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Analyse statischer Randbedingungen zur bauprozessorientierten Planung der Baustellenlogistik unter Anwendung der BIM-Methodik

Kuhn, Luisa :
Analyse statischer Randbedingungen zur bauprozessorientierten Planung der Baustellenlogistik unter Anwendung der BIM-Methodik.
TU Darmstadt
[Masterarbeit] , (2018)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Der innerstädtische Hochbau mit seinen beengten Platzverhältnissen stellt die Baulogistik vor einige Herausforderungen. Durch Platzmangel außerhalb des Gebäudes muss auf den Innenbereich des Bauwerks als Lagerfläche zurückgegriffen werden. Ohne ein durchdachtes und strukturiertes Lagerflächenmanagement ergeben sich oftmals chaotische Lagerzustände, die ein zügiges Arbeiten verhindern und Verletzungsrisiken schaffen. Außerdem erfährt ein Bauwerk während der Bauausführung andere Belastungen als im fertigen Zustand. Um die Gefahr eines Versagens der Bauteile bzw. des unvollständigen Bauwerks während der Bauausführung zu reduzieren, ist eine genaue Ermittlung dieser Lasten notwendig. Die Ziele der vorliegenden Ausarbeitung sind die Verbesserung der Lagerzustände innerstädtischer Baustellen und das Einbeziehen statischer Randbedingungen in das Lagerflächenmanagement. Um diese Ziele zu erreichen, wird die BIM-Methodik verwendet, deren Vorteil darin besteht, ein digitales Gebäudemodell als Datenspeicher zu nutzen. Dafür wird eine Anwendung als Revit Add-in entwickelt werden, die die Positionierung von Lagerflächen innerhalb eines Gebäudes optimiert und die dadurch entstehenden Lasten ermittelt und ebenfalls platziert. Außerdem wird der Übertragungsprozess von Modellierungssoftware zu Berechnungssoftware untersucht und einbezogen und so eine Berechnung ermöglicht. Zunächst werden anhand von Literatur Grundlagen erarbeitet, die für das Konzept und die Umsetzung des Programms notwendig sind. In den Bereichen Baubetrieb und Tragwerksplanung werden Aspekte der Baustelleneinrichtung, Baulogistik und verschiedene Bauverfahren untersucht, sowie normative Einwirkungen und Bemessungsregeln verschiedener Bauarten betrachtet. Dabei werden alle Baustelleneinrichtungselemente ermittelt, die für eine Lagerung und Nutzung innerhalb des Gebäudes in Frage kommen. Außerdem werden anhand des Eurocodes Lasten zusammengestellt, die während der Bauausführung wirken können. Des Weiteren wird sich mit dem aktuellen Stand der BIM-Methodik in beiden Fachbereichen beschäftigt. Nach der Betrachtung aktueller Beispiele aus Forschung und Entwicklung im Bereich Baulogistik wird ein Forschungsbedarf für diese Ausarbeitung abgeleitet. Anschließend wird anhand eines Vergleichs verschiedener Berechnungsprogramme das Programm RFEM von Dlubal für die Umsetzung der Anwendung ausgewählt. Für diese Ausarbeitung wird die Ortbetonbauweise als Bauverfahren gewählt, da mit dieser die Möglichkeit einhergeht, unter Berücksichtigung von Ausschalfristen Bauteile als Lagerfläche zu nutzen, welche noch keine 28-Tage-Betondruckfestigkeit erreicht haben und die daraus resultierenden Auswirkungen zu untersuchen. Die entwickelte Anwendung Static Storage Area Placement – SSAP – positioniert die vom Nutzer gewählten Baustelleneinrichtungselemente nach dem kürzesten Abstand zu den aktuell herzustellenden Bauteilen. Für die Positionierung ausgeschlossene Flächen sind dabei die Arbeitsflächen um die herzustellenden Bauteile und Flucht- bzw. Bauweg. Zusätzlich wird stets ein Abstand zu anderen Bauteilen oder Elementen eingehalten. Ein manuelles Platzieren bleibt dem Nutzer offen. Die Auswahl an Baustelleneinrichtungselementen, die dem Nutzer zur Verfügung stehen, sind in einer entworfenen SQLite Datenbank hinterlegt, die mit realistischen Daten gefüllt wurde. Neben den Bauausführungslasten, die aus den Baustelleneinrichtungselementen entstehen, können Wind und Schneelasten zusätzlich berücksichtigt und positioniert werden. Nach der Positionierung von Lasten und Baustelleneinrichtungslementen wird die native Schnittstelle zwischen Revit und RFEM genutzt, um das Modell nach RFEM zu übertragen und dort die Lastfälle Eigengewicht, veränderliche Lasten, Wind und Schnee sowie deren Kombinationen nach linearer FE-Methode zu berechnen. Anschließend besteht die Möglichkeit, die Berechnungsergebnisse wie z.B. Verformungen oder Schnittgrößen nach Revit zu übertragen. Diese beiden Handlungen werden vom Nutzer manuell durchgeführt, weshalb es sich bei SSAP um eine teilautomatisierte Anwendung handelt. Der Prototyp SSAP unterstützt damit den Logistikplaner, eine geordnete Lagerflächenplanung zu entwerfen und eine statische Berechnung des durch Lagerung belasteten Gebäudes durchzuführen. Eine Bewertung der Tragfähigkeit ist ohne einen Statiker allerdings nicht möglich, da die von RFEM ausgegeben Berechnungsergebnisse wie Verformung und Schnittgrößen ohne das Wissen von Grenzwerten allein nicht bewertet werden können. Die Berechnungsergebnisse dienen demnach nur als Anhaltspunkt für eine Besprechung der ermittelten Bauausführungslasten mit dem Statiker. Die Analyse des Übertragungsprozesses von Revit nach RFEM hat gezeigt, dass schon viel möglich ist, allerdings auch noch viel Optimierungspotential besteht.

Typ des Eintrags: Masterarbeit
Erschienen: 2018
Autor(en): Kuhn, Luisa
Titel: Analyse statischer Randbedingungen zur bauprozessorientierten Planung der Baustellenlogistik unter Anwendung der BIM-Methodik
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Der innerstädtische Hochbau mit seinen beengten Platzverhältnissen stellt die Baulogistik vor einige Herausforderungen. Durch Platzmangel außerhalb des Gebäudes muss auf den Innenbereich des Bauwerks als Lagerfläche zurückgegriffen werden. Ohne ein durchdachtes und strukturiertes Lagerflächenmanagement ergeben sich oftmals chaotische Lagerzustände, die ein zügiges Arbeiten verhindern und Verletzungsrisiken schaffen. Außerdem erfährt ein Bauwerk während der Bauausführung andere Belastungen als im fertigen Zustand. Um die Gefahr eines Versagens der Bauteile bzw. des unvollständigen Bauwerks während der Bauausführung zu reduzieren, ist eine genaue Ermittlung dieser Lasten notwendig. Die Ziele der vorliegenden Ausarbeitung sind die Verbesserung der Lagerzustände innerstädtischer Baustellen und das Einbeziehen statischer Randbedingungen in das Lagerflächenmanagement. Um diese Ziele zu erreichen, wird die BIM-Methodik verwendet, deren Vorteil darin besteht, ein digitales Gebäudemodell als Datenspeicher zu nutzen. Dafür wird eine Anwendung als Revit Add-in entwickelt werden, die die Positionierung von Lagerflächen innerhalb eines Gebäudes optimiert und die dadurch entstehenden Lasten ermittelt und ebenfalls platziert. Außerdem wird der Übertragungsprozess von Modellierungssoftware zu Berechnungssoftware untersucht und einbezogen und so eine Berechnung ermöglicht. Zunächst werden anhand von Literatur Grundlagen erarbeitet, die für das Konzept und die Umsetzung des Programms notwendig sind. In den Bereichen Baubetrieb und Tragwerksplanung werden Aspekte der Baustelleneinrichtung, Baulogistik und verschiedene Bauverfahren untersucht, sowie normative Einwirkungen und Bemessungsregeln verschiedener Bauarten betrachtet. Dabei werden alle Baustelleneinrichtungselemente ermittelt, die für eine Lagerung und Nutzung innerhalb des Gebäudes in Frage kommen. Außerdem werden anhand des Eurocodes Lasten zusammengestellt, die während der Bauausführung wirken können. Des Weiteren wird sich mit dem aktuellen Stand der BIM-Methodik in beiden Fachbereichen beschäftigt. Nach der Betrachtung aktueller Beispiele aus Forschung und Entwicklung im Bereich Baulogistik wird ein Forschungsbedarf für diese Ausarbeitung abgeleitet. Anschließend wird anhand eines Vergleichs verschiedener Berechnungsprogramme das Programm RFEM von Dlubal für die Umsetzung der Anwendung ausgewählt. Für diese Ausarbeitung wird die Ortbetonbauweise als Bauverfahren gewählt, da mit dieser die Möglichkeit einhergeht, unter Berücksichtigung von Ausschalfristen Bauteile als Lagerfläche zu nutzen, welche noch keine 28-Tage-Betondruckfestigkeit erreicht haben und die daraus resultierenden Auswirkungen zu untersuchen. Die entwickelte Anwendung Static Storage Area Placement – SSAP – positioniert die vom Nutzer gewählten Baustelleneinrichtungselemente nach dem kürzesten Abstand zu den aktuell herzustellenden Bauteilen. Für die Positionierung ausgeschlossene Flächen sind dabei die Arbeitsflächen um die herzustellenden Bauteile und Flucht- bzw. Bauweg. Zusätzlich wird stets ein Abstand zu anderen Bauteilen oder Elementen eingehalten. Ein manuelles Platzieren bleibt dem Nutzer offen. Die Auswahl an Baustelleneinrichtungselementen, die dem Nutzer zur Verfügung stehen, sind in einer entworfenen SQLite Datenbank hinterlegt, die mit realistischen Daten gefüllt wurde. Neben den Bauausführungslasten, die aus den Baustelleneinrichtungselementen entstehen, können Wind und Schneelasten zusätzlich berücksichtigt und positioniert werden. Nach der Positionierung von Lasten und Baustelleneinrichtungslementen wird die native Schnittstelle zwischen Revit und RFEM genutzt, um das Modell nach RFEM zu übertragen und dort die Lastfälle Eigengewicht, veränderliche Lasten, Wind und Schnee sowie deren Kombinationen nach linearer FE-Methode zu berechnen. Anschließend besteht die Möglichkeit, die Berechnungsergebnisse wie z.B. Verformungen oder Schnittgrößen nach Revit zu übertragen. Diese beiden Handlungen werden vom Nutzer manuell durchgeführt, weshalb es sich bei SSAP um eine teilautomatisierte Anwendung handelt. Der Prototyp SSAP unterstützt damit den Logistikplaner, eine geordnete Lagerflächenplanung zu entwerfen und eine statische Berechnung des durch Lagerung belasteten Gebäudes durchzuführen. Eine Bewertung der Tragfähigkeit ist ohne einen Statiker allerdings nicht möglich, da die von RFEM ausgegeben Berechnungsergebnisse wie Verformung und Schnittgrößen ohne das Wissen von Grenzwerten allein nicht bewertet werden können. Die Berechnungsergebnisse dienen demnach nur als Anhaltspunkt für eine Besprechung der ermittelten Bauausführungslasten mit dem Statiker. Die Analyse des Übertragungsprozesses von Revit nach RFEM hat gezeigt, dass schon viel möglich ist, allerdings auch noch viel Optimierungspotential besteht.

Freie Schlagworte: Baustellenlogistik, Bauzustand, BIM, Building Information Modeling, Statik
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
Hinterlegungsdatum: 22 Mär 2018 14:27
Zusätzliche Informationen:

Betreuer: Christian Leifgen

Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 21 Februar 2018
Schlagworte in weiteren Sprachen:
Einzelne SchlagworteSprache
BIM, Building Information Modeling, Construction Logistics, Construction State, Structural DesignEnglisch
Alternatives Abstract:
Alternativer AbstractSprache
The inner city building construction with its constricted space conditions poses a number of challenges for construction logistics. Due to lack of space outside the building, the interior of the building must be used as a storage area. Without a well-thought-out and structured warehouse space management, chaotic storage conditions often arise which prevent speedy operation and create the risk of injury. In addition, a building is subjected to different loads during construction than in its finished state. In order to reduce the risk of failure of components or incomplete structures during construction, it is necessary to determine these loads accurately. The objectives of the present study are to improve the storage conditions of inner-city construction sites and to include static boundary conditions in the storage area management. To achieve these goals, the BIM methodology is used, which has the advantage of using a digital building model as a data storage device. For this purpose, an application will be developed as a Revit Add-in that optimizes the positioning of storage areas within a building and determines and places the resulting loads. In addition, the transfer process from modeling software to calculation software is investigated and included, thus enabling a calculation. Initially, literature is used to gather the basics necessary for the concept and implementation of the program. In the areas of construction management and structural design, aspects of construction site equipment, construction logistics and various construction methods are examined, as well as normative influences and design rules of different types of construction. All construction site equipment elements that are suitable for storage and use within the building are determined. In addition, the Eurocode is used to compile loads that can be effective during construction work. In addition, the current status of the BIM methodology in both areas will be examined. After looking at current examples from research and development in the field of construction logistics, a need for research is derived for this elaboration. Afterwards, the program RFEM from Dlubal is selected for the implementation of the application by comparing different calculation programs. The in-situ concrete construction method is chosen as the method of construction for this elaboration, since it is accompanied by the possibility of using components as a storage area which have not yet reached 28-day concrete compressive strength and which have not yet reached 28-day compressive strength, taking into account stripping periods, and of investigating the resulting effects. The developed application Static Storage Area Placement – SSAP – positions the construction site equipment elements selected by the user according to the shortest distance to the currently produced components. Areas excluded for positioning are the work surfaces around the components to be manufactured and escape routes. In addition, a distance to other components or elements is always maintained. Manual placement remains open to the user. The selection of construction site equipment elements available to the user is stored in a designed SQLite database filled with realistic data. In addition to the constructional loads arising from the construction site equipment elements, wind and snow loads can also be taken into account and positioned. After the positioning of loads and construction site equipment elements, the native interface between Revit and RFEM is used to transfer the model to RFEM and to calculate the load cases dead weight, variable loads, wind and snow as well as their combinations according to the linear FE method. Afterwards, it is possible to transfer the calculation results such as e.g. deformations or internal forces to Revit. These two actions are performed manually by the user, which is why SSAP is a semi-automated application. The prototype SSAP thus supports the logistics planner in designing an orderly storage area planning and carrying out a static calculation of the building loaded by storage. However, it is not possible to evaluate the load-bearing capacity without a structural engineer, since the calculation results such as deformation and internal forces output by RFEM cannot be evaluated without the knowledge of limit values alone. The calculation results thus serve only as an indication for a discussion with the structural engineer about the determined construction loads. The analysis of the transfer process from Revit to RFEM has shown that a lot is already possible, but that there is still a lot of room for improvement.Englisch
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