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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.
BIM im Membranbau
(2019)
Die fortschreitende Digitalisierung wird zurzeit zu einem der wichtigsten Themen und zugleich zu einer der größten Herausforderungen für die Bauwirtschaft. Building Information Modeling (BIM) kommt eine immer größere Bedeutung zu.
Es ist sicherlich richtig, dass derzeit nur wenige Projekte im Bauwesen den geforderten BIM-Anforderungen der Bauherrschaft genügen. Es ist zu erwarten, dass in den kommenden Jahren auch an Membranbauprojekte immer mehr Anforderungen bezüglich BIM gestellt werden. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass sich Planungsbüros für leichte Flächentragwerke mit dem Thema BIM befassen.
Ziel dieser Arbeit ist die Ausarbeitung eines Konzepts für die effiziente durchgehende Umsetzung der Building Information Modeling-Arbeitsmethode bei der Tragwerksplanung im Membranbau.
Es werden vorhandene Funktionalitäten untersucht und alternative Interoperabilitätskomponenten entwickelt. Aufbauend auf den möglichen Werkzeugketten werden verschiedene Einsatzverfahren vorgeschlagen. Darauffolgend wird eines der möglichen Verfahren an einem realen Tragwerk implementiert. Die erhaltenen Ergebnisse werden einer kritischen Analyse unterzogen.
Abschließende Rückschlüsse, Beurteilung der angewandten Planungsmethoden und Ausblick fassen das behandelte Thema zusammen.
Bei der Arbeit verwendete Methoden schließen den parametrischen Entwurf, manuelle Modellierung in zwei verschiedenen Softwareumgebungen und textliche Programmierung mit C#-Sprache ein.
Die Relevanz des untersuchten Themas erstreckt sich überwiegend auf praktisch tätige Ingenieure aus den Bereichen leichte Flächentragwerke, Sondertragwerke, Membranbau, wird aber auch für wissenschaftliche Mitarbeiter der Forschungsinstitutionen, BIM-Spezialisten und Produkthersteller von Interesse sein.
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.
Cities around the world are facing an increasing number of global and local challenges, such as climate change and scarcity of raw materials. At the same time trends like digitalization, globalization and networking gain in importance. For this reason, cities have started imple-menting smart solutions within the urban structure in order to evolve towards a Smart City. In Botswana, the Maun Science Park is intended to provide a best practice approach for a Bot-swanan Smart City. Since Smart City concepts have to be specifically tailored to local condi-tions, the first main goal of this thesis is to develop a synthesis concept for the Maun Science Park. A key problem in cities is the utilization of space, which is further intensified by increasing urbanization and population growth. Therefore, the second main goal is to develop approaches of (digitally) re-programmable space to use available areas intelligently and optimized.
Within the thesis, human-centered design has been applied as structure-giving methodology. By clarifying relevant Smart City contents, considering reference examples as well as identify-ing local challenges and requirements, an appropriate concept has been developed with hu-man-focus. Furthermore, the methodologies of literature research and expert interviews have been used as input in the individual human-centered design phases. In combination with an innovation funnel, the methodology human-centered design forms the structure of the thesis.
In total, ten main solution areas and 37 sub-segments have been identified for the synthesis concept of Maun Science Park. Additionally, a concept for Smart Buildings has been devel-oped as a part of the synthesis concept and as an essential infrastructure component of the Maun Science Park (three main segments, 16 sub-segments). Based on expert input, a priori-tization has been determined by evaluating the impact and economic affordability of the indi-vidual sub-areas. Moreover, individual key areas have been highlighted by identifying direct interactions between sub-segments and on the basis of expert input – these are particularly related to the segments Smart Data and Smart People. Besides the synthesis concept, ap-proaches of (digitally) re-programmable space have been created. Thereby, ten approaches refer to the conversion, reuse or expansion abilities of space within daily, weekly or life cycle. In addition, the conventional (digitally) re-programmable space idea has been extended by two new considerations – “multi-purpose use of built-up space” and “concept programming in the planning phase”. Finally, within an overall consideration – synthesis concept combined with approaches of (digitally) re-programmable space – the added value of the developed contents has been outlined, positive and negative aspects have been identified within a SWOT analysis and the business model of the Maun Science Park approach has been verified in a Business Model Canvas.
Through explicit elaboration, classification and prioritization of solution areas, the developed concept can serve as a basis for further project steps. Based on the defined requirements of the sub-segments, solutions can be developed with regard to the entire Smart City context.
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.
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.
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.
Die Diplomarbeit beschäftigt sich mit dem Erfassen und der Auswertung von Störungen und Statusmeldungen, welche in einem Teilbereich der automatisierten Fertigung des Automobilbaus bei VW/Audi do Brasil entstehen. Die erste Anwendung, die im Rahmen der Diplomarbeit entstand, ist ein Editor für SIEMENS S5 Symbolzuordnungstabellen. Die Anwendung ermöglicht es, mit Hilfe der programminternen Datenbank, die Kommentare der Symboltabellen zu durchsuchen und nach einem gegebenen Standard automatisch zu normieren. Diese Normierung der Kommentare ist notwendig, um das mit den S5 Einheiten verbundene Anlagen - Informations - System SIEMENS SICALIS PMC mit sinnvollen Meldungen zu versorgen. Die Anwendung besteht im Wesentlichen aus einer Oberfläche zur Datenbankmodifikation und aus einem Suchalgorithmus zum Finden der Meldungen, welche normierbar sind. Die zweite Anwendung, ist eine Client-Server-Software, die es einem Nutzer des Clients ermöglicht, Nachrichten an Pager des lokalen Pagerfirmennetzes zu schicken. Der Server-Part der Anwendung, ist auf einem Pager-Server installiert. Der Pager-Server ist mit der Sendeantenne über eine serielle Schnittstelle verbunden. Der Pager-Server war bereits mit der Applikation AMIS vorhanden, welche automatisch erzeugte Nachrichten von SICALIS publizierte. Die Client-Server-Software ergänzt nun dieses System um die Funktion eines manuell ausgelösten Personenrufs. Um diesen manuellen Ruf zu erzeugen, manipuliert der Server-Part die AMIS-Software via einem Handle auf die AMIS Applikation und dem Senden von Windowsmessages, Pagerinformationen und Pagermeldungen an AMIS.