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A vision-based sensing system for sentient building models

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[Quelle: http://repositum.tuwien.ac.at]

Die Qualität und Kosteneffektivität von Dienstleistungen in der Bauindustrie haben ein grosses Verbesserungspotenzial. Eine mögliche Strategie zur Umsetzung dieses Potenzials besteht darin, Gebäude als sentiente Einheiten zu verstehen, welche sich kontinuierlich an Veränderungen in der Umgebung anpassen. Um sentiente Gebäude zu realisieren, müssen umfassende Modelle der physischen und Verhaltensaspekte von Gebäuden über den Lebenszyklus generiert werden. Eine händische Wartung führt jedoch zu Engpässen, welche das Erreichen von Echtzeit-Unterstützung des Gebäudebetriebs verunmöglichen. Deshalb sollte ein Modell die Fähigkeit haben, sich selber zu aktualisieren. Das bedingt einen vielseitigen Sensormechanismus, welcher Echtzeit-Information über den Zustand eines Gebäudes liefert. Deshalb hat sich die Abteilung für Bauphysik und Bauökologie an der Technischen Universität Wien darauf konzentriert, einen Prototyp eines selbstaktualisierenden Raummodells für den Gebäudebetrieb zu entwickeln. Als Demonstrationsprototyp wurde ein Lichtregelungssystem umgesetzt im Rahmen eines FWF (Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung) Projekts. Das Ziel des Projekts bestand darin, die bestmöglichen Lichtverhältnisse in einem Büroraum zu erzeugen. Für die Generation eines umfassenden, selbst-aktualisierenden Modells ist es notwendig, dass der Systemprototyp Objekte identifizieren, ihre Position bestimmen, sowie die Anwesenheit von Personen im Raum (occupancy) erkennen kann. Zusätzlich zu diesen Erfassungsaktivitäten soll eine mögliche Lösung gebäudespezifische Anforderungen erfüllen, d.h. es soll kostengünstig, wartungsarm und skalierbar sein. In dieser Dissertation wird die Umsetzung von diesen Anforderungen beschrieben. Vor der Beschreibung der Umsetzung werden bestehende Technologien beurteilt. Mit Blick auf die Anforderungen wurden computer-vision-basierte Lösungsansätze als vielversprechend eingeschätzt bezüglich der vorhandenen Software und Anpassbarkeit. Im Rahmen unserer Arbeit mit dem Ziel der Realisierung einer solchen Lösung wurde ein Vision-based Object Location and Occupancy Sensing system (VIOLAS) entwickelt. VIOLAS funktioniert nach dem bekannten Barcode-Leseprinzip und setzt eine Kombination von visuellen Markierungen (Tags) und Videokameras ein. Anders als bei einem Barcode ermöglicht die Struktur der Tags zusätzlich zur Identifikationsnummer die Extraktion von Positionsinformation. Durch bildverarbeitende Methoden erfasst das System in Echtzeit Identifikation und Position eines markierten Objekts. Durch den Einsatz von Videokameras kann es ebenfalls die Anwesenheit von Personen basierend auf Bewegungsanalyse erkennen. Zusätzlich zu diesen primären Zielen soll die Softwareumsetzung von VIOLAS die erwähnten gebäudespezifischen Anforderungen erfüllen. Deshalb wird in dieser Dissertation eine verteilte Systemarchitektur vorgeschlagen, in welcher die Hardware (Kameras) und die Software (bildverarbeitende Programme) über das Internet miteinander verküpft werden. Neben der Skalierbarkeit und inkrementellen Erweiterbarkeit verbessert die verteilte Systemarchitektur die Performance durch parallele Operationen. Die resultierende flexible und anpassbare Struktur ist sehr geeignet für die Anforderungen von Steuerungsandwendungen in sentienten Gebäuden.

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Bücher, Broschüren

Jutta Albus, Kirsten Hollmann-Schröter, Felix Lowin, Matthäus Johann Nowak
Systematisierte Planungs- und Bauprozesse
Hintergründe, Strategien und Potenziale industrieller Vorfertigungstechnologien.
2021, 208 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
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Mike de Saldanha
Smart bauen
Architektonische und technische Strategien für energieoptimierte Gebäude, Quartiere und Städte
2021, ca. 250 S., zahlr. Abb. u. Tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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Achim Hamann
Bauprojekte erfolgreich entwickeln und betreiben
Kommunikation und Projektmanagement
2021, ca. 300 S., zahlr. Abb. und Tab., Softcover
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Bauen+ Schwerpunkt: Gebäudetechnik
Edition Bauen+, Band 1
Ausgewählte Fachartikel und Interviews aus der Bauen+.
2021, 92 S., 130 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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Hannsjörg Ahrens, Klemens Bastian, Lucian Muchowski
Handbuch Projektsteuerung - Baumanagement
Ein praxisorientierter Leitfaden mit zahlreichen Hilfsmitteln und Arbeitsunterlagen
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Peter Mehrtens
Integration Scan-Basierter-Techniken und Parametrischer-Methoden in einen Prozess zur Verbesserung der Effizienz im Planungs- und Bauablauf komplexer Fassaden
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3158
2020, 12 S., 15 Abb. u. 2 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Projekt untersuchte inwiefern Scan-basierte Techniken (terrestrische 3d-Scans bzw. deren Auswertung) geeignet sind für die Einbindung in parametrische Planungsprozesse für Fassaden. Grundsätzliche Feststellung ist, dass obwohl für die einzelnen Arbeitsschritte des Vermessens und auch der Planung von Fassaden entsprechende digitale Werkzeuge existieren, die bestehenden Werkzeuge aufgrund ihrer jeweiligen Bedienungskonzepte nicht direkt zueinander kompatibel sind. Bei der Auswertung von Punktwolken wird üblicherweise Software verwendet, deren Ergebnis variiert je nach Interaktion des Benutzers mit der grafischen Benutzeroberfläche. Parametrische Planungsmethoden hingegen verwenden möglichst Funktionen, deren Argumente in replizierbarer Art aus vorherigen Schritten abgeleitet werden. Bedarf an weiterführender Forschung in diesem Bereich ist anzunehmen.

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Manfred Helmus, Anica Meins-Becker, Agnes Kelm, Norbert Damerau, Matthias Kaufhold, Daiki John Feller, Michael Zibell, Melanie Quessel
Detaillierte Entwicklung von BIM-basierten Prozessen des Betreibens von Bauwerken zur Integration in eine lebenszyklusübergreifende Prozesskette
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3211
2020, 188 S., 47 Abb. u. 6 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Forschungsprojekt "BIM-basiertes Betreiben" ordnet sich in die Prozesslandkarte des Lehr- und Forschungsgebiets Baubetrieb und Bauwirtschaft der Bergischen Universität Wuppertal (BUW) mit dem Fokus auf den Gebäudebetrieb ein. Hierbei wurden die Prozesse des Immobilienbetriebs in das lebenszyklusübergreife Prozessmodell der BUW eingebettet; das BUW-Prozessmodell verfolgt den Ansatz, sämtliche Prozesse und Informationen über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes verfolgbar zu machen und stellt so Bestrebungen des Forschungsteams zur Schaffung von Transparenz und Standardisierung der Methode BIM dar. Im Ergebnis wurde der fachliche Informationsfluss erfasst, analysiert und in das BUW-Prozessmodell integriert. Es wurden diverse BIM-Anwendungsfälle identifiziert werden, wovon sechs bis auf Attributebene modelliert wurden; diese können aus dem Prozessmodell ausgegeben und verfügbar gemacht werden, beispielsweise auf Basis der Struktur der DIN EN ISO 29481 (Handbuch der Informationslieferung). Darüber hinaus wurde der aktuelle Stand der Technik von der Bereitstellung bis zur Integration und Datendurchgängigkeit von Bauwerksinformationen in CAFM-Zielsystemen untersucht und so auf Probleme und Potentiale eingegangen werden.

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Jutta Albus, Hans Drexler
PREFAB HOUSING
Untersuchung von Produktionsprozessen im Hinblick auf Effizienzsteigerung und Kostensenkung für bedarfsgerechten Wohnraum
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3195
2020, 71 S., 48 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In dieser Studie werden industrielle Fertigungsprozesse für Bausysteme mit hohem Vorfertigungsgrad im Hinblick auf ihr Potenzial zur Schaffung von kostengünstigem und hochwertigem Wohnraum untersucht. Im Fokus steht nicht das Gebäude als Produkt, sondern die Produktion der Subsysteme und deren Zusammenspiel. Gegenstand der Untersuchungen sind Systeme, zu deren Referenzdaten Zugang besteht und aktuelle Produktionsverfahren, die den vorgefertigten Wohnungsbau repräsentieren. In der best-practice Studie wird nicht nur die Konstruktion eines Gebäudes, sondern auch die Produktionskette einer genauen Analyse unterzogen. 4 bis 6 Referenzprojekte ausgewählter Firmen werden einer einheitlichen Analyse von Produktionszeiten und Kostenanteilen unterzogen. Die Analyse der Produktion der baukonstruktiven Bereiche zusammen mit der Betrachtung von Montage, Fertigungs- und Bauzeiten sowie Kostenanteilen lässt eine Bewertung des Gesamtsystems und des Optimierungspotenzials für künftige Umsetzungen und Veränderungen der Stückzahlen ableiten. Die Herstellungsmethoden und der Grad der Vorfertigung werden untersucht und in Verhältnis zu den Kosten und Qualitäten gesetzt. Ein Vergleich der Systeme und Materialien kann Grenzen und Potenziale der Systeme aufzeigen. Die Baukonstruktionen sollen zum einen im Hinblick auf die besonderen konstruktiven und bautechnischen Anforderungen im Wohnungsbau betrachtet werden, zum anderen sollen die Gebäudetypologien und Gebäudeklassen benannt werden, für deren Einsatz sie sich eignen.

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Manfred Helmus, Anica Meins-Becker, Agnes Kelm, Brian Klusmann, Carla Pütz, Michael Zibell
Methodik und Instrumente zur Verbesserung der Arbeitsplanung in kleinen und mittleren Unternehmen der Bauwirtschaft unter Einsatz des Building Information Modeling. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3111
2019, 216 S., 63 Abb. u. 15 Tab., Softcover
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Die Anwendung der Methode BIM steht derzeit im Fokus der Digitalisierung der Baubranche. Um die Effizienz der Bauwirtschaft zu optimieren und die Wettbewerbsfähigkeit der Bauunternehmen zu stärken, ist die Anwendung der Methode BIM über die Planung hinaus auch während der Bauausführung unabdingbar. Insbesondere KMU, die 99% der Bauunternehmen ausmachen, müssen mit der Methode vertraut gemacht werden, um eine durchgängige Anwendung zu ermöglichen. Eine Umfrage unter KMU der Baubranche zeigte, dass die größten Hemmnisse bei der Anwendung der Methode BIM die Kosten für die Anschaffung von Software und die Schulung von Mitarbeitern sowie der hierfür benötigte Zeitfaktor sind. Bei der Umsetzung des Datenviewers wurden diese Aspekte berücksichtigt. KMU können mit Hilfe des Datenviewers Informationen für ihr Gewerk aus einem Datenmodell erhalten ohne selber ein Softwareprodukt kaufen zu müssen. Die Informationen werden gewerkespezifisch vorgefiltert und können in die gewohnten Programme der KMU exportiert werden. Eine Weiterentwicklung des Demonstrators zu einer marktreifen Lösung kann KMU die Arbeit mit der Methode BIM deutlich erleichtern.

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Rebekka Volk, Richard Müller, Frank Schultmann, Jeremy Rimbon, Thomas Lützkendorf, Joachim Reinhardt, Florian Knappe
Stofffluss- und Akteursmodell als Grundlage für ein aktives Ressourcenmanagement im Bauwesen von Baden-Württemberg "StAR
Produktion und Energie, Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion und Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung, Band 32
2019, 418 S., graph. Darst. 210 mm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Der Bericht untersucht aktuelle und zukünftige Stoffströme in einem integrierten, regionalen Stoffstrom- und Akteursmodell für Gebäude und Straßeninfrastrukturen. Die drei Maßnahmen Besteuerung von Primärrohstoffen, Erhöhung von Deponiegebühren und Anpassung von Ausbildungsinhalten ergeben in den Modellberechnungen ein mittleres Ressourcenschonungspotenzial von 30,8 % für Baden-Württemberg bis 2030, also eine Verringerung der kumulierten Stoffstrombilanzen von 119 auf 82 Mio. Tonnen.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Tiedtke, Sina; Frisch, Andreas
Building Information Modeling (BIM): Normung und die DIN BIM Cloud
DIN-Mitteilungen + Elektronorm, 2020

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Herzog, Andres
Die Kette schliessen. Eine der größten Holzbauten wird mit BIM geplant
Hochparterre, Beilage, 2020

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Vasilic, Ksenija
Additive manufacturing in concrete construction - current trends and challenges
BFT International, 2020

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Bucherer, Michael; Sonntag, Regina
Optimierung der Initiierung. Komplexe Bauvorhaben
Industriebau, 2020

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Selberherr, Julia
Digitaler Mehrwert. Wie Investoren den Wert ihrer Immobilien steigern können
Hochparterre, Beilage, 2020

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