QUICKWAY - Hochfahrwege aus UHPC

Assoc.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Christian Hofstadler

Projektbeschreibung

Projektpartner: TU Graz – Institut für Betonbau, TU Graz – Labor für konstruktiven Ingenieurbau, Wörle Sparowitz Ingenieure, Hans Lechner ZT

Projektfinanzierung: FFG  

QUICKWAY ist ein umfassendes Mobilitätskonzept für Personen und Kleingüter in Großstädten. Das Konzept beruht auf zusätzlichen Verkehrsflächen in Form von Hochfahrwegen, auf denen sich unterschiedliche autonome Fahrzeuge bewegen, die über ein zentrales Softwaresystem gesteuert werden. Die elektronische Steuerung nutzt die Information über den Aufenthaltsort und das Ziel aller Verkehrsteilnehmer und steigert über Routen-, Geschwindigkeits- und Stopps-Optimierung den Durchsatz des Gesamtverkehrs auf bis zum 10-fachen einer herkömmlichen Fahrspur. Das System ist an den „Haltestellen“ mit dem normalen Straßennetz verbunden, sodass Fahrzeuge mit Fahrer problemlos in den normalen Verkehr wechseln können.

Die dafür notwendige bauliche Infrastruktur muss schnell realisierbar, kostengünstig und dauerhaft sein. Dies lässt sich mittels eines modularen Fertigteilsystems aus UHPC umsetzen. Ziel des gegenständlichen Forschungsprojekts war es, eine Entwicklungstiefe von QUICKWAY zu erlangen, die ausreicht, um Investoren und politische Entscheidungsträger vom System zu überzeugen und jene Kompetenz aufzubauen, die für eine zeitnahe Realisierung von QUICKWAY-Projekten erforderlich ist.

Um diese Ziele zu erreichen, werden nicht nur technische Neuheiten entwickelt und verifiziert, sondern auch Lebenszykluskosten ermittelt. Der Weg wurde über ein virtuelles QUICKWAY-Projekt in einer realen Stadt beschritten um sicherzustellen, dass in technischer, wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Hinsicht reale Randbedingungen und Ausgangsgrößen in den wissenschaftlichen Untersuchungen Eingang fanden, um letztendlich Ergebnisse mit hoher Qualität zu erhalten.

Auf Basis dieser Größen wurden mittels theoretischer und experimenteller Methoden die Grundlagen eines Baukastensystems erarbeitet. Aus konstruktiver Sicht wurde im Speziellen die Schwingungsanfälligkeit und das Torsionsverhalten der Hochfahrwege in Kurven, sowie die Ermüdung des Materials im gerissenen Zustand, neue Fugen- und Lagerungsdetails und Kopplungen von im Verbund liegenden Spannlitzen im Segmentfugenbereich untersucht.

Bearbeitungsgegenstand des vorgestellten Projekts waren die für das Gesamtsystem erforderlichen, kreuzungsfrei geführten Hochfahrwege aus UHPC, für die ein Baufortschritt von 400 m pro Baustelle und Woche angestrebt wurden. Neben den im konstruktiven und materialtechnologischen Bereich erforderlichen ingenieurmäßigen und wissenschaftlichen Untersuchungen wurden die kritischen Punkte des Herstellungs- und Montageprozesses erarbeitet, die Lebenszykluskosten und die Bauzeit ermittelt und die gesellschaftliche Akzeptanz der Veränderungen des urbanen Lebensraums durch die Hochfahrwege untersucht.

Die gesamte Produktionsprozesskette wurde über einen Risiko-/Chancenmanagement-Regelkreis zeit- und wegoptimiert. Einzelne Prozessschritte, wie z.B. das Schalen und Betonieren von doppelt gekrümmten dünnwandigen Hohlstäben standen im Mittelpunkt der zugehörigen technischen Untersuchungen. Herstellungstests im Labor dienten der Verifikation von theoretischen Lösungen.

Zusätzlich wurde eine Dachkonstruktion für das System aus Hochfahrwegen entwickelt, die es erlaubt, kostbares Regenwasser zu sammeln, elektrische Energie aus transluzenten Photovoltaikpaneelen zu gewinnen und die mehr Komfort insbesondere für den Zweiradverkehr (Witterungsschutz) bietet.

Die Berechnung der Lebenszykluskosten erfolgte anhand eines zuvor erstellten Berechnungsschemas, in dem die Unsicherheiten der Inputparameter (wo als zielführend erachtet) durch Verteilungsfunktionen abgebildet wurden. Die Berechnung der Zwischen- und Endergebnisse erfolgte durch Einsatz von Monte-Carlo-Simulationen mit jeweils 50.000 Iterationen (Latin Hypercube Probenerhebungsverfahren).Mit Hilfe der Lebenszykluskosten, die wir für unser Testprojekt QUICKWAY-Singapur ermittelt haben, sind wir nun in der Lage, Entscheidungsträgern mit fundierten Zahlen gegenübertreten zu können.

Weitere Informationen / Projektpartner
TU Graz – Institut für Betonbau
TU Graz – Labor für konstruktiven Ingenieurbau
Wörle Sparowitz Ingenieure
Hans Lechner ZT
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LENA - LEeistungsfähiges System zur NAchhaltigen Unterstützung des gesamten Baustellenlebenszyklus

Assoc.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Christian Hofstadler

Projektbeschreibung

Projektpartner: PRISMA solutions EDV Dienstleistungen GmbH, TraffiCon, SWARCO FUTURIT Verkehrssignalsysteme GmbH, PLANUM

Projektfinanzierung: FFG  

Ziel dieses Forschungsprojekt ist es, die wesentlichen Teilprozesse eines Baustellenmanagements in einem dynamischen Rückkoppelungsprozess zu verknüpfen, informationstechnische Durchgängigkeit in einem übergreifenden Kollaborationswerkzeug sicherzustellen und die technologische Machbarkeit sowie die verkehrlichen Effekte in einem Piloten zu demonstrieren.

Mit einem Dynamischen Baustellenmanagement, das auch die aktuelle Ablaufplanung und Logistik der Baustelle datentechnisch verarbeitet und auf das Straßennetz projiziert, kann zukünftig eine Win- Win-Situation für Öffentliche Hand und Verkehrsträger wie auch Bauwerber erreicht werden.

Das Management von Baustellen unterscheidet sich derzeit stark im hochrangigen Straßennetz vom kommunalen Straßennetz:

  • Es existieren für alle Teilprozesse des Baustellenmanagements spezifische Softwarelösungen. Diese sind jedoch nicht IT technisch verknüpft und kommunizieren nicht. Es fehlen daher der integrierte Informationsüberblick und der durchgängige Kommunikationsfluss.
  • Die Beurteilung der verkehrlichen Wirkungen einer oder mehrerer Baustellen erfolgt nur in der Planungsphase. Im weiteren Baustellenprozess ist keine Rückkoppelung mehr gegeben, sodass auf geänderte Rahmenbedingungen oder falsche Planungsannahmen keine oder nur stark zeitverzögert reagiert werden kann.
  • Es erfolgt keine Koordination zwischen geplanten Baustellen unter Berücksichtigung ihrer wechselseitigen Wirkungen, insbesondere nicht behördenübergreifend.
  • Eine direkte Kommunikation mit den Fahrzeuglenkern erfolgt meist nur durch statische Beschilderungen. C-ITS Kommunikationsmethoden, die auf Autobahnen im praktischen Einsatz sind, haben noch keine Übertragung auf innerstädtische Verkehrsprobleme gefunden.
  • Die Baulogistik (also die interne Logik der Baustellenabwicklung) läuft fast vollständig isoliert vom verkehrlichen Planungs-, Genehmigungs- und Abwicklungsprozess ab. Damit können mögliche Synergien in der verkehrlichen Abwicklung und eine mögliche Reduktion des Transportaufwands nicht genutzt werden.

LENA hat sich zum Ziel gesetzt, das Baustellenmanagement im kommunalen Bereich zu verbessern, indem:

  • eine über den Gesamtprozess durchgängige Informationsplattform aufgesetzt wird, die allen Beteiligten für einen aktuellen und detaillierten Informationsstatus zur Verfügung steht, 
  • das Baustellenmanagement dynamisiert wird und eine Rückkoppelung zwischen den bislang isolierten Prozessen der Planung, Koordination und der Durchführung entsteht, 
  • die Kommunikation zu den Verkehrsteilnehmern durch Adaptierung von auf hochrangigen Straßen bewährten C-ITS Verfahren auf den kommunalen Bereich ergänzt wird, 
  • und der verkehrliche Aspekt des Baustellenmanagements erstmals mit der Baustellenlogistik umfassend kombiniert wird.  

Wesentliche Ergebnisse von LENA sind ein Prozesshandbuch für das kommunale Baustellenmanagement, Demonstratoren der durchgängigen Baustelleninformationsplattform und des dynamischen Baustellenmanagements, ein Pilottest im realen Baustellenbetrieb - voraussichtlich in Graz - sowie ein innovatives Geschäftsmodell, das erstmals Verwaltung und Bauwerberinteressen gleichermaßen berücksichtigt.

Folgende Ziele werden im Forschungsprojekt verfolgt: 

  • Verbesserung der Ablaufprozesse zwischen der Baustellenplanung und Baustellenbetrieb , um Verkehrsbehinderungen infolge der Baumaßnahme im Betrieb zu minimieren. Dazu sollen Aspekte des dynamischen Verkehrsmanagements mit Aspekten der Baustellenkoordinierung und Betrieb IT-technisch verknüpft und deren Wirkungen untersucht werden. 
  • Erweiterung der Baubetriebsplanung der Bauwerber durch dynamische Erfassung von Start-/Ziel-Relationen und geplanten Routen (z. B. aus dem LKW-Routing) bei der Distributions- und Entsorgungslogistik sowie exakter Verortung der Baustelleneinrichtung und der Verkehrsführung (Spurverlauf) an der Baustelle. Sowie, Bereitstellung dieser Funktionalität im eigenen Melde-Client des Dynamischen Baustellenmanagements für den Bauwerber ohne eigene bzw. geeignete Baubetriebssoftware. 
  • Einbindung der kontinuierlichen Daten des Bauablaufs sowie der Logistik von Baustellen in die Verkehrslagemodellierung der Öffentlichen Hand (Planung und Verkehrssteuerung). Identifikation von genehmigungsrelevanten Resonanzeffekten sowie Störfallsituationen im Gesamtnetz durch Überlagerung von Maßnahmen der privaten Bauwerber (z. B. Baugrubenaushub), der Verkehrsträger (z. B. Kanalbau, Ersatzhaltestelle im ÖPNV) und des Verkehrsgeschehens (z. B. Hauptverkehrszeit, temporäre Überlastung durch Messe, Fußballspiel oder Streik, Sperrungen durch Bombenfund oder Unfall). 
  • Vernetzung bzw. softwaretechnische Integration von vorhandenen Genehmigungsprozessen mit den Ergebnissen der Störfallanalyse des Dynamischen Baustellenmanagements und Auslösung bzw. Entwurf von Änderungsanforderungen an den Bauwerber (z. B. andere Routenführung oder Zeitpunkt für den Abtransport von Aushub). 
  • Abgleich der geänderten Maßnahmen mit dem Bauablauf des Bauwerbers durch datentechnische Rückübermittlung der Maßnahme in die Baubetriebssoftware der Bauwerber bzw. durch Visualisierung in dem Melde-Client des Dynamische Baustellenmanagements. Bei Akzeptanz durch den Bauwerber wird die Genehmigung durch die Behörde elektronisch ausgelöst, um die Umsetzung von Maßnahmen durch den Bauwerber auch während des Baubetriebs zeitnah zu ermöglichen (Optimierung der Bauablaufplanung). 
  • Verbesserte Kommunikation von aktuellen und baustellenrelevanter Information (z.B. Spurführung, Tempolimit, Gefahrenstellenhinweise, …) an die Verkehrsteilnehmer über den unidirektionalen Kanal „Baustellenmanagement mit WVZ“ und den bidirektionalen Kanal „Baustellenmanagement mit C-ITS“.
Weitere Informationen / Projektpartner
PRISMA solutions EDV Dienstleistungen GmbH
TraffiCon
SWARCO FUTURIT Verkehrssignalsysteme GmbH
PLANUM

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UNAB – Umsetzung nachhaltigen Bauens durch optimierte Projektsteuerungsprozesse und integrale Gebäudehüllen

DDipl.-Ing. Johannes Wall
Assoc.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Christian Hofstadler

Projektbeschreibung
Nachhaltiges Bauen und das damit verbundene Bestreben, Bauaktivitäten ganzheitlich (d.h. ökologisch, ökonomisch und soziokulturell) zu betrachten, entwickelt sich zum Megatrend im Bauwesen. Das Forschungsprojekt bietet die Möglichkeit, die in der Steiermark vorhandenen Kompetenzen in Produktion und Umwelttechnologien zu bündeln und für den ressourcen- und energieintensiven Bausektor ein neues steirisches Stärkefeld zu entwickeln. Die Umsetzung erfolgt im Rahmen einer interfakultären und interdisziplinären Zusammenarbeit innerhalb der TU Graz sowie mit Projektpartnern aus der Wirtschaft in zwei parallelen Forschungsansätzen. Der erste Ansatz zielt auf die systemische Betrachtungsweise von Nachhaltigkeitsanforderungen im Planungs- und Projektsteuerungsprozess ab. In der derzeitigen Planungspraxis erfolgt die Berücksichtigung von Nachhaltigkeitsaspekten zumeist durch Fokussierung auf einzelne Objektqualitäten wie die Verbesserung der Energieeffizienz, oder die Verringerung von Umweltwirkungen und Lebenszykluskosten. Zur Operationalisierung von Nachhaltigkeitsanforderungen bedarf es daher geeigneter Instrumente, welche bereits eine frühe Abschätzung der voraussichtlich erzielbaren Nachhaltigkeitsqualitäten eines Gebäudes ermöglichen. Die Kenntnis der systemischen Zusammenhänge wesentlicher Nachhaltigkeitsanforderungen in Abhängigkeit der Zielpräferenzen der Stakeholder soll künftig die Planbarkeit und die Steuerung von Immobilienqualitäten aus ganzheitlicher Sicht ermöglichen. Der zweite Ansatz zielt auf die konstruktive Umsetzung in der Gebäudehülle ab. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf Werkstoffen, die vielfältige Querschnittsgestaltung, leichte Demontierbarkeit (bei geeigneter Fügetechnik), Dauerhaftigkeit (bei richtiger Werkstoffwahl) mit maximaler Rezyklierbarkeit vereinen. Die Gestaltung der Fassade als selbsttragende, hocheffiziente Tragkonstruktion mit neuen Methoden der Umform- und Fügetechnik aus dem Maschinenbau sowie die Integration der gebäudetechnischen Systeme in die Gebäudehülle, stellt die konstruktive, statische, bauphysikalische und gerätetechnische Durchbildung vor eine Reihe an Herausforderungen, die nur durch die sehr enge interdisziplinäre Zusammenarbeit der beteiligten Fachgebiete gelöst werden kann. Sogenannte „Integralfassaden“ beeinflussen eine Vielzahl der sozio-funktionalen, technischen sowie ökonomischen und ökologischen Kriterien zur Nachhaltigkeitsbewertung eines Gebäudes und sind somit bestens geeignet, die Gesamtnachhaltigkeit eines Gebäudes entscheidend zu verbessern. Durch die Interaktion der beiden Forschungsansätze sollen die Ergebnisse des Forschungsvorhabens Bauherren, Planern und Projektsteuerern künftig eine Grundlage bieten, auf welcher die aus ganzheitlicher Sicht multifaktoriellen Anforderungen in der Projektphase Planung strukturiert und nachvollziehbar bearbeitet werden können.
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Aggregierte Berücksichtigung von Produktivitätsverlusten bei der Ermittlung von Baukosten und Bauzeiten – Deterministische und probabilistische Betrachtungen

Dipl.-Ing. Markus Kummer
Assoc.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Christian Hofstadler

Projektbeschreibung

Die Anwendung linearer deterministischer Berechnungsmodelle zur Ermittlung von Baukosten und Bauzeiten stellt den Status quo in der baubetrieblichen und bauwirtschaftlichen Praxis dar und wird zum Anlass genommen, das Zusammenwirken bzw. die Abhängigkeit zwischen vorgegebener Bauzeit und Baukosten näher zu beleuchten. Neben der Linearisierung wird auch die fehlende systematische Berücksichtigung von Unsicherheiten kritisch hinterfragt.

Im Zentrum der Betrachtungen steht die wesentliche Kennzahl der „Produktivität“, die direkt mit Aufwands- und Leistungswerten in Zusammenhang steht. Produktivitätsverluste wirken sich demnach direkt auf den Aufwandswert aus und sind in nichtlinearen Berechnungen zu berücksichtigen.

Es werden Methoden gezeigt, wie Produktivitätsverluste in der Kalkulation berücksichtigt werden und welchen möglichen gegenseitigen Einfluss diese aufeinander haben können. Neben der reinen Addition wird besonders auf die Aggregation von Produktivitätsverlusten eingegangen.

Die systematische Berücksichtigung unsicherer Eingangsparameter erfolgt anhand von Monte-Carlo-Simulationen, deren Ergebnisse mittels Histogrammen und statistischer Kenngrößen analysiert werden können.

Weiters wurde eine ExpertInnenbefragung zum Thema „Unsicherheiten und Produktivitätsverluste bei Stahlbetonarbeiten (Ortbeton) und Mauerarbeiten“ durchgeführt, um Primärdaten zu erheben und aktuelles ExpertInnenwissen zu sichern.

Im Zuge der Modellbildung wurden zunächst die qualitativen und quantitativen Wirkungszusammenhänge zwischen den Berechnungsparametern bzw. zwischen Baukosten und vorgegebener Bauzeit dargestellt. Auftretende Rückkoppelungen erfordern dabei für die Aggregation von Produktivitätsverlusten iterative Berechnungen. Die Produktivitätsverluste werden über nichtlineare Zusammenhänge in das Berechnungsmodell integriert und die Unsicherheiten der Inputparameter durch Verteilungsfunktionen berücksichtigt

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Produktivität im Baubetrieb

Assoc.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Christian Hofstadler

Projektbeschreibung

Produktivität ist ein häufig verwendeter Begriff in der Volkswirtschaftslehre, der Betriebswirtschaftslehre wie auch in der bauwirtschaftlichen und baubetrieblichen Praxis. Er beschreibt die Ergiebigkeit von Volkswirtschaften, Wirtschaftszweigen, Unternehmen und Prozessen. Auch im Alltagsleben wird oft von Produktivität gesprochen und darüber nachgedacht; in der Literatur und den täglichen Medien ist das Thema Produktivität omnipräsent. In der Bauwirtschaft wird die Produktivität wesentlich von den Bauverfahren, den eingesetzten Geräten, den verwendeten Stoffen, den angewandten Bauweisen und insbesondere von den beschäftigten Menschen determiniert. Zwei wesentliche Fragen für die am Bau Beteiligten sind: Welche Produktivität ist erzielbar bzw. welche Produktivität wurde erzielt? Die erste Frage bezieht sich vornehmlich auf die Projektvorbereitung sowie die Auftragskalkulation, die zweite auf die Bauausführung.

Die Auftragnehmer gehen im Zuge ihrer Angebotskalkulation bzw. der Auftragskalkulation im Rahmen der Auftragserteilung für ein Bauprojekt von einer bestimmten Gesamtproduktivität aus, die sich wiederum aus unterschiedlichen Teilproduktivitäten zusammensetzt. Wird der Betrachtungsbogen vom Groben ins Detail gespannt, kann die Produktivität als Grobproduktivität bis hin zur Detailproduktivität betrachtet werden.

Im Speziellen wird auf die Produktivität bei Stahlbetonarbeiten eingegangen und fokussiert dabei insbesondere auf die Schalungs-, Bewehrungs- und Betonierarbeiten. Der Zusammenhang zwischen Produktivität und Aufwandswert wird hergestellt und anhand von Interaktionsdiagrammen grafisch veranschaulicht.

Im Zuge einer Situationsanalyse werden Ansätze für Grenzgrößen der Produktivität und Ausmaße von Produktivitätsverlusten dargestellt, die in der täglichen Baupraxis und von Gutachtern eingesetzt werden. Da die Produktivität im Allgemeinen und die Produktivitätsverluste im Speziellen eine hohe Bedeutung für den Baubetrieb und die Bauwirtschaft haben, wird besonders auf die Auswirkungen bei Veränderung der Produktivität eingegangen. Es werden für ausgewählte Bereiche der Stahlbetonarbeiten Grenzgrößen ermittelt, bei deren Unter- bzw. Überschreitung die Produktivität verringert wird. Weiters wird gezeigt, wie sich das Ausmaß der Unter- bzw. Überschreitung der Grenzgrößen auf die Produktivität auswirkt. Diese Werte werden größtenteils über den indirekten Weg der Aufwandswerte ermittelt. Als Grundlage für die ermittelten Daten dienen ExpertInnenbefragungen (empirische Erhebungen), die statistischen Analysen unterzogen und deskriptiv dargestellt werden. Zur Überprüfung der Untersuchungsergebnisse werden vorhandene Literaturansätze herangezogen. Die beschriebenen neuen Ansätze für Produktivitätsgrenzen und für Verläufe der Produktivitätsverluste können in der Baupraxis für die Kalkulation, die Arbeitsvorbereitung, die Bauablaufplanung, die Logistikplanung, die Bauausführung sowie im Zuge des Claimmanagements angewendet werden. In der Abwicklung von Mehrkostenforderungen können damit einerseits die Auftraggeber die Forderungen der Auftragnehmer verifizieren und andererseits die Auftragnehmer ihre Forderungen plausibilisieren.

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