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Diese Masterarbeit erforscht das Potenzial großer Sprachmodelle in der Bauindustrie mit einem Fokus auf digitale Transformation, Effizienzsteigerung und Nachhaltigkeit. Durch eine umfassende Literaturanalyse und qualitative Experteninterviews werden spezifische Anwendungsfälle, Herausforderungen bei der Implementierung und ethische sowie datenschutzrechtliche Überlegungen untersucht.
Die Arbeit hebt hervor, wie große Sprachmodelle die Planungsprozesse optimieren, das Risikomanagement verbessern und maßgeschneiderte Lösungen entwickeln können, um ökonomische und ökologische Vorteile zu erzielen. Zudem werden praxisorientierte Empfehlungen für eine erfolgreiche Integration dieser Technik in das Bauwesen präsentiert, die sowohl die technologische Machbarkeit als auch soziale Akzeptanz berücksichtigen.
Abschließend werden zukünftige Forschungsrichtungen aufgezeigt, die darauf abzielen, die digitale Transformation im Bauwesen unter Einbeziehung ethischer Standards und Datenschutz zu beschleunigen.
Die Ergebnisse dieser Arbeit demonstrieren das Potenzial von großen Sprachmodellen, traditionelle Bauprozesse zu revolutionieren, und betonen die Notwendigkeit einer sorgfältigen Implementierung, um die Vorteile dieser Technologie vollständig auszuschöpfen.
Gegenstand der hier vorgestellten Arbeit ist ein Überblick über die Unterschiede zwischen der aktuell in Baden-Württemberg bauaufsichtlich gültigen Erdbebennorm DIN 4149 und der DIN EN 1998-1/NA 2021-07, die Sie künftig ersetzen soll und bereits dem aktuellen Stand der Technik entspricht. Es wird darauf eingegangen, welche Umstände hinter dem Umstieg auf die Europäische Norm und die Neuauflegung des Nationalen Anhangs stehen und ein Faktor ausgearbeitet, mit dem beide Normen direkt verglichen werden können. Zudem werden gängige Berechnungsverfahren zur Ermittlung von Erdbebenbeanspruchungen vorgestellt und anhand des Berechnungsprogramms Minea Design die Unterschiede zwischen vereinfachter 2D-Berechnung und 3D-Berechnung mit finiten Elementen untersucht. Daraus wird eine Aussage darüber abgeleitet, welches der Berechnungsverfahren auf der „sicheren Seite“ liegt und wie sich die Ergebnisse verifizieren lassen. An einem realen Projekt werden diese Erkenntnisse in Form einer Erdbebenbemessung angewandt.
The architecture, engineering and construction (AEC) industry is currently in transformation. Within this transformation, digitalization has a leading function, whereby a higher level of efficiency is pursued. In order to ensure a coordinated information exchange within the digitalization, the concept of the Common Data Environment (CDE) has been developed in the last years. A CDE is a cloud based collaborative platform that is used to exchange project information and data between the different stakeholders of a construction project. The main objective of this thesis is the implementation of a suitable CDE solution for the purpose of a construction management company.
For this purpose, an evaluation of different CDE software on the market, based on the functions and usability of the different software, has been complied to identify the most suitable solution. Secondly, a concept for the setup and implementation of a CDE solution has been developed. Therefore, advice for a successful change-management has been established to ensure the good implementation of the CDE.
The first part of the thesis includes a literature review through which the current state of the information management in the AEC industry is analyzed. The advantages of a CDE for the information management are also analyzed. Therefore, a synthesis of the functions and requirements to a CDE has been complied.
The second part of the thesis links the concept of Building Information Modelling (BIM) with the CDE. The advantages of a CDE in the BIM process has been established.
The third part of the thesis treats the evaluation of CDE software. This evaluation has been complied with a scoring method. As basis of the evaluation, a requirement list has been developed in which all the required functions of a CDE are listed.
In the fourth part of the thesis, a concept for the establishment of a CDE has been developed. The developed concept is a practical application of the standards specifications to CDE. The concept has been developed with CDE expert and CDE power users. The developed concept treats overall of the structuration, the standardization, and the implementation of a CDE.
The last part treats of the change process engender by the implementation of a CDE.
Summary, this thesis provides a structure for the implementation of a CDE software and serves as framework for companies of the AEC industry to select and establish a CDE.
Digitalisierung im Bauwesen
(2023)
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.
Der einst vorherrschende Baustoff in Deutschland war Lehm. Dieser wurde durch die erste industrielle Revolution weitgehend verdrängt und durch industrialisierte Baustoffe wie Beton ersetzt. Mit der vierten industriellen Revolution und dem steigenden Bewusstsein der Auswirkungen der Ressourcenverschwendung und Abfallproduktion auf die Umwelt, soll der traditionelle Lehmbau durch Digitalisierung und Automatisierung wieder an ökonomischem Aufschwung gewinnen. Bauen mit Lehm bietet die Chance einer systematischen Transformation der Bauindustrie in Richtung Kohlenstoffneutralität. Bisher ist die Bauindustrie für mehr als 30 % der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich. Durch die Verwendung regionaler, zirkulärer Materialien, die idealerweise aus der eigenen Baugrube gewonnen werden, könnte sich dies in Zukunft ändern. Lehm kommt in nahezu allen Teilen der Welt flächendeckend und zur Genüge vor und kann mit verschiedenen regional vorhandenen Additiven ergänzt werden. Durch Standardisierung der Produkte und technologischen Fortschritt könnte der Lehmbau in eine Massenproduktion überführt werden und in Zukunft mit dem konventionellen Stahlbetonbau oder Holzbau konkurrieren.
Diese Masterarbeit konzentriert sich auf die Modernisierung von Lehmbauweisen in Form von digitalisierten und automatisierten additiven Fertigungsverfahren wie der Stampflehmbau oder das 3D-Drucken mit Lehm für Wandbauteile. Ziel der Masterthesis ist es, einen Bauablauf für eines der genannten additiven Fertigungsverfahren zu entwickeln. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die verschiedenen Fertigungsverfahren und Arten nach Stand der Technik miteinander verglichen und sich für das am besten bewertete entschieden. Als praktische Grundlage für die Wahl des Fertigungsverfahren dienen beispielhafte Untersuchungen mit einem Lehm 3D-Drucker. Dabei werden Prüfkörper mit und ohne Additive gedruckt sowie Prüfkörper mit unterschiedlichen Füllgraden erstellt und anschließend im Labor auf ihre Druckfestigkeit geprüft.
Die folgende Arbeit zeigt die vielen Potenziale des Lehmbaus als zirkuläre und moderne Bauweise auf und beleuchtet zugleich die Herausforderungen, die es noch zu lösen gilt.
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.
Die Berücksichtigung ökologischer und sozialer Gesichtspunkte in der Konzeption, Planung und Errichtung von Gebäuden hat in den vergangenen Jahren großen Einfluss auf Marktfähigkeit der Immobilien gewonnen. Regulatorische Rahmenwerke wie die Taxonomie-Verordnung der Europäischen Union formulieren die klare Anforderung an die Bauwirtschaft dem Schutz von Mensch und Natur mehr Bedeutung einzuräumen. Nur mit einem wesentlichen Beitrag zu den Klimazielen der Europäischen Union wird es der Branche langfristig möglich sein sich einen uneingeschränkten Zugang zum Investorenmarkt zu sichern.
Die vorliegende wissenschaftliche Arbeit widmet sich dem Kriterienkatalog der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen e.V. und legt Übereinstimmungen mit den technischen Bewertungskriterien der EU-Taxonomie Verordnung offen. Der im Frühjahr 2023 erschienen Kriterienkatalog umfasst eine Vielzahl von Kriterien, anhand derer Gebäude auf Nachhaltigkeit geprüft werden. Im Vergleich zu der Vorgängerversion aus dem Jahr 2018 wurden erhebliche Änderungen eingearbeitet. Besonders hervorzuheben sind neue technische Prüfkriterien im Bereich Klimaschutz, Ressourcengewinnung, Biodiversität und Kreislaufwirtschaft. Die Angleichung der Berechnungsmethode für die Ökobilanzen an das bundeseigene „Qualitätssiegel Nachhaltiges Gebäude“, die Mindestanforderung nach dem erhöhten Einsatz von nachhaltig gewachsenem Holz, die Prüfung spezifischer Zielquoten bei dem Einsatz von Recyclingbeton sowie Anforderungen an die Zirkularität sind nur ein Teil der Neuerungen. Für die zusätzlichen Anforderung müssen Projektentwickler mit Mehrkosten im hohen sechsstelligen Bereich im Vergleich zu der Vorgängerversion rechnen. Vorteile der Neuauflage des Kriterienkataloges sind eine erhöhte Übereinstimmung mit den Nachhaltigkeitsanforderungen der Europäischen Union. Es werden jedoch nicht alle Anforderungen erfüllt. Nachweise für den Primärenergiebedarf, die Schadstoffbelastung von Bauteilen bzw. -materialien und eine Umweltverträglichkeitsprüfung müssen zusätzlich zu dem Kriterienkatalog der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen geleistet werden. Insgesamt ebnen die Kriterien der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen aber den Weg hin zu einer EU-Konformität und helfen Projektentwicklern Immobilien erfolgreich auf dem Markt zu positionieren.
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.
Purpose
In order to combat climate change and safeguard a liveable future we need fundamental and rapid social change. Climate communication can play an important role to nurture the public engagement needed for this change, and higher education for sustainability can learn from climate communication.
Approach
The scientific evidence base on climate communication for effective public engagement is summarised into ten key principles, including ‘basing communication on people’s values’, ‘conscious use of framing’, and ‘turning concern into action’. Based on the author’s perspective and experience in the university context, implications are explored for sustainability in higher education.
Findings
The article provides suggestions for teaching (e.g. complement information with consistent behaviour by the lecturer, integrate local stories, and provide students with basic skills to communicate climate effectively), for research (e.g. make teaching for effective engagement the subject of applied research), for universities’ third mission to contribute to sustainable development
in the society (e.g. provide climate communication trainings to empower local stakeholders), andgreening the campus (develop a proper engagement infrastructure, e.g. by a university storytelling exchange on climate action).
Originality
The article provides an up-to-date overview of climate communication research, which is in itself original. This evidence base holds interesting learnings for institutions of higher education, and the link between climate communication and universities has so far not been explored comprehensively.
Entwicklung und Analyse eines Turmes aus Buchenfurnierschichtholz für eine Kleinwindkraftanlage
(2023)
Die Energiepreise in Deutschland steigen und viele Immobilienbesitzer wollen unabhängiger von den Stromerzeugern werden, weshalb sie in eine eigene Stromproduktion investieren. Eine optimale Ergänzung zu einer Photovoltaikanlage stellt dabei eine Kleinwindkraftanlage dar, die im Vergleich zu den großen Anlagen geringere Umweltbelastungen verursacht. Allerdings entstehen beim Bau einer Kleinwindkraftanlage hohe Kosten, weshalb dieses Konzept kaum verbreitet ist.
Die Türme von Windkraftanlagen werden normalerweise aus Stahl hergestellt. Bei der Herstellung dieses Baustoffs werden große Mengen an Treibhausgasen freigesetzt. Ein umweltfreundlicheres Material ist der nachwachsende Rohstoff Holz. Die Herstellung der Türme in Holzbauweise ist bisher kaum zu finden. Daher wird in dieser Arbeit untersucht, ob ein Holzturm eine Alternative zum Stahlturm sein kann und ob dadurch die Investitionskosten für eine Kleinwindkraftanlage gesenkt werden können.
Um die Forschungsfrage zu beantworten, wurde ein Konzept für einen Holzturm aus Buchenfurnierschichtholz entwickelt. Zunächst wurde die Bedeutung von Buchenholz im Bauwesen erarbeitet. Anschließend wurden die Grundlagen für den Bau von Kleinwindkraftanlagen erforscht und die Abmessungen einer fiktiven Anlage festgelegt. Es wurden die relevanten Einwirkungen ermittelt und die Anlage mittels einer Finiten-Elemente-Berechnung untersucht. Zuletzt wurden die Nachweise für die Tragfähigkeit und die Ermüdungssicherheit des Querschnittes und der Verbindungsmittel geführt.
Bei den Untersuchungen der Randbedingungen konnten keine Argumente gefunden werden, die gegen die Verwendung von Holz sprechen. In einigen Punkten wie beispielsweise in der Herstellungs- und Errichtungsphase sind sogar Vorteile gegenüber dem Stahl zu erkennen. Zudem wurde in einer Kostenschätzung herausgefunden, dass ein Holzturm auch preislich mithalten kann und dass die Herstellungskosten sogar gesenkt werden können. Die Gesamtkosten für eine Kleinwindkraftanlage können dennoch nur unwesentlich gesenkt werden. Die Investition ist daher nur sinnvoll, wenn am geplanten Standort genügend Wind zur Verfügung steht und wenn der produzierte Strom größtenteils selbst genutzt werden kann.