FAUST – Fertigungssynchrone Ablaufsimulation von Unikatbaustellen im Spezialtiefbau
Die Ablaufplanung auf großen Tiefbaustellen gerade im innerstädtischen Bereich stellt eine große Herausforderung für jede Baufirma dar. Häufig wird der einmal geplante Bauablauf durch unerwartete Einflüsse, wie z.B. der Witterung oder veränderte Bodenverhältnisse gestört, sodass aufgrund der aktuellen Lage neu geplant werden muss. Bisher wird diese Aufgabe alleine dem Geschick des Bauleiters überlassen, der die Umplanung in kürzester Zeit durchführen muss, um teure Leerlaufzeiten der Maschinen zu vermeiden. Spezialisierte Planungstools für eine schnelle Umplanung existieren bislang nicht.
Vor diesem Hintergurnd sind bei kurzfristigen Anpassungen der Planung vor allem zwei verschiedene Fragestellungen zu beantworten. Zum einen, ob der neue Ablauf bei den angenommenen Randbedingungen in der vorgegebenen Projektlaufzeit durchführbar ist, zum anderen, wie der neue Ablauf möglichst wirtschaftlich gestaltet werden kann.
Um diese Probleme zu lösen, kann die ereignisorientierten Ablaufsimulation eingesetzt werden, in welcher auf Grundlage der bekannten Randbedingungen (Ressourcen, zeitliche und räumliche Abhängigkeiten) eine Voraussage zum Bauablauf getroffen wird. Deren Einsatz wird in der Forschung bereits länger untersucht, es fehlen aber Lösungen, wie neben den Planungsdaten auch Daten aus der Bauausführung integriert werden können. Ablaufsimulationen sind zudem nur sehr eingeschränkt in der Lage, räumliche Kollisionen im Bauablauf zu erkennen.
Hierfür sind Kinematiksimulationen deutlich besser geeignet. Es stellt sich aber das Problem, dass sich die Platzverhältnisse auf der Baustelle mit dem Baufortschritt ändern. Es muss also sichergestellt werden, dass für diese Art der Analyse der zum Planungszeitpunkt richtige räumliche Zustand des Bauwerks und der Baustelleneinrichtung zur Verfügung steht, sodass beispielsweise schwierige Montagen oder auch die Ausführung mehrerer paralleler Prozesse auf dem selben Raum unter den richtigen Randbedingungen geplant werden können. Hierbei kann wiederum die ereignisorientierte Ablaufsimulation als Input dienen und durch die Betrachtung der Prozessabhängigkeiten den Baustellenzustand zum gewünschten Zeitpunkt liefern.
Für eine umfassende Planung ist es daher notwendig, beide Simulationsformen in den Planungsprozess zu integrieren. Im Forschungsprojekt FAUST wird daher untersucht,
- wie zum einen Daten aus der Ausführungsphase fertigungssynchron gewonnen,
- diese dann für eine Ablaufsimulation nutzbar gemacht
- und anschließend kritische Punkte im Bauablauf gesondert mit Kinematiksimulationen und Kollisionsanalysen geplant werden können.
Das Vorhaben baut auf den Ergebnissen des Forschungsverbundes Virtuelle Baustelle - Digitale Werkzeuge für die Bauplanung und Bauabwicklung (ForBAU) auf.
Um eine baubegleitende Ablaufsimulation auf Tiefbaustellen durchführen zu können, sind drei elementare Bestandteile in dem Forschungsprojekt zu untersuchen. Diese sind eng miteinander verknüpft und bauen aufeinander auf (siehe Abbildung). Grundlage bildet die automatisierte Erfassung, Verarbeitung und Integration von Daten aus der Bauausführung. Diese müssen soweit verdichtet werden, dass der aktuelle Baustellenzustand in einer ausreichenden Genauigkeit vorliegt. Von dem jeweilig vorliegenden Status kann der zukünftige Ablauf simuliert werden, um zeitliche Überschneidungen aufzudecken. Parallel werden Baustellenzustände zu späteren kritischen Ausführungszeitpunkten generiert, so dass für diese dann Kollisionsanalysen durchgeführt werden können. Die Ergebnisse der Simulationen können im Anschluss für eine Visualisierung genutzt werden.
Teilbereich I: Ist-Daten-Integration
Zu Beginn des Themenbereichs Ist-Daten-Integration ist zu untersuchen, welche Daten von den verschiedenen vorhandenen Datenquellen am Bau genutzt werden können, um den Ist-Zustand der Baustelle einfach und effizient zu erfassen. Da nicht alle für eine Planung und Simulation notwendigen Ist-Daten automatisiert von z. B. Maschinen oder aus Laserscanningaufnahmen ausgewertet werden können, muss auch eine Möglichkeit geschaffen werden, Daten manuell - aber dennoch in strukturierter Form - in die Simulation einfließen zu lassen. Hierbei wird untersucht, inwiefern Daten aus digitalen Bautagebüchern oder Kalkulations- und Leistungsabrechnungsprogrammen sinnvoll über Schnittstellen extrahierbar sind.
Teilbereich II: Ablaufsimulation
Während im ersten Teilbereich die Untersuchung der Möglichkeiten einer Ist-Datensammlung auf Tiefbaustellen im Fokus steht, sollen im Teilbereich II diese Daten genutzt werden, um damit ein in der Planung erstelltes Simulationsmodell zu aktualisieren und dieses parallel zur Bauwerkserstellung nutzbar zu machen. Somit kann der aktuelle Baufortschritt berücksichtigt und eine Grundlage für die simulative Unterstützung von baubegleitenden Planungen geschaffen werden. Auswirkungen von werden sichtbar und Optimierungen des Maschineneinsatzes und der Ausführungsreihenfolge ermöglicht.
Teilbereich III: VR-Visualisierung
Der dritte Teilbereich des Forschungsvorhabens beschäftigt sich mit der Darstellung der virtuellen Planungen und wie mithilfe der Visualisierung Probleme im Bauablauf frühzeitig erkannt und vermieden werden können.
- Autodesk GmbH
- Bauer AG
- illustrated architecture
- Max Bögl Bauservice GmbH & Co. KG
- OBERMEYER PLANEN + BERATEN GmbH
- PPI Informatik - Dr. Prautsch & Partner
- RIB Software AG
- SSF Ingenieure GmbH
- Siemens Industry Software GmbH & Co. KG
- TUM - Fachgebiet CMS
Dieses Forschungsprojekt wurde durch die Bayerische Forschungsstiftung gefördert.