56.03 Methoden im Bauingenieurwesen
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Die Informatik im Bauwesen oder kurz Bauinformatik hat sich in den vergangenen Jahren in Deutschland kontinuierlich entwickelt und sie hat einen festen Platz in den Fakultäten im Bauingenieurwesen an den deutschen Universitäten erhalten. Diese Entwicklung war anfänglich sehr stark fixiert auf die Berechnungen des physikalischen Verhaltens von Bauwerken. In den letzten Jahren kamen weitere Gebiete hinzu. Hier ist vor allem die Zeichnungserstellung (CAD) hervorzuheben. Diese Entwicklungen haben einen großen Reifegrad erlangt und sie haben einen festen Platz in Lehre und Forschung in der Bauinformatik. Die Rolle der Bauinformatik allgemein hat in den letzten Jahren eine stürmische Entwicklung genommen. Die Breite der Anwendungen hat ständig zugenommen und die Forderung nach einer durchgängigen Nutzbarkeit aller Informationen, die in diesem Zusammenhang bearbeitet werden, wird immer stärker gestellt. Besonders zwei Problemstellungen stehen im Mittelpunkt vieler Entwicklungen in der Bauindustrie und in den entsprechenden Softwarehäusern. Dies sind die Entwicklung und Nutzung technischer Modelle zur Unterstützung des Bauprozesses und die Unterstützung betriebswirtschaftlicher Anforderungen in der Bauindustrie. Vor allem die zweite Anforderung war bisher kaum Gegenstand der Bauinformatik. Aktuelle Bestrebungen vor allem aus der Praxis wirken darauf hin, diesen Zustand zu ändern. Die Fakultät Bauingenieurwesen an der Bauhaus-Universität beginnt diesen Anforderungen dadurch Rechnung zu tragen, daß kontinuierlich die notwendigen Voraussetzungen geschaffen werden, um diese Thematik in Lehre und Forschung kompetent aufnehmen zu können. Externe Referenten, die an der Spitze entsprechender Entwicklungen sind, werden in die Lehre mit eingebunden. Dies soll eine kontinuierliche Weiterentwicklung einleiten, die helfen soll, eine zeitgemäße Ausbildung der zukünftigen Bauingenieure sicherzustellen.
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.
Review of Discrete Optimization Techniques for CAD Discrete optimization in the structure design Morphological method The alternative graph approach Convex discrete optimization without objective function Matroidal Decomposition in design Decomposition of layered matrices Discrete Optimization in Designing Packing problem Optimal arrangement of rectangles and shortest paths in L1-metrics Partition problems Discrete optimization in computational geometry and computer graphics Maxima of a point set on the plane Triangulation One of the main problems in computer graphics is removing hidden lines and surfaces
Anhand von Ergebnissen aus dem FABEL-Projekt wird gezeigt, welche Beiträge Methoden der Künstlichen Intelligenz, insbesondere der Wissensverarbeitung beim Entwurf komplexer Gebäude leisten können. Exemplarisch werden spezialisierte wissensintensive Methoden, und allgemeine fallbasierte Methoden zum Retrieval und zur Wiederverwendung früherer Entwürfe vorgestellt. Es werden Fragen der Integration von Wissen, Fällen und Daten diskutiert. Der Prototyp des FABEL-Projekts verwendet die Metapher der virtuellen Baustelle, um die verschiedenen Methoden als Planungswerkzeuge in einem CAD-System integriert anzubieten. Ein Planungsmodell dient der zusätzlichen Orientierung des Planers. Die Ergebnisse sind interessant für den Entwurf komplexer Unikate, dürften aber auch als Zusatz zu elektronisch angebotenen Katalogen relevant sein.
We describe the database requirements of SEED (Software Environment to Support the Early Phases in Building Design). The requirements are typical for a database that intends to support a heterogeneous design support environment consisting of independent software modules with diverse internal design models, requirements not met by any commercial database system. The design and implementation of this database is an integral part of the overall software engineering effort. We describe the SEED approach that integrates external and in-house software based on a shared information model specified in the modeling language SPROUT, which allows for the specification of domains, and classes, relationship types and their behavior, and multiple classifications. The SPROUT run-time system organizes and coordinates the communication between the software modules and the database
This paper concerns schedule synchronization problems in public transit networks. In particular, it consists of three main parts. In the first the subject area is introduced, the terms are defined and framework for optimal synchronization in the form of problem representation and formulation is proposed. The second part is devoted to transfer synchronization problem when passengers changing transit lines at transfer points. The intergrated Tabu Search and Genetic solution method is developed with respect to this specific problem. The third part deals with headways harmonization problem i.e. synchronization of different transit lines schedules on a common segments of routes. For the solution of this problem a new bilevel optimization method is proposed with zones harmonization at the bottom level and co-ordination of zones, by time buffers assigned to timing points, at the upper level. Finally, the synchronization problems are numerically illustrated by real-life examples of the public transport lines in Cracow.
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.
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.
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.
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.