Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik FHNW
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Publikation Gestaltung von Kompetenzprofilen für den erfolgreichen Einsatz des VDC-Frameworks und der BIM-Methodik in einer Bauunternehmung(Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik FHNW, 24.05.2024) Beiner, Thomas; Martinez, Eder; Implenia Schweiz AGDie zunehmende Digitalisierung im Bauwesen, die unter anderem durch Methoden und Rahmenwerke wie Building Information Modeling (BIM) oder Virtual Design and Construction (VDC) vorangetrieben wird, erfordert neue Kompetenzen und Fähigkeiten aller beteiligten Akteure. Diese sind erforderlich, um Bauprojekte erfolgreich umzusetzen. Klare Kompetenzprofile, die die spezifischen Anforderungen an die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter eines Bauunternehmens, das im Infrastrukturbau tätig ist, definieren, sind jedoch kaum vorhanden. Diese Master-Thesis hat zum Ziel, Kompetenzprofile für den erfolgreichen Einsatz der BIM-Methodik und des VDC-Frameworks in einer Bauunternehmung zu entwickeln. Diese Profile sollen die erforderlichen Kompetenzen für die Projektabwicklung klar definieren und eine mögliche Grundlage für Aus- und Weiterbildungsmassnahmen bieten. Um dieses Ziels zu erreichen wurde ein mehrstufiger Ansatz gewählt welcher theoretische und praktische Datenerhebungen umfasst. Eine umfassende Literaturrecherche zu BIM, VDC und den erforderlichen Kompetenzen sowie Beobachtungen und Interviews bilden die Basis, um relevante Daten zu erhalten. Darauf aufbauend wird eine Low-Code Applikation entwickelt, in der die projektspezifischen Anforderungen anhand von Anwendungsfällen analysiert und dem geplanten Projektteam gegenübergestellt werden. Durch iterative Anpassungen und externes Feedback wurde das Produkt kontinuierlich optimiert. Die entwickelte Low-Code Applikation ermöglicht eine kompetenzbasierte Bewertung und stellt eine innovative Lösung dar, die die Effizienz und Qualität von Bauprojekten steigern kann. Die Arbeit bietet eine solide Grundlage für die zukünftige Entwicklung und Anwendung von kompetenzbasierter Projekt- sowie auch Personalbeurteilung in der Bauindustrie. Es wird empfohlen, die entwickelten Kompetenzprofile und die Applikation weiterzuentwickeln und in der gesamten Organisation zu implementieren. Auf Basis der kompetenzbasierten Bewertung sollten zukünftig Aus- und Weiterbildungsprogramme initiiert werden.11 - Studentische ArbeitPublikation VDC-Trainingsmodul als Schlüssel zur erfolgreichen Zusammenarbeit in der Projektierung von Bauprojekten(Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik FHNW, 24.05.2024) Alessandri, Lukas; Schoepke, Lukas; Schulze, Hartmut; Refine Projects AGDie Baubranche weist seit einigen Jahren eine stagnierende Produktivität auf, was die Notwendigkeit neuer Ansätze in der Projektabwicklung unterstreicht. Virtual Design and Construction (VDC) bietet durch die Kombination digitaler Technologien und neuen Organisationsformen einen möglichen Ansatz. Diese Master-Thesis hat zum Ziel, ein wissenschaftlich fundiertes Trainingsmodul zu entwickeln, welches sich an Baufachleute mit wenig bis keiner Erfahrung zu VDC und Zusammenarbeit in der SIA-Phase 3 richtet. Es gibt derzeit keine vergleichbaren Weiterbildungen, Schulungen oder Trainings auf dem Schweizer Markt. Die Analyse des Trainingsbedarfs erfolgte mittels einer Interviewstudie, in der 13 ExpertInnen der Schweizer Baubranche zum VDC-Rahmenwerk und deren Praxiserfahrung interviewt wurden. Die Interviews wurden analysiert und ausgewertet. Dies ergab einen Schulungsbedarf in den Themenbereichen Entwicklung und Pflege einer eigenen Projektkultur, gemeinsame Definition von BIM+VDC, geeignete Rollenverteilung in der Projektabwicklung, Fokus auf gemeinsame Ziele für den Projekterfolg sowie unzureichende Integration von BIM in der Planung und Zusammenarbeit. Darauffolgend wurden aus den fünf Themenbereichen Lerneinheiten abgeleitet und konzeptionell ausgearbeitet. Das Konzept wurde mit Fachexperten überprüft und als Prototyp umgesetzt. Der Prototyp ist zwei Mal durchgeführt, evaluiert und weiterentwickelt worden. Dabei wurde belegt, dass die Teilnehmenden in beiden Durchführungen einen subjektiven Lernerfolg erzielten. Zudem deutet die Evaluation des Transfererfolgs auf nachhaltiges Lernen hin, was die bedarfsgerechte Gestaltung des Trainingsmoduls bestätigt. Das Endprodukt ist ein eintägiges VDC-Trainingsmodul, das mit einem Handbuch und einer Präsentation dokumentiert ist. Die schriftliche Dokumentation beleuchtet die Hintergründe und die Entstehung des Produkts. Die Autoren sind zuversichtlich, dass dieses Trainingsmodul direkt in der Praxis eingesetzt werden kann.11 - Studentische ArbeitPublikation Konsolidierung und Implementierung der Entscheidungsprozesse für eine nachhaltige Gebäudeplanung durch den Einsatz digitaler Werkzeuge(Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik FHNW, 24.05.2024) Arrivabeni, Roberto; Leuenberger, Theresia; Burckhardt Architektur AGDie Bauwelt steht vor der Herausforderung, ihre Projekte nachhaltiger zu gestalten. Die Masterarbeit beschäftigt sich in diesem Kontext mit der Bewertung der Nachhaltigkeit in Bauprojekten. In der Praxis ist dieser Prozess für die Bewertung der Nachhaltigkeit noch kaum konsolidiert und standardisiert. Die Praxis und die Literatur zeigen, dass ein standardisierter Bewertungsprozess benötig wird. Die digitale Entwicklung findet nun auch in der Baubranche statt, welche sich in der BIM Methode widerspiegelt und den Standardisierungsprozess unterstützt. In der BIM Methodik werden digitale Bauwerksmodelle erstellt, die eine digitalisierte Auswertung und somit Bewertung zur Nachhaltigkeit ermöglichen. Die digitale modellbasierte Planung im Bauwesen ist eine zunehmend etablierte Praxis. Ein digitales Bauwerksmodell besteht aus geometrischen und alphanumerischen Informationen. Der Bereich des Informationsmanagements (alphanumerisch) ist jedoch noch nicht so stark entwickelt und die Möglichkeiten, die sich aus konsolidierten Daten ergeben, wird noch von wenigen Planer genutzt. Die Nutzung von digitalen Bauwerksmodellen in einer zentralen Datenbank, ist ein neuer Trend und vereinfacht den Zugang zu relevanten Informationen für alle Beteiligten, an einem zentralen Ort. Das SIA-Merkblatt 2040 ist das Dokument, das für die Schweizer Baubranche die Rahmenbedingungen für nachhaltiges Bauen festlegt. Für eine effiziente Planung der Nachhaltigkeit, sind in diesem Dokument mehrere Interaktionen zwischen den Planern vorgesehen. Damit die Planer richtig agieren, wird Ihnen mit einem Produkt zur Verfügung gestellt, um die richtigen Informationsstruktur in dem digitalen Bauwerksmodell aufzubauen. Ziel dieser Arbeit ist es, einen Leitfaden zu entwickeln, der es den Planenden ermöglicht, das digitale Bauwerksmodell als zentrales Instrument zu nutzen, um die Ziele des SIA-Merkblatts 2040 zu erreichen. Die Untersuchung der am besten geeignete Methode zur Integration relevanter Daten, ist ebenfalls entscheidend, um den Planern geeignete Hilfsmittel bereit zu stellen damit der Prozesse und das Verfahren schnell und zuverlässig funktionieren. Methodische Grundlagen für diese Masterthesis sind einerseits eine Literaturrecherche für die Entwicklung eines Konzepts auf der Basis der BIM-Methodik, andererseits eine Umfrage bei einem Fallstudienteam, um den Bedarf einer Prozesskonsolidierung aufzuzeigen.11 - Studentische ArbeitPublikation Relevante Faktoren bei der Umsetzung der BIM-Methode in einer öffentlichen Organisation unter Berücksichtigung des Umfeldes(Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik FHNW, 24.05.2024) Stalder, Ivo; Martinez, Eder; Gruner AGDie Einführung der BIM-Methode in öffentlichen Organisationen stellt eine komplexe Herausforderung dar, die sowohl organisatorische als auch technologische Anpassungen erfordert. Diese Arbeit untersucht die relevanten Faktoren für die Umsetzung der BIM-Methode im Tiefbauamt des Kantons St. Gallen, insbesondere im Bereich der Kunstbauten Infrastruktur. Die zentrale Fragestellung dieser Arbeit ist, welche Bestandteile notwendig sind, um die BIM-Methode erfolgreich umsetzen zu können. Die Arbeitsmethodik umfasst qualitative Interviews mit Schlüsselakteuren und eine umfassende Analyse der bestehenden Prozesse und Systeme. Visualisierungstechniken und Prozessanalysen werden eingesetzt, um die Kommunikation und das Verständnis zwischen den Beteiligten zu fördern. Die Betrachtungen zeigen, dass eine schrittweise Einführung der BIM-Methode sowie die Förderung des Verständnisses unter den Akteuren entscheidend für die Akzeptanz und den Erfolg sind. Pilotprojekte spielen dabei eine wesentliche Rolle, um praktische Erfahrungen sammeln zu können und die Methodenumsetzung kontinuierlich zu optimieren. Die Ergebnisse beleuchten einen Ansatz für die Herangehensweise an die BIM-Methode, welcher von Organisationen für dessen Umsetzung herangezogen werden kann. In der Arbeit werden dafür konkrete Werkzeuge vorgeschlagen. Neben technologischen Anpassungen sind auch arbeitstechnische Veränderungen für den Umsetzungserfolg von Relevanz. Diese projektähnlich umgesetzte Arbeit soll einen Beitrag zum digitalen Planen und Bauen leisten und anhand der gewonnenen Erkenntnisse Empfehlungen für die Umsetzung der BIM-Methode in öffentlichen Organisationen bieten.11 - Studentische ArbeitPublikation Einsatz eines relationalen Datenbanksystems in der digitalen Bauwerksmodellierung. Konzept für kleine und mittlere Unternehmen(Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik FHNW, 24.05.2024) Öztürk, Tufan; Schildknecht, Lukas; Virtuos 3D Modeling AGDie Modellierung digitaler Bauwerksmodelle (DBM) erfordert derzeit den Einsatz proprietärer Autorensoftware. Dies stellt eine Einstiegshürde dar und erschwert die Beteiligung fachkundiger Personen ohne Modellierungskenntnisse an der Bearbeitung des DBMs. In dieser Master-Thesis wurde unter-sucht, wie kleine und mittlere Unternehmen (KMU) eine plattformunabhängige Datenbanktechnologie als BIM-Werkzeug nutzen können, welche die relevanten Konzepte des offenen Standards Industry Foundation Classes (IFC) in der Datenstruktur berücksichtigt. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Untersuchung war die Sicherstellung der Datenkonsistenz und die Synchronisation zwischen der Datenbank und der Autorensoftware. Basierend auf den Erkenntnissen und Anforderungen der KMUs aus den Expertengesprächen erfolgte die methodische Auswahl der geeigneten Datenbanktechnologie und die konzeptionelle Beschreibung der Systemarchitektur. Schliesslich wurde die Machbarkeit durch einen Proof of Concept nachgewiesen und die Nutzung reflektiert. Die Systemarchitektur bestand aus einer SQLite-Datenbank, einer IFC-Datei und dem Autodesk Revit. Zwei Python-Skripte gewährleisteten die Kommunikation sowie die Sicherstellung der Datenkonsistenz und Synchronisation zwischen den Systemen. Identifizierte Faktoren, die die Datenkonsistenz beeinflussen, führten zur Entwicklung technischer Mechanismen wie Integritätsbedingungen im Datenbankdesign, Datenhoheitsregelung sowie Steuerung des Datenflusses. Die Beschreibung digitaler Bauteile mit Eigenschaften und Klassifizierung von Modellen sowie Mengenauszüge sind in der Praxis häufige Anwendungsfälle bei der Datenverwaltung von DBM, welche durch eine Mapping-Methode in eine geeignete Datenbankstruktur übersetzt wurden.11 - Studentische ArbeitPublikation (Near) real-time snow water equivalent observation using GNSS refractometry and RTKLIB(MDPI, 2022) Steiner, Ladina; Studemann, Géraldine Laurence; Grimm, David; Marty, Christoph; Leinss, SilvanGlobal navigation satellite system (GNSS) refractometry enables automated and continuous in situ snow water equivalent (SWE) observations. Such accurate and reliable in situ data are needed for calibration and validation of remote sensing data and could enhance snow hydrological monitoring and modeling. In contrast to previous studies which relied on post-processing with the highly sophisticated Bernese GNSS processing software, the feasibility of in situ SWE determination in post-processing and (near) real time using the open-source GNSS processing software RTKLIB and GNSS refractometry based on the biased coordinate Up component is investigated here. Available GNSS observations from a fixed, high-end GNSS refractometry snow monitoring setup in the Swiss Alps are reprocessed for the season 2016/17 to investigate the applicability of RTKLIB in post-processing. A fixed, low-cost setup provides continuous SWE estimates in near real time at a low cost for the complete 2021/22 season. Additionally, a mobile, (near) real-time and low-cost setup was designed and evaluated in March 2020. The fixed and mobile multi-frequency GNSS setups demonstrate the feasibility of (near) real-time SWE estimation using GNSS refractometry. Compared to state-of-the-art manual SWE observations, a mean relative bias below 5% is achieved for (near) real-time and post-processed SWE estimation using RTKLIB01A - Beitrag in wissenschaftlicher ZeitschriftPublikation Open urban and forest datasets from a high-performance mobile mapping backpack. A contribution for advancing the creation of digital city twins(International Society of Photogrammetry and Remote Sensing, 2021) Blaser, Stefan; Meyer, Jonas; Nebiker, StephanWith this contribution, we describe and publish two high-quality street-level datasets, captured with a portable high-performance Mobile Mapping System (MMS). The datasets will be freely available for scientific use. Both datasets, from a city centre and a forest represent area-wide street-level reality captures which can be used e.g. for establishing cloud-based frameworks for infrastructure management as well as for smart city and forestry applications. The quality of these data sets has been thoroughly evaluated and demonstrated. For example, georeferencing accuracies in the centimetre range using these datasets in combination with image-based georeferencing have been achieved. Both high-quality multi sensor system street-level datasets are suitable for evaluating and improving methods for multiple tasks related to high-precision 3D reality capture and the creation of digital twins. Potential applications range from localization and georeferencing, dense image matching and 3D reconstruction to combined methods such as simultaneous localization and mapping and structure-from-motion as well as classification and scene interpretation. Our dataset is available online at: https://www.fhnw.ch/habg/bimage-datasets04B - Beitrag KonferenzschriftPublikation AI-based 3D detection of parked vehicles on a mobile mapping platform using edge computing(2022) Meyer, Jonas; Blaser, Stefan; Nebiker, StephanIn this paper we present an edge-based hardware and software framework for the 3D detection and mapping of parked vehicles on a mobile mapping platform for the use case of on-street parking statistics. First, we investigate different point cloud-based 3D object detection methods on our extremely dense and noisy depth maps obtained from low-cost RGB-D sensors to find a suitable object detector and determine the optimal preparation of our data. We then retrain the chosen object detector to detect all types of vehicles, rather than standard cars only. Finally, we design and develop a software framework integrating the newly trained object detector. By repeating the parking statistics of our previous work (Nebiker et al., 2021), our software is tested regarding the detection accuracy. With our edge-based framework, we achieve a precision and recall of 100% and 98% respectively on any parking configuration and vehicle type, outperforming all other known work on on-street parking statistics. Furthermore, our software is evaluated in terms of processing speed and volume of generated data. While the processing speed reaches only 1.9 frames per second due to limited computing resources, the amount of data generated is just 0.25 KB per frame.04B - Beitrag KonferenzschriftPublikation Image-based orientation determination of mobile sensor platforms(International Society of Photogrammetry and Remote Sensing, 2021) Hasler, Oliver; Nebiker, StephanAbstract. Estimating the pose of a mobile robotic platform is a challenging task, especially when the pose needs to be estimated in a global or local reference frame and when the estimation has to be performed while the platform is moving. While the position of a platform can be measured directly via modern tachymetry or with the help of a global positioning service GNSS, the absolute platform orientation is harder to derive. Most often, only the relative orientation is estimated with the help of a sensor mounted on the robotic platform such as an IMU, with one or multiple cameras, with a laser scanner or with a combination of any of those. Then, a sensor fusion of the relative orientation and the absolute position is performed. In this work, an additional approach is presented: first, an image-based relative pose estimation with frames from a panoramic camera using a state-of-the-art visual odometry implementation is performed. Secondly, the position of the platform in a reference system is estimated using motorized tachymetry. Lastly, the absolute orientation is calculated using a visual marker, which is placed in the space, where the robotic platform is moving. The marker can be detected in the camera frame and since the position of this marker is known in the reference system, the absolute pose can be estimated. To improve the absolute pose estimation, a sensor fusion is conducted. Results with a Lego model train as a mobile platform show, that the trajectory of the absolute pose calculated independently with four different markers have a deviation < 0.66 degrees 50% of the time and that the average difference is < 1.17 degrees. The implementation is based on the popular Robotic Operating System ROS.04B - Beitrag KonferenzschriftPublikation Methodenentwicklung und Optimierung der METAS-Radonkammer zur Herstellung von feldtypischen Messparametern(Institut Nachhaltigkeit und Energie am Bau, Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik FHNW, 06.08.2024) Grapentin, RaphaelGemäss Schweizer Recht müssen Radonmessgeräte und Radondosimeter zugelassen werden. Dazu wird die Radonkammer des Eidgenössischen Instituts für Metrologie (METAS) genutzt. Die Radonkammer ermöglicht das Erzeugen einer Referenzkonzentration, die auf Primärstandards rückverfolgbar ist. Dabei konnten die Parameter der Luft, also Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck nicht gesteuert werden und lagen nur bedingt bei Werten, wie sie bei einer Radonmessung zu erwarten sind. Besonders radonexponierte Arbeitsplätze können eine grosse Bandbreite an Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten aufweisen, ebenso können Messungen in grosser Höhe bei deutlich geringerem Druck stattfinden als solche im Schweizer Mittelland. Damit stellt sich die Frage, ob und wie stark die Messgenauigkeit von Radonmessgeräten und Radondosimetern von den Parametern der Luft abhängt. Aus diesem Grund war es notwendig die Radonkammer des METAS anzupassen, sodass die Temperatur, Luftfeuchtigkeit und der Luftdruck gesteuert werden können. Die Steuerung der Temperatur wurde über einen Wärmetauscher umgesetzt, der eine Flüssigkeit heizt oder kühlt. Diese Flüssigkeit umströmt die Hülle der Kammer in Schläuchen und überträgt so die Wärme. Mit einem Regelalgorithmus wird so die gewünschte Temperatur in der Kammer gehalten. Die Steuerung der Luftfeuchtigkeit funktioniert mit einem Ultraschallvernebler. Dieser wird elektrisch angesteuert und so die relative Luftfeuchtigkeit auf dem Zielwert stabilisiert. Eine Steuerung für den Luftdruck in der Kammer wurde zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht umgesetzt. In einer Testmessung wurden die Funktion der Steuerungen verifiziert. Bei Temperaturen von 5 °C, 20 °C und 40 °C und relativen Luftfeuchtigkeiten von 30%, 50% und 85% wurde eine Radonkonzentration von 400 Bq/m3 mit einem Luftvolumenstrom von 5.5 L/min erzeugt. Die Messungen zeigten, dass der Mittelwert der Temperatur nur in einer Messreihe um 0.01 °C von der Zieltemperatur abwich. Die Standardabweichungen der Temperatur betrugen maximal 0.05 °C. Bei der Luftfeuchtigkeit wurde mit 29.6% die grösste Abweichung des Mittelwertes vom Zielwert von 30% gemessen. Die Standardabweichungen der Messreihen betrugen maximal 1.1% relative Luftfeuchtigkeit. Damit wurde gezeigt, dass die Zielwerte für Temperatur und Luftfeuchtigkeit genau erreicht und über Messreihen von sechs Stunden stabil gehalten werden können. Abschliessend ist es weiterhin interessant eine Steuerung des Luftdrucks in der Messkammer zu realisieren, damit auch dieser Parameter kontrolliert werden kann. Anhand dieser Optimierungen können nun Messgeräte geprüft und Datengrundlagen geschaffen werden.05 - Forschungs- oder Arbeitsbericht