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Der Prozess der Optimierung ist in Bereichen wie der Mathematik, Wirtschaft sowie sämtlichen Ingenieurswissenschaften ein zentrales und nicht mehr wegzudenkendes Werkzeug. Mit der Motivation der Nachhaltigkeit, Effizienz und Kosteneinsparung wird im Bauwesen ein optimaler Einsatz der Materialien gefordert unter Einhaltung der geforderten statischen Nachweise.
Die Methode der Verformungsreduzierung durch Materialumverteilung (kurz: MVM) greift die Anforderung auf, Material möglichst effizient einzusetzen. Diese Methode basiert darauf, die Steifigkeiten innerhalb eines geometrisch festgelegten und bereits vordimensionierten Tragwerkes durch Materialumverteilung in einem iterativen Prozess neu zu positionieren, wodurch die Verformung an einem vorab definierten kritischen Punkt reduziert wird und gleichzeitig die Verteilung der Ausnutzung vergleichmäßigt wird.
Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, das in einer vorherigen Abschlussarbeit bereits entwickelte Grasshopper-Skript für eine praxisbezogene Anwendung zu optimieren und zu erweitern. Dieses Grasshopperskript soll neu strukturiert und auf Fehler untersucht werden. Ebenso soll ein Abbruchkriterium implementiert werden, das die Optimierung automatisch abbricht, sobald keine nennenswerte Reduzierung der Verformung infolge der Materialumverteilung mehr erfolgt. Dabei soll stetig die Tragfähigkeit aller Stäbe eingehalten sein.
Das optimierte Tool soll abschließend anhand geeigneter praxisorientierter Beispiele angewandt und validiert werden.
Multi-faceted stresses of social, environmental, and economic nature are increasingly challenging the existence and sustainability of our societies. Cities in particular are disproportionately threatened by global issues such as climate change, urbanization, population growth, air pollution, etc. In addition, urban space is often too limited to effectively develop sustainable, nature-based solutions while accommodating growing populations. This research aims to provide new methodologies by proposing lightweight green bridges in inner-city areas as an effective land value capture mechanism. Geometry analysis was performed using geospatial and remote sensing data to provide geometrically feasible locations of green bridges. A multi-criteria decision analysis was applied to identify suitable locations for green bridges investigating Central European urban centers with a focus on German cities as representative examples. A cost-benefit analysis was performed to assess the economic feasibility using a case study. The results of the geometry analysis identified 3249 locations that were geometrically feasible to implement a green bridge in German cities. The sample locations from the geometry analysis were proved to be validated for their implementation potential. Multi-criteria decision analysis was used to select 287 sites that fall under the highest suitable class based on several criteria. The cost-benefit analysis of the case study showed that the market value of the property alone can easily outweigh the capital and maintenance costs of a green bridge, while the indirect (monetary) benefits of the green space continue to increase the overall value of the green bridge property including its neighborhood over time. Hence, we strongly recommend light green bridges as financially sustainable and nature-based solutions in cities worldwide.
Digital federated platforms and data cooperatives for secure, trusted and sovereign data exchange will play a central role in the construction industry of the future. With the help of platforms, cooperatives and their novel value creation, the digital transformation and the degree of organization of the construction value chain can be taken to a new level of collaboration. The goal of this research project was to develop an experimental prototype for a federated innovation data platform along with a suitable exemplary use case. The prototype is to serve the construction industry as a demonstrator for further developments and form the basis for an innovation platform. It exemplifies how an overall concept is concretely implemented along one or more use cases that address high-priority industry pain points. This concept will create a blueprint and a framework for further developments, which will then be further established in the market. The research project illuminates the perspective of various governance innovations to increase industry collaboration, productivity and capital project performance and transparency as well as the overall potential of possible platform business models. However, a comprehensive expert survey revealed that there are considerable obstacles to trust-based data exchange between the key stakeholders in the industry value network. The obstacles to cooperation are predominantly not of a technical nature but rather of a competitive, predominantly trust-related nature. To overcome these obstacles and create a pre-competitive space of trust, the authors therefore propose the governance structure of a data cooperative model, which is discussed in detail in this paper.
Einsatz von Bankettbeton bei schmalen und stark beanspruchten Ortsverbindungs- und Kreisstraßen
(2021)
The present contribution proposes a novel method for the indirect measurement of the ground reaction forces (GRF) induced by a pedestrian during walking on a vibrating structure. Its main idea is to formulate and solve an inverse problem in the time domain with the aim of finding the optimal time dependent moving point force describing the GRF of a pedestrian (input data), which minimizes the difference between a set of computed and a set of measured structural responses (output data). The solution of the inverse problem is addressed by means of the gradient-based trust region optimization strategy. The moving force identification process uses output data from a set of acceleration and displacement time histories recorded at different locations on the structure. The practicability and the accuracy of the proposed GRF identification method is firstly evaluated using simulated measurements, which revealed a high accuracy, robustness and stability of the results in relation to high noise levels. Subsequently, a comprehensive experimental validation process using real measurement data recorded on the HUMVIB experimental footbridge on the campus of the Technical University of Darmstadt (Germany) was carried out. Besides the conventional sensors for the acquisition of structural responses, an array of biomechanical force plates as well as classical load cells at the supports were used for measurement reference GRFs needed in the experimental validation process. The results show that the proposed method delivers a very accurate estimation of the GRF induced by a subject during walking on the experimental structure.
Ein Wandel weg von der linearen und hin zu einer Kreislaufwirtschaft, wie man ihn bereits in verschiedenen Bereichen erkennen kann, hat positive Auswirkungen auf das Klima und die Umwelt. Die Baubranche könnte durch ihre hohe Ressourcen- und Energieintensität ein wichtiger Beitrag zur Klima- und Umweltschonung durch Kreislaufpraktiken leisten. Im Fokus sollte nicht mehr nur eine effiziente Gebäudehülle stehen, sondern eine ganzheitliche Nachhaltigkeitsbetrachtung.
Aufgrund mangelnden Bewusstseins, fehlender rechtlicher Rahmenbedingungen, Organisationen, Softwaretools und fehlender Anreize durch Förderungen oder Geschäftsmodelle kann und wird eine ganzheitliche Kreislaufwirtschaft derzeit noch nicht in der Baubranche umgesetzt. Ein weiterer bedeutsamer Grund sind fehlende Materialpässe und deren Umsetzungsmöglichkeiten in der Praxis.
Ziel dieser Arbeit ist es, die Lücke zwischen den Anforderungen an Materialpässe und deren Umsetzung in der Praxis, speziell für WeberHaus und somit den Holz-Fertighausbau, frühzeitig zu schließen. Durch Experteninterviews werden der Ist-Zustand des Material- und Informationsflusses beschrieben und gleichzeitig die Themen Kreislaufwirtschaft, Rückverfolgung und Materialpässe mit den Mitarbeitern diskutiert und nähergebracht. Aus dem Ist- Zustand des Material- und Informationsflusses werden Möglichkeiten einer Umsetzung in Form von zwei Varianten für Materialpässe geliefert, welche die zuvor festgelegten Anforderungen erfüllen.
Zur Beschreibung des Materialflusses hat es sich als sinnvoll erwiesen, eine Einteilung des gesamten Unternehmens auf Gebäude- und Elementebene vorzunehmen. Der Informationsfluss wird für den Materialpass hauptsächlich durch die vorhandenen Softwaresysteme Bentley, Dietrich´s, SAP und WeKo bestimmt. Um die Anforderungen, die an die Materialpässe gestellt werden, bestmöglich und mit geringem Aufwand erfüllen zu können, stellt sich BIM in Kombination mit der Plattform Madaster als sinnvolles Instrument heraus. Hierzu sind jedoch aufwendige Fachmodelle oder ein Koordinationsmodell nötig, welche von WeberHaus noch nicht vollständig realisiert werden. Als Übergangslösung bietet sich ein Materialpass auf Elementebene an, der durch diese Betrachtung standardisiert und ergänzt werden kann. Eine Ergänzung dieser Variante durch QR-Codes bietet zusätzlich eine direkte Verknüpfung von Informationen mit Bauteilen.
Analyse der Nachhaltigkeit verschiedener Redevelopmentszenarien einer Unternehmensbestandsimmobilie
(2022)
Ziel dieser Arbeit ist es einen Beitrag dazu zu leisten, dass auch Argumente der Nachhaltigkeit in Investitions- und Projektentscheidungen der Immobilienbranche leichter einfließen können, indem sie besser messbar gemacht werden, und somit an Einfluss gewinnen. Betrachtet werden sollen hierbei Entscheidungen zwischen verschiedenen Redevelopmentszenarien. Wann ergibt es mehr Sinn, eine bestehende Immobilie zu modernisieren? Wann lohnt sich ein Neubau eher? Zur Beantwortung dieser Fragen soll im Rahmen dieser Arbeit eine Entscheidungshilfe entwickelt werden. Konkret soll sich diese Entscheidungshilfe auf verschiedene Redevelopmentszenarien von speziell denjenigen Bürogebäuden beziehen, welche Teil von Unternehmensimmobilien sind. Entwickelt wird die Entscheidungshilfe aus einem bestehenden „Nachhaltigkeitsrating zur Bewertung der Zukunftsfähigkeit von Immobilien“, welches von Sarah Ok Kyu Strunk im Rahmen ihrer Dissertation an der Universität Stuttgart erstellt wurde. Die Besonderheit dieses Ratings liegt darin, dass es verschiedene nachhaltigkeitsrelevante Standortund Gebäudeeigenschaften im Hinblick auf ihr Wertentwicklungsrisiko betrachtet. Dies bedeutet, dass es eine Übersicht über diejenigen Nachhaltigkeitsmerkmale einer Immobilie gibt, welche nicht nur nachhaltigkeitsrelevant sind, sondern gleichzeitig maßgeblichen Einfluss auf das wirtschaftliche Risiko und somit die Wirtschaftlichkeit der Projektentwicklung haben. Ausgelegt ist das Rating auf die Betrachtung einzelner deutscher Büroimmobilien jeglichen Alters. Im Rahmen dieser Arbeit soll hieraus eine Entscheidungshilfe für Büroimmobilien als Teil von Unternehmensimmobilien entwickelt werden, bei welcher mehrere Redevelopmentszenarien verglichen werden können, um schließlich festzustellen, welches Szenario das geringere Wertentwicklungsrisiko mit sich bringt. Das Ergebnis hieraus soll nicht die abschließende Entscheidung zwischen den beiden Redevelopmentszenarien darstellen. Es soll vielmehr neben anderen Vergleichen, beispielsweise dem Vergleich der Wirtschaftlichkeit oder der Nachhaltigkeit der Bausubstanz der beiden Szenarien, eine stichhaltige Grundlage für eine wirtschaftlich und nachhaltig sinnvolle Entscheidung bieten.
Projekte aus dem Hochbau, wie z.B. Schulgebäude sind eine klassische Aufgabe der Tragwerksplanung. Dabei steht eine Vielzahl an unterschiedlichen Bauweisen zur Verfügung. Vor dem Hintergrund der Klimakrise und den damit verbundenen Klimaschutzzielen von Paris besteht akuter Handlungsbedarf in allen Bereichen des Lebens, besonders aber im Bausektor, welcher maßgeblich zu den gesamten Treibhausgasemissionen beiträgt. Deshalb wird momentan vermehrt auf Lösungen in Holzbauweise zurückgegriffen. Neben der Gründung nehmen die Geschossdecken den größten Anteil an den Umweltwirkungen ein. Dieser Anteil steigt mit zunehmender Deckenfläche an. Dadurch besteht ein großes Potenzial bei der Verringerung der Treibhausgasemissionen durch geeignete Auswahl des Deckensystems und Optimierung der Tragstruktur.
In Diskussionen über den Klimawandel wird oft eine nachhaltige Entwicklung thematisiert. Für den Vergleich wurde eine Optimierung durchgeführt zur Beurteilung des CO2-Einsparpotenziales. Um alle Aspekte der Nachhaltigkeit zu erfüllen, wurden die gefundenen Varianten auf Basis gängiger Zertifizierungssysteme für Nachhaltigkeit bewertet. Jede Variante erfüllt dabei die Anforderungen an maximale Spannungen und Verformungen. Durch die Optimierung und den folgenden Vergleich wurde das Optimierungspotenzial verdeutlicht. Gleichzeitig entstehen teilweise nutzungsbedingte Konflikte aus der Optimierung und Anforderungen aus dem Schallschutz.
This policy brief presents the possibilities of using big data analytics for safe, decarbonised and climate-resilient infrastructure. The policy brief focuses on current constraints and limitations to applying big data analytics to the infrastructure ecosystem and presents several examples and best practices for different infrastructure sectors and at different policy levels (national, municipal) to highlight recommendations and policy requirements needed for deep digital transformation and sustainable solutions in infrastructure planning and delivery.
Die vorliegende Arbeit soll durch einen möglichst gesamtheitlichen Vergleich von Fertigbadzellen und der konventionellen Ausführung von Bädern als eine Entscheidungshilfe für zukünftige Projekte dienen. Durch den immer stärker werdenden Fachkräftemangel sind Unternehmen auf Methoden angewiesen, welche diesem Mangel entgegenwirken. Eine Möglichkeit bietet die Verwendung von Fertigbadmodulen, welche noch viele weitere Vorteile sowohl für den Nutzer als auch den Generalunternehmer darstellt. Ziel der Arbeit ist es, neben der Ermittlung der Mindeststückzahl für eine sinnvolle Anwendung, eines Kosten- und Bauzeitenvergleichs auch einen Ausblick auf einen vermehrten Einsatz von Fertigbädern im Wohnungsbau zu geben. Im Rahmen der Arbeit wurden Experteninterviews geführt, um die gesammelten Erfahrungen auf den Baustellen sowie die Informationen aus Internet- und Literaturrecherchen mit aktuellen und aussagekräftigen Informationen zu stärken. Zuletzt fasst ein Leitfaden alle wichtigen Aspekte zusammen, die berücksichtigt werden sollten, wenn es um die Frage geht, ob der Einsatz von Fertigbädern sinnvoll ist. Zu den wichtigsten Erkenntnissen gehört die Tatsache, dass beim betrachteten Beispielprojekt eine deutliche Kosteneinsparung durch eine Verkürzung der Gesamtbauzeit sowie durch einen reduzierten Koordinationsaufwand ermittelt werden konnte. Weiterhin zeigen die Erkenntnisse aus den Interviews eine zukünftig verstärkte Orientierung in Richtung des Wohnungsbaus. Dies zeigt sich in den Anwendungszahlen sowie durch Maßnahmen zur stärkeren Etablierung im Wohnungsbau. Zusammenfassend kann die Anwendung von Fertigbadzellen besonders bei Projekten mit hoher Wiederholungsrate empfohlen werden, jedoch sollte auch hier in Zukunft der Wohnungsbau unter Berücksichtigung bestimmter Prämissen nicht vernachlässigt werden.
We call for a paradigm shift in engineering education. We are entering the era of the Fourth Industrial Revolution (“4IR”), accelerated by Artificial Intelligence (“AI”). Disruptive changes affect all industrial sectors and society, leading to increased uncertainty that makes it impossible to predict what lies ahead. Therefore, gradual cultural change in education is no longer an option to ease social pain. The vast majority of engineering education and training systems, which have remained largely static and underinvested for decades, are inadequate for the emerging 4IR and AI labour markets. Nevertheless, some positive developments can be observed in the reorientation of the engineering education sector. Novel approaches to engineering education are already providing distinctive, technology-enhanced, personalised, student-centred curriculum experiences within an integrated and unified education system. We need to educate engineering students for a future whose key characteristics are volatility, uncertainty, complexity and ambiguity (“VUCA”). Talent and skills gaps are expected to increase in all industries in the coming years. The authors argue for an engineering curriculum that combines timeless didactic traditions such as Socratic inquiry, mastery-based and project-based learning and first-principles thinking with novel elements, e.g., student-centred active and e-learning with a focus on case studies, as well as visualization/metaverse and gamification elements discussed in this paper, and a refocusing of engineering skills and knowledge enhanced by AI on human qualities such as creativity, empathy and dexterity. These skills strengthen engineering students’ perceptions of the world and the decisions they make as a result. This 4IR engineering curriculum will prepare engineering students to become curious engineers and excellent collaborators who navigate increasingly complex multistakeholder ecosystems.
Um im Angesicht der Klimakrise eine lebenswerte Zukunft zu sichern, brauchen wir einen grundlegenden und raschen gesellschaftlichen Wandel. Wirksame Klimakommunikation kann eine wichtige Rolle spielen, um das für diesen Wandel erforderliche gesamtgesellschaftliche Engagement zu fördern.
Im Forschungssemester wurden drei Ziele verfolgt: Erstens der Auf- und Ausbau des eigenen Kenntnisstands zur Klimakommunikation, zweitens das Kennenlernen der Arbeitsmethoden und -kultur des gastgebenden Think-Tanks Climate Outreach sowie drittens die Erstellung eines oder mehrerer für die Nachhaltigkeitstransformation nützlicher ‚Produkte‘ als Ergebnis des Forschungsaufenthalts. Alle drei Ziele konnten erreicht werden. Dabei bilden ein Working Paper, ein 4-Seiter für Praktiker sowie mehrere Artikel und ein Buchkapitel die Arbeitsergebnisse für andere nachvollziehbar und anwendbar ab (siehe Liste entstandener Veröffentlichungen in diesem Bericht).
Inhaltlich war die Kernerkenntnis, dass Menschen sich ihre Meinung zum Klima und der eigenen Rolle in der Transformation nicht in erster Linie durch mehr und bessere Informationen bilden, sondern durch Geschichten, die ihre Werte ansprechen, die von Menschen erzählt werden, denen sie vertrauen, und die durch die Überzeugungen und das Verhalten der Menschen in ihrem Umfeld bestätigt werden. Klimakommunikation sollte also neben der rationalen Vermittlung von Fakten auch unsere emotionale Seite bedienen und beispielsweise zeigen, wie sich soziale Normen verändern und Klimaschutzhandeln zum neuen Normal wird.
Die durch den Klimawandel verursachten Auswirkungen und die daraus resultierende Betroffenheit nehmen stetig zu, dennoch ist das Bewusstsein für den Klimaschutz noch immer stärker verankert als das für die Klimaanpassung. Letztere sollte jedoch zum Schutz der Gesundheit der Bevölkerung und bestehender Infrastruktur mehr in das Bewusstsein rücken.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Frage, wie Städte widerstandsfähiger gegenüber den Folgen des Klimawandels werden können. Dazu werden die Prozesse der Stadtplanung auf diesen Kontext bezogen untersucht.
Um die Prozesse abzubilden, wird zunächst eine Übersicht über allgemeine Handlungsmöglichkeiten gegeben, bevor die Stadt Konstanz genauer betrachtet wird und die Ergebnisse, der dort geführten Experteninterviews ausgewertet werden. Mitarbeiter der Stadtverwaltung wurden in diesem Rahmen nach ihren Erfahrungen, bestehenden Prozessen und notwendigen Veränderungen befragt. Im letzten Schritt wurde der Untersuchungsraum erweitert, um Erfahrungen aus Städten, die bereits aktiv Klimaanpassung umsetzen, einzubringen. Aus diesen Ergebnissen werden Handlungsempfehlungen für die Klimaanpassung abgeleitet und beschrieben.
Der wirtschaftliche Erfolg eines Unternehmens wird an seinen Umsätzen und Gewinnen gemessen. Im Sinne der Lean Management-Philosophie wird versucht, Prozesse und Abläufe immer weiter zu optimieren, um immer bessere Ergebnisse zu liefern. Der maßgebliche Einfluss, den dabei die Führung des Unternehmens, aber auch die Führung innerhalb des Betriebs auf die Produktion hat, wird jedoch häufig unterschätzt. Shopfloor Management bietet hier das Führungsinstrument, um durch Führung am Ort des Geschehens Produktion und Management miteinander zu verbinden. Das Bauunternehmen Ed. Züblin AG setzt Lean Construction mit Hilfe der Methode der Taktplanung und Taktsteuerung um. Zu diesem Zweck hat es mit der digitalen Taktsteuerungstafel (dTST) ein eigenes Instrument zur Steuerung der Prozesse auf der Baustelle entwickelt, mit dem der Status täglich erfasst und bewertet wird. Ziel dieser Arbeit ist es, herauszufinden wie sich mit Hilfe der dTST und ihrer Daten Shopfloor Management Ansätze für Bauprojekte entwickeln lassen. Hierzu werden Interviews mit Stakeholdern höherer Hierarchieebenen verschiedener Bauprojekte geführt, um deren Bedürfnisse und Anforderungen an einen entsprechenden Ansatz zu eruieren. Die Verbesserung der Kommunikation, das Schaffen von Transparenz und auch die Mitarbeiterentwicklung sind die maßgeblichen Ziele der Stakeholder, die mit Shopfloor Management erreicht werden sollen. Die dTST wird dabei jetzt schon als das Werkzeug zur Durchführung von Shopfloor Management angesehen. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde ein Konzept in Form einer Besprechungslandschaft entwickelt. In dieser dienen die dTST und ihre Daten als Grundlage der täglich stattfindenden Kommunikation zwischen den Ebenen. Um die dTST noch aktiver in die tägliche Kommunikation einzubinden und ihre Daten aktiver und besser nutzen zu können, wurden Zusatzeigenschaften entworfen. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass bei der Entwicklung und Gestaltung von Shopfloor Management Ansätzen in der Praxis eine Vielzahl von Hindernissen und Herausforderungen gemeistert werden müssen. Eine maßgebliche Rolle spielen hier u.a. die Entwicklung von Standards, der notwendige Kulturwandel (z.B. Fehlerkultur, Führungsstil), die Berücksichtigung des Einflusses externer Stakeholder und die Gestaltung des Change Managements.
This report summarises up-to-date social science evidence on climate communication for effective public engagement. It presents ten key principles that may inform communication activities. At the heart of them is the following insight: People do not form their attitudes or take action as a result primarily of weighing up expert information and making rational cost-benefit calculations. Instead, climate communication has to connect with people at the level of values and emotions.
Two aspects seem to be of special importance: First, climate communication needs to focus more on effectively speaking to people who have up to now not been properly addressed by climate communications, but who are vitally important to build broad public engagement. Second, climate communication has to support a shift from concern to agency, where high levels of climate risk perception turn into pro-climate individual and collective action.
In der vorliegenden Arbeit wird eine Vorlage für ein generalisiertes Betonfertigteil-Tracking für die Bauindustrie geschaffen. In dem ersten der vier Kapitel wird zuerst der Prozess des Fertigteil-Trackings dargestellt. Dieser wird anhand von Experteninterviews modifiziert und es wird ein Standardprozess als Vorlage präsentiert. Dieser Standardprozess soll für projektspezifische Wünsche modular erweiterbar sein. Hierfür werden Vorteile, Probleme und Verbesserungswünsche der Anwender eingearbeitet. Um den Prozess auf die gesamte Baubranche erweitern zu können, werden die softwaretechnischen Voraussetzungen für eine Standardschnittstelle der Fertigteil-Werke analysiert. Um Probleme bei der Implementierung und Durchführung des Trackings zu verhindern, werden die Partikularinteressen aller Beteiligten analysiert. Die Ergebnisse werden aus Experteninterviews generiert sowie durch Literaturrecherche und die eigenen Erfahrungen bei der Implementierung des Fertigteil-Trackings auf der Baustelle Telekom Areal der Ed. Züblin AG ergänzt.