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Prozessorientierte Vernetzung von Ingenieurplanungen am Beispiel der Geotechnik DFG-Schwerpunktprogramm 1103 Vernetzt-kooperative Planungsprozesse im Konstruktiven.

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Präsentation zum Thema: "Prozessorientierte Vernetzung von Ingenieurplanungen am Beispiel der Geotechnik DFG-Schwerpunktprogramm 1103 Vernetzt-kooperative Planungsprozesse im Konstruktiven."—  Präsentation transkript:

1 Prozessorientierte Vernetzung von Ingenieurplanungen am Beispiel der Geotechnik DFG-Schwerpunktprogramm 1103 Vernetzt-kooperative Planungsprozesse im Konstruktiven Ingenieurbau Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Dipl.-Ing. Johannes Giere (Vortragender) Institut und Versuchsanstalt für Geotechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Udo F. Meißner Prof. Dr.-Ing. Uwe Rüppel Dipl.-Ing. Steffen Greb (Vortragender) Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen

2 TUD Motivation Wasserhaltung Spezialtiefbau Aufzugs- und Fördertechnik Stahlbetonbau Sparten- sicherung Architektur Bauherren- aktivitäten Bauaufsicht Stadt- planung Stadtbahn- bau Abstimmung mit Anliegern Umweltüber- wachung Geotechnik Technische Gebäudeausrüstung Tragwerksplanung statische Prüfung weitere Aktivitäts -bereiche unstrukturierte Kommunikation zwischen den Planungsbeteiligten iterative, stark arbeitsteilige und interdisziplinäre Projektrealisierung (Unikate) im Bauwesen

3 TUD Ziel Wasserhaltung Spezialtiefbau Aufzugs- und Fördertechnik Sparten- sicherung Architektur Bauherren- aktivitäten Bauaufsicht Stadt- Planung Stadtbahn- bau Abstimmung mit Anliegern Umweltüber- wachung Geotechnik Technische Gebäudeausrüstung Tragwerksplanung statische Prüfung Koordination der Kommunikation zwischen den Planungsbeteiligten Bauherren- aktivitäten statische Prüfung Bauauf- sicht Stadt- planung Stadtbahn- bau Tragwerks- planung Umwelt- über- wachung Wasser- haltung Stahlbeton- bau weitere Aktivitäts- bereiche Sparten- sicherung Abstim- mung mit Anliegern Architektur Geotechnik Techn. Gebäudeaus- rüstung Aufzugs- und Förder- technik Spezial- tiefbau iterative, stark arbeitsteilige und interdisziplinäre Projektrealisierung (Unikate) im Bauwesen

4 TUD Ansatz Lokale Prozess-Domänen (LPD) Globales Prozess-Management- System (GPMS) Informationspakete Prozessmodellierung Informationsauswertung Strukturierung der auszutauschenden Informationen (semantische Charakterisierung durch Metainformationen) Verknüpfung der Prozessmodellierung mit der Informationsauswertung Integration von Fachsoftware und Fachmodellen Integration in den Kommunikationsverbund Kooperationsmodell Geotechnik

5 TUD Formale Prozessbeschreibung mit Petri-Netzen Grafischer Formalismus Mathematischer Formalismus: Stellen-/Transitionsnetz S/T-Netz : geordnetes 5 Tupel STN= (P, T, A, E, M 0 ) Stellen P = { p 1, p 2,..., p n } Transitionen T = { t 1, t 2,..., t n } Kanten A ((P T) (T P)) Anfangsmarkierung M 0 :P { 0, 1, 2, 3,..., n } Kantenausdrücke E:A { 1, 2, 3,..., n } Marken Objekte, Ressourcen, Informationen Stellen Planungszustände Transitionen Planungsaktivitäten Kanten Abhängigkeiten

6 TUD CP-Netz : geordnetes 9 Tupel CPN= (, P, T, A, N, C, G, E, I) Stellen P = { p 1, p 2,..., p n } Transitionen T = { t 1, t 2,..., t n } Kanten A, so dass T P = A P = T A = Farben (Typen) Farbfunktion C:P Knotenfunktion N:A ((P T) (T P)) Kantenausdrücke E:A Ausdruck, so dass a A: [ Type(E(a))=C(p(a)) MS Type(Var(E(a))) ] Schaltbedingung G:T Ausdruck, so dass t T: [ Type(G(t))=B Type(Var(G(t))) ] Anfangsmarkierung I:P geschlossener Ausdruck, so dass p P: [ Type(I(p))=C(p) MS ] Formale Prozessbeschreibung mit Höheren Petri-Netzen Mathematischer Formalismus: Farbiges Petri-Netz A [i<0] B A C (i,b) [i>=0] (i,b) 1`(-2,KIB) 1`(KIB) (i,b) (a) [a=b] i 1`(1103,SPP)

7 TUD Prozessmodellierung mit Petri-Netzen Petri-Netz Blöcke zur Prozessmodellierung Iteration Sequenz OR-split/-join Verzweigung Nebenläufigkeit AND-split/-join Spezielle Transitionen im Rahmen der Workflow-Modellierung automatischzeitbasiert nachrichten- basiert nutzerbasiert Interaktion

8 TUD Kopplung: Petri-Netz - Organisationsmodell Prozessmodell Organisationsmodell Petri-Netz(e) Produktmodell Erfassung von: Akteuren, Rollen, Qualifikationen, Hoheiten, Verantwortlichkeiten Umsetzung eines Organisationsmodells auf der Basis der IFC – ActorResource inklusive des Rollenkonzepts der ARIS – Struktur Verknüpfung der Rollen mit den Planungsaktivitäten Verknüpfung der Hoheiten mit den Planungszuständen

9 TUD Kopplung: Petri-Netz - Produktmodell Prozessmodell Organisationsmodell Petri-Netz(e) Produktmodell Verknüpfung von Stellen mit Produktmodellen Verknüpfung von Transitionen mit Verarbeitungsmethoden Metainfomationen als Farben bzw. farbige Marken des Petri-Netzes

10 TUD Prozessmuster zur dynamischen Gestaltung des Petri-Netzes Vorstrukturiertes Netz (grob) Baugrubensicherung erstellen Erweitertes Netz (fein) Baugrubensicherung für rückverankerte Bohrpfahlwand im Grundwasser erstellen Vorstrukturierung der Arbeitsabläufe grobes Petri-Netz (globaler Prozess) Einfügen eines Prozessmusters feines Petri-Netz (lokaler, fachlicher Prozess) Definition bauteilorientierter Prozessmuster Konzept für das Einfügen des Prozessmusters Definition von socket places Definition von port places

11 TUD Bauteilorientierte Prozessmuster: Geotechnische Konstruktionselemente Schnitt B-B Schnitt A-A Grundriss aufgehende Konstruktion BB Grundriss AA Planungsprozesse für die Baugrubensicherung, Gründung und Technische Gebäudeausrüstung (TGA) laufen parallel Interaktionen ergeben sich aus den technischen und rechtlichen Zusammenhängen Prozessmuster werden durch die Fachplaner definiert Baugrubensicherung Gründung TGA Energiepfähle

12 TUD Bauteilorientierte Prozessmuster Bauteil: funktionale Einheit aus planerischem Zusammenhang (nicht notwendigerweise physische Einheit) kann Teil eines anderen Bauteils sein (hierarchische Struktur) Beispiele: -Baugrubensicherung -Verbauwand -Verpressanker -Verbaupfähle -Sohldichtung -Grundwasserhaltung -Entnahmebrunnen -Grundwasseraufbereitungsanlagen -Gründung -Fundamentplatte -Pfähle -Kombinierte Pfahl-Plattengründung Entnahme- brunnen Verbauwand mit Verbaupfählen Verpressanker Anlieger

13 TUD Bauteil Verbauwand: Aktivitäten und Zustände - Klärung der Aufgabenstellung / Prüfung auf Vollständigkeit der Unterlagen - Festlegung der maßgeblichen Schnitte und Lasten - Entwurf und Dimensionierung der Verbauwand - Geotechnische Nachweise - Prognose von Verformungen - Zeichnerische Darstellung in Schnitten / Grundrissen / Abwicklungen / Details - Erstellung eines geotechnischen Berichts Lokale Prozessdomäne Geotechnik Entnahme- brunnen Verbauwand mit Verbaupfählen Verpressanker Anlieger Aktivitäten - Klärung der Aufgabenstellung / Prüfung auf Vollständigkeit der Unterlagen - Festlegung der maßgeblichen Schnitte und Lasten - Entwurf und Dimensionierung der Verbauwand - Geotechnische Nachweise - Prognose von Verformungen - Zeichnerische Darstellung in Schnitten / Grundrissen / Abwicklungen / Details - Erstellung eines geotechnischen Berichts / Baugrubenstatik Abstraktion von Planungszuständen und -aktivitäten

14 TUD Bauteil Verbauwand: Informationen Eingehend: -Grundrisse und Schnitte des Gebäudes -Informationen zur geplanten Nutzung des Gebäudes -Baugrundgutachten -Informationen zum Tragwerk und zu den Lasten -Unterlagen zur Nachbarbebauung -Unterlagen zu Sparten etc. Ausgehend: - Geotechnischer Bericht / Baugrubenstatik - Privatrechtliche Genehmigung zur Nutzung des Nachbargrundstücks für Verpressanker Lokale Prozessdomäne Geotechnik Entnahme- brunnen Verbauwand mit Verbaupfählen Verpressanker Anlieger Informationen Abstraktion von Metainformation zur Steuerung des Planungsprozesses

15 TUD Bauteilorientierte Prozessmuster: Beispiel Baugrubensicherung Alternative b Offene Grundwasserhaltung Entnahme- brunnen Verpressanker Verbauwand Alternative a Grundwasserhaltung mit Dichtsohle Anlieger Baugrube im Grundwasser -Problem der Beherrschung des Zustroms von Grundwasser in die Baugrube Zwei alternative Lösungen für die Ausführung der Baugrubensicherung Aktivitäten der Lokalen Prozessdomäne Geotechnik a Grundwasserhaltung mit Dichtsohle bOffene Grundwasserhaltung Baugrubensicherung Gründung Dichtsohle

16 TUD Bauteilorientierte Prozessmuster: Beispiel Baugrubensicherung APrüfung auf Vollständigkeit der Unterlagen, Auswertung Baugrundgutachten etc. BEntwurf des Wasserhaltungskonzeptes C,E,GEntwurf und Dimensionierung der Verbauwand inkl. geotechnischer Nachweise und Verformungsprognose DEntwurf und Dimensionierung der Grundwasserhaltung inkl. wasserrechtlichem Genehmigungsantrag FEntwurf und Dimensionierung der horizontalen Dichtung der Baugrube inkl. wasserrechtlichem Genehmigungsantrag Ikein Grundwasser IIaoffene Grundwasserhaltung IIbwasserdichte Baugrube mit horizontaler Dichtung A B C D E F G I IIb IIa nutzerbasiert nachrichten- basiert

17 TUD Abstimmungsprozesse zwischen Prozessdomänen DEntwurf und Dimensionierung der Grundwasserhaltung inkl. wasserrechtlichem Genehmigungsantrag EEntwurf und Dimensionierung der Verbauwand HAbstimmung wasserrechtliche Genehmigung D E Wasserrechtliche Genehmigungsprozedur Geotechnische Planung Alternative IIa: offene Wasserhaltung H D1D1 D2D2 Geo- technik Genehmi- gungs- behörde Interaktion

18 TUD Verwendung farbiger Marken Beispiele für farbige Marken (Notation nach Design/CPN): color Baugrund_GW = with GW | noGW; (* Grundwasser im Baugrund *) color Verbau = string; (* Beschreibung der Verbauart *) color GW_Haltung = with offen | keine; (* Beschreibung GW-Haltung *) color BGtyp = Product Verbau*GW_Haltung; (* Bildung eines Tupels *) var baugrund_gw : Baugrund_GW; (* Variablendefinitionen *) var baugrubentyp : BGtyp; Auswertung Baugrundgutachten etc. Beherrschung des GW GW-Absenkung wasserdichter Verbau Planung GW-Absenkung Planung Verbau Planung Sohle Planung Verbau Kein GW Mit GW

19 TUD Steuerung auf der Basis von Metainformation Alternative IIa: offene Wasserhaltung BGtyp bgtyp (vbs,gwh) [gwh = offen] [gwh = keine] 1` (Bohrpfahlwand,offen) bgtyp Initiale Markierung in P 1 : 1` (Bohrpfahlwand,offen) color Baugrund_GW = with GW | noGW; color Verbau = string; color GW_Haltung = with offen|keine; color BGtyp = product Verbausystem*GW_Haltung; var bgtyp : BGtyp; var gwh : GW_Haltung; var vb : Verbau; Informationspaket Verbauwand P1P1 P3P3 P2P2 P4P4 P5P5 T1T1 T2T2 T3T3

20 TUD XML-basierte Metainformation im Sinne von farbigen Marken BGtyp Verbauwand GW_Haltung Bohrpfahlwand offen Informationspaket Verbauwand

21 TUD Prototypische Implementierung Netzwerk-gerechter farbiger Petri-Netz-Server ProMiSE (Process Model in Structural Engineering) mit Kommunikationsmechanismen auf der Basis von Web-Services XML Informationen mit Metainformationen im Sinne von farbigen Marken Client-Anwendungen der Geotechnik (Java/C++) mit Kommunikationsmechanismen auf der Basis von Web-Services

22 TUD Arbeitsprogramm Beginn des Förderungszeitraums: Prozessanalyse 1.1Prozessabhängigkeiten Aktivitätsbereiche Fachinformationen Entwicklung des Kooperationsmodells 2.1GPMS LPD Informationspakete Implementierung und Validierung 3.1Prototyp Kooperationsmodell Validierung Kooperationsmodell..... Arbeitsprogramm Jahr bisherige Projektlaufzeit

23 TUD Integratives Prozessmodell Modelle Methoden Ressourcen Koordination Stelle Transition Akteure/Rollen Kommunikation Beobachter digitales Netz


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