Sensoriklabor

Im "Labor für Bauwerkssensorik und Datenanalyse", kurz: "Sensoriklabor", können Studierende und Forschende in internationalen, interdisziplinären Teams innovative Konzepte der Sensorik, Modellierung und Datenanalyse entwickeln und praktisch erproben. Hierfür stellt das Sensoriklabor hochmoderne Komponenten - beispielsweise programmierbare Sensorik und Computerserver zur Modellierung und Datenanalyse - bereit, die in Forschung und Lehre genutzt werden können. Insbesondere werden Projekte mit Bezug zu Kernthemen der Digitalisierung, wie intelligente Sensornetze, „Smart Structures“, Building Information Modeling, mobiles/berührungsloses Bauwerksmonitoring, adaptive Tragwerke oder sensorbasierte Entscheidungsunterstützung, durch das Sensoriklabor unterstützt. 

Das Sensoriklabor befindet sich nicht an einem zentralen Ort, sondern dessen Komponenten sind als dezentrale Infrastruktur dort verortet, wo sie am meisten benötigt werden. So unterstützt das Sensoriklabor nicht nur Forschungsprojekte der Bauhaus-Universität Weimar; vielmehr werden durch die Einbindung des Sensoriklabors in Lehrveranstaltungen und forschungsorientierte Studienprojekte die Studierenden gezielt auf die Herausforderungen der digitalen Arbeitswelt vorbereitet.

Das Sensoriklabor wird durch den Freistaat Thüringen und über Mittel der Europäischen Union im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) finanziert und wurde gemeinsam von den Professuren Informatik im Bauwesen, Modellierung und Simulation - Konstruktion sowie Stahl- und Hybridbau eingeworben.

Das Sensoriklabor wurde am 14. Mai 2019 in Berlin als einer von bundesweit 10 "ausgezeichneten Orten im Land der Ideen" prämiert. Die Jury würdigte das Sensoriklabor als ein Projekt, das "innovative Lösungen für aktuelle und künftige Herausforderungen in der Bildungs- und Arbeitswelt bietet und einen herausragenden Beitrag für die Innovationskraft und die Zukunftsfähigkeit Deutschlands leistet." Weitere Informationen ganz unten in den Medieninformationen. Im November 2019 würdigte der Ministerpräsident des Freistaates Thüringen, Bodo Ramelow, das Sensoriklabor. Fotos des Besuchs finden Sie hier (Zeitungsartikel TLZ, Zeitungsartikel TA, Thüringer Landesregierung, Bauhaus-Journal, einige Tweets).

Einige der wichtigsten, durch das Sensoriklabor unterstützten Maßnahmen sind im Folgenden aufgeführt, gegliedert in (1) aktuelle Forschungsprojekte, (2) aktuelle Lehrveranstaltungen und (3) aktuelle Maßnahmen zur Nachwuchsförderung. Weitere Informationen zum Sensoriklabor, wie Laborausstattung, finden sich weiter unten auf dieser Seite.

Unterstützte Maßnahmen (Auswahl)

Explainable Artificial Intelligence

Datengestützte Analysemodelle für schlanke Bauwerke unter Nutzung von Explainable Artificial Intelligence (DFG-Projekt der Professur Informatik im Bauwesen)

Kooperationsprojekt mit der griechischen Aristotle University of Thessaloniki

Ziel dieses Projekts ist es, unter Nutzung von Messdaten aus dem Bauwerksmonitoring die Strukturdynamik von schlanken Bauwerken zu untersuchen. Als konzeptuelle Basis zur Untersuchung der Strukturdynamik wird hier ein neuer Ansatz basierend auf so genannter Explainable Artificial Intelligence (XAI), oder deutsch „Erklärbare Künstliche Intelligenz (KI)“, zugrunde gelegt. Dieser soll die Akzeptanz von KI-Methoden in der Ingenieurpraxis erhöhen. Der Ansatz wir an einer Brücke in Thessaloniki erprobt (Abbildung links).

Weiterführende Informationen: http://www.uni-weimar.de/iib/forschung/forschungsprojekte-seit-2013/explainable-artificial-intelligence

Bauhaus HeriTech

Bauhaus HeriTech - Digitale Technologien für Handwerk und Kulturgut

Verbundprojekt mit Beteiligung der Professur Stahl- und Hybridbau, der Professur Modellierung und Simulation – Konstruktion sowie weiteren Professuren der Bauhaus-Universität Weimar, der Technischen Universität Ilmenau und der Materialforschungs- und -prüfanstalt an der Bauhaus-Universität Weimar

Die Erhaltung, Sanierung und Ertüchtigung historischer Bauwerke stellen eine enorme wirtschaftliche sowie technische Herausforderung dar. Im Projekt sollen Methoden weiterentwickelt werden, die eine weitgehend autonome und hochauflösende Erfassung komplexer Bauwerke erlauben. Geometrie- und Zustandsdaten sind automatisiert aufzubereiten, um konservierbare Abbilder von Kulturgütern zu erfassen und Grundlagen für Revitalisierungsstrategien zu schaffen.

Weiterführende Informationen: Projektbeschreibung, Datenblatt

BIM-basiertes Bauwerksmonitoring

BIM-basierte Informationsmodellierung zur semantischen Abbildung intelligenter Bauwerksmonitoringsysteme (DFG-Projekt der Professur Informatik im Bauwesen)

Dieses Forschungsvorhaben zielt darauf ab, ein semantisches Modell zu entwickeln, mit dem Monitoring-relevante Informationen digital abgebildet werde können. Hierdurch ist es schon in der Planungsphase von Bauwerken möglich, alle Monitoring-relevanten Informationen auf der Basis einer mathematisch eindeutigen Semantik in digitaler Form verfügbar zu machen. Das semantische Modell bzw. die darin abgebildeten Monitoring-relevanten Informationen werden schließlich in die Methoden des Building Information Modeling integriert. Somit kann eine Dokumentation über den gesamten Lebenszyklus erfolgen und die Monitoringqualität nachweislich verbessert werden.

Weiterführende Informationen: http://www.uni-weimar.de/iib/forschung/forschungsprojekte-seit-2013/bim-basiertes-bauwerksmonitoring

Intelligente Bauwerke

Semi-probabilistische, sensorbasierte Bemessungs- und Entwurfskonzepte für intelligente Bauwerke (DFG-Projekt der Professur Informatik im Bauwesen)

Kooperation mit der Professur Stahl- und Hybridbau, Bauhaus-Universität Weimar

Dieses Forschungsprojekt untersucht, welche Implikation die Verfügbarkeit von zusätzlichen Sensorinformation im Rahmen intelligenter Bauwerke auf Bemessungskonzepte im Bauwesen, insbesondere auf die bestehenden Teilsicherheitskonzepte, hat. Außerdem werden auf einer substanzwissenschaftlich abgesicherten Basis allgemeingültige Entwurfskonzepte für Monitoringsysteme für intelligente Bauwerke entwickelt, die zunächst anhand von Stahlbrücken validiert werden.

Weiterführende Informationen: http://www.uni-weimar.de/iib/forschung/forschungsprojekte-seit-2013/intelligente-bauwerke

Energy Harvesting

Aerodynamische Instabilitäten dünnwandiger Strukturen zur Nutzung bei neuartigen Energy Harvestern (DFG-Projekt der Professur Modellierung und Simulation – Konstruktion)

Das grundlegende Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer allgemein gültigen Methodik, durch die es möglich wird, die Kräfte in Tragwerken aufgrund komplexer dynamischer windinduzierter Phänomene zu bewerten. Dies erfolgt mittels Simulationen unter Berücksichtigung definierter Grenzzustände und durch Optimierung der Strukturen auf der Grundlage wahrscheinlichkeitstheoretischer Betrachtungen.

Weiterführende Informationen: Projektdatenblatt

ILMA - Integrales Lifecycle-Management für die Abwasserreinigung

ILMA - Integrales Lifecycle-Management für die Abwasserreinigung (BMBF-Projekt der Professur Informatik im Bauwesen)

Verbundprojekt, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Programm "KMU innovativ", gemeinsam mit anderen Hochschulen und Partnern aus der Industrie

Dieses Projekt zielt darauf ab, die wissenschaftlichen Grundlagen für die Planung und Simulation von Kläranlagen auf Basis des Building Information Modeling zu schaffen. Insbesondere soll eine moderne, standardkonforme IT-Infrastruktur zur kollaborativen, konsistenten und ganzheitlichen Planung abwassertechnischer Anlagen entwickelt werden. Mit dem BIM-Server des Sensoriklabors wird dieses Projekt unterstützt.

Weiterführende Informationen: http://www.uni-weimar.de/iib/forschung/forschungsprojekte-seit-2013/ilma

Sensor-basierte Modelle

Qualitätsbewertung von Sensor-basierten Modellen (Promotionsvorhaben an der Professur Informatik im Bauwesen)

Kooperationsprojekt mit der griechischen Aristotle University of Thessaloniki

Moderne Sensorik ermöglicht das Einbetten von Computermodellen direkt in drahtlose Sensorknoten, um Messdaten zu analysieren. Bislang ist es jedoch nicht möglich, die Qualität dieser Modelle zutreffend zu bewerten. In diesem Projekt wird ein ganzheitliche Methodik entwickelt und erprobt, um eingebettete Modelle unter Nutzung von Konzepten der so genannten „Verifizierung und Validierung“ und der Software-Qualitätssicherung zu bewerten.

Weiterführende Informationen: http://www.uni-weimar.de/iib/forschung/forschungsprojekte-seit-2013/sensor-basierte-partialmodelle

Unbemannte Fluggeräte

Digital Engineering für Planungs- und Revitalisierungsprozesse von Stadtquartieren 

Forschergruppe der Professuren Modellierung und Simulation - Konstruktion, Bauphysik und Computer Vision in Engineering

Mithilfe computergestützter Verfahren soll die Planung von Neubau- und Sanierungsmaßnahmen in Städten optimiert werden. Das fakultätsübergreifende Forschungsprojekt der Bauhaus-Universität Weimar setzt an der Schnittstelle zwischen den Ingenieurwissenschaften und der Medieninformatik an. Hierzu werden fortschrittliche Technologien eingesetzt und durch das Sensoriklabor unterstützt, z.B. zur drohnengestützten Erfassung der Geometrie von Bestandsbauten und zur Erkennung von Bauwerksschäden mittels automatischer Bildanalyse (Computer Vision).

Weiterführende Informationen: Artikel auf den Seiten der Fakultät Bauingenieurwesen

Bewertung alternder Infrastrukturbauwerke

Bewertung alternder Infrastrukturbauwerke mit digitalen Technologien (AISTEC)

Verbundprojekt mit Beteiligung der Professuren Modellierung und Simulation - Konstruktion, Computer Vision in Engineering und Systeme der Virtuellen Realität

Mithilfe digitaler Technologien soll die Sicherheit und Gebrauchstauglichkeit von alternden Brücken und Stützbauwerken erhöht werden. Diesem Vorhaben widmen sich Forscher der Bauhaus-Universität Weimar in Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Forschung. Das Verbundprojekt wird vom BMBF mit 2,2 Millionen Euro gefördert.

Weiterführende Informationen: Artikel auf den Seiten der Fakultät Bauingenieurwesen

Structural health monitoring

Studiengänge Bauingenieurwesen (M.Sc.), Management (M.Sc.), Umweltingenieurwissenschaften (M.Sc.) und andere

(Wahlfach, angeboten von der Professur Informatik im Bauwesen)

Scientific working in computational engineering

Studiengänge Bauingenieurwesen (M.Sc.), Natural Hazards and Risks in Structural Engineering (M.Sc.), Umweltingenieurwissenschaften (M.Sc.), Management (M.Sc.)

(Wahlfach, angeboten von der Professur Informatik im Bauwesen)

Advanced building information modeling

Studiengänge Digital Engineering (M.Sc.), Natural Hazards and Risks in Structural Engineering 

(Pflichtfach, angeboten von den Professuren Intelligentes technisches Design und Informatik im Bauwesen)

Structural parameter survey and evaluation

Studiengang Natural Hazards and Risks in Structural Engineering (M.Sc.)

(Pflichtfach, angeboten von den Professuren Modellierung und Simulation - Konstruktion, Computer Vision in Engineering und Angewandte Mathematik)

Fundamentals of structural health monitoring (SHM) and intelligent structural systems

Studiengänge Digital Engineering (M.Sc.), Natural Hazards and Risks in Structural Engineering (M.Sc.) und andere

(Angeboten von der Professur Informatik im Bauwesen)

Weiterführende Aspekte des Building Information Modeling

Studiengänge Bauingenieurwesen (M.Sc.), Management (M.Sc.), Umweltingenieurwissenschaften (M.Sc.), Digital Engineering (M.Sc.), Natural Hazards and Risks in Structural Engineering (M.Sc.) und andere

(Wahlfach, angeboten von den Professuren Intelligentes technisches Design und Informatik im Bauwesen)

Projekt Konstruktiver Ingenieurbau

Studiengang Bauingeniuerwesen (B.Sc.)

(Wahlfach, angeboten von den Professuren Stahl- und Hybridbau sowie Modellierung und Simulation - Konstruktion)

Design and interpretation of experiments

Studiengänge Digital Engineering (M.Sc.) und Natural Hazards and Risks in Structural Engineering (M.Sc.)

(Pflichtfach, angeboten von den Professuren Stahl- und Hybridbau sowie Stochastik und Optimierung)

Weiterbildender Studiengang Brückenbau

Das sechsmonatige berufsbegleitende Studium "Brückenbau" ist eine Kooperationsveranstaltung der Bauhaus-Universität Weimar, der Bauhaus Akademie Schloss Ettersburg gGmbH und der Bauhaus Weiterbildungsakademie Weimar e.V. Die wissenschaftliche Studienleitung obliegt Professor Morgenthal. Die Komponenten des Sensoriklabors werden unter anderem in den Vorlesungen "Grundlagen des Bauwerksmonitorings" (Professor Smarsly) und "Praktisches Bauwerksmonitoring" (Herr Hallermann).

Weiterführende Informationen: http://www.wba-weimar.de/zertifikate/brueckenbau

Smart Monitoring-Wettbewerb

Seit 2014 richtet die Professur Informatik im Bauwesen regelmäßig den „Smart Monitoring“-Wettbewerb für Studierende aus. In dem Wettbewerb treten verschiedene Teams an, um intelligente Bauwerksmonitoringsysteme, bestehend aus selbst programmierten, kabellosen Sensorknoten in Laborversuchen zu testen. Auf das Gewinnerteam warten jedes Jahr attraktive Preise.

Kinder-Uni

Das Projekt ist Teil der Kinderuniversität Weimar, die Schülern ab der 4. Klasse Veranstaltungen zu spannenden wissenschaftlichen Themen anbietet, um schon frühzeitig Uni-Luft zu schnuppern – in dieser Form einmalig in Deutschland. Professor Smarsly (Professur Informatik im Bauwesen) bietet die Vorlesung "Schlaue Brücken" an, in der es um die Fragen geht:

  • Wie funktionieren schlaue Brücken?
  • Können Brücken krank werden?
  • Wo gibt es schlaue Brücken?

Weiterführende Informationen: http://www.kinderuni-weimar.de

Intelligentes Fleischthermometer

Unter Nutzung des Sensoriklabors haben die Studierenden im Sommersemester 2018 ein „kabelloses sensorbasiertes Internet-fähiges System für das Facility Management“ entwickelt. Aufgrund der Modularität ist es möglich, das System als Internet-fähiges Grillthermometer einzusetzen. Nach der Abschlusspräsentation wurde das Internet-fähige Grillthermometer am im Rahmen eines Grillabends zum Semesterausklang mit den Studierenden und Mitarbeitern der Professur Informatik im Bauwesen erfolgreich getestet.

Additive Fertigung im Bauwesen

Die Additive Fertigung im Bauwesen ("Betondruck") kann ihr volles Potential noch nicht ausschöpfen, weil es an Methoden und Verfahren fehlt, um die Produktivität und Qualität von additiv gefertigten Bauteilen zu verbessern. In dieser Masterarbeit wurden die Wechselwirkungen zwischen Prozessparametern, Werkstoffparametern und Geometrieparametern untersucht und in einem digitalen Modell für die Additive Fertigung abgebildet. Dies soll dazu beitragen, die Produktivität und Qualität der Additiven Fertigung im Bauwesen zu verbessern.

Bauhaus Summer School

Projekt: "Wireless structural health monitoring and control using tuned mass dampers"

Ziel dieses Projekts innerhalb der Summer School ist es, in Projektarbeiten drahtlose Bauwerkmonitoring und -steuersysteme zu entwickeln und zu implementieren, wobei der Schwerpunkt auf der Implementierung von Software liegt, die in drahtlose Sensorknoten eingebettet wird. Das strukturelle Verhalten wird automatisch angepasst, indem Subsysteme (Dämpfer) zur künstlichen Verbesserung der strukturellen Dämpfung eingesetzt werden. Die Studierenden testen die Ergebnisse in Laborversuchen. Die Komponenten des Sensoriklabors haben maßgeblich zum Erfolgt dieses Projekts beigetragen.

Weiterführende Informationen: https://www.uni-weimar.de/summerschool/en/courses/engineering-environment/forecast-engineering/

Low-cost Monitoringsystem

Ziel dieses Projekts ist es, ein kostengünstiges Monitoringsystem zu entwickeln und zu testen. Die Studierenden entwerfen die Software selbst und verbauen kostengünstige, aber zugleich leistungsstarke Komponenten in einem System. So wurde beispielsweise ein elektronischer Messschieber verwendet, um automatisierte Messungen und Analysen von Verschiebungen vorzunehmen. Das System wird an einer realen Brücke erprobt.

Automatische Fehlerdiagnostik

Fehlerdiagnostik in Sensorsystemen ist wichtig, um ausgefallene oder fehlerhaft arbeitende Sensoren automatisch zu erkennen. Fehlerdiagnostik in kabellosen Sensorsystemen wird häufig basierend auf so genannter "analytischer Redundanz" durchgeführt. In diesem studentischen Projekt werden zwei Methoden (Artificial Neural Networks und Support Vector Regression) zur analytischen Redundanz, die bereits auf Fehlererkennung angewandt wurden, betrachtet und verglichen. Des Weiteren ist das Ziel, die Verwendung dieser Methoden zur automatischen Fehleridentifikation einzusetzen.

Adaptive Tragwerke

In diesem Projekt haben Nachwuchswissenschaftler den Einfluss von Flüssigkeitsdämpfern auf das Verhalten von Bauwerken untersucht. Mit den Komponenten des Sensoriklabors wurden Versuche an einer Test-Struktur durchgeführt, die mithilfe eines drahtlosen Bauwerksmonitoringsystem überwacht, analysiert und gesteuert wird. Ziel war es, einen Algorithmus zur automatischen Kontrolle von Flüssigkeitsdämpfern zu entwickeln. Die Ergebnisse wurden auf einer Fachtagung für Nachwuchswissenschaftler präsentiert (Link siehe unten).

Video: https://player.vimeo.com/video/255743813

Publikation: Forum Bauinformatik 2018

Laborausstattung (Auszug)

  • 3-Achsen-Beschleunigungssensoren (analog und digital)
  • 3D-Messstative
  • 3D-Ultraschall-Anemometer
  • Analyseoszilloskop mit Analysesoftware
  • Datenlogger
  • Dehnungsmessstreifen
  • Diverse A/D-Wandler und Controller-Boards
  • Drahtlose Sensorknoten und Basisstationen (Percev Nodes)
  • Induktive Wegaufnehmer
  • Laser-Vibrometer
  • Lötstation
  • Neigungssensoren
  • Raspberry Pi-Systeme mit Zubehör
  • Riss-Sensoren
  • Schwingtisch mit Zubehör
  • Temperatursensoren
  • Teststrukturen
  • Voltmeter
  • Fotokameras inkl. Wechselobjektive
  • Fotokamera inkl. Halterung
  • Highspeedkameras inkl. Objektiv
  • Theromografiekamera inkl. Halterung
  • Videobrillen
  • Videokamera
  • Zusatzbildschirme auf Stativ
  • Dämpfer
  • Hydraulische Aktuatoren
  • Pneumatische Aktuatoren

  • 10 Gbit-Netzwerktechnik
  • BIM-Server
  • Datenbankserver
  • Datenbankmanagementsysteme (Software)
  • Diverse Computerhardware
  • Mess-Laptops
  • Outdoor-Smartphones
  • Outdoor-Tablets
  • Simulationssoftware
  • Storagesystem
  • Unterbrechungsfreie Stromversorgung
  • VR-Rechner
  • VR-Brillen