Projects and Theses

 

Interested students have the opportunity to have a planned project or final thesis supervised by the professorship Intelligent Technical Design in German or English.

You are always welcome to present your project idea. If you have not found a topic yet, we will help to assist you in finding a topic. On this page you can already find suggestions from the project "Digital ITD Twin" or research our teaching and research content.

Topics of the chair

Bachelor's theses, Master's theses or project work that falls into the areas listed below can be supervised by our chair. The exact content of each thesis is defined with regard to the academic assessment. Details on individual topic suggestions can be found on the Moodle. The password for registration is ITD-2017.

https://moodle.uni-weimar.de/course/view.php?id=21164

  • Building Information Modeling
    • Structuring of building data
    • Project management
    • Workflow development
    • Model-checking
  • Bridge inspection and assessment
    • Modeling damage data
    • Damage visualization
    • Data driven assessment
  • Academic engineer education
    • Virtual learning environments
    • Application of learning theory concepts in connection with AR/VR
    • Development of learning scenarios
  • Digital Twin
    • Digitaler twins of buildings
    • Visualization of building information
    • Smart Home
  • Virtual Reality and Augmented Reality
    • Visualization of information
    • Application in teaching
    • AR/VR supported processes

Completed theses

Assembly of Mechanical Components under Robot Vision System

Yamini Konka, Master's Thesis, 2021/2022

Industry 4.0 is making revolutionary improvements in Robotics and Automation. Research institutions and manufacturing companies are working together to bring intelligent machineries in production lines, construction sites, medical surgeries, and home appliances, etc. Manipulation of objects is a common task performed by robots in manufacturing industries. With the help of the pre-programmed motion plans of a robot, the machines or robots are automatised to perform mundane jobs in factory. In addition to the automatic movements of the robot, vision sensor integration, developing path trajectories and grasping strategies based on extracted features from the gathered images like human cortex processing system while manipulating the objects, provide a way to make today's machines intelligent. Based on aforementioned concept, this thesis work proposes clear description on methods to implement the robot vision system and utilization of image processing and machine learning algorithms to assemble the two mating parts in semi-unstructured environment.

A video with an example use case can be seen at https://www.youtube.com/watch?v=YoWhDDJ8-NU&ab_channel=MissionMINT

Charakterisierung von Streckenabschnitten der Verkehrsinfrastruktur auf Grundlage von Deskriptoren

Eric Czerwonka, 2021

Die Verkehrsinfrastruktur spielt in Deutschland eine elementare Rolle zur Sicherung des Wohlstands. Die Planung von Straßen (die sich im Bundesbesitz befinden) nimmt dabei eine besonders große Bedeutung ein, da sie beispielsweise überregionale Mobilität ermöglichen und Transportwege schnell miteinander verknüpfen. Eine möglichst effiziente und fehlerfreie Verkehrswegeplanung ist somit unerlässlich.

Diese Masterthesis befasst sich mit dem Ziel Deskriptoren zu identifizieren, um Streckenabschnitte der Verkehrsinfrastruktur bereits in sehr frühen Planungs- und Projektphasen, zum Beispiel während der Bedarfsfeststellung im Rahmen der Bedarfsplanung, charakterisieren zu können. Die methodische Vorgehensweise sieht zunächst einen theoretischen Teil vor, der den Leser:innen den Einstieg in die Bundesverkehrswegeplanung und die Phase der Bedarfsplanung, erleichtern soll. Im Konzeptionellen Teil werden die jeweiligen Deskriptoren identifiziert und beschrieben. In einem Fallbeispiel, das entsprechend der Aufgabenstellung durch den Einsatz der Trassierungssoftware ProVI durchgeführt werden soll, werden die Deskriptoren hinsichtlich ihres praktischen Nutzen evaluiert.

Ein zentrales Ergebnis dieser Arbeit war, dass sich die beschriebenen Deskriptoren grundsätzlich dazu eignen, Streckenabschnitte zu charakterisieren. Eine digitale Umsetzung mit der Trassierungssoftware ProVI war jedoch nicht möglich. Bereits auf dem Markt existierende CAD- und GIS-Infrastrukturprogramme (wie z.B. AutoCAD Map 3D und QGIS) zeigen jedoch, dass eine Umsetzung theoretisch möglich ist. Wird eine Trasse hinsichtlich der identifizierten Deskriptoren beschrieben, besteht das Potenzial, die Bedarfsfeststellung effizienter zu gestalten.

Integration and Visualization of Material Data in BIM - Inspection Information Modeling with IFC Approach

Jason Lai Poh Hwa, 2021.

Building Information Modeling (BIM) is a virtual representation of physical asset. A digital BIM model is intended to cover a facility’s entire life cycle from planning, construction, maintenance and finally destruction. According to the current state of art, BIM editor software tools are available to create BIM as-designed model. Nowadays, the application of BIM as-built model with the point cloud Three-Dimension (3D) model reconstruction is actively researched and developed. While for as-damaged model, Damage Information Modeling (DIM) is yet to be fully defined and finalised in order to be align with existing BIM technology. The data from regular and period inspection activities on the facility structure is obliged to be systematically archived. The massive data amount is a challenge to be reviewed and evaluated. Hence, it is vital for the incorporation of raw material data to a coherent model of building information. Integration of such data into BIM environment requires necessary file parsing and rendering software tool. The goal is to have a tool which allows users to make material condition assessment, defect detection, and quality assurance in BIM environment. The core of the tool is built around a data entry system for documenting material diagnosis information from Non-Destructive Evaluation (NDE) in relation to the respective inspected element in asset’s BIM model. The implementation will create the tie of raw material data with BIM which connects NDT material data to the corresponding measured building element. The measurement information and the association is then visualized either graphically or non-graphically in the view port. A follow-up discussion will be on which representations are suitable for material information when is presented to users. The prototype application allows rendering of different measured material data along with its spatial relationship with BIM geometry in terms of position, orientation, and scale. The inspection information modelling product can be stored and exchanged as as-inspected BIM model while complying Industry Foundation Classes (IFC). Feasibility of concept in modelling material data enriched BIM will be evaluated with the prototype. The relativity of material data representation with BIM model will be further discussed in the thesis.

BIM-basiertes Risikomanagement

Viet Linh Nguyen, 2021.

Risikomanagement spielt in der Baubranche eine wichtige Rolle. Gefahren sollen minimiert und Sicherheit sowie Qualität im Lebenszyklus eines Bauwerkes verbessert werden. Risikomanagement ist zumeist ein erfahrungsbasiertes, manuelles Verfahren, welches auf multidisziplinärem Wissen beruht. Die Verwendung von Building Information Modeling (BIM) zur Unterstützung des Risikomanagements von Bauprojekten ist zu einem anwachsenden Forschungstrend geworden. Es wurde jedoch auch festgestellt, dass das auf BIM-basierende Risikomanagement in der Praxis noch nicht so weit verbreitet ist.

Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Erarbeitung eines Konzepts für eine Umsetzung von modellbasiertem Risikomanagement. Zu Beginn eines Bauvorhabens werden Kosten, Termine und Qualitäten festgelegt, die es während des gesamten Bauprozesses, bis zur Fertigstellung, einzuhalten gilt. Eine zuverlässige Termin- und Kostenprognose über die gesamte Projektdauer ist es insbesondere interessant für Bauherren. Es wird der Risikomanagementprozess während Planungs- und Bauphasen unter Anwendung der Methode BIM aufgestellt und die Potenziale durch die entstehende Informationsverknüpfung herausgearbeitet. Hier erfolgt eine detailliertere BIM-basierte Betrachtung der Risiken bis auf Bauteilebene im 4D/5D-Modell. Das BIM-basierte Risikomanagement ermöglicht durch die digitale Erfassung von Informationen zu Risiken am Gebäudedatenmodell eine qualifizierte und aktuell gehaltene Risikobetrachtung. Zum Abschluss dient die Arbeit der Validierung und Verifizierung der Ergebnisse in der Praxis, sodass ermöglicht ein vorgeschlagenes Tool die Visualisierung verschiedener Zeit- und Kostenrisiken während Planung- und Bauphasen, indem eine Farbkarte basierend auf den Auswirkungen der Risiken in Bezug auf Bauteilebene des BIM-Modells präsentiert wird. Die verschiedenen Bauaufgaben können hinsichtlich ihres Risikos analysiert werden, indem sie eine Fuzzy-Fehlermöglichkeits-Einfluss-Analyse in einer Schnittstelle anwenden, wo sie eine
Risikofarbe erhalten, die sie nach ihrer Beurteilung kategorisiert. Diese Farben werden dann in ein 3D-BIM-Modell und ein 4D-Modell übertragen, wo sie einfach analysiert, dokumentiert und mit allen relevanten Stakeholdern aufklare und effiziente Weise diskutiert werden können. Danach wird das 4D-Modell mit dieser Informationsverknüpfung in 5D-Modell importiert, um die Visualisierung der Kosten
zu erstellen.

Generatives Design - Multikriterielle Optimierung von Skeletttragwerken auf Basis evolutionärer Algorithmen

Martin Reisener, 2020

Das interdisziplinäre Zusammenspiel von Planungsbeteiligten, ausführenden Gewerken und Entscheidungsträgern ist für den Erfolg einer Baumaßnahme entscheidend. In konventionellen Planungsprozessen ist die Erstellung, Anpassung und Leistungsfähigkeitsuntersuchung einer einzigen Entwurfsvariante mit einem erheblichen Arbeitsaufwand verbunden. Vor dem Hintergrund der Tragweite von Entscheidungen in frühen Projektphasen mangelt es häufig an alternativen Entwurfsvarianten, Flexibilität sowie objektiven Entscheidungsparametern.

Generatives Design (GD) ist der Prozess, in dem Ziele und Einschränkungen definiert werden, um mit Hilfe von automatischen Berechnungen eine Reihe von Lösungsvarianten zu untersuchen, die den gewünschten Anforderungen entsprechen.

In Bezug zu Building Information Modeling (BIM) und der Digitalisierung der Baubranche im Allgemeinen dienen Generative Prozesse der Beschleunigung früher Entwurfsphasen und erhöhen die Anpassungsflexibilität durch parametrisches Modellieren.

Gegenstand der zugrundeliegenden Arbeit ist es, in Grasshopper ein Skript zu entwickeln, das unter Verwendung von Einschränkungen wie Gebäudespezifika, Lastannahmen und Vorbemessung eine Vielzahlan Lösungsvarianten für ein Tragwerk in Skelettbauweise generiert und anhand gegebener Zieldefinitionen analysiert. Die Ziele können beispielsweise ein minimaler Verbrauch an Ressourcen, eine minimale Anzahl an Tragwerkselementen oder minimale Kosten sein. Die Ergebnisse sollen für eine multikriterielle Entscheidungsanalyse herangezogen und CAD-Modelle entsprechend der BIM-Methodik ausgetauscht werden.

Die Machbarkeit sowie praktische Anwendungsmöglichkeiten generativer Designprozesse in der Baubranchesollen in der vorliegenden Arbeit nachgewiesen werden.

Linking parametric design and structural analysis for the optimization of bridge cross sections

Juan Gonzales Cavero, Master Thesis, 2020

In the early steps of the current digital era, software solutions, which are continuously being created and developed, make new strategies possible to significantly affect the efficiency of almost any process. Building Information Modeling (BIM) represents this philosophy for the construction industry. Despite BIM has yield to huge developments regarding vertical building structures for the last decade, the growth for the civil infrastructure domain has been rather scarce. In this thesis the link of parametric design and structural analysis regarding bridges is investigated and different potential workflows are evaluated. In consequence, a bidirectional framework to exchange models between BIM modelers and a structural analysis application is presented. Furthermore, taking advantage of the flexibility parametric design provides an optimizer tool for for bridge cross sections based on genetic algorithms. In order to present the workflow, a real-word railway bridge is used as an example.

Mixed Reality Interface Prototype for Smart Home Systems

Liselot Ramirez, Master Thesis, 2020

 

Smart Homes are living spaces equipped with lighting, heating, and electronic devicesthat can be remotely controlled by digital devices. The Chair of Intelligent TechnicalDesign in the Faculty of Civil Engineering has a model project installed in their offic Thisdocument reviews the convergence of MR technologies in Building Information Modeling(BIM), and how users benefi from the usability experience during the constructionprocess. Thereafter, usability guidelines for interface design are followed to create adesign concept for an interface in Mixed Reality (MR) to interact with the aforementionedSmart Home system. The challenge relies on four user cases: Visualizing Consumption,Comparing Rooms, Automation of Tasks, and Maintenance and Repair. The designproposal is based on the Atomic Design Methodology, in which the components wererendered and exported to a Microsoft HoloLens. The design process for MR is morechallenging to implement in the HoloLens than in a mobile application, nevertheless, theresult is a design system suited for immersive and mobile applications.

 

Supervisors: Prof. Dr.-Ing. Eva Hornecker and Prof. Dr.-Ing. Christian Koch

On systematic approaches for interpreted information transfer of inspection data from bridge models to structural analysis

Jan Fröhlich, Master Thesis, 2020

In conjunction with the improved methods of monitoring damage and degradation processes, the interestin reliability assessment of reinforced concrete bridges is increasing in recent years. Automated imagebasedinspections of the structural surface provide valuable data to extract quantitative information aboutdeteriorations, such as crack patterns. However, the knowledge gain results from processing thisinformation in a structural context, i.e. relating the damage artifacts to building components. This way,transformation to structural analysis is enabled. This approach sets two further requirements: availabilityof structural bridge information and a standardized storage for interoperability with subsequent analysistools. Since the involved large datasets are only efficiently processed in an automated manner, theimplementation of the complete workflow from damage and building data to structural analysis istargeted in this work. First, domain concepts are derived from the back-end tasks: structural analysis,damage modeling, and life-cycle assessment. The common interoperability format, the IndustryFoundation Class (IFC), and processes in these domains are further assessed. The need for usercontrolledinterpretation steps is identified and the developed prototype thus allows interaction atsubsequent model stages. The latter has the advantage that interpretation steps can be individuallyseparated into either a structural analysis or a damage information model or a combination of both. Thisapproach to damage information processing from the perspective of structural analysis is then validatedin different case studies.

Supervisors: Prof. Dr.-Ing. Guido Morgenthal and Prof. Dr.-Ing. Christian Koch

BIM-based Framework for Bridge Design and Analysis

Uma Shankar Bharathala, Master Thesis, 2019

Enormous engineering work is required to design and construct bridges. Hence, several engineering companies are included in the bridge design workflow from conceptual design to the construction phase. However, many engineering companies are still using traditional design methods to design bridge structures. The initial design phase is crucial in the bridge design phase to avoid problems during the later construction phase. To deliver the project within the required time and budget, massive coordination among the involved teams is necessary. Traditional workflows lack adequate interfaces for such coordination tasks. Building Information Modeling (BIM) is a possible solution to overcome this issue. This study aims to apply a BIM-based framework to design a bridge from the conceptual design phase up to construction plans. The focus is mainly on the bridge design workflow, and on how the traditional methods and BIM methods perform in the stages of conceptual design, preliminary design and main design.

Supervisors: Prof. Dr.-Ing. Christian Koch,  Univ.-Prof. Dr. Dipl.-Ing. Guido Morgenthal

Virtual Reality Interfaces for 3D Modeling

Anil Chandra Kavi, Master Thesis, 2019

This project focuses on the interfaces for modeling of a classroom in a virtual environment. The Interfaces refers to different mediums through which interactions are possible. Three main interfaces available in the virtual environment are 2D menu, speech recognition, and gesture recognition. In a speech recognition based interface, Microsoft speech application is used, and in gesture recognition based interface, convolutional neural network (CNN) based recognition from 2D drawing to 3D objects. These three interfaces are compared individually and also verified after the integration of three interfaces.

Supervisors: Prof. Dr.-Ing. Christian Koch, M.Sc. Mathias Artus

Technologien der automatisierten Erzeugung und Verarbeitung von Punktwolken zu as-built-Bauwerksinformationsmodellen im Hochbau

Martin Lindner, Bachelor Thesis, 2019

Im Zuge der Weiterentwicklung der BIM-Methode und einer steigenden Anzahl von Anwendungsfällen, deren Fokus auf der Betriebsphase eines Gebäudes liegt, ist die Modellierung des Gebäudebestands von immer größerer Bedeutung. Der erstrebenswerte Workflow besteht dabei in einem weitestgehend automatischen digitalen Aufmaß und anschließender softwaregestützter Verarbeitung der Daten zu einem "intelligenten" Bauwerksmodell.

Prüfer: Prof. Dr.-Ing. Christian Koch, M.Sc. Judith Krischler

BIM-basierte Energiebedarfsberechnung von Gebäuden

Wei Zhao, Bachelor Thesis, 2019

In der Thesis wird eine Energieanalyse auf Basis eines gegebenen BIM-Modells mittels Autodesk Insight erstellt, mit der Prämisse einen möglichst ressourcenschonenden und -effizienten Einsatz von Energie während der Betriebsphase eines Gebäudes unter Berücksichtigung des Komforts zu erreichen.



Prüfer: Prof. Dr.-Ing. Christian Koch, M.Sc. Thomas Behnke

Evaluation of Sensor-Based Registration Accuracy using Head Mounted Augmented Reality Devices

Felix Kremp, Master Thesis, 2019

This thesis will propose different use cases for registration of virtual content in real space. The implemented use cases split up in a 2Dmarker, a user placed and a 3D marker based on a BIM model approach. Furthermore, an evaluation of registration accuracy within the context of head mounted augmented reality is realized.


Supervisors: Prof. Dr.-Ing. Christian Koch, M.Sc. Mathias Artus

Utilizing BIM-Based Model Checking (BMC) in the early stages of design to examine the vulnerability of masonry structures to earthquakes

Mohamed Matook, Master Thesis, 2019

The aim of this thesis is to check the possibility of utilizing the concept of BIM-based model checking (BMC) to automatically check the compliance of masonry structures with the design standards. The rules, implemented using Revit and Dynamo, concerning masonry structures from EN 1996-1-1 and EN 1998-1 are assessed and analyzed. 

Supervisors: Prof. Dr.-Ing. Christian Koch, Dr.-Ing. Lars Abrahamczyk

BIM-based Facility Management using COBie

Based on the theory of facilities management and BIM technology, this article first analyzes the research status of building facilities management and BIM thorough literature research method. Then sets forth the disadvantages of traditional facility management workflow and what BIM brings to facility management as well as BIM-COBie based facility management software. At last this article evaluates three pieces of facility software through comparative study method and makes a relevant case study to prove the feasibility and superiority of BIM-COBie based facility management, meanwhile provides references for the use of BIM-COBie according to this.

Yuzhe Wu, Master Thesis, 2019

Supervisors: Prof. Dr.-Ing. Christian Koch, M.Sc. Thomas Behnke

Digitaler ITD Zwilling - Design und Implementierung eines Webinterface für nutzerorientierte Datenvisualisierung und Interraktion mit Smart-Home-Systemen

Xi Chen, Master Thesis, 2019

Diese Masterarbeit behandelt die Interaktion von Internet of Things (IoT), Digital Twin und Smart Home über eine responsive Weboberfläche für einen Heimautomatisierungsserver (FHEM), die sich intuitiv bedienen lässt und auch für Endanwender ohne technischem Verständnis optimiert ist. 

Prüfer: Prof. Dr.-Ing. Christian Koch, M.Sc. Mathias Artus

Entwicklung von Prüfstrukturen zur Qualitäts- und Planungskontrolle von Bauwerksinformationsmodellen

Das Ziel der Arbeit bestand darin, Baubeschreibungen zu analysieren und Konzepte zu erarbeiten, die eine Überprüfung des digitalen Modells bezüglich der Baubeschreibung und der darin festgelegten Qualitäten ermöglichen.

Sebastian Seiß, Master Thesis, 2018

Prüfer: Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Bargstädt M.Sc.; Prof. Dr.-Ing. Christian Koch; M.Sc. Judith Ponnewitz

Spezifizierung einer Datenschnittstelle zur Integration von digitalen Oberleitungsplanungen in Building Information Modeling

Das vordergründige Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, Untersuchungen zu Datenübergabeszenarien zwischen Planungssoftware für Oberleitungsanlagen und anderen im BIM-Prozess verwendeten Programmen anzustellen und die Datenschnittstelle mit der besten Eignung anschließend zu spezifizieren.

Justus Boeck, Master Thesis, 2018

Prüfer: Prof. Dr.-Ing. Arnd Stephan (TU Dresden); Dipl.-Ing. Fritjof Aufschläger (TU Dresden); Prof. Dr.-Ing. Christian Koch (Bauhaus-Universität Weimar); Dipl.-Ing. Matthias Krippner (DB Engineering & Consulting GmbH, Leipzig)  

Design and Implementation of Structural Dynamics Problems in a Serious Gaming Environment

Tarek Ahmed Mohamed, Master Thesis, 2018

The aim of this project was to develop a serious game to teach engineering students some structural dynamics problems which they can use to interact and get more involved with the theory behind these problems. The chosen problems were calculating the natural frequency and the mode shapes of a single span beam for different cases, and the Dynamic Amplification Factor (DAF). 

Supervisors: Prof. Dr.-Ing. Christian Koch, Dr.-Ing. Volkmar Zabel

Templates

Templates for project reports, bachelor thesis and master thesis. These template can be used. However, they are not mandatory.

Templates Word:

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