4D-Toolbox

Eine Zusammenfassung von diversen Tools, welche die Modellierung, die Optimierung, das Management und die Kontrolle von Bauprozessen vereinfacht und eine interaktive Visualisierung dieser Prozesse zulässt.

Ausgangslage

4D-Technologien ermöglichen Bauprozesse über den gesamten Lebenszyklus hinweg zu modellieren. Dazu werden räumliche Darstellungen von Bauwerken (3D-CAD) in so genannte 4D-Modelle überführt, bei denen die zugeordneten Bauprozesse über die Zeit als vierte Dimension visualisiert werden. Das Erstellen und Verwalten von 4D-Modellen ist eine zeitaufwendige Angelegenheit. Ziel der 4D-Toolbox ist das Erstellen und Verwalten solcher 4D-Modelle zu vereinfachen und zu beschleunigen.

Projektziele

Bereitstellung von Tools, welche die Modellierung, die Optimierung, das Management und die Kontrolle von Bauprozessen vereinfacht und eine interaktive Visualisierung dieser Prozesse zulässt ...

Lösungsansatz

Die 4D-Toolbox beinhaltet folgende Tools:

  • 4D-Model Builder
  • Discrete Event Simulator (DES)
  • Genetic Algorithm Process Optimizer (GAPO)
  • 3D-Viewer
  • 4D-Navigator mit Virtual Reality (VR) Studio Anbindung


Der 4D-Model Builder unterstützt die Überführung von 3D-Bauwerksmodellen in 4D-Modelle. Um das 3D-Modell mit 4D-Informationen anzureichern wird das 3D-Modell mittels Künstlicher Intelligenz (AI) analysiert. Basierend auf dieser Analyse wird das 4D-Modell mit einer Work Breakdown Structure (WBS) und den dazugehörigen Prozessen ergänzt. Basierend auf strukturellen und prozessbedingten Abhängigkeiten bringt der Discrete Event Simulator (DES) die Bauelemente und Aktivitäten des 4D-Models in Abhängigkeit zueinander.
Der Genetic Algorithm Process Optimizer (GAPO) übernimmt das vom DES erzeugte Aktivitäten Netzwerk und entscheidet über die Methodik wie Elemente gebaut und wie viel Ressourcen dafür verwendet werden sollen. Der entstandene Projekt Plan (Schedule) und die zu ihm führenden Entscheidungen kann mittels GAPO nach unterschiedlichsten Kriterien optimiert werden.

Möglichkeiten sind:

  • Projektdauer
  • Ressourcemanagement und Ressourcenverwendung
  • Baukosten
  • Sicherheit
  • Vermeidung von Raum- Zeitkonflikten
  • etc.

Optimierte Projektpläne können dann mittels des 4D-Navigators im 3D-Viewer oder im Virtual Reality Studio visualisiert und miteinander verglichen werden. Dies ermöglicht die Erkennung von potenziellen Problemen bereits während der frühen Planungsphasen und nicht erst auf der Baustelle.
Ergebnisse
Die 4D-Toolbox wurde und wird in diversen Studien- und Projektarbeiten validiert und verbessert. Aktuell wird sie bei einem KTI-Projekt in Zusammenarbeit mit der SBB eingesetzt und weiterentwickelt.

Mehr Informationen

Über die 4D-Toolbox hat i4Ds bereits folgende Artikel veröffentlicht:

  • Märki, F.; Fischer, M; Kunz, J.; Haymaker, J. (2007): Decision Making for Schedule Optimization, Department of Civil Engineering, Stanford University. Stanford 2007, USA. Electronic version of the paper: http://cife.stanford.edu/online.publications/TR169.pdf
  • Märki, F.; Vogel, M.; Breit, M.; Fischer M. (2006): Interactive Toolbox for 4D-Modeling. Published at the Joint International Conference on Computing and Decision Making in Civil and Building Engineering 2006. Paper number IC-293, Montreal, Canada.

Projektbeteiligte

Leitung

  • Prof. Dr. Manfred Vogel

Projektteam

  • Fabian Märki
  • Michael Raps
  • Prof. Dr. Manfred Breit
  • Marco Rietmann
  • Markus Benz