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Im Rahmen der Lehrveranstaltung "Nachhaltigkeit im industriellen Umfeld" im Masterstudiengang Umwelt- und Verfahrenstechnik der Hochschulen Konstanz und Ravensburg-Weingarten wurde 2015 eine studentische Fachkonferenz durchgeführt.
Die Studierenden entwickelten in Einzelarbeit oder als Zweierteam Konferenzbeiträge zu folgenden Themen:
- Innovationen und Spannendes aus dem Bereich der Energieerzeugung und -wandlung
- Aspekte der Schließung von Stoffkreisläufen und Vermeidung von Schadstoffeinträgen in die Umwelt
- Chancen und Herausforderungen Nachwachsender Rohstoffe bei verschiedenen Einsatzmöglichkeiten sowie Themen der Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft
- verschiedene Blickwinkel auf das Thema Wasser (von der Abwasserreinigung bis zum Wasserkonsum der Konsumenten)
- die Betrachtung spezifischer Industrien und Unternehmen sowie deren Werkzeuge zur Umsetzung von Nachhaltigkeit
Die Ergebnisse der studentischen Fachkonferenz zur „Nachhaltigkeit im industriellen Umfeld“ werden in der vorliegenden Publikation präsentiert.
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.
Thema der Masterarbeit ist die Zukunft des Generalunternehmers. Auf Grund verschiedener Entwicklungen in den letzten Monaten und Jahren, wie zum Beispiel dem Auflösen der Generalunternehmungssparte des Schweizer Pioniers Steiner AG, stellt sich in der Baubranche die Frage, ob das Modell des GU zukunftsfähig ist oder ob in nächster Zeit ein disruptiver Prozess Einzug erhalten könnte.
Das primäre Ziel der Arbeit ist es, herauszufinden, ob für das Geschäftsmodell des Generalunternehmers bereits oder zukünftig eine Bedrohung besteht. Dabei wird die vergangene, derzeitige und zu-künftige Lage der Baubranche analysiert. Eine Rolle spielen dabei die betrieblichen Triebkräfte, Marktanalysen und Trends. Weiterhin sollen verschiedene Trends und Innovationen in der Baubranche er-mittelt, sowie den hieraus entstehenden Einfluss für den Generalunternehmer abgeschätzt werden. Zusätzlich soll ein Analysetool entworfen werden, mit Hilfe dessen man in Zukunft schnell, einheitlich und verlässlich Trends und Innovationen analysieren und bewerten kann.
Zuerst wird das Geschäftsmodell des Generalunternehmers erläutert. Hierbei wird unter anderem die Wertschöpfung des Generalunternehmers behandelt. Danach werden die Five Forces nach Porter betrachtet. Weiterhin wird die Rolle der Unternehmenskultur hinsichtlich ihres Einflusses auf den Betriebserfolg untersucht. Im darauffolgenden Kapitel geht es um die vergangene, derzeitige und kurzfristige Entwicklung der Baubranche in Europa. Im abschließenden Kapitel werden verschiedene Trends, die das Generalunternehmer Modell betreffen, ermittelt. Zu guter Letzt wird aufgezeigt, wie wichtig Trendanalysen für die langfristige Zukunft von Generalunternehmern sind. Außerdem wird ein Analysetool erstellt und an den Trends BIM und Nachhaltigkeit angewendet.
Das Ergebnis der Masterarbeit zeigt, dass das Modell des Generalunternehmers im Vergleich zur über-geordneten Branche derzeit nicht wesentlicher bedroht ist. Der stetige Zuwachs der Inanspruchnahme von Dienstleistungen und der steigende Fachkräftemangel in der ganzen Baubranche sind Indikatoren, die die Attraktivität des GU Modells auf dem Markt anheben. Termin- Kosten- und Qualitätsrisiken liegen beim GU aufgrund des Fachkräftemangels und steigender Materialpreise in der Baubranche. Die Digitalisierungstrends bieten für die Baubranche und somit auch für den GU neue Möglichkeiten für produktivere Projektabwicklungen. Sie dienen damit mehr als Werkzeug denn als Ersatz für das GU Modell. Die Lieferengpässe und die Bauteuerungen beeinträchtigen derzeitige und zukünftige Projekte branchenübergreifend. Abhilfe könnte hier die Mietung von Hallen bzw. Lagerflächen leisten, um das Material frühzeitig zu bestellen und zu lagern. Einzig neue Vertragsgestaltungen, wie sie zum Teil schon in England, Australien und den USA angewendet werden, können eine Bedrohung für das GU-Modell darstellen. Da in diesen Verträgen eine Kernkompetenz des GU, die Koordination zwischen den Ge-werken, durch die Kooperation zwischen den Gewerken, bedroht wird. Jedoch sträuben sich bislang die Planer und die Bauherren dagegen. Der Baubranche werden allgemein stabile Prognosen mit leichtem Umsatzplus zugesagt. Aus Sicht des Marktes besteht somit vorerst keine Gefahr für das GU Modell. Um den Einfluss von Trends und Entwicklungen auf das GU Modell anhand verschiedener Indikatoren einschätzen zu können, wurde ein Analysetool entwickelt, damit auch zukünftig der Einfluss von Neuerungen auf den GU Markt abgeleitet werden kann. Bei der Analyse der Trends spielt vor allem die Beschaffung von verlässlichen Informationen eine tragende Rolle. Die Einsatzgebiete von Trendanalysen sind in einem Unternehmen sehr vielfältig. Das Ergebnis der untersuchten Trends BIM und Nachhaltigkeit hat ergeben, dass diese eher Chancen anstatt Risiken für die Baubranche und somit auch für das GU Modell darstellen. Die allgemeine Umfrage zur Bedrohung des Geschäftsmodells GU hat ergeben, dass aus Sicht der Probanden eine mittlere Bedrohung vorliegt. Umfragewerte sind hinsichtlich ihrer Subjektivität und der aktuellen durch Krisen bestimmten Lage jedoch immer hinsichtlich Ihrer Aussagekraft in Kontext zu setzen.
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.
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.
Increasing demand for sustainable, resilient, and low-carbon construction materials has highlighted the potential of Compacted Mineral Mixtures (CMMs), which are formulated from various soil types (sand, silt, clay) and recycled mineral waste. This paper presents a comprehensive inter- and transdisciplinary research concept that aims to industrialise and scale up the adoption of CMM-based construction materials and methods, thereby accelerating the construction industry’s systemic transition towards carbon neutrality. By drawing upon the latest advances in soil mechanics, rheology, and automation, we propose the development of a robust material properties database to inform the design and application of CMM-based materials, taking into account their complex, time-dependent behaviour. Advanced soil mechanical tests would be utilised to ensure optimal performance under various loading and ageing conditions. This research has also recognised the importance of context-specific strategies for CMM adoption. We have explored the implications and limitations of implementing the proposed framework in developing countries, particularly where resources may be constrained. We aim to shed light on socio-economic and regulatory aspects that could influence the adoption of these sustainable construction methods. The proposed concept explores how the automated production of CMM-based wall elements can become a fast, competitive, emission-free, and recyclable alternative to traditional masonry and concrete construction techniques. We advocate for the integration of open-source digital platform technologies to enhance data accessibility, processing, and knowledge acquisition; to boost confidence in CMM-based technologies; and to catalyse their widespread adoption. We believe that the transformative potential of this research necessitates a blend of basic and applied investigation using a comprehensive, holistic, and transfer-oriented methodology. Thus, this paper serves to highlight the viability and multiple benefits of CMMs in construction, emphasising their pivotal role in advancing sustainable development and resilience in the built environment.
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.
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.
Specific climate adaptation and resilience measures can be efficiently designed and implemented at regional and local levels. Climate and environmental databases are critical for achieving the sustainable development goals (SDGs) and for efficiently planning and implementing appropriate adaptation measures. Available federated and distributed databases can serve as necessary starting points for municipalities to identify needs, prioritize resources, and allocate investments, taking into account often tight budget constraints. High-quality geospatial, climate, and environmental data are now broadly available and remote sensing data, e.g., Copernicus services, will be critical. There are forward-looking approaches to use these datasets to derive forecasts for optimizing urban planning processes for local governments. On the municipal level, however, the existing data have only been used to a limited extent. There are no adequate tools for urban planning with which remote sensing data can be merged and meaningfully combined with local data and further processed and applied in municipal planning and decision-making. Therefore, our project CoKLIMAx aims at the development of new digital products, advanced urban services, and procedures, such as the development of practical technical tools that capture different remote sensing and in-situ data sets for validation and further processing. CoKLIMAx will be used to develop a scalable toolbox for urban planning to increase climate resilience. Focus areas of the project will be water (e.g., soil sealing, stormwater drainage, retention, and flood protection), urban (micro)climate (e.g., heat islands and air flows), and vegetation (e.g., greening strategy, vegetation monitoring/vitality). To this end, new digital process structures will be embedded in local government to enable better policy decisions for the future.
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.
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.
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.
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.
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.
Aktuelle Fachvorträge aus dem internationalen Spektrum des Bauingenieurwesens an der HTWG Konstanz, anlässlich des 100-jährigen Bestehens der Fakultät BI. Themenbereiche: Bauerhaltung und Bausanierung, Geotechnik, Konstruktiver Ingenieurbau, Höhepunkte des Hochbaus im 21. Jahrhundert, Verkehrswesen, Wasserwirtschaft, Wirtschaftsingenieurwesen. Gefördert wurde die Veranstaltung von: ADK Modulraum GmbH ; Architektenkammer BW ; Bauen mit Stahl ; Beton Marketing Süd ; Bund Deutscher Architekten BDA ; Institut Feuerverzinken ; Form TL - Ingenieure für Tragwerk und Leichtbau GmbH ; OTT Ziegel Pfullendorf ; Stahlbauzentrum Schweiz ; Euro Poles Pfleiderer ; Ingenieurk@mmer Baden-Württemberg