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Um gegen den Klimawandel vorzugehen, ist im Gebäudebestand eine Reduktion der Treibhausemmissionen nötig. Dafür müssen politische Entscheidungsträger, Wohnungsunternehmen und Baufirmen gemeinsam arbeiten, um CO2 Neutralität zu erreichen. Die energetische Sanierung der bedürftigen Gebäude ist mit den konventionellen Methoden bis zum Jahr 2050 nicht zu erreichen. Das Energiesprong Prinzip bietet einen Lösungsansatz, welcher finanziell interessant ist und mit weniger Personalaufwand in großer Menge umgesetzt werden kann. Es wird die Erkenntnis gewonnen, dass die bisher verwendeten konstruktiven Systeme jedoch noch Optimierungsbedarf haben, um den finanziellen Rahmen des Prinzips einzuhalten und den Massenmarkt bedienen zu können. Die Untersuchungen dieser Arbeit ergeben, dass eine im Prozess eingebundene Gebäudeaufstockung in Holzbauweise eine lohnende Ergänzung sein kann. Aus nachhaltigem Baumaterial wird mit verhältnismäßigem Mehraufwand eine größere Rentabilität der Immobilie bewirkt und dem Problem der Wohnungsknappheit in Städten entgegengewirkt.
Durch neuartige Arten der Fortbewegung, eine weitreichende Vernetzung und die Notwendigkeit einer nachhaltigen Mobilität steht die Mobilitätsplanung vor neuen Herausforderungen. Die bisherige Ausrichtung auf die Optimierung von Kapazität und Geschwindigkeit des Verkehrsflusses ist mit der modernen Stadtplanung nicht mehr vereinbar.
Ziel dieser Masterarbeit ist es, ein Konzept für eine zukunftsorientierte Mobilitätsplanung mit der Eingliederung in eine klimaresiliente Stadtplanung zu schaffen. Dafür wird der Einsatz von Fernerkundungsdaten als Datengrundlage für Planung und Monitoring und die Verwendung weicher Maßnahmen untersucht. Sie erfordern keinen direkten Eingriff in die Infrastruktur, sondern bauen auf der bereits bestehenden auf und zielen auf eine Veränderung des Mobilitätsverhalten der Reisenden ab.
Auf Basis einer Literaturrecherche wurde ein Konzept erstellt, das die identifizierten Problemstellen der heutigen Mobilitätsplanung aufgreift. Zur Validierung der technischen Machbarkeit und die Praxistauglichkeit, wurden Experteninterviews durchgeführt. Mit den daraus gewonnenen Erkenntnissen wurde der neue Ansatz darauffolgend erweitert und angepasst.
Die Auswertung zeigt, dass die Herausforderungen durch das entwickelte Konzept aufgegriffen werden und die Mobilitätsplanung von der Verwendung von Fernerkundungsdaten profitieren kann. Um eine optimale Datenverwertung zu gewährleisten, ist eine Bilderkennungssoftware erforderlich. Allerdings erfordert die angestrebte Verhaltensänderung bei den Reisenden zudem ein unterstützendes zielgruppenorientiertes Marketing. Für eine weitere Verbesserung des Monitorings ist die Bildung von KPIs bereits in der Planungsphase und eine Monitoring-Plattform hilfreich.
Zur Einbindung des Konzepts in der Praxis ist die Entwicklung einer auf die Fernerkundungsdaten angepasste Bilderkennungssoftware notwendig. Danach kann das entwickelte Konzept in Pilotprojekten angewendet werden. Dadurch können auch die prozessualen Änderungen, die durch den Ansatz erfolgen, erprobt werden.
Der Urban-Heat-Island-Effekt in Städten wird sich, angetrieben durch den globalen Klimawandel, weiter verstärken. Dem können städtebauliche Maßnahmen mildernd entgegenwirken.
Aus diesem Grund soll in dieser Bachelorarbeit im Rahmen des CoKLIMAx-Projekts eine Maßnahmentoolbox für resiliente Stadtplanung erstellt werden. Im Fokusbereich Wärme werden Maßnahmen näher betrachtet, die dazu beitragen können, Städte bezüglich zu erwartender vermehrter Hitzeereignisse zukünftig klimaresilienter zu gestalten.
Ziel dieser Arbeit ist die Zusammenstellung ausgewählter, konkreter Hitze-Resilienz-Maßnahmen für den städtischen Raum in einer Maßnahmentoolbox. Mithilfe dieser Toolbox sollen Möglichkeiten aufgezeigt werden, die Auswirkungen von Hitzeextremereignissen auf den städtischen Raum durch städtebauliche Maßnahmen zu minimieren beziehungsweise zu vermeiden.
Adressaten sollen in erster Linie Behörden auf kommunaler Ebene sein. Diese sollen bezüglich zunehmender Hitzeextremereignisse und ihrer negativen Auswirkungen auf Mensch, Wirtschaft sowie Gebäude und Infrastruktur, besser vorbereitet bzw. handlungsfähiger gemacht werden.
Es wird über die Erfahrungen an der Universtität Limerick und zum Klimaschutz in Irland im Zuge des Freistellungs- und Forschungssemester im WS 2021/22 berichtet. Der Aufenthalt konnte trotz Pandemie erfolgreich durchgeführt werden. Neben den Erfahrungen zu Organisation und Lehre an der UL wird über die Möglichkeiten zu weiteren Kooperation der HTWG mit UL berichtet. In einem zweiten Teil wird der Weg und Beitrag Irlands zu mehr Klimaschutz beschrieben. Hier fließen zahlreiche persönliche Recherchen, Besuche und Erfahrungen des Forschungsaufenthaltes ein.
In dieser Arbeit wird die Ausgangssituation der klimabezogenen Stadtplanung in Konstanz in den Bereichen Wasser, Wärme und Vegetation im Hinblick auf die Anpassung an den Klimawandel untersucht. Diese dient als eine Grundlage für das Projekt CoKLIMAx.
Ziel dieses Projektes ist es, eine einfache Toolbox zu entwickeln, die Kommunen befähigt, mit Hilfe von Satelliten- und in-situ-Daten Klimaanalysen, erforderliche Gewichtungen und späteres Monitoring selbst durchführen zu können, um Entscheidungen für auf die langfristige Stadtentwicklung treffen zu können.
Für die Feststellung der Ausgangssituation in Konstanz wurden Mitarbeiter der Stadtverwaltung Konstanz befragt, ein Planungsprozess für die Klimaanpassung künftiger Bauprojekte entwickelt und eine Stakeholderidentifikation erstellt.
Zu Beginn der Arbeit werden die Ursachen für den Klimawandel und seine Auswirkungen erörtert, Anpassungsbeispiele anderer Städte betrachtet und die Funktionsprinzipien der verwendeten Satelliten und die Dienste des Copernicus-Programms erklärt.
Als Grundlage für die im Zuge der Verkehrswende anfallenden Planungs- und Entscheidungsprozesse werden aktuelle und digitale Daten des Straßenraums benötigt. Mobile-Mapping-Systeme sind in der Lage, solche raumbezogenen Daten schnell, genau und flächendeckend zu erfassen. Die anfallenden Datenmengen sind dabei jedoch erheblich und der Zeitaufwand für eine manuelle Analyse durch Personen mit entsprechender Expertise immens. Daher ist eine Automatisierung wünschenswert. Der vorliegende Beitrag gibt einen praxisbezogenen Überblick über Anwendungsmöglichkeiten für Künstliche Intelligenz (KI) im Themenbereich Straßenraumerfassung. Aufbauend auf einer thematischen Einführung in Mobile Mapping und KI werden ausgewählte Anwendungen vorgestellt, bei denen KI-Ansätze typische Prozesse der Straßenraumdatenverarbeitung unterstützen und beschleunigen können.
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.
Sanierputzsysteme
(2021)
Sanierputzsysteme wurden für feuchtes, salzbelastetes Mauerwerk entwickelt. Richtig angewendet ermöglichen sie langfristig schadenfreie Putzflächen auf problematischen Untergründen. Leider kommen immer wieder Fehlanwendungen vor. Es treten Flecken und Ausblühungen auf, der Putz wird zerstört, weil grundlegende Voraussetzungen für die Planung und Ausführung missachtet wurden. Dieses Buch vermittelt das notwendige Grundwissen für die Vermeidung solcher Fehler. Sanierputzsysteme bestehen in der Regel aus dem Spritzbewurf, dem Sanierputz als Grundputz und einem Oberputz oder einem Farbanstrich. Diese Materialien müssen genau aufeinander abgestimmt werden, damit sie in der Lage sind, Salze aufzunehmen und Feuchtigkeit zu speichern. Außerdem müssen sie zum jeweiligen Untergrund passen. Vorhandene Salzbelastung, Durchfeuchtungsgrad, Tragfähigkeit des Putzgrunds, Saug- und Trocknungsverhalten sind nur einige der Eigenschaften, an die das System angepasst werden muss. Diese komplexen Zusammenhänge zwischen Untergrund und Putzmörteleigenschaften sind wissenschaftlich gut erforscht und in den technischen Regelwerken berücksichtigt. Die Autoren bereiten dieses Wissen für die praktische Anwendung auf. Mit anschaulichen Erklärungen und aussagekräftigen Bilder gelingt es ihnen, die komplexen Schadensmechanismen von Putzen und Mauerwerk darzustellen und die Funktionsweise von Sanierputzsystemen zu erklären. Das Buch enthält alle Informationen, die Planer und Ausführende für die Herstellung dauerhafter Putze auf problematischen Untergründen benötigen, einschließlich der Lösungen für die besonders schwierigen Gebäudesockel und denkmalgeschützte Fassaden.
Der Inhalt dieser Arbeit befasst sich mit der Erläuterung von Technologien der Industrie 4.0. Diese Technologie soll in Verbindung mit einem Stampfprozess die altbewährte Stampflehmbauweise wieder mehr ins Leben rufen. Dabei soll in dieser Arbeit über die technischen Funktionalitäten, die relevanten Parameter sowie über den Stand der Technik aufgeklärt werden. Darüber hinaus wird in einer Markabschätzung das Potential des Stampflehms als nachhaltige Baumethode und Ersatz für anderweitige Baumethoden untersucht. Hierbei werden die Vor- und Nachteile nochmals aufgezeigt, um eine bessere Beurteilung möglich zu machen. Die Meinungen und Erfahrungen von Experten sind in dieser Arbeit aufbauend miteingeflossen.
Electricity generation from renewable energies often fluctuates due to weather and other natural effects. The instrument of control energy (balancing energy) can compensate for these fluctuations and thus guarantee the system and supply security of the electricity grid. Luxury hotels on tourist islands could react to fluctuations in electricity generation and provide balancing energy. The purpose of this paper is to investigate the electricity consumption of luxury hotels to assess their potential as a source for providing control energy.
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.
Optimierungsansätze zur Verbesserung der Leistungsbeschreibungen bei öffentlichen Bauvorhaben
(2021)
Elbphilharmonie, BER, Bischofsresistenz Limburg, Stuttgart 21, Alter Elbtunnel Hamburg. Alles bekannte deutsche Bauprojekte der letzten 20 Jahre. Alle mit einer Gemeinsamkeit: Exorbitante Kostenexplosionen und Bauzeitenverzögerungen.
In dieser Arbeit wird aufgezeigt, weshalb solche Kostenexplosionen auch aufgrund von Unklarheiten bzw. Fehlern in Leistungsbeschreibungen entstehen und welches enorme Potential klare und erschöpfende Leistungsbeschreibungen haben, um bereits im Vorfeld eines Bauvorhabens die Weichen für einen reibungslosen und erfolgreichen Projektverlauf zu stellen.
In der Nachhaltigkeits-Diskussion spielen anthropogene Treibhausgasemissionen durch den von ihnen hervorgerufenen Klimawandel eine entscheidende Rolle. Im Zuge dessen entscheidet sich die Hochschule Technik, Wirtschaft und Gestaltung in Konstanz (HTWG), eine jährliche Treibhausgasbilanzierung zu erstellen. Durch die jährliche Erfassung der hochschulbezogenen Emissionen erfolgt das Monitoring (dt.: Überwachung).
Die Bilanzierung und Überwachung der durch die Hochschule und ihren Betrieb verursachten Treibhausgasemissionen (THG-Emissionen) dienen als Ausgangspunkt für lokalen Klima-schutz. Die wesentlichen Handlungsfelder werden durch das Identifizieren der Hauptursachen für Treibhausgasemissionen ermittelt und setzen den Startpunkt für die Planung, Auswahl und Umsetzung von Klimaschutzaktivitäten. Durch eine langfristige und regelmäßige Überwachung der Emissionen trägt die HTWG auch über ihre lokalen Systemgrenzen hinaus zum gesellschaftlichen Umweltbewusstsein bei.
Um das Erreichen dieses Ziels zu unterstützen, wird im Rahmen der vorliegenden Abschlussarbeit ein Pflichtenheft erstellt. Dieses enthält eine Ausarbeitung über die erforderlichen Organisations- und Arbeitsstrukturen für das Monitoring der THG-Emissionen. Des Weiteren erfolgt mit der Status-Quo-Abschätzung der THG-Emissionen des festgelegten Basisjahres 2019 die erste exemplarische Praxisanwendung des Pflichtenheftes. Das Monitoring wird mit der Zielsetzung einer maßnahmen- und umsetzungsorientierten Anwendung konzeptioniert, dessen jährliche Erhebung mit einem vertretbaren Aufwand zu realisieren ist.
Der Inhalt dieser Arbeit befasst sich mit der Verwendung von regionalen Ressourcen in Form von Erde. Diese soll als Baumaterial unter Anwendung der Stampflehmbauweise für
ökologischeres Bauen dienen. Damit der Baustoff den Ansprüchen heutiger Bauaufgaben gerecht wird, wird untersucht, mit welchen nachhaltigen Methoden die Erde stabilisiert werden kann. Darüber hinaus wird nach einem zukunftsweisenden Fertigungsverfahren
für den Stampflehmbau gesucht. Die Nutzung und Kombination dieser Aspekte bezeichnen wir als Erdbau 4.0, welcher unter anderem für das Maun Sciene Park Projekt in Botswana infrage kommen könnte.
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.
With the increasing challenges of the 21st century, such as a rapidly growing population, increasing hunger and the destruction of the environment, the demand for sustainable and future-oriented ways of living is growing. To meet this demand, a residential district named Maun Science Park is being built in Botswana to develop a resilient society. In addition to the application of modern technology to optimise the use of resources, the environmentally friendly construction of the buildings is another goal of the project. This thesis investigates the prefabrication of rammed earth in terms of implementation and profitability for the Maun Science Park.
For this purpose, the specific properties, handling, as well as the application of the building material in prefabrication are first discussed.
This is followed by an investigation of how the work processes of prefabrication can be implemented in the Maun Science Park. Based on this, a profitability test is carried out using a break-even and sensitivity analysis.
The analyses showed that the investment in prefabrication is not profitable within the assumed production volume, which is due to the high fixed costs. These are primarily generated by the two main cost drivers, consisting of the new construction of the production hall and the rental of heavy construction equipment.
Lastly, recommendations for action were formulated that provide for a cost reduction in both the two main cost drivers as well as for other decisive factors.