günthner u.a., digitale baustelle- innovativer planen, effizienter ausführen; werkzeuge und methoden für das bauen im 21. jahrhundert (2011)

Digitale Baustelleinnovativer Planen, effizienter Ausführen Willibald Günthner • André Borrmann Herausgeber Digitale Baustelleinnovativer Planen, effizienter Ausführen Werkzeuge und Methoden für das Bauen im 21 Jahrhundert 1  3 Herausgeber Prof Dr Willibald Günthner Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (fml) Technische Universität München Boltzmannstr 15, Gebäude 85748 Garching Deutschland guenthner@fml.mw.tum.de Dr André Borrmann Lehrstuhl für Computation in Engineering (CiE) Technische Universität München Arcisstraße 21 80290 München Deutschland andre.borrmann@tum.de Der Forschungsverbund ForBAU wurde von der Bayerischen Forschungsstiftung gefördert Die Verantwortung für den Inhalt liegt bei den Autoren ISBN 978-3-642-16485-9â•…â•…â•…â•… e-ISBN 978-3-642-16486-6 DOI 10.1007/978-3-642-16486-6 Springer Heidelberg Dordrecht London New York Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften Einbandentwurf: WMXDesign GmbH, Heidelberg Gedruckt auf säurefreiem Papier Springer ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media (www.springer.com) Vorwort Das Bauwesen unterliegt heute enormen Anforderungen Immer komplexere Bauvorhaben müssen in immer kürzerer Zeit realisiert werden Gleichzeitig erzeugt der starke Wettbewerb in der Branche einen deutlichen Kostendruck Diesen Anforderungen wird die deutsche Bauindustrie nur durch eine Steigerung der Effizienz bei der Planung und Abwicklung von Bauvorhaben begegnen können Im Augenblick muss jedoch konstatiert werden, dass die im Bauwesen erreichte Prozessqualität, vor allem hinsichtlich Termintreue und Kostensicherheit, stark hinter der anderer Branchen, wie beispielsweise der Fahrzeugindustrie, zurückbleibt Die Gründe hierfür sind vielfältig und liegen zum einen in den schwierigen Rahmenbedingungen, denen die Bauindustrie unterliegt, darunter die Fertigung von Unikaten, die Abhängigkeit von Witterungseinflüssen, die starke Fragmentierung der Branche und die ausgeprägte Segmentierung entlang der Prozesskette Zum anderen lässt sich aber eine im Vergleich mit anderen Industriezweigen nur sehr eingeschränkte Nutzung moderner Informations- und Kommunikationstechnologien beobachten Zwar werden für spezifische Teilaufgaben bereits ausgereifte Softwareprodukte eingesetzt, vor allem in der Verbesserung des Datenflusses und damit in der Weiterverwendung bestehender digitaler Daten besteht jedoch erhebliches Potential für eine Effizienz- und Qualitätssteigerung im Bauwesen Experten und Forscher aus Wissenschaft und Industrie haben sich daher im dreijährigen Forschungsverbund „ForBAU – Digitale Werkzeuge für die Bauplanung und -abwicklung“ der Herausforderung gestellt, ein Konzept zur ganzheitlichen computergestützten Abbildung komplexer Bauvorhaben in Form eines digitalen Baustellenmodells zu entwickeln, welches in jeder Projektphase – von der Planung über die Ausführung bis zur Bewirtschaftung – genutzt werden kann Gemeinsam mit einer Vielzahl von Unternehmen aus der Bau- und Softwareindustrie erarbeiteten sieben Lehrstühle der Technischen Universität München, der Universität Erlangen-Nürnberg, der Hochschule Regensburg und vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrttechnik (DLR) Methoden und Konzepte für das Bauen im 21 Jahrhundert Dabei galt es, die Vision der Digitalen Baustelle mit Leben zu erfüllen und die konzeptionelle und technologische Grundlage für ihre Umsetzung zu schaffen Das ForBAU-Projekt konzentrierte sich dabei auf den Infrastrukturbau, also die Realisierung von Verkehrstrassen und der darin enthaltenen v vi Vorwort Brückenbauwerke Anhand dieses Baustellentyps konnten die Vorteile einer ganzheitlichen, integrierten Abbildung der im Zuge von Planung und Ausführung anfallenden Daten und ihre vielfältige Nutzung aufgezeigt werden Von besonders großer Bedeutung war der interdisziplinäre Charakter des Forschungsverbunds, der es ermöglichte, die in anderen Industriezweigen gesammelten Erfahrungen bei der Einführung der digitalen Prozesskette zu nutzen und auf die Spezifika des Bauwesens zu übertragen Das vorliegende Buch fasst die im ForBAU-Projekt erzielten Ergebnisse der dreijährigen Forschungsarbeit zusammen Das erste Kapitel beschreibt den Status Quo der Planung und Ausführung und die damit verbundenen Probleme und Herausforderungen Darauf aufbauend werden in den Kap.€2 bis die im Rahmen des ForBAU-Projekts entwickelten Methoden und Technologien zur Umsetzung der Vision der Digitalen Baustelle vorgestellt Dazu gehören die konsequent 3D-gestützte Planung, die Nutzung von Systemen zur zentralen Datenhaltung, die computergestützte Simulation des Bauablaufs und die Einführung moderner Logistikkonzepte Kapitel€ beschreibt die erfolgreiche Validierung der entwickelten Methoden anhand einer ganzen Reihe von Pilotbaustellen Dieses Buch und die darin vorgestellten Ergebnisse wurden nur durch die intensive Zusammenarbeit aller Projektpartner ermöglicht Für die stets gute und produktive Kooperation möchten wir uns bei allen Partnern herzlich bedanken Ein ganz besonderer Dank gilt der Bayerischen Forschungsstiftung, deren grzügige Fưrderung das Projekt überhaupt erst ermöglicht hat Die unkomplizierte und partnerschaftliche Zusammenarbeit hat uns die Freiheit gegeben, die Vision der Digitalen Baustelle umzusetzen Wir danken auch dem Springer-Verlag für die angenehme Zusammenarbeit bei der Herausgabe des Buches München� September 2010 Willibald A Günthner, André Borrmann Inhalt 1  � auen heute und morgen �����������������������������������尓������������������������������������尓� â•…â•… B Tobias Baumgärtel, André Borrmann, Willibald A Günthner, Rudolf Juli, Cornelia Klaubert, Erhard Lederhofer, Jürgen Mack und Uwe Willberg 2  � ntegrierte Planung auf Basis von 3D-Modellen �����������������������������������尓 ╇╅ 23 I Tobias Baumgärtel, André Borrmann, Thomas Euringer, Matthias Frei, Gerd Hirzinger, Tim Horenburg, Yang Ji, Rudolf Juli, Thomas Liebich, Frank Neuberg, Mathias Obergrießer, Markus Pfitzner, Claus Plank, Karin H Popp, Hanno Posch, Rupert Reif, Markus Schorr, Sabine Steinert, Bernhard Strackenbrock, Wolfgang Stockbauer, Dieter Stumpf, Alaeddin Suleiman, Norbert Vogt, und Johannes Wimmer rojektdaten zentral verwalten ùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵồùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵ õã 117 P André Borrmann, Andreas Filitz, Willibald A Günthner, Alexander Kisselbach, Cornelia Klaubert, Markus Schorr, und Stefan Sanladerer 4  � imulationsgestỹtzte Bauablaufplanung ùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵồùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵ õã 159 S Andrộ Borrmann, Willibald A Günthner, Tim Horenburg, Markus König, Jürgen Mack, Stefan Pfaff, Dirk Steinhauer und Johannes Wimmer 5  � ogistikmanagement in der Bauwirtschaft ùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵồùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵ õã 205 L Tobias Hasenclever, Tim Horenburg, Gerritt Hửppner, Cornelia Klaubert, Michael Krupp, Karin H Popp, Oliver Schneider, Wilhelm Schürkmann, Sebastian Uhl und Jörg Weidner D 6  � ie Umsetzung der Digitalen Baustelle ùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵồùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵ õã 291 Tobias Baumgọrtel, Tim Horenburg, Yang Ji, Mathias Obergrießer, Claus Plank, Markus Schorr, Bernhard Strackenbrock und Johannes Wimmer vii viii Inhalt 7  � azit ùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵồùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵồùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵồ õã 341 F Andrộ Borrmann und Willibald A Gỹnthner Sachverzeichnis ùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵồùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵồùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵùẵ õã 345 Autorenverzeichnis Dipl.-Ing Tobias Baumgọrtelõã Zentrum Geotechnik, Technische Universität München, Baumbachstraße 7, 81245 München, Deutschland E-Mail: t.baumgaertel@bv.tum.de Dr.-Ing André Borrmann╇ Lehrstuhl für Computation in Engineering, Technische Universität München, Arcisstraße 21, 80290 München, Deutschland E-Mail: andre.borrmann@tum.de Prof Dr.-Ing Thomas Euringer╇ Fachbereich Bauingenieurwesen Bauinformatik/CAD, Hochschule Regensburg, Prüfeninger Str 58, 93049 Regensburg, Deutschland E-Mail: thomas.euringer@hs-regensburg.de Dipl.-Ing (FH) Andreas Filitz╇ PROCAD GmbH & Co KG, Vincenz-PrießnitzStraße 3, 76131 Karlsruhe, Deutschland E-Mail: af@procad.de Dipl.-Math Matthias Freiõã Obermeyer Planen + Beraten GmbH, Hansastraòe 40, 80686 München, Deutschland E-Mail: matthias.frei@opb.de Prof Dr.-Ing Dipl.-Wirtsch.-Ing Willibald A Günthner╇ Lehrstuhl für Fưrdertechnik Materialfluss Logistik (fml), Technische Universität München, Boltzmannstr 15, 85748 Garching, Deutschland E-Mail: guenthner@fml.mw.tum.de Dipl.-Betriebswirt (FH) Tobias Hasencleverõã Saint-Gobain Building Distribution Deutschland GmbH, Hanauer Landstraòe 150, 60314 Frankfurt am Main, Deutschland E-Mail: tobias.hasenclever@saint-gobain.com Prof Dr.-Ing Gerd Hirzinger╇ Institut für Robotik und Mechatronik, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Münchner Straße 20, 82234 Oberpfaffenhofen-Wessling, Deutschland E-Mail: gerd.hirzinger@dlr.de ix N 6.2 � utzung digitaler Modelle im Bauprozess 337 Bei der Analyse des Brückenbauwerks wurde sofort ersichtlich, dass alle Komponenten deckungsgleich mit der Planung und damit vorhanden waren Bezüglich der Maßhaltigkeit konnte sehr einfach nachgewiesen werden, dass keine groben Fehler beim Bau der Brücke begangen wurden An diesem Demonstrationsbauwerk sollte vor allem gezeigt werden, dass alle drei Träger an der richtigen Position angebracht worden sind Mit Hilfe der AR-Technologie konnte dies bis auf eine Toleranz von ±3€cm nachgewiesen werden 6.2.4  � ilotbaustelle „Autobahnbrücke“ – Entwicklung eines P 3D-Baustellenmodells durch luftgestützte Photogrammetrie Bernhard Strackenbrock Für ein Projekt des Industriepartners Remote Sensing Solution wurden weite Teile des Stadtgebietes von München im Sommer 2008 und im Winter 2010 mit der kommerziellen Luftbildkamera Ultracam XP beflogen und ausgewertet Aus diesen Datenbeständen wurden die Kacheln8 für den Bereich der Pilotbaustelle zur Bearbeitung im ForBAU-Projekt zur Verfügung gestellt Die berechneten True Ortho Photos sind im WGS84 System Zone 33 orientiert und haben eine Lageauflösung von 10€ cm und eine Höhenauflösung von 2,5€ cm Die Daten sind in einem gekachelten Format mit 3.000 Pixel Kantenlänge (entspricht 300€ m) abgelegt Aus der Befliegung des Jahres 2008 wurden vier Kacheln und aus der des Jahres 2010 zwei Kacheln bearbeitet Mit einer Lageauflösung von 10€ cm sind die Daten für Bauwerke und bauliche Anlagen zwar noch etwas grob, zur Prüfung des Vorgehenskonzeptes aber ausreichend Mit der in Abschn.€2.3.1 beschriebenen neuen MultiCam können in Zukunft auch erheblich höher aufgelöste Daten erstellt werden Datenbearbeitung╇ Die übergebenen Daten liegen bei den Pixelinformationen als 16-Bit-Bilder im Format PPM und PGM sowie für die Geodaten im Format VRT vor Mit der Experimentalsoftware ScanBox (s Abschn.€2.3.1) werden die Pixeldaten zunächst in das TIF-Format umgewandelt und die Geodaten und Bildparameter im DLR-internen T3C-Format mit den folgenden Meta-Informationen gespeichert: Timestampâ•›=â•›0 modelâ•›=â•›cartesian tiff_colorâ•›=â•›n_03_32_top_rgb8.tif tiff_rangê•›=â•›n_03_32_height.tif start•›=â•›0.000 startvâ•›=â•›0.000 res•›=â•›0.100000 resvâ•›=â•›0.100000 offsetâ•›=â•›0.000 qscalê•›=â•›0.025 8╇ Rechteckiger Ausschnitt der Befliegungsdaten 338 Die Umsetzung der Digitalen Baustelle qmodê•›=â•›direct pinvalidâ•›=â•›1,1,1 sensor2tcpâ•›=â•›[1 0; 0; 0 1] tcp2worldâ•›=â•›[1.0 0.0 0.0 -29.771000; 0.0 1.0 0.0 13670.004000; 0.0 0.0 1.0 462.9198] Mit dem Scanbox-Befehl Createmesh kann nun eine Kachel in Ausschnitten oder im Ganzen in eine ausgedünnte Vermaschung überführt und mittels ActiveX an das CAD-System Autodesk AutoCAD 201x übertragen werden Dazu wird zunächst jeder Pixel im Tiefenbild mit der Transformation tcp2world in einen XYZ-Punkt umgerechnet wird Der Z-Wert eines Punktes ergibt sich dabei aus dem 16-BitGrauwert des Pixels multipliziert mit dem Parameter qscale Für eine Kachel ergeben sich somit 9.000.000 3D-Punkte oder ca 18.000.000 Dreiecke im 2,5DRaum Die Dreiecke können über einen dynamischen Filter entsprechend der lokalen Krümmung ausgedünnt werden Für die in den Abb.€6.53, 6.54, 6.55, 6.56, 6.57, 6.58 gezeigten Modelle konnte die Dreieckszahl so von ca 27.000.000 auf Abb 6.53↜ỉ¸€ Pilotbaustelle „Autobahnbrücke“ 2008, Farbbild Abb 6.54↜ỉ¸€ Pilotbaustelle „Autobahnbrücke“ 2008, Tiefenbild; die bereits abgebaute Fahrspur (↜ rechts) ist deutlich zu erkennen 6.2 � utzung digitaler Modelle im Bauprozess N Abb 6.55↜ỉ¸€ Pilotbaustelle „Autobahnbrücke“ 2010, Farbbild Abb 6.56↜ỉ¸€ Pilotbaustelle „Autobahnbrücke“ 2010, Tiefenbild; die bereits fertiggestellte Fahrspur (↜ rechts) ist deutlich zu erkennen Abb 6.57↜ỉ¸€ Pilotbaustelle „Autobahnbrücke“, Baustellenmodell 2008 von Südost 339 340 Die Umsetzung der Digitalen Baustelle Abb 6.58↜ỉ¸€ Pilotbaustelle „Autobahnbrücke“, Baustellenmodell 2010 von Süd Ost 750.000 reduziert werden, von denen ca 350.000 im unmittelbaren Baustellenbereich liegen Mit Hilfe der ScanBox-Software können die Luftbilddaten auch in farbige Punktwolken im Leica PTS Format umgewandelt oder im Zusammenspiel mit AutoCAD 201x als Punkt und Linienelemente ausgewertet werden Die endgültige Bearbeitung der Daten für den Tiefbau kann dann in Spezialprogrammen wie Autodesk Civil3D oder RIB STRATIS erfolgen Kapitel Fazit André Borrmann und Willibald A Günthner Die Vision der Digitalen Baustelle umfasst die durchgängige Erfassung, Verarbeitung und zentrale Verwaltung aller für Planung und Ausführung eines Bauvorhabens relevanten Daten Im Forschungsverbund ForBAU wurden erfolgreich Konzepte und technische Lösungsansätze zur Umsetzung dieser Vision am Beispiel des Infrastrukturbaus erarbeitet Dabei galt es, die schwierigen Randbedingungen der Bauindustrie zu berücksichtigen, darunter die starke Fragmentierung in kleine und mittelständische Unternehmen, die hohe Zahl der an der Planung Beteiligten und vor allem die Segmentierung der Prozesskette, die dazu führt, dass die einzelnen Phasen eines Bauvorhabens in der Regel von verschiedenen Firmen umgesetzt werden Diese Randbedingungen machen die Einführung durchgehend digitaler Datenflüsse weitaus komplexer als in der stationären Industrie, bei der die Engineering- und Fertigungsprozesse in der Regel in einer Hand liegen Ausgangspunkt der Forschungsarbeiten war der heutige Stand der Einführung digitaler Technologien im Bauwesen Dieser ist geprägt davon, dass für Teilaufgaben zwar ausgereifte, hoch-spezialisierte Softwaresysteme eingesetzt werden, die beim Austausch von Daten erreichte Informationstiefe jedoch ungenügend ist In der überwiegenden Zahl der Bauvorhaben werden zweidimensionale Pläne, in digitaler oder gedruckter Form, vom Planungsbüro an den Bauherrn übergeben, der diese wiederum an das ausführende Bauunternehmen weiterreicht Höherwertige digitale Informationen zu Bauablauf, Material oder Logistik können so nicht transportiert werden Die Grundlage eines verbesserten digitalen Informationsflusses muss daher zum einen ein informationsreiches, digitales Modell der Baustelle und Bauprozesse bilden Zum anderen muss dessen intelligente Verwaltung gewährleistet sein, um es für alle am Bau Beteiligten adäquat nutzbar zu machen Eine wesentliche Komponente der Digitalen Baustelle bildet folgerichtig ein umfassendes, für alle Beteiligten verfügbares dreidimensionales Modell des gesamten Bauvorhabens Der Aufbau eines solchen Modells beginnt mit der detaillierten A Borrmann () Lehrstuhl für Computation in Engineering, Technische Universität München, Arcisstraße 21, 80290 München, Deutschland E-Mail: andre.borrmann@tum.de W Günthner, A Borrmann (Hrsg.), Digitale Baustelle- innovativer Planen, effizienter Ausführen, DOI 10.1007/978-3-642-16486-6_7, ©Â€Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011 341 342 Fazit Erfassung des Urgeländes mit Hilfe moderne Vermessungsmethoden, wie dem Laserscanning oder der luftgestützten Photogrammetrie Diese erlauben eine nahezu vollautomatisierte Aufnahme des Urgeländes und die Weiterverarbeitung hin zu einem Digitalen Geländemodell Das Erzeugen eines 3D-Baugrundmodells durch Anwendung von stochastischen oder deterministischen Interpolationstechniken ermöglicht es, den Baugrund des gesamten Baufelds zu modellieren und damit räumliche Angaben und quantifizierbare Vorhersagen zur Baugrundschichtung und den Aushubmaterialen zu treffen 3D-Gelände- und 3D-Baugrundmodell bilden die Grundlage für eine konsequent Modell-gestützte Planung von Verkehrstrassen und der darin enthaltenen Ingenieurbauwerke Gerade für den Entwurf von Brückenbauwerken, deren Überbau häufig eine komplizierte dreidimensionale Krümmung aufweist, birgt die Nutzung moderner, parametrischer 3D-Entwurfswerkzeuge enorme Vorteile, darunter die Möglichkeit der Kollisionsprüfung, der Ableitung hochwertiger, konsistenter Zeichnungen und der automatisierten Mengenermittlung Die im ForBAU-Projekt entwickelte Integrator-Software gewährleistet zum einen die Einbindung konventioneller Trassenentwurfswerkzeuge in die 3D-basierte Planung und ermöglicht zum anderen die parametrische Bindung von Brückenbauwerken an die Geometrie des Trassenverlaufs Die Erweiterung des 3D-Modelles um die Baustelleneinrichtung liefert schließlich ein vollständiges und umfassendes digitales Abbild der Baustelle Um den Zugriff auf Modelle und Informationen für alle Beteiligten zu gewährleisten, muss ein System zur zentralen Datenverwaltung zum Einsatz kommen Im Rahmen des ForBAU-Projekts wurden hierzu Product Data Management Systeme verwendet Sie eignen sich für die Verwaltung der Digitalen Baustelle besonders gut, da sie sowohl den Zugriff auf hochwertige 3D-Modelle im Sinne eines Concurrent Engineering-Ansatzes regeln als auch textbasierte Dokumente verwalten können Zudem ist es möglich, die im Zuge der Planung und Ausführung abzuwickelnden Prozesse als Workflow im System abzubilden, wodurch diese digital begleitet und überwacht werden können Eine PDM-Lösung erlaubt es damit den Beteiligten, jederzeit aktuelle Informationen zum Planungs- bzw Ausführungsstand abzurufen Eine weitere wesentliche Komponente der Digitalen Baustelle ist die computergestützte Simulation der Bauabläufe Sie hilft, Schwachstellen und Konflikte im Bauablauf frühzeitig zu identifizieren und den Ressourceneinsatz entsprechend zu planen Im Rahmen von ForBAU kam hierzu ein ursprünglich für die Planung von Fabriken entwickeltes System zum Einsatz, das auf die spezifischen Bedürfnisse des Bauwesens angepasst wurde Um den Aufwand zur Erstellung eines Simulationsmodells zu verringern, wurde ein Simulationsbaukasten mit vordefinierten bauspezifischen Komponenten entwickelt Auf Basis dieser hochwertigen digitalen Planungsdaten kann im nächsten Schritt eine detaillierte Vorbereitung der Baulogistik erfolgen, um die effektive und effiziente Materialversorgung des Bauprojektes zu gewährleisten Im Fokus stehen hierbei insbesondere die Planung, Steuerung und Kontrolle der Lieferzeiten, -orte und -mengen von Baustoffen und Bauteilen Um eine punktgenaue Anlieferung zu ermöglichen, wurde von ForBAU-Wissenschaftlern ein innovatives System zur satellitengestützten Definition der Anlieferorte auf der Baustelle entwickelt Gleichzei- Fazit 343 tig werden AutoID-Technologien wie RFID dazu verwendet, die Anlieferung und den Verbau von Bauteilen zu verfolgen und zu dokumentieren Die so gesammelten digitalen Informationen zu Materiallieferungen und -beständen auf der Baustelle werden in einem Baustellenwirtschaftssystem verwaltet und ermöglichen die effiziente Kontrolle der logistischen Leistung Ein letzter Baustein der Digitalen Baustelle ist schließlich die kontinuierliche Überwachung des Baufortschritts mithilfe weitgehend automatisierter Erfassungsmethoden, wie die bereits erwähnten Verfahren des Laserscannings und der Stereophotogrammetrie Durch die Validierung der entwickelten Methoden anhand konkreter Pilotbaustellen der beteiligten Industriepartner konnte die Eignung und Umsetzbarkeit der erarbeiteten Konzepte der Digitalen Baustelle erfolgreich nachgewiesen werden Dennoch sind noch einige Hürden zu überwinden, bevor sich eine durchgängig digitale Planung und Abwicklung von Bauvorhaben endgültig durchsetzen wird Dazu gehören zum einen technische Herausforderungen wie die Erweiterung moderner parametrischer CAD-Systeme um bauspezifische Elemente, die Implementierung standardisierter, offener Schnittstellen zum verlustfreien Austausch von Informationen oder die Bereitstellung einer kommerziellen, auf die Belange des Bauwesens angepassten Lösung zur Datenverwaltung Gleichzeitig hat die Arbeit im Forschungsprojekt jedoch deutlich gemacht, dass im Bauwesen die Hürden zur Einführung durchgehend digitaler Verfahren vielfach nicht technischer, sondern organisatorischer Natur sind Ein Grund hierfür liegt in der stufenweisen Beauftragung und der dadurch bedingten großen Zahl von Akteuren und Schnittstellen in einem Bauprojekt Heute gehen häufig Informationen beim Übergang von einem Beteiligten zum anderen verloren Ein durchgängiges digitales Baustellenmodell kann diese Informationsverluste vermindern, allerdings bedeutet seine Erstellung einen höheren Aufwand in der Planung Da sich der Mehrwert des Modells aber über die gesamte Projektdauer ergibt, müssen intelligente vertragliche Rahmenbedingungen geschaffen werden, die es erlauben, diesen planerischen Mehraufwand entsprechend zu vergüten Gelingt es der Bauindustrie, diese organisatorischen und rechtlichen Hürden zu überwinden, steht der flächendeckenden Umsetzung der Digitalen Baustelle nichts mehr im Wege Durch die durchgehende Nutzung digitaler Informationen, die Schaffung hochwertiger Modelle in der Planung und den Einsatz von Bauablaufsimulationen zur Arbeitsvorbereitung steht eine deutliche Steigerung der Effizienz bei der Planung und Abwicklungen von Bauvorhaben zu erwarten Damit geht eine höhere Qualität nicht nur des resultierenden Bauwerks, sondern auch des Planungsund Ausführungsprozesses einher Das führt letztlich zu einer erhöhten Termin- und Kostensicherheit – zwei der wesentlichen Schwachpunkte heutiger Bauabläufe Zwar sind noch einige Entwicklungsschritte zu leisten, trotzdem lässt sich bereits heute sagen, dass sich die richtungsweisenden Ideen und Konzepte der Digitalen Baustelle in naher Zukunft in der Baupraxis durchsetzen werden Damit wird ein erheblicher Beitrag zur Wahrung der Technologieführerschaft und damit der Wettbewerbsvorteile Deutschlands in der Baubranche geleistet Sachverzeichnis 2D-Pläne, 3D-Entwurf, 3D-Baugrundmodellierung, 332 3D-Brückenbauwerk, 303 3D-Brückenmodell, 301 3D-CAD, Systeme, 3D-Modell, 4, 182, 303 CAD-Struktur, 183 Erdmassen, 183 Trasse, 292 3D-Modellierung, 3, 23, 33, 42, 113 Baugrund, 61 Baustelleneinrichtung, 77 Bauvorhaben, 302 Brücke, 295 Brücken, 69 Gebäude, 41 Trasse, 68 trassengebunden, 292 3D-Sicht, 321 4D-Ablaufanimation, 325 4D-Modell, 82 4D-Visualisierung, 311 5D-Animation, 90 5D-Initiative, 17 5D-Modell, 88 A Ablaufplan, 76 Ablaufplanung im Infrastrukturbau, 159 aktuelle Vorgehensweise, 162 Einflussfaktoren, 160, 161 Baugrund, 160 externe Beteiligte, 161 interne Organisation, 160 Witterungseinfluss, 160 Herausforderungen, 160 Kriterien zur Verbesserung, 162 Regelkreis, 161 Ablaufsimulation, 163 4D/5D, 175 Datenquellen, 181 Dokumentation, 169 Einsatzfelder, 169, 172 Fertigungsindustrie, 169 Schiffbau, 172 Ereignisorientierung, 164 Generieren von Eingangsdaten, 80 Potentiale, 165 Probleme in der Modellierung der Bauprozesse, 176 Voraussetzungen für den Einsatz, 166 Ziele, 170, 174 Zielgrưßen, 166 Aktivitäten, Koordination logistischer, 206 TUL, 205 Analyse, ABC, 222 kombinierte ABC-XYZ, 222, 223 Schwachstellen bei der Materialanlieferung, 265 XYZ, 222 Anisotropie, 64 Anlieferkonzept, Last-Meter, 263 Anlieferstrategie, 221 Arbeitsteiligkeit, 270 Arbeitsvorbereitung, 30 Augmented Reality, 20, 85, 110 Ausdünnen, 317 Ausführungsphase, 10 Ausführungsplanung, 30 Aussagegenauigkeit, 334 W Günthner, A Borrmann (Hrsg.), Digitale Baustelle- innovativer Planen, effizienter Ausführen, DOI 10.1007/978-3-642-16486-6, ©Â€Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011 345 346 Auto-ID-Systeme, 238 Auto-ID-Technologie, 242, 286 Automatisierungsinseln, 36 B Barcode, 240 Bauablaufsimulation, 305 Bauablaufvisualisierung, 38 Bauausführung, 8, 28 Baubehelfe, 248, 256 Baufortschrittskontrolle, 277 Baugrundbeschreibung, 2D, 60 Baugrunddatenbank, 66 Baugrunderkundung, 60, 62 Baugrundinformationen, Verwaltung von, 61 Baugrundmodell, 60, 335 3D, 43, 61 deterministisches, 64 Evaluierung, 332 fortgeschriebenes, 334 stochastisches, 62, 64 Baugrundrisiko, 60 Quantifizierung, 62 Baugrundschnitt, 335 Baugrund-Trassen-Brückenmodell, 303 BAUIDENT, 21 BAUIT, 20 BAULOG, 20 Baulogistik, 205, 285 Anlieferstrategie, punktgenau, 264 Herausforderungen, 210 Last-Meter-Anlieferkonzept, 263, 266 Management, 210 Planung, ganzheitliche, 219 Ziele, 233 Bauplan, BAUSIM, 20 Baustatik, Berechnung, 38 Nachweis, 42 Bausteinbibliothek, 198, 309 Aufbau, 199 Gantt-Baustein, 199 Prozessbaustein, 200 Ressourcenverwaltung, 199 Visualisierung, 201 Zusammensetzung, 198 Baustelleneinrichtung, 43, 76 Baustelleneinrichtungsplan, 76 Baustelleneinrichtungsplanung, 226 Ablaufsimulation, 229 digitale, 229 Sachverzeichnis Elemente, 227 Flächenverwaltung, 231 Ziele, 227 Baustellenwirtschaftssystem, 271 Anforderungen, 271 Implementierungshürden, 275 Bauwerksentwurfsplan, 30, 295 Bauwerksmodell, digital, 33 Bauwerksstruktur, hierarchisch, 72 Befliegung, 337 Berechnungsverfahren, 195 Bestand, 11 Best-Fit-Methode, 103 Betonfertigteile, 248 Betrieb, 8, 10 BIM, siehe Building Information Modeling Bindung, bidirektional, 74 Biometrie, 239 Brückenmodell, 3D, 43 parametrisch, 301 trassengebunden, 301 Brückenüberbau, 297 Building Information Modeling, 17, 33 Building Lifecycle Management (BLM), 119, 137 buildingSMART, 14 Bullwhip-Effekt, 219 BWS, siehe Baustellenwirtschaftssystem C CAD, siehe Computer Aided Design 2D, 30, 33 3D, 23, 95, 101, 113 Austauschformat, Datenformat, 12 CAM, siehe Computer Aided Manufacturing Chipkarten, 238 Computer Aided Design (CAD), Baugruppe, 131 CAD-System, 328 Datenmanagement-Integration, 122, 134, 141, 142 externe Referenz, 130, 132 Computer Aided Manufacturing, 3, 93 Concurrent Engineering, 119 Constraint, 298 geometrisches, 74 Constraint-basierte Simulation, 191 Cost Benefit Sharing, 284 Sachverzeichnis D Datenaustausch, 43 Datenmanagement, zentrales, 118, 119 Anforderungen, technische, 121 Betreiber, 121, 129 Customizing, 124 Datenbank, 127 Fazit, 156 Finanzierung, 121 Historie, 124 Hürden, 120 Produktstruktur, 123 Projektstruktur, 123 Rechtemanagement, 120 Replikationsserver, 122 Versionierung, 119 Viewer, 122 Datenmanagementsystem, 11 Datenmodell, 37 Dichtblockkonstruktion, 326 Digitale Baustelle, Digitale Planung, Digitale Fabrik, 169 Digitalen Fabrik, digitales Geländemodell, 25, 30, 56, 80 DIN, 14 Discrete Event Simulation (DES) Ablaufsimulation, 164 Dokumentenmanagement-System, 126 Enterprise Content Management (ECM) System, 126, 128 Customizing, 128 Meta-Daten, 127 Vault, 127 Virtueller Projektraum, 128 Dreidimensionale Modellierung, Dreitafelprojektion, 25, 28 Dupont-Modell, 268 E EDIFACT, 217 Enterprise Resource Planning (ERP)-System, 132 Entwurfsmodell, 99 Entwurfsplanung, 17 Equipment Information System, 78, 189, 194, 308 Erdbauprozess, 305 Erdbauprozesse, realistische Prognose, 311 Erdbaustoff, 308 Extrusion, 74, 298 extrudiert, 298 variabel, 298 347 F Fertigungsanlauf, 170 Fertigungsmodell, 98 Fine-Scan, 314 Flowmanagement, 211 ForBAU, 2, 19 Freiformfläche, 71 Fulldome-Scan, 314 Funktion, Extrudiert, 298 Variable Extrusion, 298 G Geländemodell, 293 3D, 42 GeneSim, 175 Geoinformationssystem, 50 Georeferenzierung, 47, 52, 108 Geräte, 246 Gesamtmodell, 41, 68, 78, 103, 113 GIS, 13 Gradiente, 30 H Haupttrassenparameter, 79 Herstellungsprozess, 16 Höhenplan, 26, 28, 30, 68, 69 Homogenbereich, 62, 63 Honorarordnung, 10 I Identifikationstechnologie, IFC, siehe Industry Foundation Classes Impulsscanner, 314 Industry Foundation Classes, 14, 37 Informationsaustausch, 118 Informationsmanagement, Instandhaltung, Integrator, 43, 78, 113, 293, 307 Integrator2NX, 295 Interoperabilität, 36 Interpolationsverfahren, 63 deterministisch, 63, 332 geostatistisches, 64 stochastisch, 332 stochastisches, 64 J JT-Format, 194 Just-in-Sequence, 264 Just-in-Time, 207, 224, 264 348 K Kalibrierung, radiometrisch, 51 Kennzahlen, 273 qualitative, 269 quantitative, 268 System, 207 Key Performance Indicator, 235 Kinematik, 78 Klasse, 35 Kleingeräte, 245, 255 Klothoide, 30, 69 Kodierung, farbig, 323 Kollisionserkennung, 26, 32, 82 Kontinuierlicher Verbesserungsprozess, 270 Koordination, der Materialflüsse, 271 Kosten, Beeinflussung, 213 Festlegung, 213 Kostenplanung, 42 leistungsmengeninduzierte, 282 leistungsmengenneutrale, 282 luftgestützte Vermessung, 57 Prozessierungskosten, 58 Verursachung, 213 Kostendruck, 10 Kosteneinsparpotential, 18 Kostensatz, 282 Kostentreiber, 282 KPI, siehe Key Performance Indicator, 235 Kriging-Varianz, 65 Kriging-Verfahren, 64, 332 Kritischer-Pfad-Methode, 210 L Ladeeinheiten, 245 Lageplan, 30, 68, 69 LandXML, 29, 68, 292 Laserscanner, 43 Impuls-Scanner, 43, 103 Phasenvergleichs-Scanner, 43, 106 Laserscanning, Flugzeug-getragenes, 54 kinematisch, 49, 108 luftgestütztes, 47 terrestrisch, 313, 319 terrestrisches, 47 Last-Meter-Anlieferkonzept, 263, 266 Layoutplanung, 226 Lebenszyklus-Management, 17 Sachverzeichnis Leistungskontrolle, 268, 276 Ziele, 270 Leistungsverzeichnis, 8, 76, 86, 88 LIDAR, 54 Lieferantenanbindung, 266 Lieferantenintegration, 263, 264 Linebuilder, 172 Logistik, Just-In-Sequence, Just-in-Time, Lagerbestand, Luftbilddaten, 340 Luftbildkamera, 50 Luftbildvermessung, 50 M Magnetstreifenkarten, 238 Managementprozess, revolvierender, 206 Maschinen, 246 Anbauteile, 247, 255 Maschinenbau, 23 Maschinendaten, 326, 327 Maschinendatenbank, 189, 193 Massenausgleich, 305 Master-Skizze, 72 Materialbedarfsplanung, 220 programmiergesteuerte, 221 verbrauchsorientierte, 220 Materialklassifizierung, 221 Materialversorgungsprozess, baulogistische Planung von, 220 Gründe mangelhafter Planung von, 215 Koordination, 270 Mengenermittlung, 28, 37, 76, 86 Modellbasierte Bauplanung, 13 Modellierung, Aktivitätsdiagramme, 176 Bohrpfahl, 299 Constraint-basiert, 178, 179, 199 Hard Constraints, 179 Soft Constraints, 179 Detaillierungsgrad, 198 dreidimensional, 331 Erd- und Tiefbauprozesse, 195 Gerätemodellierung, 178, 195, 197 Fahrgeschwindigkeit, 197 Kinematiksimulation, 178, 197 Gründung, 299 parametrische, 80 Petri-Netze, 177 Störungs- und Pausenzeiten, 198 Strategien, 199 Zustandsautomaten, 200 Sachverzeichnis Modellierungsprozess, 302 Modellmanager, 14 Modellprüfung, 37 Monitoring, 105 MultiCam, 50 N Nachtragsmanagement, Nachweismethode, 331 NURBS, 30 Nutzwertanalyse, 284 O Oberfläche, 318 vermascht, 318 Objektorientierung, 35 Octocopter, 53 Optical Character Recognition, 240 P parametrische Modellierung, 70, 98 von Brücken, 71 Parametrisierung, 298 PDM-System, siehe Produktdatenmanagement-System Phasenvergleichsscanner, 314 Photogrammetrie, luftgestützte, 50 Pilotbaustelle, 20, 291 Ablaufsimulation, 305 Airborne Photogrammetrie, 337 Augmented Reality, 337 Baugrundmodell, 334 Datenverwaltung, 324 Integrator, 292 PDM-System, 324 Soll-Ist-Vergleich, 325 terrestrisches Laserscanning, 313 Tunnel Mittlerer Ring, 88 Planfeststellungsverfahren, 25 Plankosten, 190 Planung, 2D, 28, 30, 32, 112 3D, 32, 112 5D, 85 Planungsdaten, Projektplan, 187, 188, 193 Kritischer Pfad, 188 PERT, 188 Wiederverwendung, 181 Planungsphase, Planungsleistung, Preparator, 184, 191 349 4D-Animation, 192 Aktivitäten, 184 Konstruktionsmethoden, 184 Level-of-Detail-Ansatz, 185 Product Lifecycle Management (PLM), 117, 137, 156 Bauausführung, 145 Bauplanung, 139 Lebensdauermanagement, 152 Wartung, 151 Produktdatenmanagement-System, 4, 130, 324 Anforderungen, bauspezifische, 137 Auswahl, 137 Bauausführung, Einsatz in der, 145 Baufortschrittskontrolle, 145 Baufortschrittskontrolle, mobile, 146, 148 Anforderungen, 148 Informationserfassung, 146 Umsetzung, 148 Baufortschrittskontrolle, visuelle, 149 Bauplanung, Einsatz in der, 139 Bauteilklassifizierung, 141 Bewertung, 139 CAD-Integration, 134, 141, 142 Customizing, 134 Dokumenttyp, 140 Expertenverzeichnis, 149 Konfigurationsmanagement, 133 Langzeitarchivierung, 150 Meta-Daten, 131 Produktstruktur, 130, 131 Projektmanagement, 133 Rechtemanagement, 139 Sachmerkmalleiste, 132 Stückliste, 132 Suche, 150 Wartung, Einsatz in der, 151 Produktionsdaten, Auswertung, 325 Produktmodell, 35 Produktmodell-Server, 135 Beispiele, 136 Industry Foundation Classes (IFC), 135 Informationsgranularität, 135 optimistische Nebenläufigkeitskontrolle, 136 Prognosemodell, 68 Prozess, Daten, 237 Identifizierung kritischer, 210 kritischer, 210 Optimierungsansätze, 210 Prozesskostenrechnung, 191, 282 vergleichende, 285 350 Prozesssimulation, Bausteinbibliothek, Constraint-basiertes Verfahren, Prozesssimulationen, Punktmenge, unvermascht, 320 Punktwolke, 43, 104, 316, 318, 340 Ausdünnung, 48 Einfärben, 316 Erzeugung, 50, 58 Registrierung, 47 Q Qualität, 331 Qualitätskontrolle, 103 Querprofil, 26 R Radio Frequency Identification, 7, 241, 243, 250, 261, 267, 273, 286 Datenträger, 254 Gate, 259 Identifikationspunktkonzept, 258, 260 Labels, 255 mobile Erfassungssysteme, 258 Sensortransponder, 248 Tags, 251, 256 Theke, 260 Transponder, 244, 248, 250, 255 Rahmenbedingungen, bauwirtschaftliche, 208 redundante Datensätze, Redundanz, 118 Referenzlinie, 71, 72, 80 Ressourceneinsatzplanung, 279 Erdbauprozesse, 308 Return On Investment, siehe Dupont-Modell, 268 RFID, siehe Radio Frequency Identification Rule of Ten, 118 S SAPP, 173 ScanBox, 58, 337 Schal- und Bewehrungspläne, 40 Schlitzwandlamelle, 327 Schnittebene, 322 Schnittebenenanalyse, zweidimensional, 329 Schnittstelle, 36 standardisiert, 14 Schwachstellen, Materialanlieferung, 265 Sachverzeichnis Semantik, 36 semantische Modellierung, 35 Semi-Global-Matching, 52 Service Level Agreements, 264, 268 Simulation, 37, 40, 163, 313 als Kommunikationsmittel, 165 Ausführungsreihenfolge, 179 Bausteinbibliothek, 198 Definition, 163 Klassifikation, 164 Monte-Carlo, 187 von Abläufen Ablaufsimulation, 164 Simulationsdatenbank, 174 Simulationsexperiment, 311 Simulationsgestützte Bauablaufplanung, 159 Simulationsmodell, 306 Simulationsphase, 311 Simulationsstudie, 306 Erdbau, 307 Vorgehensweise, 167, 168 5-Phasenmodell, 168 Simulationssysteme, Bauspezifische Simulatoren, 176 CYCLONE, 176 STROBOSCOPE, 176 Intralogistikplanung, 178 Plant Simulation, 178 SLA, siehe Service Level Agreements, 264 Soll-Ist-Abgleich, 319 Soll-Ist-Analyse, geometrisch, 325 zeitlich, 325 Soll-Ist-Vergleich, 102 qualitativ, 322 visuell, 322 Soll-Modell, 329 statistische Verteilungen, 198 STEP, 37 Stereoskopie, 83 Steuerung, Pull-Prinzip, 235 Push-Prinzip, 235 von Ressourcen- und Informationsflüssen, 234 STS, 173, 192 Subunternehmer, 10 Supply Chain, 270 Event Management, 235, 280 Management, 206, 271, 286 Management-Software, 271 Sachverzeichnis 351 T Tachymeter, 25, 43, 46, 50, 108 Target, Zielmarke, 47 technische Gebäudeausrüstung, 40 Technologie, Integration neuartiger, 281 Teilmodelle, 41, 42 Zusammenführung, 78 Terminplanung, materialbezogene, 224 Tracking, 84 Transportkosten, 218 Transportmatrix, 311 Transportwegeführung, 311 Trassenbauprojekt, 25 Trassenmodell, 293 3D, 42, 68 Turmdrehkraneinsatzplaner, 189 Überbaumodell, 300 Überlagerung, 336 Überwachungsmessung, 105 Vermassungskette, 298 Vermessung, baubegleitend, 316 konventionell, 49 Versorgungsstrategie, 223 Virtuelle Baustelle, 18 Virtuelle Inbetriebnahme, 172 Virtuelle Realität, 83 Vision, Visualisierung, 82, 328 VOB, 86, 190 Volumenkörper, 80 Voxel, 82, 183, 194, 293, 307 Voxelisierung, 80 U Unterbaumodell, 300 Z zentrales Datenmanagement, Verwalter, zentrale Datenhaltung, zentrales Datenmanagement, Datenmanagement-Dienstleister, Zusammenbaukontrolle, 99 V Variantenstudien, 75 Variogramm, 64 Vermaschung, 47 W Wärmebedarfsberechnung, 38 Wertschöpfungskette, Bruch, horizontaler, 215 Bruch, vertikaler, 215 Workflow-Management, 123 Status, 119, 123 ... (DLR) Methoden und Konzepte für das Bauen im 21 Jahrhundert Dabei galt es, die Vision der Digitalen Baustelle mit Leben zu erfüllen und die konzeptionelle und technologische Grundlage für ihre.. .Digitale Baustelleinnovativer Planen, effizienter Ausführen Willibald Günthner • André Borrmann Herausgeber Digitale Baustelleinnovativer Planen, effizienter Ausführen Werkzeuge und Methoden. .. Baumaschinenhersteller und IT-Partner für digitale Werkzeuge Gefördert wurde der Verbund für insgesamt drei Jahre von der Bayerischen Forschungsstiftung ForBAU – Werkzeuge und Methoden für die Digitale Baustellꕇ