Integrated structure analysis via BIM and heterogeneous adaptive isogeometric finite element methods

Beteiligte

ProjektleiterProf. Dr.-Ing. habil. Carsten Könke
BearbeiterMichael Schwedler, M.Sc.
Förderungszeitraum01.01.2013 - 31.12.2015
Diesen Projekt wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt.

Goal

Translate: Computergestützte Tragwerksanalysen sollen in einen ganzheitlichen digitalen Entwurfsprozess eines Bauwerks integriert werden, um die Kooperation der verschiedenen Planungsbeteiligten zu verbessern. Eine hierfür notwendige Bedingung, die derzeit noch nicht in genügendem Maße erfüllt wird, ist der multidirektionale Austausch der Geometrieinformationen. Um Analysemodelle zu erstellen, die einen solchen Informationsaustausch zulassen, müssen bei den derzeitig verwendeten Verfahren Änderungen vorgenommen werden, die im Rahmen dieses Projektes untersucht werden sollen.

Beschreibung

Die digitale Zusammenarbeit von Architekten, Tragwerksplanern und anderen Fachplanern ist gegenwärtig unzureichend. Die Beteiligten erstellen jeweils eigene Modelle mit zum Großteil identischen Informationen über die Geometrie des zu errichtenden Bauwerks. Änderungen des Einen werden manuell in das Modell der
Anderen eingearbeitet. Die Ursachen hierfür sind im Wesentlichen historisch-technologisch bedingt.


Mit diesem Forschungsprojekt soll eine Verbesserung der Kompatibilität auf der Softwareebene erzielt werden, welche die Kooperation der Beteiligten insgesamt vereinfacht und somit verbessert. Als Ausgangspunkt dient ein Bauwerksinformationsmodell mit einem konsistenten Geometriedatensatz auf Basis volumenorientierter Spline-Formulierungen, welches allen Plaungsbeteiligten in gleicher Weise zugänglich ist. Es werden Methoden entwickelt, die auf Grundlage von Bauwerksinformationsmodellen eine für den Anwender unkomplizierte Analyse des Tragwerks erlauben. Die Schwerpunkte liegen dabei auf

  • der Generierung isogeometrischer FE-Modelle aus den EXPRESS Datentypen des IFC-Standards.
  • der Kopplung von Spline-basierten Volumekörpern im Sinne des Aufstellens von Kompatibilitätsbeziehungen zwischen den von den Volumenkörpern repräsentierten Bauteilen für die numerische Analyse.
  • der Entwicklung von anisotropen Fehlerschätzern für isogeometische Berechnungen. Die Richtungsabhängigkeit der Fehlerschätzer ist von besonderer Relevanz, um effiziente Verfeinerungen der im üblichen Hochbau oftmals schalenartigen, hier aber von Volumenelementen repräsentierten Bauteile zu ermöglichen.
  • der Ermittlung von Steuerungskriterien für eine algorithmengesteuerte anisotrope, adaptive Verfeinerungen des isogeometrischen FE-Modells auf Grundlage der zuvor entwickelten Fehlerschätzer.

Aus dem Zusammenspiel der zu entwickelnden Methoden ergibt sich eine integrierte Tragwerksplanungsmethodik, die auf der Grundlage eines Bauwerksinformationsmodells funktioniert und die es erlaubt, eine im
Ergebnis der Tragswerksanalyse vorgenommene Änderung der Geometrie des geplanten Bauwerks in das Informationsmodell zurückzuführen und somit wiederum allen Beteiligten zugänglich zu machen.