Bauablaufsimulation und -animation
für die Planung von Brückenbauvorhaben

Team: G. Dori, A. Borrmann

Laufzeit: 02.2010-09.2013

Projektbeschreibung

Die Planung von Bauabläufen ist eine komplexe und zeitaufwändige Aufgabe. Um diese Arbeit zu erleichtern, wird am Fachgebiet CMS ein Forschungs­projekt mit der Zielsetzung durchgeführt, eine halbautomatisierte Bauablaufsimulation und Ablaufanimation für Brücken­bauvorhaben zu entwickeln. Das Projekt gliedert sich in drei Teile:

  1. Erstellen eines intelligenten 3D-Modells, dessen Komponenten mit Informationen zu Konstruktionsmethoden und Bauablauffolgen verknüpft werden (Preparator).
  2. Ablaufsimulation und Zeitoptimierung: Mit Hilfe einer Diskrete-Ereignis-Simulation wird die Gesamtprojektdauer aus Teilprozesszeiten bestimmt. Auf Basis eines Monte-Carlo-Ansatzes werden Reihenfolgen variiert und eine möglichst optimale Lösung bestimmt.
  3. Animation: Aus der bestimmten Ablauffolge wird eine 4D-Animation erzeugt

concept1

Mit Hilfe der Animation soll die berechnete Ablauffolge visualisiert werden, um Planer schon in frühen Phasen der Planung auf Schwierigkeiten und mögliche Kollisionen beim Bauablauf aufmerksam zu machen.

Bauablaufsimulation

Die wesentlichen Eingabedaten einer Animation sind die Anfangs- und Endzeitpunkte der einzelnen Ablaufschritte. Um diese zu ermitteln, muss eine Ablauf­simulation durchgeführt werden. Mit einer Constraint-basierten Simulation können zuverlässige Ablaufergebnisse unter Beachtung der Verfügbarkeit der verschiedenen Ressourcen generiert werden. Der wesentliche Vorteil des Constraint-Ansatzes ist, dass die Reihenfolge der einzelnen Arbeitsschritte nicht fest vorgegeben, sondern dynamisch auf der Basis von Zufallsselektionen bestimmt wird. Im hier verfolgten Konzept werden die Eingabedaten für die Simulation mit Hilfe des Preparators erzeugt. Als Ergebnis der Simulation bekommt der Planer einen möglichst optimalen Bauablaufplan mit detaillierten Auswertemöglichkeiten zu Maschinen- und Personalauslastung. Die Simulation kann nicht nur den Planer, sondern auch den Bauleiter unterstützen. Änderungen am Bauablauf können schnell und flexibel im Simulationstool abgebildet werden, wodurch die Auswirkungen einer Entscheidung direkt beurteilt werden kann.

Einsatz des Preparators zum Erzeugen eines intelligenten 3D Modells

In unserem Konzept werden die Eingangsdaten für die Bauablaufsimulation auf der Basis eines 3D-Modells der Brücke erzeugt. Wenn dieses Modell ausreichend detailliert ist, können einzelne Objekte identifiziert und mit entsprechenden Bauablaufschritten verknüpft werden. Das Programm besteht aus zwei Hauptteilen. Der erste ist der eigentliche Preparator, der zweite ist die Ressourcen-Verwaltung, mit deren Hilfe die verfügbaren Mitarbeiter, Maschinen und Materialen mit ihren Eigenschaften definiert werden. Zunächst muss in den Preparator ein 3D-Brückenmodell eingelesen werden. Die zugehörige Liste der Objekte (linke Seite), aus denen das Modell besteht, wird automatisch generiert. Oben links befinden sich Steuerelemente zur Identifikation des Bauteils und eine Liste von vordefinierten Bauverfahren, die zum Objekt zugeordnet werden können. Oben in der Mitte können Reihenfolgebeziehungen zwischen Bauablaufschritten (z.B.: Schalen und Betonieren) definiert werden, und auf der rechten Seite ist das Ergebnis der Zuweisung dargestellt: eine hierarchische Liste der Prozessschritte zum Bau der Brücke.

Prep4

Der Preparator

Ablaufanimation

Ergebnis der Ablaufsimulation ist nicht nur die Reihenfolge der Bauschritte, sondern auch die Anfangs- und Endzeitpunkte der einzelnen Aktivitäten. Die Verknüpfung dieser Zeitpunkte mit dem 3D-Modell ermöglicht, eine Ablaufanimation automatisch zu generieren. Für die einzelnen Bauschritte werden verschiedene Aufbauanimationen parametrisch vordefiniert und später mit der Anfangs- und Endzeitpunkte verbunden. Mit Hilfe der Animation kann der ganze Ablauf der Brücke verfolgt sowie Schwierigkeiten und mögliche Kollisionen in frühen Phasen der Planung oder des Baus erkannt werden.

Veröffentlichungen

 

▪  Bügler, M.; Dori, G.; Borrmann, A.:
Swap Based Process Schedule Optimization using Discrete-Event Simulation
In: Proc. of the International Conference on Construction Applications of Virtual Reality, London, United Kingdom, 2013

doi pdf bibtex mediatum
▪  Dori, G.; Wild, M.; Borrmann, A.; Fischer, O.:
A System Model for Lifecycle Monitoring of Bridges
In: Proc. of the 30th Int. Conf. on Applications of IT in the AEC Industry (CIB-W78), Beijing, China, 2013

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▪  Wild, M.; Dori, G.; Borrmann, A.; Fischer, O.:
A system model for lifecycle monitoring of bridges
In: Proc. of the 5th International Conference on Structural Engineering, Mechanics and Computation, Cape Town, South Africa, 2013

pdf bibtex mediatum
▪  Dori, G.; Wild, M.; Borrmann, A.; Fischer, O.:
A system model based approach for lifecycle monitoring of bridges
In: Proc. of the 3rd Int. Conf. on Soft Computing Technology in Civil, Structural and Environmental Engineering (CSC2013), Cagliari, Sardinia, Italy, 2013

pdf bibtex mediatum
▪  Dori, G.; Borrmann, A.; Szczesny, K.; Hamm, M.; König, M.:
Combining forward and backward process simulation for generating and analysing construction schedules
In: Proc. of the 14th Int. Conf. on Computing in Civil and Building Engineering, Moscow, Russia, 2012

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▪  Dori, G.; Borrmann, A.:
Determination of float time for individual construction tasks using constraint-based discrete-event simulation
In: Proc. of the 2012 Winter Simulation Conference, Berlin, Germany, 2012

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▪  Horenburg, T.; Wimmer, J.; Günthner, W. A.; Borrmann, A.; Dori, G.:
Collection, processing and use of actual data for the process simulation during construction
In: Proc. of the EG-ICE Workshop on Intelligent Computing in Engineering, Herrsching, Germany, 2012

pdf bibtex mediatum
▪  Dori, G.; Borrmann, A.:
Automatic generation of Complex Bridge Construction Animation Sections by coupling Constraint-based Discrete-Event Simulation with Game Engines
In: Proc. of CONVR - International Conference on Construction Applications of Virtual Reality, Weimar, Germany, 2011

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▪  Dori, G.; Borrmann, A.:
Bauablaufsimulation und -animation für die Planung von Brückenbauvorhaben
In: Tagungsband des 22. Forum Bauinformatik, Berlin, Germany, 2010

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