Auf IT gebaut - Bauberufe mit Zukunft

Der Nachwuchspreis für innovative, digitale Lösungen in der Bauwirtschaft

Die Preisträger im </br> Bereich Bauingenieurwesen 2020Die Preisträger im
Bereich Bauingenieurwesen

Die Preisträger im Bereich Bauingenieurwesen


1. Platz: Jacqueline Rohrmann | Technische Universität München
     Entwurfsoptimierung in frühen Projektphasen - Generative Design in der Projektentwicklung

Generatives Design ist eine digitale Entwurfsmethodik, die sich die Werkzeuge der Evolution zunutze macht. In einem iterativen Prozess werden verschiedene Entwurfsoptionen erzeugt, miteinander verglichen und aussortiert. Dabei werden die drei evolutionären Operatoren Selektion, Rekombination und Mutation angewendet, um den Optimierungsprozess zu steuern.

Diese Studie beschäftigt sich mit dem Potential dieser Methodik für die Projektentwicklung in der Bauindustrie. Ziel ist es, ein Modell des potenziellen Entwurfs zu erzeugen und dieses im Hinblick auf die relevanten Aspekte der frühen Projektphasen zu optimieren. Für ein gegebenes Grundstück sollen optimale Kombinationen aus Position, Ausrichtung, Geschosszahl, Grundriss und anderen Aspekten gefunden werden. Dafür wird ein abstraktes Design-Konzept benötigt, das die Entwurfsidee mit Hilfe von Randbedingungen und variablen Eigenschaften beschreibt. Außerdem müssen die Kriterien festgelegt werden, in denen die Entwurfsoptionen bewertet werden, da diese die Richtung der Optimierung bestimmen.

Dieser Ansatz wird an einem bestimmten Gebäudetypus von Siemens Real Estate Bürogebäuden getestet. Dabei werden sieben Entwurfsvariablen und acht Bewertungskriterien festgelegt. Der Lösungsentwurf soll sowohl wirtschaftliche und ökologische Aspekte als auch den Komfort der Beschäftigtenbeachten. Mit dem genetischen Algorithmus NSGA-II wird eine Population mit 120 Individuen über 50 Generationen optimiert. Hierfür wird das Dynamo-PluginRefinery verwendet.

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2. Platz: Patricia P. Abadia | Bauhaus-Universität Weimar
     Ein semantisches Modell für den 3D-Betondruck.

Aktuelle Ansätze zur Automatisierung der Bauproduktion implementieren Prozesse der Additiven Fertigung, zum Beispiel für den 3D-Betondruck. Der Betondruck ermöglicht die Fertigung von Bauteilen ohne Schalung und verringert somit Kosten und Umweltbelastungen. Bisherige Ansätze der Datenmodellierung sind jedoch für den Betondruck ungeeignet, aufgrund der prozessbezogenen Anforderungen an die geometrische Präzision und geforderte Belastbarkeit des Materials.

Um die Datenmodellierung zu optimieren, wurde ein semantisches Modell nach dem Konzept des Printing Information Modeling (PIM) für den Betondruck entwickelt. Das PIM definiert allgemeingültig Eingabeparameter sowie Beziehungen und Abhängigkeiten zwischen Druckprozess, Materialeigenschaften und zu Bauteilgeometrie. Prozessinformationen umfassen Daten zur Hardware sowie zu Werkzeugpfaden und Materialspezifikationen. Geometrieinformationen werden aus Building Information Modeling (BIM)-Modellen mittels des IndustryFoundationClasses (IFC)-Standards extrahiert. Materialinformationen beinhalten Angaben zu Beton und eingesetzter Bewehrung.

Das PIM-Modell wurde im Labormaßstab mittels eines Plastikdruckers validiert und eine Softwareanwendung für die Generierung des erforderlichen Computer Numerical Control (CNC)-Code entwickelt. Das PIM-Modell wurde als software- und technologieunabhängiges, semantisches Modell entwickelt und stellt einen wichtigen und erforderlichen Schritt zur Standardisierung von Parametern für den 3D-Betondruck dar.

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3. Platz: Jonas Neukirchen| Ruhr-Universität Bochum
     Untersuchungen zu BIM für den Brückenbau

Building Information Modeling (BIM) ist ein neues Konzept im Bauwesen zur digitalen Darstellung und Verwaltung aller relevanten Daten eines Bauwerks über den gesamten Lebenszyklus. Einen zentralen Aspekt dieses Konzepts bildet der konsistente Informationsfluss über alle Bauwerksphasen zur Steigerung der Transparenz und Effizienz. Im Rahmen dieser Arbeit wird die BIM-basierte Tragwerksplanung von Brückenbauwerken behandelt.

Hierbei wird eine Untersuchung der bislang entwickelten Schnittstellenansätze zwischen BIM und der Finiten Elementen Analyse (FEA) für einen konsistenten Informationsfluss zwischen dem rein geometrischen und dem Finiten Elementen Modell (FEM) vorgenommen. Diese Untersuchung zeigt Schwachstellen im Bereich des Brückenbaus auf, welche vor allem auf eine bislang nicht erfolgte Implementierung eines objektorientierten analytischen Modells für brückenbauspezifische Bauteile sowie auf die fehlende Möglichkeit zur separaten Konstruktion statischer Abstraktionen für frei modellierte Geometrien zurückzuführen sind. Auf Grundlage der analysierten Problematiken wird daraufhin ein Schnittstellen-Konzept mit dem Schwerpunkt auf einer separaten Generierung statischer Abstraktionen erstellt.

Dessen Umsetzung und Validierung erfolgen in Form einer protypischen Schnittstelle. Die hierbei realisierte automatische Generierung statischer Abstraktionen von einzelnen trassenorientierten Bauteilen bildet die Grundlage für die Entwicklung hochfunktionaler Schnittstellen im Bereich der BIM-basierten Tragwerksplanung von Brückenbauwerken.

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