the analysis are stored in the projects database from which a structural design report may be generated. The software was developed under Microsoft Visual C++. The Microsoft Foundation Class Library (MFC) was used to program the Graphical User Interface (GUI). Object Linking and Embedding (OLE) technology is useful to include any type of OLE server objects for example texts written with a word processor or CAD drawings in the structural design report. The Object-Oriented Database Management System (OODBMS) ObjectStore provides services to store the large amount of objects.
Preparation and provision of building information for planning within existing built contexts
(2004)
A prerequisite for planning within existing built contexts is precise information regarding the building substance, its construction and materials, possible damages and any modifications and additions that may have occurred during its lifetime. Using the information collected in a building survey the user should be able to “explore” the building in virtual form, as well as to assess the information contained with regard to a specific planning aspect. The functionality provided by an information module should cover several levels of information provision ranging from ‘simple retrieval’ of relevant information to the analysis and assessment of stored information with regard to particular question sets. Through the provision of basic functionality at an elementary level and the ability to extend this using plug-ins, the system concept of an open extendable system is upheld. Using this modular approach, different levels of information provision can be provided as required during the planning process.
Hinsichtlich der Integration einzelner Bauwerkslebensphasen und der verschiedenen Beteiligten, insbesondere innerhalb von Bauplanungs- und Revitalisierungsprozessen, bestehen aktuell entscheidende Defizite. Die generelle Zielstellung der in diesem Beitrag vorgestellten Forschungsarbeiten besteht in der Unterstützung und Verbesserung der Integration durch die disziplin- und lebensphasenübergreifende Bereitstellung sämtlicher bauwerksbezogener Informationen. Dies erfordert einerseits geeignete Ansätze zur Modellierung und Integration der vielfältigen disziplinspezifischen Daten, andererseits geeignete Lösungen, die einen globalen Zugriff, Navigation und Recherche im Gesamtdatenbestand ermöglichen. Die Modellierung und Verwaltung bauwerksbezogener Daten ist seit längerem Gegenstand diverser Forschungsarbeiten. Im Rahmen des SFB 524 wurde ein eigener Ansatz basierend auf einem laufzeitdynamischen Partialmodellverbund entwickelt. Dieser wird in den wesentlichen Grundzügen anderen Ansätzen gegenübergestellt. Den Schwerpunkt dieses Beitrags bildet jedoch die Entwicklung einer geeigneten flexiblen Navigations- und Rechercheschicht zu Realisierung projektglobaler Informationsrecherche. Aus der Sicht der Modellierung und Datenverwaltung wie auch aus der Sicht der Informationsrecherche und Informationspräsentation in Planungsprozessen ergeben sich verschiedene Anforderungen an derartige Recherchewerkzeuge, wobei der wesentlichste Grundsatz maximale Flexibilität hinsichtlich verfügbarer Darstellungstechniken und deren freie Kombination mit Techniken formaler Suchanfragen ist. Das entwickelte Systemkonzept basiert auf einem Framework, welches verschiedene Grundtypen von Recherchemodulen und deren Interaktionsprinzipien vorgibt. Einzelne Recherchemodule werden als Ausprägungen dieser Modultypen realisiert und können je nach Bedarf laufzeitdynamisch in die Navigationsschicht integriert werden. Die technische Realisierung des Systems erfolgt im Umfeld vorhandener Prototypen aus vorangegangenen Forschungsaktivitäten. Dieses technische Umfeld gibt verschiedene Rahmenbedingungen vor, welche im Vorfeld prototypischer Implementierungen verschiedene Adaptionen des generellen Systemkonzepts notwendig machen. Der vorliegende Beitrag stellt den aktuellen Entwicklungsstand der Systemlösung aus konzeptioneller und technischer Sicht sowie erste prototypische Realisierungen von Recherchemodulen vor.