Baubetriebswirtschaft

Der digitale Wandel betrifft Wirtschaft und Gesellschaft unterschiedlich stark, wobei die öffentliche Hand und die Bauwirtschaft als digitale Nachzügler im Infrastrukturbau aufeinandertreffen. Das EU-Netzwerk der European Digital Innovation Hubs (EDIH) unterstützt kleine und mittlere Unternehmen sowie öffentliche Organisationen bei ihrer digitalen Transformation. Die Ziele der Digitalisierung im öffentlichen Infrastrukturbau werden im Masterplan BIM Bundesfernstraßen beschrieben. Digitale Reifegradmodelle spielen sowohl im Rahmen der EDIH-Initiative als auch gemäß dem Masterplan eine zentrale Rolle für die Messung des Digitalisierungsgrades und die Entwicklung einer Digitalisierungsstrategie. Das manuell durchzuführende EU-Reifegradmodell umfasst keine branchenspezifischen Ausprägungen und das im Masterplan geplante BIM-Reifegradmodell wurde nicht veröffentlicht.

Diese Arbeit entwickelt ein Schema für digitale Reifegradmodelle und erstellt darauf basierend ein BIM-Reifegradmodell für den öffentlichen Infrastrukturbau. Im Rahmen einer Webentwicklung wird ein Demonstrator umgesetzt, welcher das EU-Reifegradmodell mit einer Self-Service-Funktion digitalisiert und den Datentransfer zur EU-Datenbank sowie branchenspezifische Erweiterungen wie das BIM-Reifegradmodell ermöglicht. Die Ergebnisse der Arbeit können für die Entwicklung einer EDIH-Plattform für Reifegradmodelle genutzt werden, die branchenspezifische Vertiefungen für unterschiedliche Branchen bereitstellt. Dadurch können Nachzügler zielgerichtet auf ihrem Weg in die digitale Zukunft unterstützt werden.

Baustellen sind durch inhärente Komplexität, unstrukturierte Umgebungen, dynamische Veränderungen und Anfälligkeit gegenüber Umwelteinflüssen gekennzeichnet. Um Ereignisse und Prozesse auf Baustellen zu visualisieren, bedarf es geeigneter digitaler Darstellungslösungen. Dabei wurde die Integration von Echtzeitinformationen bisher nur selten erforscht.

In dieser Masterarbeit wurde der Einsatz von Edge- und Cloud-Computing zur Erstellung von Echtzeit-Overlays für Baustellenkarten untersucht. On-Board-Units an Baumaschinen erfassen Sensordaten und übertragen diese drahtlos an einen Edge-Server, der die Daten verarbeitet und Overlays generiert. Die Overlays, die über die Cloud abrufbar sind, liefern Echtzeitinformationen zur Baustelle. Experimente auf der Testbaustelle der Volvo Construction Equipment GmbH bestätigten die Eignung von Edge- und Cloud-Computing für Echtzeit-Visualisierungen und als Grundlage digitalisierter Baustellen.

Das in der Arbeit entwickelte Signalstärke-Overlay visualisiert effektiv die Qualität des Funknetzwerkes. Die im Edge-Server verarbeitete Personenerkennung erreicht eine hohe Erkennungsgenauigkeit. Das entwickelte Personendetektions-Overlay bietet eine intuitive Visualisierung des Risikos von Personen in der Nähe von Baumaschinen. Zukünftige Arbeiten könnten sich mit der Erstellung zusätzlicher Overlays für Baustellenprozesse befassen. Darüber hinaus kann die Anzahl der Baumaschinen erhöht werden, um die Bandbreite und Latenz des drahtlosen Netzwerks bei höherem Bedarf zu testen.

Diese Wettbewerbsarbeit beschäftigt sich mit der inkrementellen Versionskontrolle von Disziplin- und Fachmodellen im Bauwesen. Sie gewann zudem den Sonderpreis der Ed. Züblin AG.

Derzeit werden BIM-Modelle häufig in herstellerneutralen Datenformaten wie IFC oder CityGML zum Austausch planerischer Informationen genutzt. Diese Modelle werden als lose gekoppelte monolithische Dateien manuell verwaltet und koordiniert, was das Nachverfolgen von Änderungen zwischen Modellversionen erheblich erschwert. Um diese Unzulänglichkeiten zu lösen, werden sogenannte „beschriftete Eigenschaftsgraphen“ (Labeled Property Graphs) verwendet, um die in den Modellen enthaltenen Objektinformationen unabhängig von den zugrunde liegenden Datenmodellen und Auszeichnungssprachen zu verwalten. Auf Basis dieser Graphrepräsentationen werden Änderungen zwischen zwei Modellversionen ermittelt, in einem Modellinkrement gespeichert und mit anderen Projektbeteiligten ausgetauscht. Durch die Übermittlung der vorgenommenen Änderungen anstelle einer vollständigen Modelldatei wird eine direkte Interpretation der Änderungen ermöglicht und die zu übertragende Datenmenge, insbesondere bei nur geringfügig modifizierten Modellen, deutlich verringert.

Neben der Erfassung chronologischer Änderungen ermöglicht das entwickelte System auch die Verwaltung parallel editierter, divergierender Modellzustände und deren spätere Integration in Koordinationsmodelle. Mit den entwickelten Methoden zur Versionsverwaltung von BIM-Modellen zeigt diese Arbeit technische Möglichkeiten für zukünftige Kollaborationssysteme im Bauwesen auf.