Forschungsprojekte

Die Zuverlässigkeit der Verkehrsinfrastrukturen ist ein wesentlicher Faktor für die Leistungsfähigkeit des Wirt­schaftsstandortes Deutschland. Brücken stellen in den Verkehrsnetzen kritische Elemente dar, die dauerhaft hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Deren Inspektion wird derzeit durch Fachleute vor Ort vorgenommen. Schwerwiegende Probleme an Auto­bahnbrücken haben in jüngster Zeit vor Augen geführt, wie wichtig es ist, Alterungsschäden frühzeitig zu erkennen, um Erhaltungsmaßnahmen durchführen zu können, bevor es zu spät ist.

Projektdatenblatt | Projektwebsite

Bestandsquartiere sollen von »smood« mit hohem lokalen Selbstversorgungsgrad erneuerbarer Energien energetisch und warmmieten-neutral umgebaut werden. Die Experten von »smood« führen dabei neu entwickelte Technologien zur Energiegewinnung und -speicherung mit etablierten Techniken wie Photovoltaik, Solarthermie oder Geothermie zu einem optimierten System zusammen. Die Professuren Modellierung und Simulation - Konstruktion (Prof. Dr. Guido Morgenthal), Bauphysik (Prof. Dr. Conrad Völker) und Computer Vision in Engineering (Prof. Dr. Volker Rodehorst) an der Bauhaus-Universität Weimar arbeiten gemeinsam an dem Teilprojekt »smood PLAN - Quartiersbezogene Datenaufnahme und -prozessierung«.

Projektdatenblatt | Projektwebsite

Thermisch-energetisches Optimierungspotential bieten gerade Gebäude, die aufgrund ihrer Nutzung, ihrer verbleibenden Lebensdauer oder ihres baukulturellen Wertes nicht oder nur begrenzt hinsichtlich ihrer Energieeffizienz gesteigert werden können. Durch die Erweiterung des Betrachtungsperimeters vom Einzelgebäude zum Stadtquartier kann die CO2-Bilanz im Cluster bewertet werden, sodass nicht die Energieeffizienz eines einzelnen Gebäudes, sondern die gemeinsamen Bestrebungen um eine Reduktion der CO2-Emissionen entscheidend sind. Der Campus der Bauhaus-Universität Weimar eignet sich aufgrund seiner Verteilung über mehrere Stadtteile und des historischen Gebäudebestands hervorragend als exemplarische Fallstudie. Die Betrachtungen beinhalten Potentiale der Gebäudehülle und (urbanen) Energiesystemen, Vorteile der Funktionsmischung sowie die Integration denkmalgeschützten Bestands in Konzepte für nachhaltige Stadtentwicklung mit Unterstützung drohnenbasierter Bauwerksaufnahmen.

Projektdatenblatt

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.

Projektdatenblatt

In den letzten Jahren ist die Ausnutzung des instabilen Verhaltens dünnwandiger Strukturen aufgrund aeroelastischer Instabilitäten ein praktischer Ansatz für die Energiegewinnung im kleinen Maßstab. Ziel ist es, drahtlose Sensornetzwerke, tragbare und drahtlose elektronische Geräte mit nachhaltigem Ökostrom zu versorgen, insbesondere solche, von denen ein langer Betrieb ohne menschliches Eingreifen erwartet wird.

Projektdatenblatt

Mithilfe computergestützter Verfahren soll die Planung von Neubau- und Sanierungsmaßnahmen in Städten optimiert werden. Die Forschergruppe setzte dabei auf einen interdisziplinären Ansatz und fortschrittliche Technologien wie die drohnengestützte Erfassung der Geometrie von Bestandsbauten, die Erkennung von Bauwerksschäden mittels automatischer Bildanalyse (Computer Vision), die energetische Bewertung von Gebäuden mit Hilfe von Thermographie (Bauphysik), das sensorbasierte Monitoring von Kennwerten und die konsistente Speicherung aller anfallenden Daten in Building Information Modeling (BIM). Forschungsarbeiten im Bereich Sensornetze wurden vom Institut für Mikroelektronik- und Mechatroniksysteme (IMMS) aus Ilmenau durchgeführt.

Förderzeitraum: 11/2016 - 02/2019

Förderer: Freistaat Thüringen und Europäischer Sozialfond (ESF)

Kontakt: guido.morgenthal[at]uni-weimar.de

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden hochgenaue, auf der MEMS-Technologie basierende, Neigungssensoren und moderne Einplatinen-Computer genutzt, um lokale Verdrehungen von Tragwerken zu messen, das Systemverhalten zu überwachen sowie kritische Beanspruchungszustände zu detektieren. Der Einsatz solcher kostengünstigen Messsysteme ermöglicht die wirtschaftliche Überwachung von Bauwerken zur Gewährleistung einer dauerhaft sicheren Nutzung. Zunächst wurden dazu umfangreiche Laboruntersuchungen durchgeführt, um die effektive Auflösung sowie die erreichbare Datenqualität der Sensoren zu quantifizieren. Für den Einsatz am Bauwerk wurden die Sensoren in geeignete Gehäuse integriert und der Einfluss der Kapselung untersucht. Zur Erfassung, Verarbeitung und Auswertung, Zwischenspeicherung und Übertragung der Messdaten wurde ein prototypisches Messsystem auf Basis eines Raspberry Pis und zugehörigem modularen Software-Framework in mehreren Ausbaustufen entwickelt. Das Zusammenwirken von Messsystem und Sensorik wurde in mehreren Kurz- und Langzeitmessungen erfolgreich getestet. Um die Praxistauglichkeit nachzuweisen wurden die Neigungen eines Dachtragwerks und die Schiefstellung eines Turmes mithilfe des entwickelten Systems erfasst. Das Anwendungspotential aber auch die Grenzen des Monitoringsystems konnten dabei aufgezeigt werden.

Förderzeitraum: 10/2015 - 11/2017

Förderer: Forschungsinitiative ZukunftBau

Kontakt: guido.morgenthal[at]uni-weimar.de

Abschlussbericht

Unbemannte Fluggeräte zur Zustandsermittlung von Bauwerken - Fortsetzungsantrag

Im Rahmen des Vorgängerprojektes "UAV zur Zustandsermittlung von Bauwerken" (SWD-10.08.18.7-13.05) wurden wissenschaftliche Fragestellungen im Zusammenhang mit der Anwendung von UAS in Bauwerksnähe bearbeitet. Ziel dieses Fortsetzungsprojektes war die Optimierung der Fluggerätenavigation zur zielgerichteten, hocheffizienten und reproduzierbaren Generierung foto- und thermografischer Aufnahmen mit UAS für die Bewertung des Bauwerkszustandes. Des Weiteren wurden Fragestellungen zu erweiterten Anwendungsszenarien zerstörungsfreier Prüfmethoden, hier Gebäudethermographie, und zur Weiterverwendung
der UAS-basierten Bauwerksdaten in BIM-Softwaretools bearbeitet. Es wurden neue Methoden und Algorithmen für die automatisierte Berechnung von bauwerksbezogenen Flugrouten für UAS, für die Co-Registrierung von RGB- und Thermographiebildern, deren Weiterverwendung in bestehenden BIM-Softwaretool und anderen Simulationstools für die thermisch-energetische Gebäudesimulation sowie für die kontextbezogene Speicherung UAS-basierter Bauwerksdaten entwickelt, prototypisch implementiert und getestet. Es wurde eine Methode für die Berechnung georeferenzierter Flugrouten für UAS auf Basis vorhandener Bauwerksinformationsmodelle (BIM) oder grober 3D-Bauwerksmodelle entwickelt und prototypisch in einer Software implementiert, die eine vollständige Erfassung des Bauwerks garantiert. Die UAS-basierte Zustandserfassung kann unter Nutzung weiterer innovativer Methoden und Technologien aus den Bereichen Computer Vision, virtueller Realität oder künstlicher Intelligenz einen wichtigen Baustein in der digitalen Kette der Bauwerkserhaltung bilden. Jedoch besteht insbesondere auf Seiten der Datenauswertung und kontextbezogenen Datenmodellierung weiterer Forrschungsbedarf.

Förderzeitraum: 01/2017 - 06/2018

Projektträger: Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung -BBR-, Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung -BBSR-, Forschungsinitiative 'Zukunft Bau'

Kontakt: norman.hallermann[at]uni-weimar.de

Abschlussbericht

In diesem Forschungsprojekt wurden wissenschaftliche Fragestellungen im Zusammenhang mit der Anwendung von UAV zur Zustandsermittlung von Bauwerken bearbeitet. Anhand konkreter Untersuchungen an ausgewählten Referenzobjekten sollte das Potential solcher Geräte zur kostengünstigen Inspektion von Bauwerken aktiviert werden. Schwerpunkt war die Bewertung der Qualität der Bild- und Videodaten zur Identifizierung typischer Bauwerksschäden und der weiteren Verwendbarkeit.

Förderzeitraum: 06/2013 - 04/2015

Projektträger: Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung -BBR-, Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung -BBSR-, Forschungsinitiative 'Zukunft Bau'

Kontakt: norman.hallermann[at]uni-weimar.de

Abschlussbericht

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde eine neuartige numerische Methode zur Analyse von Anströmkörpern bei hohen Reynolds-Zahlen entwickelt. Die Methode ermöglicht pseudo-dreidimensionale Simulationen von Fluid-Struktur-Wechselwirkungsphänomenen linienförmiger Strukturen unter dem Einfluss einströmender Turbulenzen. Das Verfahren basiert auf der Vortex-Partikelmethode (VPM) und weist eine hohe Recheneffizienz auf, die es für die Analyse zahlreicher Probleme in der Windtechnik anwendbar macht.

Förderzeitraum: 2013 - 2017

Projektträger: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Kontakt: guido.morgenthal[at]uni-weimar.de 

mehr Informationen

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens werden Methoden zur effizienten numerischen Simulation von Windströmungen um Bauwerke entwickelt. Sie sollen den Besonderheiten solcher Strömungen, insbesondere den Charakteristika bei hohen Reynolds-Zahlen, den sehr unterschiedlichen räumlichen Skalenverhältnisse, der Komplexität der Körpergeometrien sowie den Einflüssen möglicher Strukturschwingungen Rechnung tragen.

Förderzeitraum: 2012 - 2016

Projektträger: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Kontakt: guido.morgenthal[at]uni-weimar.de 

mehr Informationen