prozessorientierte vernetzung von ingenieurplanungen am beispiel der geotechnik...
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Prozessorientierte Vernetzung von Ingenieurplanungen
am Beispiel der Geotechnik
DFG-Schwerpunktprogramm 1103Vernetzt-kooperative Planungsprozesse im Konstruktiven Ingenieurbau
Prof. Dr.-Ing. Rolf KatzenbachDipl.-Ing. Johannes Giere (Vortragender)Institut und Versuchsanstalt für Geotechnik
Prof. Dr.-Ing. habil. Udo F. MeißnerProf. Dr.-Ing. Uwe RüppelDipl.-Ing. Steffen Greb (Vortragender)Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen
TUDMotivation
Wasserhaltung
Spezialtiefbau
Aufzugs- und Fördertechnik
Stahlbetonbau
Sparten-sicherung
Architektur
Bauherren-aktivitäten
Bauaufsicht
Stadt-planung
Stadtbahn-bau
Abstimmungmit
Anliegern
Umweltüber-wachung
Geotechnik
Technische Gebäudeausrüstung
Tragwerksplanung
statische Prüfung
weitere Aktivitäts-bereiche
unstrukturierte Kommunikation zwischen den Planungsbeteiligten
iterative, stark arbeitsteilige und interdisziplinäre Projektrealisierung (Unikate) im Bauwesen
TUDZiel
Wasserhaltung
Spezialtiefbau
Aufzugs- und Fördertechnik
Sparten-sicherung
Architektur
Bauherren-aktivitäten
Bauaufsicht
Stadt-Planung
Stadtbahn-bau
Abstimmungmit
Anliegern
Umweltüber-wachung
Geotechnik
Technische Gebäudeausrüstung
Tragwerksplanung
statische Prüfung
Koordination der Kommunikation zwischen den Planungsbeteiligten
Bauherren-aktivitäten statische
Prüfung
Bauauf-sicht
Stadt-planung
Stadtbahn-bau
Tragwerks-planung
Umwelt-über-
wachung
Wasser-haltung
Stahlbeton-bau
weitere Aktivitäts-bereiche
Sparten-sicherung
Abstim-mung mit Anliegern
Architektur
Geotechnik
Techn. Gebäudeaus-
rüstung
Aufzugs- und Förder-
technik
Spezial-tiefbau
iterative, stark arbeitsteilige und interdisziplinäre Projektrealisierung (Unikate) im Bauwesen
TUD Ansatz
Lokale Prozess-Domänen (LPD)
Globales Prozess-Management-System (GPMS)
Informationspakete
Prozessmodellierung
Informationsauswertung
Strukturierung der auszutauschenden Informationen (semantische Charakterisierung durch Metainformationen)
Verknüpfung der Prozessmodellierung mit der Informationsauswertung
Integration von Fachsoftware und Fachmodellen
Integration in den Kommunikationsverbund
Kooperationsmodell Geotechnik
TUD
Formale Prozessbeschreibung mit Petri-Netzen
Grafischer Formalismus
Mathematischer Formalismus: Stellen-/Transitionsnetz
S/T-Netz : geordnetes 5 Tupel STN=(P, T, A, E, M0 )
Stellen P = { p1 , p2 , ..., pn } Transitionen T = { t1 , t2 , ..., tn }
Kanten A ((P T) (T P)) Anfangsmarkierung M0:P { 0, 1, 2, 3, ..., n } Kantenausdrücke E:A { 1, 2, 3, ..., n }
2
23
Marken Objekte, Ressourcen, Informationen
Stellen Planungszustände
Transitionen Planungsaktivitäten
Kanten Abhängigkeiten
TUD
CP-Netz : geordnetes 9 Tupel CPN=(, P, T, A, N, C, G, E, I)
Stellen P = { p1 , p2 , ..., pn } Transitionen T = { t1 , t2 , ..., tn }Kanten A, so dass T P = A P = T A = Farben (Typen) Farbfunktion C:P Knotenfunktion N:A ((P T) (T P))Kantenausdrücke E:A Ausdruck, so dass
a A: [ Type(E(a))=C(p(a))MS Type(Var(E(a))) ] Schaltbedingung G:T Ausdruck, so dass
t T: [ Type(G(t))=B Type(Var(G(t))) ] Anfangsmarkierung I:P geschlossener Ausdruck, so dass
p P: [ Type(I(p))=C(p)MS ]
Formale Prozessbeschreibung mit Höheren Petri-Netzen
Mathematischer Formalismus: Farbiges Petri-Netz
A
[i<0]
B
A
C
(i,b)
(i,b) [i>=0]
(i,b)
(i,b)
1`(-2,“KIB“)
1`(“KIB“)
(i,b)
(a)
[a=b]
i
1`(1103,“SPP“)
TUDProzessmodellierung mit Petri-Netzen
Petri-Netz Blöcke zur Prozessmodellierung
Iteration
Sequenz
OR-split/-joinVerzweigung
Nebenläufigkeit AND-split/-join
Spezielle Transitionen im Rahmen der Workflow-Modellierung
automatisch zeitbasiert
nachrichten-basiert
nutzerbasiert
Interaktion
TUDKopplung: Petri-Netz - Organisationsmodell
Prozessmodell
Organisationsmodell
Petri-Netz(e)
Produktmodell
• Erfassung von: Akteuren, Rollen, Qualifikationen, Hoheiten, Verantwortlichkeiten
• Umsetzung eines Organisationsmodells auf der Basis der IFC – ActorResourceinklusive des Rollenkonzepts der ARIS – Struktur
• Verknüpfung der Rollen mit den Planungsaktivitäten
• Verknüpfung der Hoheiten mit den Planungszuständen
TUDKopplung: Petri-Netz - Produktmodell
Prozessmodell
Organisationsmodell
Petri-Netz(e)
Produktmodell
• Verknüpfung von Stellen mit Produktmodellen
• Verknüpfung von Transitionen mit Verarbeitungsmethoden
• Metainfomationen als Farben bzw. farbige Marken des Petri-Netzes
TUD
Prozessmuster zur dynamischen Gestaltungdes Petri-Netzes
Vorstrukturiertes Netz(grob)
Baugrubensicherung erstellen
Erweitertes Netz(fein)
Baugrubensicherung für rückverankerte Bohrpfahlwand im Grundwasser erstellen
• Vorstrukturierung der Arbeitsabläufe „grobes Petri-Netz“ (globaler Prozess)
• Einfügen eines Prozessmusters „feines Petri-Netz“ (lokaler, fachlicher Prozess)
• Definition bauteilorientierter Prozessmuster
• Konzept für das Einfügen des Prozessmusters• Definition von „socket places“• Definition von „port places“
TUD
Bauteilorientierte Prozessmuster:Geotechnische Konstruktionselemente
Schnitt B-BSchnitt A-A Grundriss aufgehende Konstruktion
B B
Grundriss
A A
• Planungsprozesse für die Baugrubensicherung, Gründung und Technische Gebäudeausrüstung (TGA) laufen parallel
• Interaktionen ergeben sich aus den technischen und rechtlichen Zusammenhängen
• Prozessmuster werden durch die Fachplaner definiert
Baugrubensicherung
Gründung
TGA Energiepfähle
TUD Bauteilorientierte Prozessmuster
Bauteil: funktionale Einheit aus planerischem Zusammenhang(nicht notwendigerweise physische Einheit)
kann Teil eines anderen Bauteils sein (hierarchische Struktur)
Beispiele:
- Baugrubensicherung- Verbauwand
- Verpressanker- Verbaupfähle
- Sohldichtung- Grundwasserhaltung
- Entnahmebrunnen- Grundwasseraufbereitungsanlagen
- Gründung- Fundamentplatte- Pfähle- Kombinierte Pfahl-Plattengründung
Entnahme-brunnen
Verbauwand mit Verbaupfählen
Verpressanker
Anlieger
TUD
Bauteil Verbauwand:Aktivitäten und Zustände
- Klärung der Aufgabenstellung / Prüfung auf Vollständigkeit der Unterlagen
- Festlegung der maßgeblichen Schnitteund Lasten
- Entwurf und Dimensionierung der Verbauwand
- Geotechnische Nachweise
- Prognose von Verformungen
- Zeichnerische Darstellung in Schnitten / Grundrissen / Abwicklungen / Details
- Erstellung eines geotechnischen Berichts
Lokale Prozessdomäne Geotechnik
Entnahme-brunnen
Verbauwand mit Verbaupfählen
Verpressanker
Anlieger
Aktivitäten
- Klärung der Aufgabenstellung / Prüfung auf Vollständigkeit der Unterlagen
- Festlegung der maßgeblichen Schnitteund Lasten
- Entwurf und Dimensionierung der Verbauwand
- Geotechnische Nachweise
- Prognose von Verformungen
- Zeichnerische Darstellung in Schnitten / Grundrissen / Abwicklungen / Details
- Erstellung eines geotechnischen Berichts / Baugrubenstatik
Abstraktion von Planungszuständen und -aktivitäten
TUD
Bauteil Verbauwand:Informationen
Eingehend:- Grundrisse und Schnitte des Gebäudes
- Informationen zur geplanten Nutzung des Gebäudes
- Baugrundgutachten
- Informationen zum Tragwerk und zu den Lasten
- Unterlagen zur Nachbarbebauung
- Unterlagen zu Sparten etc.
Ausgehend:- Geotechnischer Bericht / Baugrubenstatik- Privatrechtliche Genehmigung zur Nutzung des
Nachbargrundstücks für Verpressanker
Lokale Prozessdomäne Geotechnik
Entnahme-brunnen
Verbauwand mit Verbaupfählen
Verpressanker
Anlieger
Informationen Abstraktion von Metainformation zur Steuerung des Planungsprozesses
TUD
Bauteilorientierte Prozessmuster:Beispiel Baugrubensicherung
Alternative b
Offene Grundwasserhaltung
Entnahme-brunnen
Verpressanker
Verbauwand
Alternative a
Grundwasserhaltung
mit Dichtsohle
AnliegerBaugrube im Grundwasser
- Problem der Beherrschung des Zustroms von Grundwasser in die Baugrube
Zwei alternative Lösungen für die Ausführung der Baugrubensicherung
Aktivitäten der Lokalen Prozessdomäne Geotechnik
a Grundwasserhaltung mit Dichtsohleb Offene Grundwasserhaltung
Baugrubensicherung
Gründung
Dichtsohle
TUD
Bauteilorientierte Prozessmuster:Beispiel Baugrubensicherung
A Prüfung auf Vollständigkeit der Unterlagen, Auswertung Baugrundgutachten etc.
B Entwurf des WasserhaltungskonzeptesC,E,G Entwurf und Dimensionierung der Verbauwand inkl.
geotechnischer Nachweise und VerformungsprognoseD Entwurf und Dimensionierung der Grundwasserhaltung inkl.
wasserrechtlichem GenehmigungsantragF Entwurf und Dimensionierung der horizontalen Dichtung der
Baugrube inkl. wasserrechtlichem Genehmigungsantrag
I kein Grundwasser
IIa offene Grundwasserhaltung
IIb wasserdichte Baugrube mit horizontaler Dichtung
A
B
C
D
E
F
G
I
IIb
IIa
nutzerbasiert nachrichten-basiert
TUDAbstimmungsprozesse zwischen Prozessdomänen
D Entwurf und Dimensionierung der Grundwasserhaltung inkl. wasserrechtlichem Genehmigungsantrag
E Entwurf und Dimensionierung der VerbauwandH Abstimmung wasserrechtliche Genehmigung
D
E
Wasserrechtliche Genehmigungsprozedur
Geotechnische Planung
Alternative IIa: offene Wasserhaltung
H
D1 D2 Geo-technik
Genehmi-gungs-
behörde
Interaktion
TUDVerwendung farbiger Marken
Beispiele für farbige Marken (Notation nach Design/CPN):
color Baugrund_GW = with GW | noGW; (* Grundwasser im Baugrund *)color Verbau = string; (* Beschreibung der Verbauart *)color GW_Haltung = with offen | keine; (* Beschreibung GW-Haltung *)color BGtyp = Product Verbau*GW_Haltung; (* Bildung eines Tupels *)
var baugrund_gw : Baugrund_GW; (* Variablendefinitionen *)var baugrubentyp : BGtyp;
Auswertung Baugrundgutachten
etc.
Beherrschungdes GW
GW-Absenkung
wasserdichterVerbau
Planung GW-Absenkung
Planung Verbau
Planung Sohle
Planung Verbau
Planung VerbauKein GW
Mit GW
TUD Steuerung auf der Basis von Metainformation
Alternative IIa: offene Wasserhaltung
BGtypBGtyp
BGtyp
BGtyp
BGtypbgtyp
bgtyp
(vbs,gwh)
(vbs,gwh)
(vbs,gwh)
(vbs,gwh)
[gwh = offen]
[gwh = keine]
1` („Bohrpfahlwand“,offen)
1` („Bohrpfahlwand“,offen)
bgtyp
Initiale Markierung in P1: 1` („Bohrpfahlwand“,offen)
color Baugrund_GW = with GW | noGW;color Verbau = string;color GW_Haltung = with offen|keine;color BGtyp = product Verbausystem*GW_Haltung;var bgtyp : BGtyp; var gwh : GW_Haltung;var vb : Verbau;
Informationspaket Verbauwand
P1
P3
P2
P4
P5
T1
T2
T3
TUD
XML-basierte Metainformation im Sinne von farbigen Marken
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><CoopGT> <ColourInformation date=„07.05.2003" time=„10:56:14"> <Colours> <Colour> <Name>BGtyp</Name> <Types>
<Type>Verbauwand</Type><Type>GW_Haltung</Type>
</Types> <Values>
<Value>Bohrpfahlwand</Value> <Value>offen</Value>
</Values> </Colour>
</Colours>
</ColourInformation> <ModelInformation> <Reference> <URL>http://localhost/baugrubenstatik.doc</URL> ... </Reference> </ModelInformation></CoopGT>
Informationspaket Verbauwand
TUD Prototypische Implementierung
Netzwerk-gerechter farbiger Petri-Netz-Server ProMiSE (Process Model in Structural Engineering)mit Kommunikationsmechanismen auf der Basis von Web-Services
XML Informationen mit Metainformationen im Sinne von farbigen Marken
Client-Anwendungen der Geotechnik (Java/C++)mit Kommunikationsmechanismen auf der Basis von Web-Services
TUD Arbeitsprogramm
Beginn des Förderungszeitraums: 1.11.2000
1. Prozessanalyse1.1 Prozessabhängigkeiten....................1.2 Aktivitätsbereiche.............................1.3 Fachinformationen............................
2. Entwicklung des Kooperationsmodells2.1 GPMS.................................................2.2 LPD....................................................2.3 Informationspakete...........................
3. Implementierung und Validierung3.1 Prototyp Kooperationsmodell..........3.2 Validierung Kooperationsmodell.....
Arbeitsprogramm
Jahr
1 2 3 4 5 6
bisherige Projektlaufzeit
TUDIntegratives Prozessmodell
ModelleMethoden
Ressourcen
Koordination
Stelle Stelle
Transition
Transition
Akteure/Rollen
Kommunikation
BeobachterBeobachter
digitales Netz