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Interdisziplinäre Messaufgaben im Bauwesen – Darmstadt 2015

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Interdisziplinäre Messaufgaben im Bauwesen –
Darmstadt 2015
Programm
Donnerstag, 26. März 2015 | 13.00 – 18.00
Session 1 – Bauwerksüberwachung I
Mod.: Prof. Dr.-Ing. Andreas Eichhorn, TU Darmstadt
13.00
Grußwort des Dekans des Fachbereichs Bau- und Umweltingenieurwissenschaften:
Prof. Dr.-Ing. Uwe Rüppel
Grußworte der Veranstalter und Motivation des Seminars
13.30
Messungen an den Talbrücken der ICE-Neubaustrecke Erfurt-Leipzig
Prof. Dr.-Ing. Steffen Marx, Dipl.-Ing. Marc Wenner, M. Sc. Ralf Herrmann, Institut für Massivbau, Uni
Hannover
Zusammenfassung:
Auf der Neubaustrecke Ebensfeld-Erfurt-Halle/Leipzig werden erstmals bei der DB AG neue Tragwerkskonzepte für
Talbrücken im Eisenbahnbrückenbau in Form von integralen bzw. semiintegralen Bauwerken umgesetzt. Für diese
Brücken ist eine besondere messtechnische Überwachung während der Herstellung, der Einfahrphase und der ersten
Betriebsjahre erforderlich. Diese Überwachung beinhaltet sowohl Kurzzeitmessungen im Rahmen von
Probebelastungen als auch Dauermessungen zur Analyse des Langzeitverhaltens der Brücken. Die Messungen liefern
einen wichtigen Abgleich hinsichtlich der getroffenen Berechnungsannahmen und -modelle mit der Realität. Sie haben
damit eine große Bedeutung für die sichere Inbetriebnahme der Strecke, aber auch für die generelle Weiterentwicklung
des Brückenbaus.
14.10
Kaffeepause
Session 2 – Bauwerksüberwachung II
Mod.: Dipl.-Ing. Norbert Schiefelbein, stellv. Vorsitzender Bildungswerk VDV
14.40
Strukturanalyse Messung und Modellierung mit terrestrischem Radar und inversem
Finite-Element Ansatz
Prof. Dr.-Ing. Matthias Becker, M. Sc. Jiny Jose Pullamthara, Institut für Geodäsie, Prof. Dr.-Ing. Jens
Schneider, M.Eng. Michael Drass, Dipl.-Ing. Sebastian Dietz, Institut für Werkstoffe und Mechanik im
Bauwesen, TU Darmstadt
Zusammenfassung:
Die Verwendung von terrestrischem Mikrowellenradar erlaubt die direkte hochgenaue und hochfrequente Erfassung
von Betrag und Frequenz der Deformationen und Schwingungen von Bauwerken. In Kombination mit einem Ansatz zur
Strukturanalyse können die Messungen zur Bestimmung von Eigenfrequenzen, Eigenformen und weiteren Parametern
genutzt werden. In dem Beitrag werden Beispiele und Ergebnisse zur datengetrieben Rekonstruktion des
Strukturverhaltens von Schallschutzwänden und Brücken dargestellt. Dazu wird ein Ansatz basierend auf der Methode
der Inversen Finiten Elemente eingesetzt.
15.20
Messung von dynamischen Verhaltensparametern zur Risikobewertung von Bauwerken
Prof. Dipl. Ing. Dr. Helmut Wenzel, VCE Vienna Consulting Engineers ZT GmbH
Zusammenfassung:
Risikobasiertes Asset Management findet zunehmend Anwendung bei kritischen Infrastrukturen. In der globalen
Normung hat dies bereits Eingang gefunden. ISO 55000 (Asset Management) sowie ISO 31000 (Risk Management
Framework), ergänzt durch die neue Eurocode Vorlage CEN/TC319 zum „Risk-based Inspection Framework“ sehen
das Monitoring als zentralen Baustein der Risikobewertung an. Interdisziplinäres Messen spielt eine tragende Rolle.
Als zentrales Element ist die Zustandsbewertung (Condition Rating) anzusehen, welche zahlreiche Parameter zu
einem Zustandsindex kombiniert. Berücksichtig man ein gültiges Alterungsmodell kann daraus eine Prognose über die
Lebensdauer bzw. über den Zeitpunkt für notwendige Interventionen abgeleitet werden. Der Beitrag zeigt einige
Beispiele, welche kürzlich signifikante Ergebnisse geliefert haben. Dies umfasst unter anderen, Schwerlasttransporte
(450t) über bestehende Brücken, die Einwirkung von Extremwellen auf Offshore Plattformen, die Gefährdung von
Wasserkraftwerken zur Folge Hangrutschungen und die seismische Einwirkung auf Bauwerke. Der Fokus liegt auf den
Messaufgaben, sowie einen Überblick über das Risikomodell und das Alterungsmodell.
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16.00
Die Modellierung mit geometrischen Freiformelementen – Eine mögliche Grundlage
für die raumkontinuierliche Bauwerksüberwachung
Prof. Dr.-Ing. Hans Neuner, Department of Geodesy and Geoinformation, TU Wien
Zusammenfassung:
Freiformelemente sind flexible geometrische Strukturen, mit denen sich vielfältige Komponenten von Tragstrukturen
darstellen lassen. Ausgangspunkt dieser Abhandlung ist die messtechnische ganzheitliche Diskretisierung dieser
Komponenten. Im Beitrag werden die grundlegenden Freiformelemente Bézier und B-Splines eingeführt sowie die
Schätzung ihrer Parameter vorgestellt. Ein besonderes Augenmerk liegt auf die Parametrisierungs-strategie der
Flächen. Die methodischen Aspekte werden durch verschiedene praktische Beispiele ergänzt.
16.40
Kaffeepause
Session 3 – Farb-/Mustererkennung und Spannungsoptik im Bauwesen
Mod.: Prof. Dr.-Ing. Jens Schneider, TU Darmstadt
17.10
Farbmetrik und Farbmessgeräte
PD Dr.-Ing. habil. Peter Bodrogi, Fachgebiet Lichttechnik, TU Darmstadt
Zusammenfassung:
Der Vortrag fasst die Grundlagen der Farbmetrik und der Farbmesstechnik zusammen. Es wird erklärt, wie die
Farbwahrnehmung im menschlichen Sehsystem entsteht. Anschließend werden die folgenden Themen bzw. Begriffe
erläutert: Farbmischung, Grassmann‘sche Gesetze, Metamerie, CIE-Spektralvalenzsystem, Farbabgleiche,
Normvalenzsystem, Normspektralwertfunktionen, Normfarbwerte bzw. –Anteile, Farbkörper, CIELAB-System,
Farbgamut, Farbtemperatur, Farbumstimmung, Farbtafeln, Farbmesstechnik, 2° und 10°-Beobachter, Messempfänger,
Voll- bzw. Partialfilterung, Abbildendes Farbmessgerät, Farbmesskamera, Spektralradiometer, Messung an
Körperfarben.
17.50
Stress optical measurements in glasses
Dr. Johan Anton, CEO GlasStress Ltd.
Zusammenfassung:
18.30
Ende der Vorträge
18.45
Gemeinsame Abendveranstaltung
Freitag, 27. März 2015 | 8.30 – 15.00
Session 4 – Kinematische Absteckungsprozesse
Mod.: Prof. Dr.-Ing. Jörg Blankenbach, RWTH Aachen
8.30
Baumaschinensteuerung aus ingenieurgeodätischer Sicht
Prof. Dr.-Ing. habil. Volker Schwieger, Institut für Ingenieurgeodäsie, Uni Stuttgart
Zusammenfassung:
Der Beitrag befasst sich einleitend mit mit der Integration ingenieurgeodätischer Aufgaben in den Bauprozess.
Voraussetzung hierfür sind die Automation in der Bautechnik und die kinematische und kontinuierliche
Messwerterfassung. Ein Überblick über die im Prozess eingesetzten Baumaschinen und deren
Automatisierungspotenzial verdeutlich die Möglichkeiten zum Einsatz der Messtechnik, deren aktuelles
Leistungspotenzial dabei eine entscheidende Rolle spielt. Die Integration der ingenieurgeodätsichen Messtechnik in
der geschlossenen Regelkreis zur automatisierten Bauprozessausführung sowie die Nutzung von Filtertechniken wird
sowohl prinzipiell als auch anhand des am IIGS entwickelten Baumaschinensimulators aufgezeigt.
9.10
Navigation und Steuerung von Tunnelbaumaschinen – Neueste Entwicklungen für
TBMs und Roadheader
DI Dr. techn. Klaus Chmelina, GEODATA Ziviltechnikergesellschaft mbH, Wien
Zusammenfassung:
Sowohl im konventionellen (z.B. nach der Spritzbetonbauweise) als auch maschinellen Tunnelbau (mittels
Vortriebsmaschinen) werden Arbeitsprozesse zunehmend automatisiert. Hintergedanke sind natürlich
Effizienzsteigerung und Kosteneinsparung. Um jedoch moderne Baumaschinen wie Doppelschild-TVMs und
Roadheader effizient einsetzen zu können, werden leistungsfähige Steuerleitsysteme zur Bestimmung der absoluten
3D Position und Orientierung der Maschine und ihrer Werkzeuge benötigt. Der Beitrag beschreibt aktuelle Leitsysteme
für TVMs und Roadheader und jüngste Weiterentwicklungen.
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9.50
Wirtgen Autopilot Fieldrover – Intelligentes GNSS-Steuerungssystem für Betonfertiger
Dipl.-Ing. Matthias Fritz, Wirtgen GmbH, Windhagen
Zusammenfassung:
Der Wirtgen Autopilot Fieldrover ist ein auf GNSS Sensoren basierendes Steuerungssystem, das den aufwändig
herzustellenden konventionellen Leitdraht zur Steuerung von Baumaschinen ersetzt. Es ist ein höchst innovatives
System in Anlehnung an den praktischen Einsatzfall, das die Erfassung der Baustellendaten und die Umsetzung der
Daten auf Maschine selbst durch nicht speziell vorgebildetes Personal ermöglicht. Das kostengünstige System basiert
auf einer speziell entwickelten Ein-Frequenz L1 RTK GNSS Lösung, wobei eine integrierte lokale Basistation die RTK
Daten sendet und damit die notwendige Genauigkeit liefert. Die im Hybridmodus verwendeten Höhensensoren
variieren vom einfachen Rotationslaser über Ultraschallsensoren bis hin zu einer automatischen Totalstation. Damit
sind sehr präzise und höchst flexible Anwendungen mit der Maschine möglich, die bereits weltweit ihren Einsatz findet.
10.30
Kaffeepause
Session 5 – Ortungssysteme für Baulogistik und Sicherheitsanwendungen I
Mod.: Prof. Dr.-Ing. Volker Schwieger, Uni Stuttgart
11.00
Geolokalisierung von korrosionsgefährdeten Bereichen chloridbelasteter Stahlbetonbauteile mit Hilfe von Ultra Wide Band
Prof. Dr.-Ing. Jörg Blankenbach, Dr.-Ing. Abdelmoumen Norrdine, Geodätisches Institut, Prof. Dr.-Ing.
Michael Raupach, M.Sc. Carla Driessen, Institut für Bauforschung, RWTH Aachen
Zusammenfassung:
Für die zerstörungsarme Detektion korrosionsgefährdeter Bereiche von chloridbelasteten Stahlbetonbauteilen wird die
Potentialfeldmessung angewendet. Um die Nachteile der klassischen Potentialfeldmessung zu vermeiden, wurde am
Institut für Bauforschung die Delta-Sonde entwickelt. Die Delta-Sonde hat die Form eines gleichschenkligen Dreieckes.
In jeder der drei Ecken befindet sich eine Radelektrode, die elektrolytisch an die Betonoberfläche angekoppelt wird. Es
wird die Potenzialdifferenz zwischen jeweils zwei Elektroden bestimmt. Aus dem Verhältnis zwischen der
Potenzialdifferenz und dem Elektrodenabstand ergibt sich der Potentialgradient. Das Messergebnis wird durch einen
Vektor dargestellt. Durch Länge und Richtung der Vektoren des Vektorfeldes können kritische Stellen detektiert
werden. Für die Echtzeitlokalisierung der Delta-Sonde und damit zur Georeferenzierung der Vektoren, wird vom
Geodätischen Institut derzeit die Ultra Wide Band-Funktechnik untersucht. Die hohe Bandbreite von UWB ermöglicht
eine hohe Entfernungsauflösung im cm-Bereich, wodurch eine exakte 3D-Positionierung der Sonde durch Trilateration
auch in Umgebungen mit starker Mehrwegeausbreitung ermöglicht wird.
11.40
Integrierte Ortungssysteme zur Vermeidung von Unfällen auf Baustellen
Prof.-Dr.-Ing. Uwe Rüppel, Dipl.-Ing. Michael Kreger, Institut für Numerische Methoden und Informatik im
Bauwesen, TU Darmstadt
Zusammenfassung:
Das Unfallrisiko für Beschäftige auf Baustellen ist besonders hoch und im Vergleich zu anderen Wirtschaftszweigen
haben Unfälle auf Baustellen meist erheblich schwerere Folgen. Mit 105.248 Arbeitsunfällen im Jahr 2013 (lt. BG Bau)
zählen Baustellen zu den gefährlichsten Arbeitsplätzen überhaupt. Um das Unfallrisiko auf Baustellen zu minimieren,
haben sich in der Vergangenheit einige Sicherheitssysteme auf Baustellen etablieren können, wie beispielsweise
Rückfahrkameras und Abstandsensoren, auch mit Personenerkennung, an Fahrzeugen. Die Einsatzgebiete dieser
Systeme sind in der Regel nur auf die Abwehr einer Gefährdungsart, z.B. Kollision mit Personen oder Gegenständen,
beschränkt und arbeiten zudem autark. Die Informationen über Gefährdungssituationen sind jedoch häufig nicht nur für
das unmittelbare Umfeld der Speziallösungen relevant, sondern können auch einen erheblichen Einfluss auf die
Sicherheit der gesamten Baustelle haben. Das Forschungsprojekt integratives Safety-Awareness-Modell (iSAM) hat
das Ziel, anhand eines geeigneten, formalen Prozessmodells die unterschiedlichsten Speziallösungen und weitere
Sensoren in ein Gesamtsystem, im Sinne eines Frühwarnsystems, zu integrieren. Die Gefährdungsdetektion erfolgt
hierbei durch das Ermitteln von Überschneidungsbereichen verschiedener Gefährdungs- bzw. Schutzzonen im
Baufeld. Hierfür sind neben der Ausdehnung dieser Zonen vor allem deren Ortsinformationen wichtig. Der hier
vorgestellte Ansatz behandelt die verschiedenen Möglichkeiten der Ortung von Personen und Material und die
notwendige Einmessung von Sensoren auf dem Baufeld sowie die Integrationsmöglichkeiten von Ortsinformationen in
ein Safety-Awareness-Modell.
12.20
Mittagspause
Session 6 – Ortungssysteme für Baulogistik und Sicherheitsanwendungen II
Mod.: Prof. Dr.-Ing. Hans Neuner, TU Wien
13.20
Echtzeitsteuerung baulogistischer Prozesse unter Einsatz von Echtzeit-Ortungssystemen
Prof. Dr.-Ing. Christoph Motzko, M. Sc. Fabian Linnebacher, Institut für Baubetrieb, TU Darmstadt
Zusammenfassung:
Die hohe Komplexität von Bauprojekten, verbunden mit einem verdichteten Umsatz von Bauwerkstoffen und
Bauwerkskomponenten in zunehmend kürzeren Realisierungszeiten erfordern den Einsatz von neuartigen
Technologien der Prozesserfassung und Prozesssteuerung. Dies gilt insbesondere dann, wenn eine Echtzeitsteuerung
3
angestrebt wird, deren Grundlage eine adäquate Prozessidentifikation bildet. Ein System zur Identifikation und
Erfassung baulogistischer Prozesse wurde unter Zuhilfenahme von RTLS-Komponenten im Rahmen eines
Großprojektes im Bereich des Klinikbaus umgesetzt. Die vorhandenen RTLS-Komponenten unterstützen das Tracking
ablaufender Transportfahrten und ermöglichen somit eine auf Geofences basierende Ereignisidentifikation, die zur
Abbildung von baulogistischen Prozessen genutzt wird. Im Rahmen des Vortrages werden die im Projekt verwendeten
Komponenten dargestellt und Möglichkeiten erläutert, inwiefern diese Echtzeit-Ortungssysteme die Projektausführung
im Sinne einer aktiven Prozesssteuerung unterstützen.
14.00
Einsatz von MEMS Inertial-Sensoren für die Orientierung in Gebäuden
Prof. Dr.-Ing. Harald Sternberg, M.Sc. Friedrich Keller, M. Sc. Thomas Willemsen, Ingenieurgeodäsie und
geodätische Messtechnik, HCU Hamburg
Zusammenfassung:
Für eine Orientierung im Raum und zusätzlich zur Positionsbestimmung im Raum können MEMS Inertial Sensoren
eingesetzt werden. Diese sind heutzutage in vielen Smartphones schon eingebaut. Die gleichen Sensoren
(Beschleunigungsmesser, Gyroskope und Magnetfeldsenoren in einem MPU 9150) können aber auch auf der Basis
von Arduino (z.B. Arduino Nanos) angesteuert werden. Arduinos stellen seit einigen Jahren eine kostengünstige und
einfache Plattform zur Mikroprozessorprogrammierung dar. So wird es relativ einfach low-cost Sensorik wie MEMSInertialsensoren in eigenen Applikationen zu nutzen. Einige dieser Anwendungen mit Smartphonesensoren und auch
mit Arduinos sollen in dem Beitrag näher erläutert werden. Wie mit einem handelsüblichen Smartphone die Navigation
in Gebäuden möglich ist, wird in dem Beitrag anhand der Navigation im Gebäude der HCU vorgestellt. In dem Projekt
„Museum des Augenblicks“ wurden diese low-cost Sensoren zur Bestimmung der Blickrichtung von Zuschauern /
Zuhörern eingesetzt. Ein aktiver kinematischer Reflektor auf dieser Basis wird vorgestellt und die Untersuchung der
Leistungsfähigkeit des kinematischen Reflektors analysiert. Dabei wird er mit handelsüblichen 360° Reflektoren im
Stillstand und in der Bewegung verglichen.
Diskussion, Fazit und Ausblick
Mod.: Prof. Dr.-Ing. Andreas Eichhorn, TU Darmstadt
14.40
Kurzstatements der Veranstalter mit Diskussion
15.00
Ende der Veranstaltung
4
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