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In Maun, Botswana, a self-sufficient, sustainable and future-oriented district will be created, the Maun Science Park. Within this project, several 5-8 storey smart homes shall be built in sustainable construction. The aim of this thesis is to develop a sustainable structural concept for those homes of the Maun Science Park. In a first step, the general basics for tall building structures and sustainable construction were established. Based on those fundamentals, criteria for the structural requirements, the ecological as well as the social sustainability of a structural design could be defined. Subsequently, four structural systems were drafted: a concrete core structure, a steel shear frame structure, a rammed earth shear wall structure and a wooden diagrid structure. In addition to the pre-dimensioning of the systems, a life cycle assessment was set up to evaluate the ecological sustainability of the designs. With the help of a utility value analysis, the wooden diagrid structure was determined as the preferred variant. The comparison of the designs also allows to draw general conclusions for the development of sustainable tall building structures. The results of the life cycle assessment show the advantage of wood as an ecological building material over industrially manufactured building materials, such as steel and concrete. Whereas rammed earth, a likewise ecological building material, is not convincing due to its low strength. In general, a balance is created in the life cycle assessment between ecological and industrially manufactured products in regard of strength and environmental impact. In terms of social sustainability, the design of the structure system can significantly influence the flexibility and use of local resources. However, due to the diversity of sustainable construction, the development of a structural system should be linked to an overarching sustainability concept that takes architecture and stakeholders into account.
Experimentelle Untersuchung einer Kontaktverbindung für die Anwendung im konstruktiven Holzbau
(2021)
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Holz-Holz-Kontaktverbindung aus Brettschichtholz ohne mechanische Verbindungsmittel hinsichtlich ihrer Steifigkeit experimentell untersucht. Eine Druckstrebe wurde mit Hilfe eines versteckten Treppenversatzes unter einem Winkel von 30° bzw. 60° an einen Gurt angeschlossen. Insgesamt wurden in den zwei Prüfreihen 20 Prüfkörper untersucht.
Das für die Versuche verwendete Brettschichtholz wurde von vier verschiedenen Firmen und Ingenieurbüros in Deutschland zur Verfügung gestellt. Für die experimentellen Untersuchungen in dieser privatfinanzierten Masterthesis standen so immerhin ca. 50 Meter Brettschichtholz zur Verfügung.
Die Versuche wurden in der Öffentlichen Prüfstelle für Baustoffe und Geotechnik an der HTWG durchgeführt.
Die Auswertung der Versuchsergebnisse soll Aufschluss über die Steifigkeit, die Tragfähigkeit und das mechanische Verhalten eines solchen modifizierten Versatzes geben. Diese Erkenntnisse sollen eine Grundlage für die computergestützte Modellierung von Verbindungen schaffen, um lokale Effekte in Anschlussbereichen besser zu verstehen und möglichst realitätsnah implementieren zu können.
Kapitel 2 der vorliegenden Arbeit beschreibt die theoretischen Grundlagen optimaler Regelung und die unterschiedlichen Methoden des Pfadintegral Frameworks zur Reglersynthese. Zudem wird ein Ansatz zur Erweiterung des stochastischen NMPC dargestellt, sodass eine Adaption an eine real vorliegende Systemdynamik erfolgt. Weiter wird eine Methode entwickelt und beschrieben, welche die Effizienz des Algorithmus stark erhöht.
In Kapitel 3 wird aufgezeigt, wie die Pfadintegral Regelung dazu genutzt wird ein Furuta Pendel aufzuschwingen.
In Kapitel 4 werden die Algorithmen zur Lösung unterschiedlicher Problemstellungen im Kontext eines Forschungsboot appliziert. So wird unter anderem gezeigt, wie ein Pfadintegral Regelungsalgorithmus genutzt werden kann, um autonom mit dem Forschungsboot Solgenia am Steg der HTWG Konstanz anzulegen.
Abschließend wird in Kapitel 5 ein Fazit aus den Ergebnissen gezogen, diese eingeordnet und ein Ausblick auf weitere mögliche Arbeiten gegeben.
Interpretability and uncertainty modeling are important key factors for medical applications. Moreover, data in medicine are often available as a combination of unstructured data like images and structured predictors like patient’s metadata. While deep learning models are state-of-the-art for image classification, the models are often referred to as ’black-box’, caused by the lack of interpretability. Moreover, DL models are often yielding point predictions and are too confident about the parameter estimation and outcome predictions.
On the other side with statistical regression models, it is possible to obtain interpretable predictor effects and capture parameter and model uncertainty based on the Bayesian approach. In this thesis, a publicly available melanoma dataset, consisting of skin lesions and patient’s age, is used to predict the melanoma types by using a semi-structured model, while interpretable components and model uncertainty is quantified. For Bayesian models, transformation model-based variational inference (TM-VI) method is used to determine the posterior distribution of the parameter. Several model constellations consisting of patient’s age and/or skin lesion were implemented and evaluated. Predictive performance was shown to be best by using a combined model of image and patient’s age, while providing the interpretable posterior distribution of the regression coefficient is possible. In addition, integrating uncertainty in image and tabular parts results in larger variability of the outputs corresponding to high uncertainty of the single model components.
Die fortschreitende Urbanisierung sowie die voranschreitende digitale Transformation stellen viele Städte vor großen Herausforderungen. Um den wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Veränderungsprozessen gerecht zu werden, braucht es innovative Lösungen. Die Nutzung digitaler Technologien und Daten eröffnen Städten neue Möglichkeiten, um sich zukunftsfähig zu gestalten. So wird die Stadt der Zukunft eine Stadt der Daten sein. Sie ist smart, vernetzt und entwickelt intelligente, digitale Lösungen für sich und ihre Bürger. Digitale, offene föderierte Plattformen bilden hierbei das Herzstück. Als zentraler Zugangspunkt zu Daten schaffen sie eine grenzenlose Vernetzung und generieren einen Mehrwert für Stadt, Bürger und Wirtschaft. Sie vereinen smarte Dienste und Services, verbessern die digitale Teilhabe und erhöhen die Lebensqualität in einer Stadt.
Das Ziel in der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung von Anwendungsfällen aus dem Bereich der Bauwirtschaft für offene, föderierte digitale Plattformen. Der Fokus liegt hierbei auf der Online-Plattform für sogenannte digitale Zwillinge, die ein virtuelles Abbild der Realität erschaffen. Der virtuelle Stadtzwilling bildet das Fundament zahlreicher Smart City-Konzepte. Er ist ein Smart City-Werkzeug, das aufgrund seiner vielfältigen Einsatzfähigkeit für Städte großes Potenzial bietet.
Der Stadt Konstanz eröffnen sich mit der Etablierung eines digitalen Stadtzwillings neue Möglichkeiten für eine resiliente und umweltschonende Gestaltung ihres urbanen Raums. Der digitale Zwilling findet in den unterschiedlichsten Feldern Anwendung. So kann er beispielsweise für die Entwicklung klimaoptimierter Bebauungsszenarien eingesetzt oder für intelligent vorausschauende Verkehrsleitsysteme genutzt werden. Darüber hinaus ermöglicht er neue Formen mit der Öffentlichkeit zu interagieren, indem er geplante Bauvorhaben und deren Auswirkungen realitätsgetreu abbildet. Dennoch stellt die Etablierung und die vollumfängliche Nutzung des digitalen Zwillings die Stadt Konstanz vor großen Herausforderungen. So setzt die Anwendung smarter städtischer Lösungen einen ausreichenden Datenschutz voraus. Darüber hinaus ist die digitale Transformation ein zeitintensiver und kostenaufwendiger Prozess, für den entsprechende Ressourcen benötigt werden. Zudem bedarf es einen gesellschaftsübergreifenden Paradigmenwechsel, der bislang nur langsam voranschreitet. Dennoch ist es unerlässlich, dass die Stadt Konstanz die Herausforderungen annimmt und die Chancen ergreift, um zu einer zukunftsfähigen und digitalen Stadt zu werden. Denn der digitale Zwilling bildet einen zentralen Baustein auf dem Weg zu einer Smart City.