CAD-Modellierung im Bauwesen - Integrierte 3D

Herausgegeben von:
Prof. Dr.-Ing. Thomas Euringer
Fakultät Bauingenieurwesen – Bauinformatik/CAD
Hochschule Regensburg
Prüfeninger Straße 58
93049 Regensburg
http://www.hs-regensburg.de
Gesamtredaktion: Dipl.-Ing. Mathias Obergrießer M.Eng.
Textredaktion: M.Eng. Dipl.-Ing. Mathias Obergrießer, Dipl.-Ing. Tim Horenburg
Fachbeiträge: Prof. Dr.-Ing. Thomas Euringer, Prof. Dr.-Ing. Willibald A. Günthner,
M.Eng. Dipl.-Ing. Mathias Obergrießer, Dipl.-Ing. Tim Horenburg
Quelle: eigene Erhebung 2008-2011
Bildredaktion: Dipl.-Ing. Tim Horenburg
Bildnachweis: eigene Bilder
Gestaltung: Dipl.-Ing. Tim Horenburg
Produktion: printy A.Wittek GmbH, München
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CAD-MODELLIERUNG IM BAUWESEN
Integrierte 3D-Planung von Brückenbauwerken
Studie
Fakultät Bauingenieurwesen – Bauinformatik/CAD
Hochschule Regensburg
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PROJEKTTEAM
Prof. Dr.-Ing. Thomas Euringer war im Anschluss an das Studium des Bauingenieurwesens als Assistent am Lehrstuhl für Bauinformatik an der Technischen Universität in
München beschäftigt. Nach der Promotion trat er als Leiter der Entwicklungsabteilung in
die Firma Fides DV-Partner GmbH ein. Im Jahr 2002 erfolgte der Ruf an die Hochschule
Regensburg. Euringer vertritt dort an der Fakultät für Bauingenieurwesen das Fachgebiet
Bauinformatik / CAD.
Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Willibald A. Günthner studierte an der Technischen
Universität München Maschinenbau sowie Arbeits- und Wirtschaftswissenschaften. Nach
seiner Promotion am dortigen Lehrstuhl für Förderwesen trat er als Konstruktions- und
Technischer Leiter für Förder- und Materialflusstechnik in die Fa. Max Kettner Verpackungsmaschinen ein. 1989 übernahm er die Professur für Förder- und Materialflusstechnik an der FH Regensburg. Seit 1994 ist Günthner Leiter des Lehrstuhls für Fördertechnik Materialfluss Logistik an der TU München. Im Bayerischen Forschungsverbund
ForBAU hatte er die Sprecherrolle inne.
Dipl.-Ing. Mathias Obergrießer M.Eng. studierte von 2000 bis 2005 DiplomBauingenieurwesen mit Vertiefung im konstruktiven Ingenieurbau an der Fachhochschule
Regensburg. Sein Studium ergänzte er von 2005 bis 2007 durch ein zusätzliches
Masterstudium an der Fachhochschule Erfurt. Seit Anfang 2008 arbeitet er als
wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Hochschule Regensburg. Seine Schwerpunkte im
Forschungsprojekt ForBAU liegen im Bereich der trassengebundenen und parametrischen
3D Modellierung von Ingenieurbauwerken sowie in der Integration von geotechnischen
Planungsprozessen.
Dipl.-Ing. Tim Horenburg studierte von 2003 bis 2009 Maschinenwesen an der
Technischen Universität München mit den Schwerpunkten Fahrzeug- und Regelungstechnik. Seit Anfang 2009 arbeitet er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für
Fördertechnik Materialfluss Logistik der Technischen Universität München. Im bayerischen
Forschungsverbund ForBAU arbeitete er am Teilprojekt BAULOG, in dem innovative
Konzepte für die Versorgung und Materialbereitstellung von Infrastrukturbaumaßnahmen
entwickelt wurden. Seine Hauptaufgabenfelder liegen im Bereich der Materialflussplanung
und Baulogistik.
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INHALT & PROJEKTTEAM
INHALT
1 Einleitung
2 Zusammenfassung
3 Brückenmodellierung im Bauwesen – Status Quo
10 4 Vorteile räumlicher Modellierung
14 5 Herausforderungen räumlicher Modellierung
16 5.1 Voraussetzungen für den Einsatz von 3D-CAD
16 5.2 Anforderungen an die Modellierungssoftware
17 6 7 4 8 Instrumente für die 3D-Modellierung von Brückenbauwerken
20 6.1 Maschinenbau-CAD
20 6.2 CAD für das Bauwesen
22 6.3 Hybrid CAD
23 Bewertung von CAD-Systemen für die Modellierung im Brückenbau
24 7.1 Untersuchungsmethodik
24 7.2 Bewertungsmatrix
25 7.3 Ergebnisse der CAD-Bewertung
30 8 Brückenmodellierung am Praxisbeispiel
41 9 Fazit und Ausblick
49 10 Lehrstuhlprofile
51 11 Literatur
53 3
1 Einleitung
Die Komplexität von Baumaßnahmen wird künftig
weiter steigen. Dies gilt insbesondere für den
Infrastrukturbau. Digitale Technologien können
helfen, die erhöhte Komplexität von Planungsund Ausführungsprozessen zu beherrschen.
und -abwicklung“ der Herausforderung gestellt, ein
Konzept zur computergestützten Abbildung komplexer Bauvorhaben zu entwickeln.
Gemeinsam mit einer Vielzahl von Unternehmen
aus der Bau- und Softwareindustrie erarbeiteten
Lehrstühle der Technischen Universität München,
Das Bauwesen unterliegt heute enormen Anforde-
der Universität Erlangen-Nürnberg, der Hochschu-
rungen. Immer komplexere Bauvorhaben müssen
le Regensburg und vom Deutschen Zentrum für
in immer kürzerer Zeit realisiert werden. Gleichzei-
Luft- und Raumfahrttechnik Methoden und Kon-
tig erzeugt der starke Wettbewerb in der Branche
zepte für das Bauen im 21. Jahrhundert. Dabei
einen nachhaltigen Kostendruck. Diesen Anforde-
galt es, die Vision der Digitalen Baustelle mit Le-
rungen wird die deutsche Bauindustrie nur durch
ben zu füllen und die konzeptionelle und techno-
eine Steigerung der Effizienz in Planung und Ab-
logische Grundlage für ihre Umsetzung zu schaf-
wicklung von Bauvorhaben begegnen können. Im
fen. ForBAU konzentrierte sich dabei auf die Rea-
Augenblick muss jedoch konstatiert werden, dass
lisierung von Verkehrstrassen und der darin ent-
die im Bauwesen erreichte Prozessqualität, vor
haltenen Brückenbauwerke. Anhand des Infra-
allem hinsichtlich Termintreue und Kostensicher-
strukturbaus konnten die Vorteile einer ganzheitli-
heit, stark hinter der anderer Branchen zurück-
chen, integrierten Abbildung der im Zuge von
bleibt.
Planung und Ausführung anfallenden Daten und
Die Gründe hierfür sind vielfältig und liegen unter
ihre vielfältige Nutzung aufgezeigt werden.
anderem in den komplexen Rahmenbedingungen,
Von besonderer Bedeutung war der interdiszipli-
denen die Bauindustrie unterliegt:
näre Charakter des Forschungsverbunds, der es

die Fertigung von Unikaten,
ermöglichte, die in anderen Industriezweigen

die Abhängigkeit von Witterungseinflüssen,
gesammelten Erfahrungen bei der Einführung der

die starke Fragmentierung der Branche,
digitalen Prozesskette zu nutzen und auf die Spe-

die ausgeprägte Segmentierung entlang der
zifika des Bauwesens zu übertragen. Im Rahmen
Prozesskette und
des ForBAU-Projekts wurden Methoden und
die eingeschränkte Nutzung moderner Infor-
Technologien zur Umsetzung der Vision einer
mations- und Kommunikationstechnologien.
Digitalen Baustelle entwickelt. Dazu gehören die

konsequent 3D-gestützte Planung, die Nutzung
Experten aus Wissenschaft und Industrie haben
von Systemen zur zentralen Datenhaltung, die
sich daher im dreijährigen Forschungsverbund
computergestützte Simulation des Bauablaufs und
„ForBAU – Digitale Werkzeuge für die Bauplanung
die Einführung moderner Logistikkonzepte.
4
EINLEITUNG
Abb. 1-1 Die Vision der Digitalen Baustelle
Ergebnis ist ein Digitales Baustellenmodell, wel-
ner und Zimmermann 2008). Erfahrungen aus der
ches in jeder Projektphase – von der Planung
Praxis bestätigen, dass trotz im Unternehmen
über die Ausführung bis zur Bewirtschaftung –
vorhandener Infrastruktur nur in seltenen Fällen
unterstützen und so die erheblichen Potentiale für
ein 3D-Modell erstellt wird. Zum einen wird ein
eine Effizienz- und Qualitätssteigerung im Bauwe-
solches von Seiten der Bauherren kaum gefordert,
sen erschließen kann. Dieses zentrale Modell
zum anderen kann der erzeugte Mehrwert den
entsteht aus mehreren Bauteilen und Baugruppen,
erhöhten Aufwand noch nicht kompensieren. Um
die
die beachtlichen Potentiale auszuschöpfen, sind
innerhalb
eines
3D-Modellierungssystems
erstellt werden.
Anpassungen in der heutigen Vergabe von Bau-
Eine umfassende Darstellung aller im Rahmen
projekten notwendig. Insbesondere müssen die
des ForBAU-Projektes entwickelten Konzepte und
notwendigen Voraussetzungen sowohl auf Auf-
Methoden ist im Springer-Buch „Digitale Baustelle
traggeberseite als auch Auftragnehmerseite ge-
– innovativer Planen, effizienter Ausführen“ zu
schaffen werden (vgl. Kapitel 5).
finden (Günthner und Borrmann 2011).
Gegenüber der 2D-gestützten Planung ergeben
sich aus der 3D-Modellierung eine Reihe von
Bereits im Jahr 2008 setzten 70% der Unterneh-
Vorteilen. Dazu gehören die automatisch gesi-
men im Baugewerbe mit mehr als 100 Mitarbeitern
cherte Konsistenz später abgeleiteter Schnitte und
in irgendeiner Form auf 3D-CAD, kleinere Unter-
Ansichten, das problemlose Aufdecken von geo-
nehmen hingegen gerade einmal zu 40% (Günth-
metrischen Konflikten und die Möglichkeit, Bau-
5
teilanalysen
durchzuführen,
freundliches Feature-basiertes Konstruieren mög-
ohne geometrische Informationen erneut eingeben
und
Simulationen
lich, parametrische Volumenmodelle konnten auf
zu müssen. Moderne CAD-Systeme basieren
Basis von geometrischen Bedingungen entwickelt
häufig auf parametrischer Konstruktion und geo-
werden. Da CAD-Systeme fortan von konventio-
metrischen Zwangsbedingungen. Infolgedessen
nell ausgebildeten Ingenieuren bedient werden
können Änderungen schnell und einfach durchge-
konnten, kam es in der 90er Jahren zu einer ent-
führt werden und bedingen keine weitere Neukon-
sprechend großflächigen Einführung im Maschi-
struktion.
nenbau. Der Weg führte von der reinen Bauteilkonstruktion zu einem durchgängigen Lebenszyk-
Im Maschinen- und Fahrzeugbau hat sich aus
lusmanagement. Seit Beginn des neuen Jahrtau-
diesen Gründen die 3D-Modellierung bereits wei-
sends steht das verteilte Konstruieren im Fokus.
testgehend durchgesetzt. So plant heute der
Aufgrund der Globalisierung sollen zunehmend
überwiegende Teil dieser Industrie vollständig in
Möglichkeiten geschaffen werden, von mehreren
3D. In den 1990er Jahren stand der Maschinen-
Standorten aus an einem gemeinsamen Produkt-
bau an der Schwelle, welche die Bauindustrie
modell zu arbeiten und fachübergreifende Prozes-
noch zu überwinden hat, um eine ganzheitliche
se in CAD-Systeme zu integrieren (Weisberg
Einführung von 3D-CAD-Systemen zu verwirkli-
2008).
chen. Zu diesem Zeitpunkt war ein anwender-
Abb. 1-2 3D-Modellierung von Infrastrukturbaumaßnahmen als Grundlage einer integrierten digitalen Planung und Ausführung
Diesen Weg gilt es in der Bauindustrie noch zu
samten Bauvorhabens als Grundlage aller Pla-
gehen, um ein umfassendes 3D-Modell des ge-
nungsvorgänge der Digitalen Baustelle zu verwirk-
6
EINLEITUNG
lichen. Eine solche Vision kann allerdings nur auf
nach heutigem Stand dargestellt werden. Aller-
Basis intensiver Partnerschaft zwischen Auftrag-
dings gilt es, entsprechende Rahmenbedingungen
gebern,
Planungsbüros
zu schaffen, um das volle Potential integrierter 3D-
aber auch Software-Herstellern realisiert werden.
Planung für das Bauwesen zu erschließen. Zudem
Für letztere gilt es auf den Bausektor angepasste
soll der Umstieg erleichtert werden, indem nicht
Produkte zur Verfügung zu stellen, die eine voll-
nur die Vorteile räumlicher Planung erläutert,
wertige Planung in 3D ermöglichen. Bislang ge-
sondern auch durch diverse Praxisbeispiele belegt
nügt der Funktionsumfang bauspezifischer Pro-
werden.
dukte den zunehmenden Anforderungen einer
Herstellern von CAD-Systemen bietet sich die
High-Tech-Branche nicht. Daher werden in dieser
Möglichkeit, ihre Software den in der Praxis ermit-
Studie nicht nur Lösungen aus dem Bereich Bau
telten Anforderungen gegenüberzustellen und
untersucht, sondern auch führende CAD-Systeme
eventuelle Anpassungen für die Bauindustrie zu
aus dem Maschinenbau in die Analyse einbezo-
implementieren.
Bauunternehmungen,
gen. Trotz deutlich fortgeschrittener Entwicklung
haben diese den Nachteil, dass Bauspezifika
Die Vorteile einer durchgängigen Planung in 3D
bislang nicht berücksichtigt werden. Allerdings
überwiegen die Kosten der Einführung. Letztere
bieten diese hinsichtlich Modellierung und Kon-
verursachen nur einen sehr geringen Anteil an
struktion weitaus mehr Möglichkeiten in der Ge-
den
staltung komplexer Strukturen, sodass eine künfti-
dagegen stehen enorme Potentiale im Hinblick auf
ge Nutzung durchaus realistisch erscheint.
die partnerschaftliche, unternehmensübergreifen-
Kosten
einer
Infrastrukturbaumaßnahme,
de Nutzung eines ganzheitlichen 3D-Modells.
Vornehmliches Ziel dieser Studie ist es, der Industrie eine Hilfestellung beziehungsweise einen
Diese Studie und die darin vorgestellten Ergebnis-
Leitfaden zur Verfügung zu stellen, der eine an die
se wurden nur durch die intensive Zusammenar-
Unternehmensstrategie orientierte Auswahl eines
beit aller Projektpartner ermöglicht. Für die stets
geeigneten Volumenmodellierungssystems verein-
gute und produktive Kooperation sei an dieser
facht. So können Systeme verschiedener Herstel-
Stelle allen Partnern herzlich gedankt. Ein ganz
ler hinsichtlich der methodisch ermittelten Anfor-
besonderer Dank gilt der
derungen verglichen und eine Auswahl für eine
schungsstiftung, deren großzügige Förderung das
geeignete Modellierungssoftware getroffen wer-
Projekt überhaupt erst ermöglicht hat. Die unkom-
den. Zudem sollen Möglichkeiten und Chancen
plizierte und partnerschaftliche Zusammenarbeit
einer durchgängigen 3D-Modellierung aufgezeigt
hat uns die Freiheit gegeben, die Vision der Digi-
sowie die Vorteile gegenüber der Konstruktion
talen Baustelle umzusetzen.
Bayerischen
For-
7
2 Zusammenfassung
Der Status Quo besteht in einer fast ausschließlichen Verwendung von 2D-Werkzeugen, nur gelegentlich werden räumliche Modelle erstellt. Die
enormen Potentiale einer durchgängigen Nutzung
von 3D-Modellen bleiben bislang unerschlossen.
Infrastrukturbaumaßnahmen
müssen
heute
aufwändige Berechnungen der Höhenkoordinaten
durchgeführt werden. Dies birgt einen zeitintensiven und fehleranfälligen Prozess, der sich besonders gravierend bei kurzfristigen Änderungen am
Trassierungsverlauf auswirkt. Im schlimmsten Fall
müssen große Teile der Konstruktionsarbeit er-
in
neut durchgeführt werden.
immer kürzerer Zeit realisiert werden. Gleichzeitig
erzeugt der starke Wettbewerb in der Baubranche
Die Vorteile räumlicher Modellierung wirken
einen enormen Kostendruck. Diesen Heraus-
sich sowohl auf die Planung als auch auf die
forderungen wird die deutsche Bauindustrie nur
Ausführungsphase positiv aus.
durch eine Steigerung der Effizienz bei der Planung und Abwicklung von Bauvorhaben begegnen
Aus dem Einsatz von 3D-CAD-Systemen ergeben
können.
sich vielfältige Vorteile für die planende und ausführende Bauindustrie, welche die Wirtschaftlich-
Ziel dieser Studie ist es, die Probleme zweidimen-
keit der gesamten Baustelle sowie die Wettbe-
sionaler Modellierung aufzuzeigen sowie die
werbsfähigkeit der Unternehmen im internationa-
Chancen
3D-
len Vergleich deutlich steigern. Vieles wird mög-
Planung von Brückenbauwerken zu veranschauli-
lich – von kurzfristigen Änderungen am Modell
chen. Zudem soll die Studie der Bauindustrie bei
und den abgeleiteten Schnitten über die Abbildung
der Einführung räumlicher Modellierung unter die
komplexer, filigraner Bauwerke bis hin zu einer
Arme greifen und eine an die Unternehmensstra-
automatischen Ermittlung von Massen.
tegie orientierte Auswahl geeigneter Volumenmo-
Hierfür
dellierungssysteme vereinfachen.
CAD-Systeme angeboten. Allerdings gibt es auch
und
Möglichkeiten
integrierter
werden verschiedene bauspezifische
branchenfremde Modellierungstools, beispielsweiDie stetig steigende Komplexität und der ho-
se aus dem Maschinenbau oder der Elektronik,
he Änderungsbedarf stellen Nutzer reiner
die jeweils eigene Vor- und Nachteile mit sich
2D-Systeme immer häufiger vor Probleme.
bringen.
Nicht selten ergeben sich für den Überbau kompli-
CAD-Systeme für die Baubranche müssen
ziert gekrümmte Geometrien, die in zweidimensi-
hinsichtlich ihrer Funktionalitäten in der 3D-
onaler Form nur schwer darstellbar beziehungs-
Modellierung enorm aufholen.
weise interpretierbar sind. Für die Darstellung der
Berücksichtigt man die bauspezifischen Anforde-
dritten Raumkoordinate müssen in der Regel
rungen wie beispielsweise Standards bezüglich
8
ZUSAMMENFASSUNG
Bausteinbibliotheken oder der Planableitung nicht,
treten die Stärken von CAD-Systemen aus dem
Maschinebau noch deutlicher hervor. Diese liegen
speziell im Bereich der Feature-basierten, parametrischen Volumenmodellierung.
In dieser Richtung gibt es erste vielversprechende
Bestrebungen, indem Tools aus dem Maschinenbau an Bauspezifika angepasst werden. Allerdings
sind diese – im Folgenden hybride Systeme genannt – bislang nicht ausgereift und ein tatsächlicher Praxiseinsatz kompliziert.
Die für eine Einführung von 3D-CAD notwendigen Prozesse können die heute bestehenden Medienbrüche überwinden.
Es gilt entsprechende Rahmenbedingungen zu
schaffen, um das volle Potential integrierter 3DPlanung für das Bauwesen zu erschließen. Infolgedessen sind Änderungen am bisherigen Planungsprozess nötig, um ökonomisch sinnvoll und
rentabel zu wirtschaften. Informationsverluste und
Doppelarbeit müssen reduziert werden. Langfristige Partnerschaften, wie sie häufig in der stationären Industrie anzutreffen sind, schaffen gegenseitiges Vertrauen für eine zügige und erfolgreiche
Projektabwicklung.
Zwar ist die Einführung einer räumlichen Planungsmethodik mit einer Umstellung von verschiedenen traditionellen Arbeitsprozessen verbunden – aber unvermeidlich, um in Zukunft ein
wettbewerbsfähiges Auftreten gewährleisten zu
können.
9
3 Brückenmodellierung im Bauwesen – Status Quo
Gegenwärtig werden Planungsprozesses für die
Umsetzung von Brückenbauwerken mit traditionellen Methoden realisiert. Die zunehmende Komplexität in der Branche offenbart jedoch die Grenzen 2D-gestützten Planens.
einer Wannen- oder Kuppengeometrie ausgerundet (siehe Abb. 3-1 r. u.). Führt man diese beiden
geometrischen Beschreibungen zu einem 3DObjekt zusammen, so erhält man eine sehr komplexe – einfach bzw. zweifach – gekrümmte
Raumkurve (siehe Abb. 3-1 l. u.). Der Verlauf
Das ForBAU-Projekt entwickelte Methoden und
dieser Raumkurve spielt für die Planung eines
Werkzeuge, die eine durchgängige und digitale
Brückenbauwerks eine zentrale Rolle, da sie die
Abwicklung der Planungs- und Ausführungspro-
geometrische Form des Überbaues und somit des
zesse von Bauprojekten ermöglicht. Im Mittelpunkt
gesamten Brückenbauwerks bestimmt. Ein Groß-
der Untersuchungen stand der Infrastrukturbau,
teil der vorhandenen Trassierungssoftware kann
insbesondere die Realisierung von Trassenbau-
diese Raumkurve berechnen und ausgeben. Der
projekten mitsamt den darin befindlichen Brü-
Austausch der Trassierungsgeometrien zwischen
ckenbauwerken. Gängige Methoden, die bislang
planenden und ausführenden Projektbeteiligten
zur Planung von Trassenbauwerken eingesetzt
erfolgt derzeit aber auf Basis von zweidimensiona-
werden, verursachen zunehmend Probleme bei
len Lage- und Höhenplänen. Durch die Interpreta-
der Umsetzung von komplexen Bauvorhaben.
tion der zur Verfügung gestellten Pläne rekonstru-
Die Planung einer Trasse und der damit beinhalte-
iert der Brückenbauingenieur erneut den Verlauf
ten Brückenbauwerke erfolgt derzeit in zweidi-
der Trasse als zweidimensionales Objekt im
mensionaler Form. Dieses Vorgehen wird als
Grundriss und Längsschnitt. Erst danach können
sinnvoll und adäquat erachtet, da man sich im
die verschiedenen Konstruktionsschritte zur Er-
Wesentlichen auf die essentiellen Aspekte der
zeugung der Schal- und Bewehrungspläne für das
Planungen in den einzelnen Schnitten konzentrie-
Brückenbauwerk (Unterbau u. Überbau) konzipiert
ren kann. Dies ermöglicht eine Abbildung des
werden.
komplexen geometrischen Verlaufs der Trasse.
Die heute übliche 2D-gestützte Planung und Kon-
Hierzu wird im Lageplan (x-y-Ebene) die Trassie-
struktion von Brücken beinhaltet daher eine Reihe
rungsachse durch Kreisbögen und Geraden be-
von Problemen. Zum einen befinden sich Brü-
schrieben, die wiederum durch Übergangsbögen
ckenbauwerke bezüglich ihrer Positionierung im
(Klothoiden) miteinander verbunden sind. Im Hö-
Trassierungsnetz häufig in einer Kurve und
henplan (x-z-Ebene) welcher eine Abwicklung des
gleichzeitig in einer Kuppe bzw. Wanne. Folglich
Längsschnittes entlang der Straßenachse dar-
ergibt sich für den Überbau eine kompliziert ge-
stellt, wird die Gradiente aus Geraden zusam-
krümmte dreidimensionale Geometrie, die in
mengesetzt. Diese Geraden werden im Bereich
zweidimensionaler Form nur schwer darstellbar
der Tangentenschnittpunkte durch Kreisbögen zu
bzw. interpretierbar ist. Zum anderen muss für die
10
BRÜCKENMODELLIERUNG IM BAUWESEN – STATUS QUO
Darstellung der dritten Raumkoordinate in den
sen. Dies kann dazu führen, das nicht alle beteilig-
Grundrissen und Schnitten eine in der Regel auf-
ten Gewerke eine vollständige verständliche Sicht
wändige manuelle Berechnungen der Höhenkoor-
auf das Bauwerk erhalten. Dies verursacht im
dinaten durchgeführt werden (siehe Abb. 3-2) –
Extremfall Fehlinterpretationen der Pläne verbun-
ein äußerst zeitintensiver und fehleranfälliger
den mit entsprechenden Folgekosten zur Mangel-
Prozess. Besonders gravierend wirkt sich dies bei
behebung. Eine weitere wesentliche Einschrän-
kurzfristigen Änderungen am Trassierungsverlauf
kung der 2D-gestützten Planung von Brücken-
aus, die dazu führen, dass große Teile der Kon-
bauwerken liegt darin, dass eine Prüfung auf Kol-
struktionsarbeit erneut durchgeführt werden müs-
lisionsfreiheit zwischen einzelnen Bauteilen nicht
sen.
möglich ist. Ähnliches gilt für die Ermittlung von
Massen, die auf Basis von 2D-Plänen immer nur
Ein weiteres Problem besteht in der Darstellung
annäherungsweise realisiert werden können.
des Brückenbauwerks in Schnitten und Grundris-
Abb. 3-1 Konstruktionselemente für den Entwurf einer Trassierungsplanung im Lage- und Höhenplan
11
Die fehlende datentechnische Verknüpfung zwi-
werden Infrastrukturbauwerke derzeit ausschließ-
schen der Trassierungsplanung und dem Entwurf
lich mit herkömmlichen 2D-Planungsmethoden
der Brücke führen zu Problemen. Konkreter be-
entworfen und geplant. Durch den Einsatz eines
deutet dies, dass sich durch Änderungsprozesse
parametrischen
am Trassierungsverlauf, sehr schnell Inkonsisten-
könnte man diesen Problemen entgegenwirken
zen in der Planung ergeben können. Hier offenba-
und einen transparenteren sowie durchgängigen
ren sich die Grenzen der 2D-Planung sehr deut-
trassen- und brückenspezifischen Planungspro-
lich – sowohl im Trassen- als auch im Brücken-
zess umsetzten.
Volumenmodellierungssystems
bau. Trotz ausreichender Kenntnis dieser Mängel
Abb. 3-2 Brückenplanung heute: Aufwändige Erstellung von 2D-Zeichnungen zur Darstellung komplexer 3D-Geometrien
12
BRÜCKENMODELLIERUNG IM BAUWESEN – STATUS QUO
13
4 Vorteile räumlicher Modellierung
dabei die ganzheitliche Planung, Evaluierung und
Gängige Konstruktionsprozesse beruhen auf mehreren verteilten Modellen. Durchgängige Prozesse
auf Basis eines 3D-Modells wirken sich nicht nur
auf die planende, sondern auch auf die ausführende Bauindustrie positiv aus.
laufende Verbesserung aller wesentlichen Strukturen, Prozesse und Ressourcen der realen Fabrik
in Verbindung mit dem Produkt selbst (VDI 4499
Blatt 2008). Ausgehend von diesem Ansatz erscheint es sinnvoll, die Planung eines Brücken-
Die Digitale Fabrik als Vorbild der Digitalen Bau-
bauwerks anhand eines gemeinsam genutzten
stelle ist der Überbegriff für ein umfassendes
räumlichen Modells umsetzen.
Netzwerk von digitalen Modellen, Methoden und
Für die planende und ausführende Bauindustrie
Werkzeugen – u. a. der Simulation, der 3D-
ergeben sich vielfältige Vorteile, welche die Wirt-
Modellierung und der Visualisierung – welche
schaftlichkeit der gesamten Baustelle sowie die
mithilfe eines durchgängigen Datenmanagements
Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen im inter-
integriert werden. Der Fokus dieses Ansatzes ist
nationalen Vergleich deutlich steigern.
Vorteile in der Planungsphase
 Abwicklung und Visualisierung komplex gekrümmter Bauwerke
 Konstruieren von beliebigen Strukturen durch verschiedene Modellierungsmethoden (z.B. parametrische Volumenmodellierung)
 Modellierung von Freiformflächen ästhetischer und filigraner Bauwerke
 Struktursimulationstechnische Tragwerksanalysen
 Schnelle Modifikationen am parametrisierten Modell
 Erzeugung komplexer Formen durch die Verwendung traditioneller Konstruktionsprozesse (Extrusion/Rotation von zweidimensionalen Querschnitten)
 Ableitung (uni-/bidirektional oder assoziativ) erforderlicher Schnitte und Grundrisse
 Gewährleistung einer uni-/bidirektional assoziativen Aktualisierung des Modells bzw. der Zeichnungsableitung
 Steigerung der Wiederverwendbarkeit und Variantenanalyse durch den Einsatz von Parametrik und assoziativen Verknüpfungen (Constrains)
 Ingenieurtätigkeiten (z.B. Entwicklung/Konstruktion) treten in den Vordergrund
 Einfache Verwaltung des Modelles aufgrund des bauteilorientierten Modellierungsansatzes
 Virtuelle Prototypen ersetzen kostenintensive Realmodelle
 Frühzeitige Fehleranalyse bereits in der Konstruktionsphase
14
VORTEILE RÄUMLICHER MODELLIERUNG
Die beschriebenen Stichpunkte geben nur offen-
Planungsbüros und Baufirmen dies bereits er-
sichtliche Vorteile wieder, die sich unmittelbar aus
kannt und setzten einzelne komplexe Planungs-
dem Einsatz eines räumlich orientierten Brücken-
prozesse mit Hilfe eines 3D-Modells um. Durch
modells ergeben. Durch eine unternehmensüber-
den täglichen Einsatz dieses dreidimensional
greifende Einführung und den daraus resultieren-
orientieren Modellansatzes konnten bereits wirt-
den ganzheitlichen Prozessen können bislang
schaftliche Ergebnisse erzielt, Kollegen oder Fir-
versteckte Potentiale erschlossen werden. Die
men von dem Konzept überzeugt und Wettbe-
notwendige Durchgängigkeit und Transparenz des
werbsvorteile gegenüber der Konkurrenz erreicht
zentralen 3D-Modells führen in letzter Konse-
werden.
quenz zu einem partnerschaftlichen Bauen aller
Zwar ist die Einführung einer räumlichen Pla-
Akteure, um gemeinsam von den entstandenen
nungsmethodik mit einer Umstellung von ver-
Vorteilen zu profitieren.
schiedenen traditionellen Arbeitsprozessen verbunden – aber unvermeidlich, um in Zukunft ein
Trotz des weiten Wegs und der bislang mangeln-
wettbewerbsfähiges Auftreten gewährleisten zu
den Durchgängigkeit haben einige renommierte
können.
Vorteile während der Ausführungsphase
 Ableitung von Daten zur Steuerung von Maschinen aus der Produktion (CAM)
 Integration semantischer Zusatzinformation (z.B. Materialien, Datum, Ort etc.)
 Automatische Ermittlung von bauteilorientierten Gewichts-/Volumeneinheiten, Trägheitsmomenten etc.
 Analyse möglicher geometrischer Kollisionen
 Grundlage für die Bauablaufsimulationen zur Steigerung der Produktivität im Baubetrieb
 Abbildung des zeitlichen Verlaufs mit Hilfe des räumlichen Brückenmodells
 Überprüfung des Baufortschritts
 Soll-Ist-Abgleich zum Nachweis von Toleranzen oder Aufmaßen für die Kalkulation
 Nachweis einer ordnungsgemäßen Erstellung gegenüber dem Bauherrn
 Verbesserte Kommunikation gegenüber Beteiligten, Anwohnern etc.
 Visualisierung komplexer Bauteile vor Ort
15
5 Herausforderungen räumlicher Modellierung
Konstrukteure von Ingenieurbauwerken stellen
andere Anforderungen an CAD-Systeme als der
Maschinenbau. Folglich müssen entsprechende
Rahmenbedingungen geschaffen werden, bevor
3D-CAD im Baugewerbe verankert werden kann.
nahmen – genutzt werden (Günthner und Schorr
2011). Das zentrale Produktmodell orientiert sich
dabei an den Bauteilen und der Baugruppenstruktur des 3D-Modells.
Moderne CAD-Programme haben zudem hohe
Anforderungen an die einzusetzende Hardware.
Zusammen mit den Kosten für Software und
Schulung der Mitarbeiter ergeben sich weitaus
5.1
Voraussetzungen für den
Einsatz von 3D-CAD
höhere Ausgaben als bislang üblich. Infolgedessen sind Änderungen am bisherigen Planungspro-
Die jetzige Praxis bei Planung und Konstruktion
zess nötig, um dennoch ökonomisch sinnvoll, d. h.
von Brückenbauwerken besteht seit vielen Jahren,
in kürzester Zeit rentabel zu wirtschaften. Nur so
die damit verbundenen Planungsprozesse stützen
können Anwender und Entscheidungsträger von
sich auf traditionelle Methoden. Daraus ergeben
den Vorteilen räumlicher Modellierung überzeugt
sich Optima lediglich für Einzelprozesse über den
und eine flächendeckende Einführung ermöglicht
gesamten Planungs- und Ausführungszeitraum,
werden.
die mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht dem Ge-
Der Nutzen räumlicher Modellierung macht sich
samtoptimum aus Kosten und Zeit entsprechen.
mitunter erst im Verlauf der Baumaßnahme be-
Ein häufiger Grund hierfür sind die zahlreichen
merkbar. Häufig profitiert nicht das Unternehmen,
Medienbrüche, die sich aus der heutigen Vergabe
welches den Aufwand zur Erstellung eines 3D-
von Bauprojekten ergeben. Diese Informationsver-
Modells hatte, sondern diejenigen, die ihre Pla-
luste gilt es zu vermeiden, indem 3D-Modelle über
nung und Ausführung an dem zuvor konstruierten
die Bauphasen hinweg übergeben werden und
Bauwerksmodell ausrichten können. An dieser
somit eine durchgängige Nutzung über die Unter-
Stelle müssen Wege gefunden werden, um den
nehmensgrenzen hinaus ermöglicht wird. Für eine
Ersteller eines 3D-Modells für dessen Zusatzauf-
unternehmensübergreifende
und
wand zu entlohnen. Langfristige Partnerschaften,
Verwaltung von 3D-Modellen bieten sich für das
wie sie häufig in der stationären Industrie anzutref-
Bauwesen
fen sind, erleichtern derartige Absprachen zwi-
angepasste
Weitergabe
Produktdatenmanage-
mentsysteme an, die in der stationären Industrie
schen
weite Verbreitung bei der Entwicklung von Produk-
schaffen gegenseitiges Vertrauen für eine zügige,
ten gefunden haben. Diese verwalten sämtliche
erfolgreiche Projektabwicklung.
Daten an zentraler Stelle und können über den
Eine innovative Planung kostet Zeit und Geld, die
gesamten Lebenszyklus – von der Planung bis zur
sich erst Jahre später durch eine effizientere Bau-
Bestandsverwaltung und Rückbau von Baumaß-
ausführung bezahlt macht. Hier gilt es vor allem,
16
Auftraggeber
und
Auftragnehmer
und
HERAUSFORDERUNGEN RÄUMLICHER MODELLIERUNG
Verständnis auf Seiten des Bauherrn zu schaffen,
nach einer Software für die räumliche Konstruktion
da dieser die monetären und zeitlichen Vorleis-
von Infrastrukturbauwerken zu genügen.
tungen aufzubringen hat. Ist erst die Nachfrage
Gerade im Bereich der Modellierungstechniken
nach solchen Leistungen geschaffen und die
sollten komplizierte Volumenkörper durch Extrusi-
Rahmenbedingungen
3D-
on, Rotation oder auch durch Boolesche Operati-
Modellierung von Unternehmen mit hoher Innova-
onen konstruierbar sein. Somit können sowohl
tionskraft weiter getrieben.
Trassierungskurven als auch Modelle beliebig
erfüllt,
wird
die
gestalteter Geometrie (Freiformkörper) abgebildet
5.2
Anforderungen an die
Modellierungssoftware
werden. Kurzfristigen Änderungen an Bauteilen
oder Baugruppen ist durch eine parametrisierte
Eine 3D-Modellierung von Ingenieurbauwerken
Modellierung zu begegnen. Dabei gilt es nicht nur,
erfordert neben einer erweiterten Ausbildung des
einfache Längenelemente mit Hilfe von Variablen
Personals auch ein CAD-System, welches die
zu definieren, sondern auch geometrische Abhän-
Forderungen erfüllt, die sich aus der herkömmli-
gigkeiten auf Basis von implementierten Regeln
chen und der räumlichen Modellierung ergeben.
zu schaffen. Folglich führen Änderungen eines
Dabei sind besonders die Kriterien
Elementes zu einer Aktualisierung des gesamten

Modellierungstechnik,
Bauteils bis hin zu einem Update der übergeord-

Schnittstellendesign,
neten Baugruppe. Durch einen entsprechenden

Visualisierung,
Aufbau des Brückenmodells und dessen Kopplung

Nutzerfreundlichkeit,
an die Trassenachse, wird bei Änderungen im

Anforderungsliste und
Trassenverlauf die Geometrie der Brücke automa-

Kosten
tisch nachgezogen (vgl. Kap. 8).
zu beachten. Diese gilt es hinreichend zu erfüllen,
Ausdruck
Wert
Dimensionen
Linie1
Länge *2
40
Linie2
Linie1 * 0,5
20
Linie3
Linie2 * 1,5
30
…
User Variable
var_1
Länge
20
Linie1 = Länge*2
Linie3 = Linie2*1,5
Name
Linie2 = Linie1*0,5
um zukünftig den Anforderungen der Bauindustrie
Geometrie 1
Geometrie 2
Constraint
Linie1
-
waagrecht
Linie1
Linie2
koinzident
Linie1
Linie2
senkrecht
Linie1
Linie3
koinzident
Linie1
Linie2
senkrecht
Linie2
Linie3
parallel
…
Abb. 5-1 Parametrik von 3D-CAD-Systemen
17
Ein
parametrischer
Modellaufbau
ermöglicht
automatisierte Massenermittlung sei hier als präg-
ebenso ein Feature-basiertes Konstruieren, indem
nantes Beispiel genannt.
standardisierte Geometrien mithilfe integrierter
Die heutige Praxis zeichnet sich durch strikte
Werkzeuge einzufügen sind. Solche Konstrukti-
Medienbrüche aus, so wird häufig ein zusätzliches
onselemente lassen in den meisten Fällen Rück-
Modell für die Analyse statischer Zusammenhän-
schlüsse auf Fertigung und Funktion des Form-
ge eines Bauwerks erstellt. Aus diesem Grund
elements zu. Durch Aggregation (Zusammenfüh-
sind neutrale Austauschformate notwendig, die ein
rung von Produkteigenschaften) und zusätzlich
standardisiertes 3D-Modell an ein weiteres CAD-
hinterlegter Semantik (z.B. Fertigungstoleranzen,
System übergeben. Für die Anbindung und In-
Informationen zum Lebenszyklus) wird Experten-
tegration weiterer Softwarepakete (u. a. Produkt-
wissen zur Wiederverwendung bereitgestellt und
datenmanagement-Systeme,
eine schnelle, hochwertige Konstruktion ermög-
Manufacturing-Systeme) sind offene Schnittstellen
licht (VDI 2218).
erforderlich, die selbsterstellten Programmcode in
Computer
Aided
Aktionen des CAD-System umwandeln. Für die
Durch einen objektorientierten Aufbau können
Kommunikation innerhalb des Unternehmens,
Bibliotheken angelegt werden und Bauteile unter-
aber auch für Absprachen mit Subunternehmern
schiedlicher Konfiguration – Modifikation der Pa-
oder den von einer Baumaßnahme betroffenen
rameter – in einer Baugruppe (engl. Assembly)
Anwohnern ist die Visualisierung des Vorhabens
zusammengeführt werden. Teil einer solchen
sehr nützlich. Häufig ist ein räumliches Bau-
Bibliothek sollten bauspezifische Elemente wie
werksmodells bezüglich dessen Veränderungen
beispielsweise Bewehrungen oder auch Stan-
über den Lebenszyklus statisch. Sinnvoll ist es
dardmodelle für das Bauwesen (z. B. parametri-
jedoch, den zeitlichen Verlauf der Bauwerkserstel-
sierte Widerlagerflügel) sein. Der Modellierungs-
lung durch sequentielles Einblenden einzelner
raum ist im Maschinenbau üblicherweise auf we-
Bauteile zu visualisieren (vgl. Abb. 5-2). Einige
nige Meter begrenzt, Trassenplanungen erstre-
Programme verfügen über einen solchen Viewer,
cken sich hingegen über mehrere Kilometer. Das
während andere neutrale Schnittstellen zum Da-
einzusetzende CAD-System muss daher derart
tenaustausch mit eigens für die Ablaufvisualisie-
große Modellabmessungen ermöglichen. Gerade
rung erstellten Programmen zur Verfügung stellen.
für die tägliche Arbeit auf der Baustelle und die
Für die Etablierung der 3D-CAD-Modellierung in
derzeitige Vergabe von Infrastrukturprojekten ist
der Bauindustrie spielen viele Faktoren eine Rolle.
die Zeichnungsableitung essentiell. Hier müssen
Dazu gehört vermehrt das Verständnis für den
bauspezifische Standards berücksichtigt sein, um
Nutzen von 3D-Modellierung und die Akzeptanz
die Marktbedürfnisse zu erfüllen. Durch die Zu-
der Anwender. Letztere erfordert ein nutzerfreund-
weisung von Attributen wie beispielsweise der
liches System, das in Handhabung und Oberflä-
Materialeigenschaften, können weitere Auswer-
che ergonomisch und intuitiv ist.
tungen aus dem 3D-Modell gezogen werden. Eine
Die Unternehmensgröße und die Durchdringung
der Projekte, die im Dreidimensionalen geplant
18
HERAUSFORDERUNGEN RÄUMLICHER MODELLIERUNG
werden, spielen ebenfalls eine große Rolle bei der
der Bauindustrie zu verankern. Dabei spielen
Auswahl eines CAD-Systems. Die Einführung
sicherlich auch weitere Faktoren eine Rolle, die
eines 3D-Modellierungsprogramms muss wirt-
sich von Unternehmen zu Unternehmen, aber
schaftlich sein, d. h. in absehbarer Zeit rentabel
auch von Bauwerk zu Bauwerk unterscheiden und
für das Unternehmen werden. Die Kosten der
infolgedessen hier nicht in Betracht gezogen wer-
CAD-Systeme gliedern sich üblicherweise in Be-
den. Im Rahmen dieser Studie sollen verschiede-
schaffungs- und Schulungskosten sowie Kosten
ne CAD-Systeme aus dem Maschinenbau und
für Wartung und Aktualisierung des Programms.
dem Bausektor vorgestellt (Kapitel 6) und auf die
Erfüllung der
All diese Herausforderungen gilt es zu erfüllen, um
angesprochenen Anforderungen
(Abschnitt 5.2) untersucht werden.
die 3D-Modellierung von Ingenieurbauwerken in
Abb. 5-2 Schrittweise Visualisierung des Bauablaufs
19
6 Instrumente für die 3D-Modellierung von Brückenbauwerken
traint-Solver D-Cubed steht ein offenes, flexibles
Die Modellierung von Ingenieurbauwerken bedarf
innovativer 3D-Technologien. Zurzeit gibt es diverse Anbieter auf dem Markt, deren Produkte
bauspezifische Lösungen bieten oder den klassischen Maschinenbau zur Zielgruppe haben.
und parametrisierbares 3D-System für Entwicklung und Konstruktion, Styling, Zeichnungserstellung, Simulation und Fertigung sowie weiteren
Anwendungsgebieten zur Verfügung. Die weitreichenden 3D-Modellierungsfähigkeiten von NX6
erlauben dem Anwender Draht-, Flächen-, sowie
Volumenmodelle zu erstellen. Durch den Feature-
6.1
Maschinenbau-CAD
basierten und parametrisierten Modellierungsan-
Im Maschinenbau wurde bereits früh erkannt,
satze können Modifikationen schnell durchgeführt
welche Vorteile eine dreidimensionale, objektori-
und über die Konstruktionshistorie nachverfolgt
entierte und parametrische Modellierung von Ob-
werden (Siemens 2008).
jekten mit sich bringt. Daher wurde in dem letzten
Jahrzehnt eine Vielzahl von CAD-Systemen ent-
Siemens Solid Edge. Solid Edge ist ein Feature-
wickelt.
basiertes 2D/3D-CAD-System, das mit Hilfe der
parametergesteuerten Modellierung sehr schnell
Siemens NX. Bei NX6 handelt es sich um ein
1
2
flexible Konstruktionen realisieren kann. Das mo-
CAD/CAM/CAE - und PLM gekoppeltes System,
dular aufgebaute System kann an die jeweiligen
das den gesamten Produktentwicklungsprozess –
Anforderungen der Branche angepasst werden
von der Idee bis hin zur Fertigung – unterstützt. Es
und besitzt mit dem leistungsstarken Modellier-
vereint die Stärken der beiden ursprünglichen
kern Parasolid die Möglichkeit, komplexe Geomet-
CAx-Systeme Unigraphics NX und I-deas NX.
rien als Draht-, Flächen-, Volumenobjekt abzubil-
Basierend auf dem Parasolid-Kern und dem Cons-
den. Die Ableitung von normengerechten Zeichnungen sowie eine integrierte Strukturanalyse von
1
Computer Aided Engineering (CAE) umfasst die Unterstüt-
Bauteilen gehören zu den allgemeinen Standard-
zung des Entwicklungsprozesses durch digitale Komponen-
aufgaben des Systems. Zudem besteht eine direk-
ten. Dazu zählen auch CAD und Computer Aided Manufacturing (CAM). Letzteres bezeichnet die automatisierte,
computergestützte Steuerung von Fertigungsmaschinen
bspw. aus dem CAD-System.
2
Product Lifecycle Management (PLM) als Konzept steuert
alle Prozesse und Daten eines Produkts ganzheitlich – von
der ersten Entwicklung über die Produktion bis zur Entsorgung.
20
te Integration in das PLM-System von Siemens
(Siemens 2009).
INSTRUMENTE FÜR DIE 3D-MODELLIERUNG VON BRÜCKENBAUWERKEN
Dassault CATIA V5. Das vom französischen
Die Modellierungssoftware bietet ein mechani-
Konzern Dassault entwickelte System CATIA V5
sches CAD-System sowie eine Lebenszyklusbe-
unterstützt den gesamten Produktentwicklungs-
wertung, welche die Umweltverträglichkeit einer
prozess digital und hat sich in den verschiedens-
Konstruktion erläutert. Mithilfe der integrierten
ten Branchen industrieller Fertigung etabliert. Die
FEM-Analyse können erstellte Modelle virtuell auf
Konstruktion von 3D-Modellen steht im Vorder-
verschiedene Lastzustände geprüft werden. Zu-
grund. CATIA bietet zudem die Möglichkeit zur
dem wird ein eigenes PDM-System zur Verwal-
automatisierten Fertigung (CAM). Die Software ist
tung der Konstruktionsdaten angeboten (Dassault
parametrisch, enthält feature-basierte Konstrukti-
2010).
onselemente und bietet vielfältige Möglichkeiten
für individuelle Konstruktionen inklusive der Mo-
Autodesk Inventor. Autodesk Inventor bietet eine
dellierung von Freiformflächen. Diese Grundfunk-
umfassende Produktfamilie für die digitale Pro-
tionen können um zusätzliche Module für bei-
duktentwicklung
spielsweise FEM- und Kinematiksimulationen oder
eines durchgängigen Modells können vollständige
auch zu Visualisierungszwecken erweitert werden.
Produkte entwickelt, visualisiert und kontinuierlich
Sämtliche Entwicklungsschritte werden in einer
hinsichtlich Form und Funktion geprüft werden.
umfassenden Konstruktionshistorie gespeichert,
Die Konstruktionsumgebung basiert auf parame-
so dass Änderungen mit geringem Aufwand
trischen Modellierungselementen und ermöglicht
durchgeführt werden können. Die aktuelle Version
eine automatisierte Erstellung produktionsgerech-
bietet ein PLM-Paket für Lebenszyklus-, Ände-
ter Zeichnungen. Die Konstruktionshistorie erlaubt
rungs- und Konfigurationsmanagement (Dassault
Änderungen einzelner Entwicklungsschritte im
2010).
Nachhinein. Die CAD-Software wurde zudem mit
(Digital
Prototyping).
Anhand
Feature-basierten Methoden ausgestattet, um die
Dassault SolidWorks. SolidWorks stammt eben-
Modellierung zu vereinfachen und Entwicklungs-
falls von Dassault und ist im Gegensatz zu CATIA
zeiten zu verkürzen. Die Inventor-Familie umfasst
aus strategischer Sicht weniger auf Spezialisten
Funktionen für die Bewegungssimulation sowie
aus dem OEM-Bereich fokussiert, sondern hat
Belastungs- und Spannungsanalysen von Ma-
den klassischen Maschinenbau zur Zielgruppe.
schinen-Bauteilen und -gruppen. Mithilfe einer
Dementsprechend ist der Funktionsumfang etwas
zentralen Datenverwaltung (PDM) können mehre-
geringer und die Nutzung intuitiver. Dies geht aus
re Arbeitsgruppen die Entwicklung einzelner Pro-
der ergonomisch gestalteten Oberfläche und der
duktkomponenten verfolgen und verwalten (Auto-
stark feature-und historie-basierten Konstrukti-
desk 2011).
onsweise hervor.
21
6.2
CAD für das Bauwesen
speziell entwickelten Werkzeugen für die effiziente
Modellierung
Die Softwarelandschaft im Bauwesen bietet eine
große Bandbreite verschiedenster Programme,
die in der Regel nach wie vor auf einem zweidimensionalen Konstruktionsprinzip basieren. Jedoch gibt es bereits erste Produkte, die eine dreidimensionale und objektorientierte Modellierung
von Bauwerken ermöglichen.
und
Dokumentation
von
3D-
Ingenieurbauwerken und -Tragwerkskonstruktionen dar. Mit Hilfe von bidirektionalen Assoziationen zwischen Modell, allen Ansichten und Plänen
sorgt Revit Structure dafür, dass Fehler reduziert
und die Planungsdaten immer auf dem aktuellen
Stand gehalten werden. Durch die Integration des
BridgeDesign Moduls können einfache trassengebundene Brücken in Verbindung mit einem
Autodesk AutoCAD 2010. AutoCAD 2010 bietet
BridgeWizard definiert werden (Autodesk 2010).
ein breit gefächertes Werkzeugset zur Gestaltung
von Zeichen- und Dokumentationsprozessen an.
Neben der parametrischen Modellierung von doppeltgekrümmten Objekten und der sich daraus
ergebenden assoziativen Zeichnungen, bildet die
Definition von Objektbeziehungen oder der Generierung von Plansätzen die Basis für eine effiziente Bauwerksplanung. Die Umsetzung dieser Bauwerke kann in AutoCAD 2010 sowohl in zweidimensionaler als auch in dreidimensionaler Form
als Flächen-, Netz- und Volumenmodelle erfolgen.
Mit Hilfe verschiedener digitaler Werkzeuge können zudem Aufgaben, wie z.B. Visualisierungen
oder die Integration von Punktwolken aus einem
3D-Laserscan für eine schnellen Modellierung und
Bearbeitung von Renovierungs- und Sanierungsprojekten durchgeführt werden (Autodesk 2010).
Nemetschek Allplan 2008. Mit Hilfe des von der
Firma Nemetschek entwickelten Softwaresystems
Allplan können verschiedenste architektonische
aber auch ingenieurspezifische Aufgabenstellungen realisiert werden. Das modular aufgebaute
System stellt dem Anwender eine Vielzahl von
digitalen Werkzeugen, wie zum Beispiel 2D/3DBewehrung, bauteilorientierte Hochbaumodellierung, assoziative Ableitung von Schnitten oder
einen speziellen Tiefbaumodellierer zur Umsetzung eines trassengebundenen Brückenüberbaumodells u.v.m. zur Verfügung. Mit Hilfe des 3DModuls können einfache polygonalisierte Volumenkörper konstruiert und unter Einsatz von Booleschen Operationen zu komplexeren Körpern
kombiniert werden. Neben dem Arbeiten mit einem 3D-Volumenmodell werden auch hybride und
Autodesk Revit Structure 2010 Bridge Extension. Revit Structure ist ein weiteres Produkt der
Firma Autodesk. Es stellt eine Lösung für Building
Information Modeling (BIM) im Ingenieurbau mit
22
traditionelle
2D-Arbeitsweisen
sowie
BIM-
orientierte Vorgehensweisen oder bidirektionale
Struktursimulations-Softwarekopplungen
stützt (Nemetschek 2010).
unter-
INSTRUMENTE FÜR DIE 3D-MODELLIERUNG VON BRÜCKENBAUWERKEN
6.3
Hybrid CAD
xen Bauwerken dar. Durch den Aufsatz des Systems auf das flugzeug- und maschinenbauspezifi-
Ein hybrides CAD-System vereint die wesentlichen Vorteile zweier verschiedener Softwareprodukte bzw. erweitert eine Software, so dass sie in
einem anderen Anwendungsfeld eingesetzt werden kann (Add-On).
sche CAD-System CATIA von Dassault wird dem
Anwender eine Plattform zur Verfügung gestellt,
mit der er dreidimensionale Modelle schnell umsetzen, Schnitte ableiten und realitätsnahe Visualisierungen durchführen kann. Zusätzlich wurden
eine Vielzahl von verschiedensten bauspezifi-
Gehry Technologies (G.T.) Digital Project. Das
CAD-Programm Digital Project vom Unternehmen
Gehry Technologies stellt ein leistungsstarkes 3D
Building Information Modeling (BIM) und Management System für die Umsetzung von komple-
schen Modulen für die Umsetzung von dreidimensionalen Bewehrungsführungen, die Integration
von Gauß-Krüger-Koordinaten oder die Ableitung
von normengerechten Zeichnungen mit in die
CAD-Plattform (CATIA) integriert (Gehry 2011).
23
7 Bewertung von CAD-Systemen für die Modellierung
im Brückenbau
thode gewährleistet zudem die notwendige TransDie Anwendung von 3D-CAD in der Bauindustrie
parenz.
ist sehr stark an die am Markt befindlichen Modellierungssysteme gebunden. Diese sind für unterschiedlichste Zielgruppen konzipiert und verfügen
über vielfältige Funktionalitäten.
Anforderungsanalyse. Nach Literaturrecherchen
sowie zahlreichen Interviews und Arbeitstreffen
mit Bauunternehmern, Bauplanern und Projektsteuerern wurden die Anforderungen konkretisiert
(vgl. Abschnitt 5.2). Diese wurden anschließend
7.1
Untersuchungsmethodik
klassifiziert, nach ihrer Relevanz gewichtet und in
Innerhalb des dreijährigen Forschungsverbundes
Form einer Anforderungsliste dokumentiert. Dabei
ForBAU, der unter anderem die räumliche Model-
wurde darauf geachtet, die Kriterien unabhängig
lierung von Ingenieurbauwerken zum Ziel hatte,
voneinander zu definieren.
wurden gemeinsam mit den Industriepartnern die
Problemstellungen in der Praxis identifiziert. Auf-
Gewichtung. Die ermittelten Anforderungen wur-
grund der unterschiedlichen Rollen, welche die
den in Ober-, Zwischen- und Teilziele zerlegt und
Kooperationspartner bei
einer Baumaßnahme
in verschiedenen Workshops jeweils mit Gewich-
einnehmen – vom Planungsbüro über den Ma-
tungen versehen. Dabei wird zwischen Relativge-
schinenhersteller bis hin zum bauausführenden
wichtung – im jeweiligen Zweig der Hierarchie –
Gewerbe – ergaben sich verschiedene Sichten auf
und Absolutgewichtung in Bezug auf das Gesamt-
die Modellierung von Bauwerken. Diese wurden
system unterschieden (Lindemann 2007). Die
zu Anforderungen zusammengetragen, die sich an
Gewichtungsskala wurde zwischen null und eins
eine Modellierungssoftware richten, um den spezi-
gewählt; infolgedessen ergibt sich sowohl für die
fischen Ansprüchen der Bauindustrie gerecht zu
Relativgewichtungen jeder Stufe als auch für die
werden.
Absolutgewichtung im Gesamtsystem kumulativ
Aufgrund der hohen Komplexität kommerziell
100%. Zur Ermittlung des Absolutgewichts eines
verfügbarer Softwarepakete sowie der großen
Kriteriums beliebiger Hierarchiestufe wird das
Anzahl an Anforderungen liegt die Nutzwertanaly-
Relativgewicht mit dem Absolutgewicht des über-
se als Entscheidungsvorbereitung nahe (Ehrlen-
geordneten Kriteriums (Zwischen- bzw. Oberziel)
spiel 2007). Diese bietet einen hohen Differenzie-
multipliziert.
rungsgrad durch die Verwendung zusätzlicher
Bewertungssystematik. Im Anschluss wurden
Gewichtungsfaktoren. Der hierarchische Aufbau
die einzelnen Modellierungssysteme auf mehreren
dieser quantitativen, nicht-monetären Analyseme-
Rechnern implementiert und untersucht. Um einer
24
BEWERTUNG VON CAD-SYSTEMEN FÜR DIE MODELLIERUNG IM BRÜCKENBAU
subjektiven
entgegenzuwirken,
und spiegelt den Stand der zum Untersuchungs-
wurden Gespräche mit verschiedenen Anwendern
Einschätzung
zeitpunkt vorhandenen Funktionalitäten wieder. In
und Experten verschiedener Disziplinen geführt.
der
Auf Basis aller zugänglichen Daten und Informati-
bzw. Erweiterungen einzelner Anbieter wurden
onen wurden die Einzelurteile für jedes Kriterium
nicht berücksichtigt. Alle Angaben sind daher
und jede untersuchte Softwarealternative ermittelt,
ohne Gewähr.
indem der Erfüllungsgrad der einzelnen Anforde-
Die im Folgenden ermittelte Rangfolge bezieht
rungen bewertet wurde. Die Relativgewichte der
sich nicht auf die CAD-Systeme im Allgemeinen,
Kriterien sind festgelegt, können jedoch an indivi-
sondern auf deren Anwendbarkeit für die Modellie-
duelle Anwendungsfälle angepasst werden, so
rung von Brückenbauwerken.
Zwischenzeit
implementierte
Neuerungen
spielen beispielsweisen die Kosten eines CADSystem für ein kleines Unternehmen eine größere
7.2
Bewertungsmatrix
Rolle als für ein global operierendes Bauunter-
Die im Folgenden abgebildete Matrix zeigt die
nehmen.
Ergebnisse der Nutzwertanalyse.
Das Gesamturteil einer Modellierungssoftware
Die untersuchten CAD-Systeme (linke Seite) sind
ergibt sich aus der Multiplikation mit der entspre-
dabei über die einzelnen Anforderungen und de-
chenden Gewichtung und anschließender Sum-
ren Teilziele (oben) aufgetragen. Ebenso sind der
mierung dieser Einzelprodukte (Reinhart 2008).
Erfüllungsgrad (erreichter Punktwert) und die
Daraus lässt sich eine Rangfolge der CAD-
Bedeutung der einzelnen Punktwerte (Erläuterung
Systeme auf einer Ordinalskala ermitteln, auf
bzw. Bewertungssystematik) abzulesen. Daraus
deren Basis verschiedene Auswertungen durchge-
ergibt sich eine kumulierte gewichtete Kennzahl
führt wurden (vgl. Abschnitt 7). Dazu gehören
für die Zwischenziele (grau). Die gewichteten
neben dem Rang auch die Punktwerte der einzel-
Ergebnisse der Oberziele sind blau hinterlegt. Am
nen Teilziele sowie eine Analyse der Stärken und
rechten Rand kann die erreichte Gesamtpunktzahl
Schwächen der in Kapitel 6 erläuterten Gruppie-
(maximal 2) und der Rang der einzelnen CAD-
rungen.
Systeme identifiziert werden.
Durch die methodische Vorgehensweise wurde
Abb. 7-1 zeigt die Gewichtungen der Ober- und
versucht, eine möglichst objektive Bewertung der
Zwischenziele. Die Gewichte der untergeordneten
CAD-Systeme durchzuführen. Diese basiert auf
Teilziele können der Anforderungsliste entnom-
den uns zur Verfügung stehenden Informationen
men werden.
25
Ergonomie
Benutzeroberfläche
Handhabung
40%
Kosten
25%
Lizenzkosten
Schulungskosten
60%
75%
5%
34%
14%
66%
Modellierungstechniken
3%
Freiform-Modellierung
Feature-basierte Modellierung
Modellierungsraum
2D-Ausführungspläne
Parametrisierte Modellierung
Volumenmodellierung
Unterstützung von Standards
Modellierung von Bewehrung
Objektbasierte Modellierung
Bauteileigenschaften
Visualisierung
Modellvisualisierung
Visualisierungsschnittstellen
57%
21%
25%
5%
46%
5%
13%
6%
29%
13%
9%
Schnittstellen
Datenschnittstellen
Softwareintegration
Programmierschnittstellen
10%
13%
12%
13%
Abb. 7-1 Gewichtung der Untersuchungskriterien
26
BEWERTUNG VON CAD-SYSTEMEN FÜR DIE MODELLIERUNG IM BRÜCKENBAU
A3
(Anhang)
27
A3
(Anhang)
28
BEWERTUNG VON CAD-SYSTEMEN FÜR DIE MODELLIERUNG IM BRÜCKENBAU
29
7.3
Kategorien
Ergebnisse der CADBewertung
In Rahmen dieser Studie wurden insgesamt 9
CAD-Systeme (Abb. 7-2) aus unterschiedlichen
Branchen evaluiert. Dazu wurden verschiedene
Auswertungen durchgeführt. In einer dieser Auswertungen wurden die bauspezifischen Aspekte
nicht berücksichtigt. Dies ermöglichte, eine Aus-
Maschinenbau CAD
sage über die Leistungsfähigkeit der Maschinen-
Bau CAD
Hybrid CAD
Abb. 7-2 Branchenzuordnung der Systeme
bau-CAD-Systeme untereinander treffen zu können. Ein Ergebnis dieser Untersuchung war, dass
speziell die Produkte Siemens NX und Dassault
CATIA komplexe 3D-Modelle umsetzen können.
Siemens NX 2006
Siemens Solid Edge
G.T. Digital Project
Dassault CATIA
Dassault SolidWorks
Autodesk Inventor
Autodesk Revit Structure
, Modellierungstechniken
, Schnittstellen
, Visualisierung
, Ergonomie
, Kosten
Autodesk AutoCAD 2010
Nemetschek Allplan 2008
0,00
Abb. 7-3 Ergebnis der Bewertung von CAD-Systemen
30
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
2,00
BEWERTUNG VON CAD-SYSTEMEN FÜR DIE MODELLIERUNG IM BRÜCKENBAU
In einer weiteren Studie wurden die Bauspezifika
Rahmen dieser Studie nicht ermittelt werden. Die
berücksichtigt. Hierbei wiesen die Maschinen-
Performance des Systems stößt bei speicherin-
bausysteme deutliche Lücken auf. Aber auch bei
tensiven Modellen an ihre Grenzen. Trotz alledem
den Bau-CAD-Systemen konnte man erkennen,
hat die Firma Autodesk mit der Revit Structure
dass sie hinsichtlich ihrer Modellierungskonzepte
Bridge Extension einen sehr interessanten Ansatz
und Funktionalitäten einen deutlichen Nachholbe-
aufgezeigt, der weiter verfolgt werden sollte.
darf aufweisen. Als geeignetes System zur Modellierung von Brückenbauwerken erwies sich das
Produkt „Revit Structure Bridge Extension“ von
Autodesk (Abb. 7-3). Dieses System konnte den
meisten Anforderungen aus der Studie entsprechen. Von den Ergebnissen vergleichbar mit „Revit Structure“ ist das hybride CAD-System „Digital
Project“, das mit dem sehr interessanten Ansatz,
ein Maschinenbau-CAD-System um bauspezifische Funktionen zu erweitern, deutliche Vorteile
bei der Modellierung von Brücken vorweisen
Abb. 7-4 Bewertungsdiaramm Autodesk Revit Structure3
konnte. In wie weit sich dieser Ansatz auf andere
Modellierungstechniken (Sehr Gut). Das bau-
Maschinenbau-CAD-Systeme
spezifische System konnte in sämtlichen modellie-
übertragen
lässt
bleibt abzuwarten.
rungs- sowie bauspezifischen Untersuchungsanforderungen zur Umsetzung eines Brückenmodells überzeugen. Die Modellierung von mehr-
Autodesk Revit Structure 2010 (Rang 1)
fachgekrümmten Flächen bzw. Körpern sowie
Aufgrund des verbesserten Modellierungskon-
deren Modifikation stellt kein Problem dar. Selbst-
zepts von Revit Structure können komplexe Ob-
verständlich sind alle notwendigen Bauspezifika
jekte unter Berücksichtigung von bauspezifischen
im System vorgehalten, so dass normengerechte
Randbedingungen erzeugt werden. Die Erstellung
Pläne abgeleitet, Bewehrungsführungen integriert
eines trassengebundenen Brückenmodells ist mit
und Bauteilbibliotheken eingesetzt werden kön-
Hilfe des Bridge Design Wizard auf eine einfache
nen. Besonders das für den Brückenbau entwi-
Art und Weise möglich. Besonders dieses Zu-
ckelte Add-On Programm „Bridge Design Wizard“
satzmodell macht das System sehr lukrativ für die
vereinfacht stark die Umsetzung eines Brücken-
planende Bauindustrie. Leider können derzeit nur
modells. Hierbei werden verschiedene Standard-
Brückenformen abgebildet werden, die eher dem
formen für die Modellierung des Überbaues, der
amerikanischen
Widerlager aber auch der Pfeiler und Gründungen
Standard
(Highway-Brücken)
entsprechen. Dies äußert sich in sehr schlanken
und aufgelösten Konstruktionen. In wie weit sich
diese Modelle weiterbearbeiten lassen, konnte im
3
Die Werte in den Diagrammen sind normiert. Erst unter
Berücksichtigung der Gewichtung können diese zu einer
Gesamtpunktzahl addiert werden.
31
zur Verfügung gestellt. Die Anbindung der Trasse
reich. Schulungen und Support können über das
an das Brückenbauwerk erfolgt mittels einer
Internet oder bei einem Vertriebspartner bezogen
LandXML-Schnittstelle.
werden.
Vereinzelt weist das System Schwächen bei der
Modellierung von komplexen Körpern (Extrusionsrichtung) sowie beim Einsatz von Parametern und
Autodesk AutoCAD 2010 (Rang 8)
Features auf.
AutoCAD eignet sich sehr gut für die Umsetzung
Schnittstellen (Sehr Gut). Revit Stucture besitzt
eine Vielzahl an Schnittstellen, die einen Datenimport bzw. -export ermöglichen. Mit Hilfe der
offenen Programmierschnittstelle können anwendungsspezifische Programme erzeugt werden.
Eine zentrale Verwaltung der Modelldaten kann
mit Hilfe einer PDM-Datenbankintegration umge-
von zweidimensionalen Plandarstellungen. Bei der
Erstellung
von
mehrfachgekrümmten
Körpern
bzw. Brückenmodellen stößt das System jedoch
an seine Grenzen. Durch eine Anpassung des
Modellierungskonzeptes könnten auch dreidimensionale Brückenmodelle in AutoCAD erzeugt werden.
setzt werden. Außerdem besteht die Möglichkeit,
Modelldaten bidirektional an ein Struktursimulationsprogramm zu übergeben.
Die Übergabe der Modelldaten an Maschinen
mittels einer CAM-Schnittstelle ist nicht vorgesehen. Des Weiteren können für die Programmierung von komplexen Verschneidungen u.ä. nicht
ausreichend auf boolesche Operationen zugegriffen werden.
Visualisierung (Ausreichend). Die programmin-
Abb. 7-5 Bewertungsdiagramm Autodesk AutoCAD 2010
terne Darstellung der Modelle ist für die Planerzeugung ausreichend. Eine Übergabe der Daten
an eine externe Visualisierungssoftware ist nur
nach 3D Studio Max möglich. Weitere Schnittstellen sind nicht vorhanden.
Modellierungstechniken (Akzeptabel). AutoCAD
basiert auf einem zweidimensionalen Konstruktionsansatz, der später um dreidimensionale Funktionalitäten erweitert wurde. Dieser erweiterte
Ansatz birgt Schwächen bei der objektorientierten
Nutzerfreundlichkeit (Ausgezeichnet). Die Benutzung des Programms ist intuitiv und schnell
erlernbar. Die zur Verfügung stehenden Funktionen sind verständlich und in der benutzeroberfläche strukturiert angeordnet.
und parametrischen Modellierung. Eine Featurebasierte Modifikation von Körpern in Form von
Fasen, Nut, Rundungen etc. wird derzeit noch
nicht unterstützt. Jedoch wurde in den letzten
Jahren dieser Modellierungsansatz deutlich ver-
Kosten (Mittel). Die Anschaffungs- und Unter-
bessert,
haltskosten liegen im mittleren Bewertungsbe-
konstruiert und parametrisiert werden können. Die
32
sodass
mehrfachgekrümmte
Objekte
BEWERTUNG VON CAD-SYSTEMEN FÜR DIE MODELLIERUNG IM BRÜCKENBAU
Erstellung der Bewehrungsführung kann nicht im
reinen AutoCAD-System durchgeführt werden.
Nemetschek Allplan 2008 (Rang 9)
Hierfür wird eine zusätzliche Add-On Software wie
Das speziell für das Baugewerbe entwickelte
4
z.B. SOFiCAD benötigt.
System Allplan erfüllt alle Anforderungen, um
Die Ableitung von Plänen kann entsprechend den
Brückenbauwerke in Form von zweidimensionalen
normativen Regeln durchgeführt werden. Zudem
Schal- oder Bewehrungsplänen abbilden zu kön-
wird dem Anwender eine große Bandbreite an
nen. Die Umsetzung als räumliches Modell ist nur
Baustandards zur Verfügung gestellt.
mit exorbitantem Aufwand möglich. Damit sich
Schnittstellen (Eingeschränkt). Der Austausch
von Daten mittels Schnittstellenformaten ist begrenzt möglich. Die Standard-Austauschformate
(DXF, DWG) sind vorhanden. Mit Hilfe der offenen
API besteht zudem die Möglichkeit, AutoCAD
durch verschiede Add-On Programme zu erwei-
Allplan als 3D-Planungssystem für den Brückenbau etablieren kann, müssten umfangreiche Änderungen am Modellierungskonzept durchgeführt
werden. Die beinhalteten bauspezifischen Funktionalitäten können jedoch als Maßstab für zukünftige Entwicklungen angesehen werden.
tern.
Eine Anbindung der Modelldaten an eine bauspezifische Struktursimulationssoftware ist derzeit
noch nicht vorgesehen.
Visualisierung (Ausreichend). Die programminterne Visualisierung des generierten Modells ist in
einem begrenzten Maße möglich.
Für eine hochwertigere Darstellung können jedoch
die
Modelldaten
an
das
externe
Visualisie-
rungstool 3D Studio Max übergeben werden.
Abb. 7-6 Bewertungsdiagramm Nemetschek Allplan 2008
Nutzerfreundlichkeit
(Zufriedenstellend).
Die
Programmoberfläche ist gut strukturiert, so dass
ein intuitives und schnelles einarbeiten ermöglicht
wird. Eine Darstellung der Konstruktionshistorie
wird nicht zur Verfügung gestellt.
Modellierungstechniken (Akzeptabel). Die Modellierung von dreidimensionalen Brücken in Allplan ist prinzipiell möglich, aber mit einem sehr
hohen Arbeitsaufwand verbunden. Dieser ergibt
sich zum einen aus dem fehlenden objektorientier-
Kosten (Sehr günstig). Aufgrund der Tatsache,
ten, parametrischen und Feature-basierten Model-
dass AutoCAD als Standardprodukt im Bauwesen
lierungskonzepten. Zum anderen müssen mittels
gilt, sind die Investitionskosten für Lizenzen und
boolescher Operationen erzeugte Körper bei einer
Schulungen sehr günstig.
Änderung vollständig neu konstruiert werden. Eine
Modellierung von beliebig gekrümmten Flächen
bzw. Körpern ist nur eingeschränkt möglich. Ein
4
SOFiCAD: siehe auch http://www.sofistik.de
weiteres Problem liegt in der fehlerhaften Darstel-
33
lung von Kurven. Diese werden im dreidimensionalen Raum als 3D-Polygonzug dargestellt, was
wiederum Ungenauigkeiten verursacht.
Sehr positiv zu bewerten ist die normengerechte
und teilweise automatisierte Ableitung von Plänen.
Selbst die Generierung von Bewehrungsplänen
kann sowohl in zweidimensionaler als auch dreidimensionaler Form umgesetzt werden. Eine
Vielzahl von Baustandards unterstützen den Be-
Abb. 7-7 Pilotbaustelle modelliert in Allplan 2008
nutzer bei der Erstellung eines Projekts.
Schnittstellen (Eingeschränkt). Der Austausch
von Daten kann mit Hilfe von bauspezifischen Im-
G.T. Digital Project (Rang 2)
und Exportformaten erfolgen. Die Erweiterung des
Der von Gehry Technologies entwickelte Ansatz
CAD-System ist prinzipiell mittels einer nicht öf-
zeigt eine Möglichkeit auf, wie man die sehr aus-
fentlichen API möglich. Eine zentrale Verwaltung
gereiften Maschinenbau-CAD-Lösungen als Ba-
der Daten mittels eines PDM-Systems wird nicht
sissystem für die Baubranche einsetzen kann.
unterstützt.
Dieser sieht vor, die Funktionalitäten dieser CAD-
Eine bidirektionale Anbindung an eine bauspezifi-
Systeme zu nutzen und mit Hilfe einer offenen
sche Struktursimulationssoftware steht dem An-
Programmierschnittstelle an die bauspezifischen
wender zur Verfügung.
Erfordernisse wie z.B. Unterstützung für Beweh-
Visualisierung (Gut). Das 3D-Modell kann sys-
rung, normgerechte Schnittableitung oder Bauteil-
temintern visualisiert werden. Zudem ist es mög-
bibliotheken anzupassen. Zwar sind die Anschaf-
lich, die Modelle in einer Spezialsoftware wie z.B.
fungskosten für maschinenbauspezifische CAD-
3D Studio Max oder Cinema 4D zu verwenden.
Systeme im Vergleich zu Bau-CAD-Systemen
deutlich höher, dennoch sollte dieser Ansatz Be-
Nutzerfreundlichkeit (Zufriedenstellend). Die Be-
achtung finden.
nutzeroberfläche ist modular aufgebaut und kann
an die jeweiligen Aufgaben angepasst werden.
Der Umgang mit dem System ist intuitiv und einfach erlernbar.
Kosten (Sehr günstig). Die Kosten für Lizenzen,
Schulungen und Support sind verglichen mit den
üblichen Preisen am Markt sehr günstig.
Abb. 7-8 Bewertungsdiagramm G.T. Digital Project
34
BEWERTUNG VON CAD-SYSTEMEN FÜR DIE MODELLIERUNG IM BRÜCKENBAU
Das
Kosten (Sehr hoch). Digital Project basiert als
hybride System konnte die modellierungs- sowie
Modellierungstechniken
(Hervorragend).
Add-On Produkt auf dem Modellierungssystem
bauspezifischen Anforderungen für die Umset-
CATIA, so dass hohe Investitionskosten anfallen.
zung eines Brückenmodells überdurchschnittlich
gut erfüllen. Die Modellierung von mehrfachgekrümmten Flächen bzw. Körpern stellt kein Problem dar. Aufgrund des sehr stark ausgeprägten
objektorientierten und parametrischen Modellierungsansatzes lassen sich Bauteile schnell an
Änderungen anpassen.
Lediglich die normgerechte Ableitung von Ausführungsplänen und der begrenzte Modellierungsraum schränken den Nutzen etwas ein.
Schnittstellen (Sehr Gut). Digital Project besitzt
eine große Anzahl an Schnittstellen, welche einen
Abb. 7-9 Pilotbaustelle modelliert in G.T. Digital Project
Datenimport beziehungsweise -export ermöglichen. Mit Hilfe der Programmierschnittstelle CAA
und der Programmierumgebung RADE Tool kön-
Siemens NX 6 (Rang 3)
nen anwendungsspezifische Programme integriert
Das CAD-System NX6 ist insgesamt sehr gut für
werden. Zudem lassen sich über eine CAM-
die Modellierung von Brückenbauwerken geeig-
Schnittstelle Maschinen ansteuern und mittels
net. Besonders da der skizzenbasierte Modellie-
einer PDM-Datenbankintegration sämtliche gene-
rungsansatz
rierte Daten zentral verwalteten.
Konstruktionsansatz im Bauwesen ist und selbst
Eine direkte Anbindung an bauspezifische Struk-
fehlende trassenspezifische und bauspezifische
tursimulationssoftwares steht nicht zur Verfügung.
Objekte mit Hilfe der offenen Programmierschnitt-
Visualisierung (Gut). Die Visualisierung des
stelle ergänzt werden können. Aus diesen Grün-
entwickelten Modells kann sehr gut im System
den wurde NX6 im Forschungsprojekt ForBAU als
selbst aber auch in Spezialtools mittels eines
Pilotsoftware eingesetzt. Leider hat sich das Sys-
neutralen Schnittstellenformates realisiert werden.
tem aufgrund der hohen Investitionskosten und
Nutzerfreundlichkeit
(Zufriedenstellend).
Auf-
grund der transparenten Anordnung des Historienbaumes und der teilweise unübersichtlichen
Benutzeroberfläche ist der Umgang mit dem Sys-
adäquat
zum
zweidimensionalen
der fehlenden Standards für das Bauwesen noch
nicht in der Breite durchgesetzt. Dennoch konnten
verschiedene Unternehmen erste wirtschaftliche
Ergebnisse mit dem Einsatz von NX6 erzielen.
tem etwas gewöhnungsbedürftig. Sog. Workbenches ermöglichen die Anpassung der Systemoberfläche an jeweilige Aufgabenstellungen.
35
Gruppierungen sehr gut an die jeweilige Aufgabe
(Modellieren, Zeichnung etc.) angepasst werden.
Aufgrund des sehr großen Funktionsumfangs wirkt
die Benutzeroberfläche in vielen Fällen unübersichtlich.
Kosten (Relativ hoch). NX stellt ein etabliertes
und teures High-End-MCAD-Produkt dar. Infolgedessen sind die Anschaffungs- sowie Schulungsund Supportkosten gegenüber bauspezifischen
Abb. 7-10 Bewertungsdiagramm Siemens NX 6
Systemen relativ hoch.
Modellierungstechniken (Gut). Aufgrund des
leistungsstarken Geometrie-Kernels können beliebig gekrümmte Freiformflächen aber auch Volumenkörper erzeugt werden. Der Feature-basierte
und parametrisierbare Modellierungsansatz ermöglicht zudem eine einfache Modifikation der
geometrischen Objekte.
Die fehlende Einbindung von bauspezifischen
Objekten wie z.B. 2D/3D-Bewehrung oder von
georeferenzierten Koordinaten birgt einen wesentlichen Nachteil bei der Modell- und PlanungsAbb. 7-11 Pilotbaustelle modelliert in Siemens NX 6
umsetzung des Brückenbauwerks.
Schnittstellen (Gut). NX6 besitzt eine große
Anzahl an Import- und Exportmöglichkeiten. Speziell durch die offene Programmierschnittstelle
(NX Open) können individuelle Programme ange-
Dassault CATIA V5 (Rang 4)
fertigt werden. Die PDM-Anbindung ermöglicht
Das
eine zentrale Verwaltung der Daten.
Modellierungssystem bietet viele Möglichkeiten,
Eine Anbindung an bauspezifische Struktursimula-
komplexe Objekte zu modellieren. Zudem ermög-
tionssoftware ist bislang nicht möglich.
lichen
im
Maschinenbau
Features
sowie
etablierte
High-End-
Parametrisierungs-
funktionalitäten eine einfache Modifikation des
Visualisierung (Gut). Aufgrund des dreidimensionalen Modellierungsansatzes ergibt sich zugleich
eine anschauliche Darstellung des Modells.
Nutzerfreundlichkeit
(Zufriedenstellend).
komplizierter Handhabung des Systems erschweren den Zugang zum Markt.
Die
Benutzeroberfläche kann mit Hilfe verschiedener
36
Bauwerks. Die hohen Investitionskosten sowie die
BEWERTUNG VON CAD-SYSTEMEN FÜR DIE MODELLIERUNG IM BRÜCKENBAU
Schnittstellen (Sehr Gut). In seiner jetzigen Version besitzt CATIA eine große Anzahl an Im- und
Exportschnittstellen.
Schnittstelle
Mit
können
Hilfe
einer
offenen
anwendungsspezifische
Programme in verschiedenen Programmiersprachen integriert werden. Eine CAM- und PDMSchnittstelle ermöglicht weitere Datenanbindungen.
Bauspezifische Struktursimulationssoftware kann
derzeit nicht mit in den Planungsprozess einge-
Abb. 7-12 Bewertungsdiagramm Dassault CATIA V5
Modellierungstechniken
(Hervorragend).
Das
maschinenbauspezifische System konnte im Bereich Modellierung überzeugen. Es bietet eine
bunden werden. Der Austausch von Modellen
5
über das standardisierte IFC-Format wird nicht
unterstützt.
Vielzahl von Funktionalitäten, die eine Konstrukti-
Visualisierung (Gut). Die Visualisierung entwi-
on von mehrfachgekrümmten Flächen bzw. Kör-
ckelter Modelle kann sowohl im System selbst als
pern ermöglicht. Außerdem lässt sich das Modell
auch spezialisierter Software erfolgen. Dies wird
aufgrund des objektorientierten und parametri-
mittels eines entsprechenden Austauschformats
schen Modellierungsansatzes einfach modifizieren
realisiert.
Bauspezifische Objekte finden keine Berücksichti-
Nutzerfreundlichkeit
gung im System und lassen sich nur unter hohen
große Funktionsumfangs führt zu einer teilweise
Zeitaufwand
unübersichtlichen Handhabung des Systems. Die
herstellen.
Eine
Planableitung ist nicht möglich.
normengerechte
(Zufriedenstellend).
Der
Benutzeroberfläche kann jedoch mit Hilfe von
Workbenches, welche die Funktionalitäten in aufgabenspezifische Gruppierungen unterteilt, strukturiert werden.
Kosten (Sehr hoch). Die Investitionskosten für
Lizenzen sowie deren Schulungs- und Supportkosten sind sehr hoch angesetzt.
5
Industry Foundation Classes (IFC) dienen als offener
Standard im Bauwesen zur Beschreibung und Austausch
digitaler Modelle.
37
Dassault SolidWorks (Rang 5)
Verwaltung der Daten ist durch eine PDM-
Das System stellt ein solides CAD-System dar.
Anbindung gewährleistet.
Die Modellierung von Brückenbauwerken ist nur
Bauspezifische Software für die Struktursimulation
unter zusätzlichem Mehraufwand möglich. Die
kann derzeit nicht angebunden werden.
identifizierten Schwächen deuten aber darauf hin,
dass sich das System nur schwer in der Baubranche durchsetzen kann.
Visualisierung (Gut). Entwickelte Modelle können
sehr gut innerhalb des Systems visualisiert werden. Zudem verfügt dieses über offene Austauschformate, um spezielle Software für die verständliche Darstellung nutzen zu können.
Nutzerfreundlichkeit
(Zufriedenstellend).
Der
begrenzte Funktionsumfang und die übersichtliche
Darstellung erlauben ein schnelles Erlernen des
Systems.
Kosten (Mittel bis hoch). Die Lizenzkosten sind
relativ hoch. Schulungs- und Supportkosten hingegen sind auch für die Baubranche akzeptabel.
Abb. 7-13 Bewertungsdiagramm Dassault SolidWorks
Modellierungstechniken (Gut). Die Volumenmo-
Autodesk Inventor (Rang 6)
dellierung mit Hilfe von SolidWorks ist nicht so
Das für den Maschinenbau entwickelte System
leistungsstark wie bei dem Produkt CATIA von
ermöglicht die Modellierung von komplexen Ob-
Dassault. Es weist beispielsweise Schwächen bei
jekten. Teilweise wird das System im Bauwesen
der Ausrichtung der Extrusionsebene auf, das
als Schnittstelle zu den hausinternen Produkten
einen wichtigen Stellenwert bei der Modellierung
von Autodesk wie. z.B. AutoCAD eingesetzt.
eines Brückenüberbaues einnimmt.
Auch dieses Maschinenbau-CAD-System berücksichtigt keine bauspezifischen Objekte. Zudem ist
der Modellierungsraum auf die im Maschinenbau
üblichen Abmessungen begrenzt.
Schnittstellen (Gut). SolidWorks besitzt eine
ausreichende Anzahl an Schnittstellen, die einen
Datenimport und -export ermöglichen. Selbst
fehlende Daten bzw. Funktionen können mit Hilfe
einer offenen API integriert werden. Generierte
Modelldaten können in Form von CAM-Daten an
Fräsmaschinen übertragen werden. Eine zentrale
38
Abb. 7-14 Bewertungsdiagramm Autodesk Inventor
BEWERTUNG VON CAD-SYSTEMEN FÜR DIE MODELLIERUNG IM BRÜCKENBAU
Modellierungstechniken (Gut). Mit Hilfe der
Kosten (Mittel bis hoch). Die Gesamtkosten aus
Funktionalitäten von Inventor können sämtliche
Lizenzen, Schulungen und Support sind akzepta-
maschinenbautypische
bel.
Modellierungsschritte
durchgeführt werden. Diese lassen sich nur teilweise für die Modellierung von Brücken heranziehen. Grenzen bestehen beispielsweise bei der
Siemens Solid Edge (Rang 7)
Erstellung von mehrfachgekrümmten Freiformflä-
Das System stellt sich als solides CAD-System
chen. Der objektorientierte und parametrische
dar, das speziell auf die Anforderungen des Ma-
Modellierungsansatz ermöglicht eine einfache
schinenbaus zugeschnitten ist. Die Modellierung
Modifikation der geometrischen Objekte.
äußerst komplexer Objekte erweist sich als eher
Die Erzeugung von bauspezifischen Objekten wie
schwierig. Weitere Schwächen bestehen in der
z.B. Bewehrung, Höhenkoten bzw. die Ableitung
objektorientierten und parametrischen Modellie-
von normengerechten Ausführungsplänen ist nicht
rung, die in ausgereifterer Form im System Sie-
möglich. Georeferenzierte Koordinaten werden
mens NX anzutreffen sind. Die CAD-Umgebung
nicht berücksichtigt und bauspezifische Bauteilbib-
wird wohl aufgrund der maschinenbauspezifischen
liotheken können nur unter hohem manuellen
Spezialisierung kaum Anwendung in der Baupra-
Aufwand angelegt werden.
xis finden.
Schnittstellen (Eingeschränkt). Eine ausreichende Anzahl an Schnittstellen ermöglicht den Import
und Export von Daten. Fehlende Daten bzw.
Funktionen können mit Hilfe einer offenen API
integriert werden. Eine CAM-Schnittstelle sowie
eine PDM Integration besteht.
Eine Anbindung an bauspezifische Struktursimulationssoftware ist aktuell nicht möglich.
Visualisierung (Gut). Das Modell kann im System
selbst gut visualisiert werden. Zudem bestehen
Schnittstellen
zu
externen
Abb. 7-15 Bewertungsdiagramm Siemens Solid Edge
VisualisierungsproModellierungstechniken (Akzeptabel). Die Mo-
grammen wie z.B. 3D Studio Max.
dellierungsfunktionen von Solid Edge sind ähnlich
Nutzerfreundlichkeit
(Zufriedenstellend).
Das
ausgereift wie bei NX6. Jedoch sind der objektori-
modular aufgebaute System ermöglicht dem Nut-
entierte sowie der parametrische Modellierungs-
zer, die Benutzeroberfläche an die jeweilige Auf-
ansatz nicht im selben Maße ausgeprägt, so dass
gabe anzupassen. Für die Handhabung des Sys-
komplexe Modelle nur eingeschränkt umgesetzt
tems werden Grundkenntnisse vorausgesetzt.
werden können.
Auf die Modellierung einer Brücke wirken sich die
fehlenden bauspezifischen Objekte besonders
39
negativ aus. Zudem ist die Modellierung auf die
Schnittstelle
Maßeinheit Millimeter beschränkt.
grammen besteht nicht.
Schnittstellen
(Eingeschränkt).
Mangelhafte
zu
externen
Nutzerfreundlichkeit
Visualisierungspro-
(Zufriedenstellend).
Die
Dateischnittstellen können mit Hilfe einer offenen
Benutzeroberfläche ist übersichtlich und kann an
Programmierschnittstelle
die jeweiligen Arbeitsgebiete angepasst werde.
ergänzt
werden.
Die
Anbindung an eine bauspezifische Struktursimulationssoftware ist nicht möglich.
Das System besitzt eine geringe Anzahl an
Schnittstellen für den Im- und Export von Daten.
Visualisierung (Ausreichend). Die systeminterne
Visualisierung des Modells ist ausreichend. Eine
40
Kosten (Mittel bis hoch). Die Anschaffungs- sowie
Schulungs- und Supportkosten sind gegenüber
den Kosten für ein bauspezifisches System relativ
hoch.
BRÜCKENMODELLIERUNG AM PRAXISBEISPIEL
8 Brückenmodellierung am Praxisbeispiel
Grundlagen. Bei dem zu modellierenden PilotDie Untersuchung der einzelnen CAD-Systeme
bauwerk handelt es sich um eine zweifeldrig gela-
sowie der in ForBAU entwickelte Modellierungs-
gerte Plattenbalkenbrücke, welche auf Großbohr-
ansatz wurde anhand verschiedenster Brücken-
pfählen mit einem Durchmesser von 75cm und
bauwerke aus der Praxis durchgeführt.
einer Länge zwischen 8-10m gegründet wurde. Im
Bereich der Pfeilerachse werden die Bohrpfähle
Wie bereits in Kapitel 3 erwähnt, erfolgt die plane-
mit einer Neigung von 10:1 und in den beiden
rische Umsetzung von Ingenieurbauwerken in der
Widerlagerachsen gerade konzipiert. Der Über-
Regel immer noch in Form von zweidimensionalen
bauquerschnitt setzt sich aus zwei Fertigteil Plat-
Schnitten und Ansichten. Speziell im Bereich des
tenbalken (FT-PlaBa) mit anschließender Ortbe-
Brückenbaus verursacht diese Planungsmethodik
tonergänzung
immer
Ergebnisse.
Spannweite von 43,0m. Die Einzelstützweiten der
Durch den Einsatz eines ganzheitlichen und drei-
beiden Felder betragen jeweils 21,5m. Die Lage-
dimensionalen
häufiger
unwirtschaftliche
Modellierungsansatzes
zusammen
und
besitzt
eine
könnte
rung des 6,5m breiten Überbaues, erfolgt durch
diese Problematik gelöst und letztendlich eine
sechs Elastomerlager, die im Bereich der Wider-
planungseffizientere und wirtschaftlichere Projek-
lager und des Pfeilers angeordnet werden. Die
tumsetzung erzielt werden. Aus diesem Grund
Widerlager selbst werden direkt an die Bohrpfähle
nahm die konzeptionelle Entwicklung und Umset-
ohne Pfahlkopfplatte angebunden, so dass eine
zung trassierungsgebundener und parametrisier-
Einsparung von Kosten möglich wurde. Die Grün-
ter Brückenmodellierung eine zentrale Rolle in-
dung des Pfeilers erfolgt konventionell mittels
nerhalb des Forschungsverbunds ForBAU ein.
Pfahlkopfplatte.
Im folgenden Abschnitt wird zur besseren Ver-
Neben dem Bauwerksentwurfsplan stellt der Tras-
ständlichkeit des entwickelten Modellierungskon-
sierungsverlauf der Brücke eine weitere wichtige
zeptes die digitale Abbildung einer Pilotbaustelle
Grundlage für die Umsetzung des Bauwerksmo-
(Überführung eines Wirtschaftsweges über eine
dells dar und bestimmt die geometrische Form
Bundesstraße) mithilfe der CAD-Software Sie-
sowie die Positionierung der Brücke im Trassie-
mens NX detailliert beschrieben. Die hierfür benö-
rungsnetz. Der Verlauf der Trasse wurde mit Hilfe
tigten theoretischen Grundlagen, sowie die neu
eines im Rahmen des Forschungsprojekts entwi-
entwickelten Modellierungs- und Integrationsan-
ckelten Add-Ons (Integrator2NX) in die CAD-
sätze können dem Buch „Digitale Baustelle –
Umgebung importiert. Die in einer Master-Skizze
innovativer Planen, effizienter Ausführen“, das
integrierten dreidimensionalen Raumkurven (Refe-
ebenfalls im Rahmen von ForBAU entstanden ist,
renzlinien) spiegeln den rechten, linken und mittle-
entnommen werden.
ren Rand der Trasse wieder und gewährleisten
eine korrekte Modellierung des Brückenbauwerks
41
in Abhängigkeit der Längs- und Querneigung
und vereinfacht somit die Modifikation von Bautei-
sowie dem Verlauf der Trasse in Lage und Höhe.
len. Das bauteilorientierte Planen ermöglicht zu-
Im nächsten Modellierungsschritt werden die Brü-
dem ein verteiltes Arbeiten (Concurrent Enginee-
ckenlagerachsen (Achse 10+20+ 30) an die Refe-
ring) von mehreren Ingenieuren an einem Projekt.
renzlinien aus der Master-Skizze angehängt. Dieser Vorgang ermöglicht zum einen eine freiwähl-
Modellierung des Brückenüberbaus: Begonnen
bare Positionierung der Unterbauten und zum
wurde mit der Verlinkung „Art Kopie“ der Refe-
anderen eine Definition der Stützweite des Über-
renzlinien bzw. der Brückenachsen in das „Über-
baues. Durch die tangentiale Abhängigkeit der
bau“ Bauteil. Konkreter bedeutet dies, dass die
Lagerachse (Skizzenebene) zur Brückenachse
geometrischen Objekte (Punkte, B-Spline etc.) der
(Referenzlinie) kann zu einem beliebigen Zeit-
Referenzlinien nur einmal im System vorliegen
punkt eine Modifikation der Positionierung bzw.
und jede weitere Verlinkung ein Spiegelbild des
der Stützweite der Brücke erfolgen. Nachdem die
ursprünglichen Objektes darstellt. Dieser Vorgang
Hauptgeometrien des Bauwerks definiert wurden,
stellt sicher, dass ein assoziatives und redundanz-
konnte mit der Modellierung der einzelnen Bautei-
freies Verhalten des Bauteils zu den Elementen
le begonnen werden. Hierzu werden im ersten
aus der Masterskizze besteht. In einem nächsten
Schritt die Hauptbaugruppen wie Brücke, Bau-
Schritt wird eine Skizze angelegt, die entlang der
grund und Trasse angelegt. Anschließend werden
mittleren Referenzline verläuft und den Quer-
diese in weitere Unterbauteile unterteilt. Dies
schnitt des zweistegigen Plattenbalkens definiert.
ermöglicht eine einfache und bauteilorientierte
Mit Hilfe einer Schnittpunktermittlung zwischen der
Navigation durch die Modellhierarchie. Die fein-
Skizzeneben und der beiden äußeren Referenz-
granulare Einteilung der Bauwerksstruktur ge-
kurven wird eine weitere Kopplung zur Skizze
währleistet während bzw. nach Abschluss des
hergestellt. Dies gewährleistet einen trassenge-
Modellierungsprozesses eine einfache Nachver-
bundenen
folgung der einzelnen Bauteile samt beinhalteten
Querschnittes (vgl. Abb. 8-1).
Arbeitsschritten anhand der Konstruktionshistorie
42
Modellierungsverlauf
des
PlaBa-
BRÜCKENMODELLIERUNG AM PRAXISBEISPIEL
Abb. 8-1 Querschnittskizze des Brückenüberbaus
Die Parametrisierung und somit Modifizierbarkeit
Plattenbalkens und der Breite der Kappen mit
des Querschnittes (Abb. 8-1) erfolgt durch den
Hilfe einer mathematisch definierten Formel (im
Einsatz von parametrisch definierbaren Verma-
Beispiel: p82 = b_Kappe - 0,35 m) herzustellen.
ßungsketten bzw. geometrischen Zwangsbedin-
Diese und weitere Parametrisierungstechniken
gungen (Constraints). Der nutzerspezifische, all-
werden eingesetzt, um komplexe Beziehungen
gemein gültige Parameter „b_Steg“, welcher mit
zwischen
der Vermaßungskette des Plattenbalkensteges
innerhalb und außerhalb einer Skizzenebene
aus der Skizze (p423 und p426 in Abb. 8-1) ver-
herstellen zu können. Ergeben sich aus der geo-
knüpft wurde, ermöglicht die Umsetzung variabler
metrischen Aufgabenstellung bzw. dem Bau-
Stegbreiten des Plattenbalkens innerhalb der
werksentwurfsplan rechtwinklige, parallele oder
Skizze bzw. des Modells. Eine andere Möglichkeit
kollineare Bedingungen, so werden diese als
der Parametrisierung besteht darin, die geometri-
geometrische
sche Beziehung zwischen der Kragarmbreite des
Constraints in die Skizze integriert.
verschiedenen
Geometrieelementen
Zwangsbedingungen oder auch
Abb. 8-2 achsbezogen getrimmter Überbaukörper der Brücke
43
Der Bemaßungs- und Parametrisierungsprozess
eine parametrische Abhängigkeit zwischen der
ist abgeschlossen, wenn alle geometrischen Frei-
Überbaulänge (Spannweite) und den verlinkten
heitsgrade festgelegt sind. Im nächsten Schritt
Brückenachsen hergestellt. Hierzu wird eine asso-
erfolgt die Extrusion des zuvor erstellten PlaBa-
ziativ gekoppelte Bezugsebene in einem Abstand
Skizzenquerschnittes. Hierfür kamen zwei ver-
von 0,75m zur Achsebene 10 bzw. 30 definiert
schiedene Extrusionsarten zum Einsatz:
(Abb. 8-2). Mit Hilfe dieser beiden Bezugsebenen

Variable Extrusion: Der Querschnitt wird ent-
kann nun der Überbaukörper auf die tatsächliche
lang eines definierten Pfades verschoben und
Länge getrimmt werden. In einen analogen Model-
ein Volumenkörper erzeugt
lierungsprozess wird die parametrische Längende-
Funktion Extrudiert: Aus mehreren variablen
finition der Kappenkörper durchgeführt. Durch den
Querschnittskizzen wird entlang von max. drei
Einsatz dieser Technik können die Abstände der
Führungslinien ein einzelner Extrusionskörper
Bezugsebene zu den Kappenenden bzw. des
generiert
Überbauenden in Abhängigkeit von der jeweiligen

Nachdem die Extrusion der Überbaukörper (PlaBa
u. Kappe) abgeschlossen war, wird anschließend
Abb. 8-3 Vollständiges Modell des Brückenüberbaus
44
Brückenachse einfach modifiziert werden.
BRÜCKENMODELLIERUNG AM PRAXISBEISPIEL
Modellierung der Pfahlgründung: Nach Ab-
ckenpfeiler wurden nach dem gleichen Prinzip wie
schluss der Überbaumodellierung (Abb. 8-3) er-
die Widerlagerpfähle modelliert. Zusätzlich wurde
folgte die Umsetzung des Unterbaus (Widerlager,
das Neigungsverhältnis der Schrägpfähle von 10:1
Pfeiler, Gründung, Lager usw.). Die für die Tief-
mit Hilfe des Verhältnisses Mittelpunktabstand der
gründung erforderlichen Bohrpfähle sind an die
oberen Pfahlskizze zur unteren Pfahlskizze (X =
Widerlager bzw. Pfeilerpfahlkopffundamente ge-
Z/10 mit Z = Abstandsparameter der Ebenen)
koppelt, so dass eine Neigung der Schrägpfähle
integriert. So bewirkt eine Veränderung des Ab-
ermöglicht wird und eine Verschiebung des Wider-
standes der Bezugsebene eine Längenänderung
lagers bzw. des Pfeilers eine Verschiebung der
des Schafts des Schrägpfahls bei gleichbleibender
Pfähle bewirkt. Die Modellierung der Bohrpfähle
Neigung. Aufgrund der Analogie der Modellie-
im Bereich der Widerlager erfolgte mit Hilfe von
rungsschritte des Unterbaus zu dem Modell des
zwei Skizzen, die über eine assoziative Bezugs-
Überbaus wird hier auf eine detailliertere Be-
ebene mit einander verlinkt sind.
schreibung verzichtet.
Dieser Ansatz ermöglichte eine Modellierung
Nach Abschluss der verschiedensten Modellie-
variabler Pfahllängen, welche durch den Abstand
rungsvorgänge entsteht ein parametrisches und
der beiden Ebenen definiert ist. Außerdem besit-
trassengebundenes Brückenmodell, das durch
zen die Pfahlskizzen eine parametrische Bezie-
eine Modifikation der geometrischen Elemente
hung zu den Widerlageraußenkanten, was eine
aus der Masterskizze eine einfach Anpassung an
assoziative Verschiebung bewirkt. Die in Abb. 8-4
die neuen Randbedingungen aus der Trassen-
(links) dargestellten Schrägpfähle unter dem Brü-
bzw. Brückenplanung gewährleistet (Abb. 8-4).
Abb. 8-4 parametrische Bohrpfähle (l) und parametrisierte Modelländerung der Stützweite (r)
45
Abb. 8-5 Baugrundmodell mit Brücke
Modellierung des Trassen-Baugrundmodells:
Nachdem der Brückenmodellierungsprozess ab-
Zur Fertigstellung des gesamten Baustellenmo-
geschlossen wurde, kann man das bereits durch
dells bestehend aus Trasse, Baugrund und Brü-
den Integrator importierte Baugrundmodell ein-
cke (Abb. 8-5) sind weitere Modellierungsschritte
blenden und die Positionierung der beiden Objek-
zur Erzeugung des Baugrunds- und Trassie-
te (Brücke und Baugrund) auf Korrektheit prüfen.
rungsmodells notwendig. Hierbei werden Skizzen
Im nächsten Modellierungsschritt wird der Ein-
entwickelt, welche die Geometrie der jeweiligen
schnitt im Bereich des Brückenmodells erzeugt.
Objekte wie Straße, Damm oder Einschnitt mit
Hierzu wird eine Skizze auf Pfad (Referenzlinie
den dazugehörigen Parametern Böschungsnei-
Achse) angelegt, in der anschließend die Quer-
gung sowie Höhe und Breite des Straßenbelags
schnittsgeometrie des Einschnittes konstruiert
wiederspiegeln. Anschließend kann man aus den
wird. Durch die Variable Extrusion des Querschnit-
resultierenden Erdkörpern Informationen über die
tes entlang des Pfades entsteht ein Volumenkör-
geplanten Soll-Massen ermitteln. Die Navigation
per der den Körper des Einschnittes wiederspie-
durch die komplexe Modellierungsstruktur samt
gelt. Zur Modellierung des Einschnitts im Baustel-
ihrer
ist
lenmodell wird der Einschnittskörper „E“ (Negativ-
aufgrund des bauteilorientierten Konzeptes auf
körper) von dem bestehenden Baugrundmodell
einfache Art und Weise handhabbar.
„B“ abgezogen. Dies wird mit Hilfe der booleschen
beinhalteten
Modellierungsprozesse,
Operation „Subtraktion“ (B – E) durchgeführt.
46
BRÜCKENMODELLIERUNG AM PRAXISBEISPIEL
Abb. 8-6 Modellierung des Einschnittbereichs
Nachdem der Einschnitt erstellt wurde, erzeugt
Volumenkörper des Dammes. Um den Körper auf
man im nächsten Schritt den Dammkörper. Hier-
die richtige Gründungshöhe anpassen zu können,
bei wird wie zuvor bei der Einschnittsmodellier-
wird dieser mit Hilfe einer Verschneidungsfunktion
ung eine Skizze auf Pfad angelegt und mit der
auf die richtige Gründungshöhe getrimmt. Dies
Geometrie des Dammquerschnittes versehen.
erfolgt durch eine Verschneidung des Dammkör-
Durch eine anschließende variable Extrusion des
pers mit der Fläche des Oberflächen-DGMs (Abb.
Querschnittes entlang des Pfades erhält man den
8-7).
Abb. 8-7 Modellierung des Dammbereichs
47
Planableitung. Selbstverständlich werden für die
Modelle untersucht und die Ergebnisse in Form
baupraktische Umsetzung des Bauwerkes immer
dieser CAD-Studie vereint (Abb. 8-6). Zusammen-
noch geplottete Ausführungspläne auf der Bau-
fassend kann man die Aussage treffen, dass mit
stelle gefordert. Die erforderlichen zweidimensio-
Hilfe des hier beschriebenen Ansatzes beliebige
nalen Schnitte und Ansichten können schnell und
Brückenbauwerke erfolgreich modelliert werden
einfach durch Modellableitung generiert und an-
können. Er dient damit als geeignete Grundlage
schließend durch das Hinzufügen von Verma-
für die tägliche Ingenieurarbeit. Besonders hervor-
ßungsketten bzw. Beschriftungen an die Ansprü-
zuheben ist, dass durch die Kopplung der Brücke
che der jeweiligen Gewerke (Schalungs-, Beton-
an den Trassierungs- und Baugrundverlauf Pla-
bauer etc.) angepasst werden. Das assoziative
nungsprozesse bereits während der Entwurfs-
Verhalten zwischen den 2D-Plänen und dem 3D-
aber auch in der Ausführungsphase optimiert bzw.
Modell ermöglicht eine redundanzfreie und zeit-
redundante Arbeitsvorgänge reduziert werden
verkürzte Planungsänderung, indem die Modifika-
können. Die Planung eines 3D-Brückenbauwerks,
tionen des Bauteils entweder direkt am 3D-Modell
welches zugleich in die Trassierungs- und Bau-
oder in der 2D-Zeichnung umgesetzt werden.
grundumgebung integriert ist, bringt daher wesentliche Vorteile im gesamten Planungsprozess.
Konzeptvalidierung. Zur Validierung des vorgestellten Modellierungskonzeptes wurden weitere
Abb. 8-8 Portfolio der im Rahmen dieser Studie modellierten Brückenbauwerke und der zugehörigen Baustellenmodelle
48
FAZIT UND AUSBLICK
9 Fazit und Ausblick
Die dreidimensionale Brückenmodellierung steht
noch am Anfang. Dennoch bietet die bestehende
Softwarelandschaft eine solide Grundlage, um die
enormen Potentiale der 3D-Modellierung zukünftig
auszuschöpfen.
basierten Modellierungsansatzes als eine arbeitsund zeitintensive Aufgabe.
Einzige Ausnahme stellt das CAD-System Revit
Structure der Firma Autodesk dar. Dieses System
unterstützt den Anwender annähernd mit den
gleichen Modellierungsfunktionen – objektorien-
Diese Studie zeigt auf, dass die Umsetzung eines
tiert und parametrisiert – wie die zuvor erwähnten
dreidimensionalen
denen
CAD-Systeme aus dem Maschinenbau. Wesent-
zurzeit am Markt befindlichen digitalen Werkzeu-
lich für das sehr gute Abschneiden von Revit
gen durchaus möglich ist. Untersucht wurden
Structure war, neben dem Modellierungskonzept
hierbei verschiedene maschinenbau- und bauspe-
selbst, das Add-On Programm Bridge Design
zifische CAD-Systeme.
Wizard, welches die trassengebundene und ob-
Brückenmodells
mit
jektorientierte Modellierung von Brücken ermögHierbei besitzen die CAD-Systeme aus dem Ma-
licht. Leider ist das Programm derzeit stark auf
schinenbau wesentliche Vorteile in der objektori-
den amerikanischen Markt zugeschnitten und
entierten, parametrisierten und Feature-basierten
entspricht somit nicht dem geometrischen Brü-
Modellierung. Eine Erstellung von mehrfach ge-
ckenstandard innerhalb Europas (Deutschland),
krümmten Objekten, wie sie im Brückenbau vor-
bei der in der Regel eine massivere Bauweise
kommen, stellt für die meisten dieser sogenannten
bevorzugt wird. Eine entsprechende Erweiterung
MCAD-Systeme kein Problem dar. Besonders die
durch den Hersteller ist jedoch dank des flexiblen
Möglichkeit, Zeichnungen aus dem 3D-Modell
Modellierungskonzepts leicht zu realisieren und ist
ableiten zu können, erleichtert die tägliche Arbeit
daher für die nahe Zukunft zu erwarten. Die Gene-
des konstruierenden Ingenieurs. Als Schwach-
rierung normengerechter Zeichnungen unter Be-
punkt konnten vor allem die fehlenden bauspezifi-
rücksichtigung
schen Funktionen sowie mangelnde Schnittstellen
(Bewehrung, Höhenkoten etc.) sowie die Anbin-
zu bauspezifischen Programmen identifiziert wer-
dung an Struktursimulationsprogramme wurden
den.
von allen untersuchten Bau-CAD-Systemen unter-
von
bauspezifischen
Objekten
stützt.
Im Gegensatz zur Verwendung von Maschinenbau-CAD-Systemen führt der Einsatz von CAD-
Einen interessanten Ansatz bietet das hybride
Systemen aus dem Bausektor zu Problemen bei
CAD-System Digital Project von der Firma Gehry
der Modellierung von komplexen Objekten. Die
Technologies. Dieses System nutzt die Modellie-
Modellierung von Brücken erwies sich aufgrund
rungsstärken eines Maschinenbau-CAD-Systems
des
und ergänzt die fehlenden bauspezifischen Funk-
fehlenden
parametrischen
und
Feature-
49
tionalitäten durch ein Add-On Programm. Zusam-
mens NX6 eine trassengebundene Modellierung
men mit dem in Rahmen von ForBAU entwickelten
von Brückenbauwerken umgesetzt. Dieser Ansatz
Integrationsansatz
(Baugrund-Trasse-Brücke)
hat sich bewährt und wird von verschiedenen
erweist sich dieses CAD-System als ein äußerst
Planungsbüros als sinnvoll und nützlich erachtet.
brauchbares Werkzeug für den parametrischen
In einem nächsten Schritt sollte das neue Konzept
und dreidimensionalen Brückenentwurf. Für die
von der Softwareindustrie aufgegriffen und über
Hersteller von maschinenbauspezifischer CAD-
einen mehrstufigen Erweiterungsprozess in vor-
Software bietet sich durch dieses Konzept die
handene CAD-Systeme integriert werden. Ohne
vielversprechende Möglichkeit ihre Produkte auch
ein Mitwirken der Softwarehersteller kann die
im Bausektor zu vermarkten. Im Forschungspro-
nachhaltige Umsetzung dieses Ansatzes nicht
jekt ForBAU wurde mit dem CAD-System Sie-
erfolgreich realisiert werden.
50
LEHRSTUHLPROFILEFAZIT UND AUSBLICK
10 Lehrstuhlprofile
Unternehmen, die Planungsleistungen des Bauingenieurwesens ausführen, auf Basis von Projektarbeiten, Studienarbeiten und Praktika statt. Aufbauend auf das Bachelorstudium wird zudem ein hochwertiges Masterstudium „Bauen im Bestand“ angeboten.
Neben der praxisorientierten und theoretischen AusHochschule Regensburg
University of Applied Sciences
Fakultät Bauingenieurwesen
Fachbereich Bauinfomantik u. CAD (BIC)
bildung der Studierenden, werden eine Reihe von
Forschungsarbeiten an der Fakultät durchgeführt.
Zum einen bestehen Forschungsaktivitäten mit dem
Schwerpunkt „Bauen im Bestand“, die in Zusammenarbeit mit Partnerhochschulen auf nationaler und
internationaler Ebene organisiert werden. Hervorzu-
Prof. Dr.-Ing. Thomas Euringer
Fachbereich Bauinfomantik u. CAD (BIC)
Hochschule Regensburg
heben wären hierbei verschiedene EU-Projekte, wie
z.B. „TU COST001: Robustness of Structures“ oder
„LEONARDO DA VINCI – Transfer of Innovations
provided in Eurocodes“.
Kontakt:
Fakultät Bauingenieurwesen
Prüfeninger Str. 58
93049 Regensburg
Tel. +49 941-943-1200
Fax +49 941-943-1429
[email protected]
www.fhr-bau.de
Auf nationaler Ebene beteiligt sich die Fakultät mit
den Fachgebieten Vermessung und Bauinformatik an
dem Bayerischen Forschungsverbund ForBAU, der
sich zum Ziel gesetzt hat, sämtliche Planungs- und
Ausführungsprozesse komplexer Infrastrukturprojekte
mit Hilfe eines zentral verwalteten digitalen Baustellenmodells ganzheitlich abzubilden. Das vom BMBF
geförderte Forschungsprojekt „KONSTROLL“ führt
verschiedene baustofftechnologische Untersuchungen durch, um einen wirtschaftlichen Einsatz eines
Die Fakultät Bauingenieurwesen, ermöglicht den
Studierenden eine hochwertige theoretische sowie
praxisorientierte Ausbildung während des Bacheloroder Masterstudiums. Einen besonders Stellenwert
besitzt hierbei die praktische Umsetzung der gelernten Theorien in der Praxis. Hierzu findet eine intensive Zusammenarbeit mit Baufirmen, Ingenieurbüros,
Verbänden, öffentlichen Institutionen sowie sonstigen
selbstverdichtenden Betons (SVB) auf der Baustelle
zu ermöglichen.
Auch weitere Forschungsprojekte wie z.B. Untersuchungen hinsichtlich des Verhaltens von „Flüssigboden“ oder zur Verbesserung der Qualitätssicherung in
der Kanalisierung von Hausanschlüssen gehören zu
den aktuellen Forschungsaktivitäten an der Fakultät
Bauingenieurwesen.
51
Die Forschungsschwerpunkte Wandelbare Materialflusssysteme und Internet der Dinge schließlich zielen auf
hochflexible und extrem anpassungsfähige Logistiksysteme in der Intralogistik ab.
Eng damit in Verbindung stehen auch Erforschung und
Einsatz innovativer Ident-Technologien wie der Radiofrequenzidentifikation (RFID) in der Logistik.
Die Technologien der Virtual und Augmented Reality
Technische Universität München
(VR/AR) halten als neuartige digitale Werkzeuge Einzug
Fakultät Maschinenwesen
in den logistischen Planungsprozess und in die Mitarbei-
Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik
terunterstützung am Arbeitsplatz.
Einen zweiten Branchenschwerpunkt neben der bereits
erwähnten Automobillogistik bildet die Baulogistik, wel-
Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing.
che sich mit der Planung und Verfolgung von Prozessab-
Willibald A. Günthner
läufen sowie der Versorgung und Entsorgung auf Bau-
Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik
stellen beschäftigt.
Technische Universität München
Mit der Schüttgutförderung und dem Kranbau stehen
auch heute noch zwei traditionsbehaftete Arbeitsgebiete
Kontakt:
im Fokus. Dabei ist der Forschungsschwerpunkt Kran-
Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik
bau & Tragwerksberechnung eng mit Entwicklung und
Boltzmannstraße 15
Einsatz von FEM & MKS-Berechnungsverfahren ver-
85748 Garching
knüpft, die dank des Leistungszuwachs auf dem IT-
Tel. +49 89-289-159-21
Sektor immer umfangreichere Auslegungsberechnungen
Fax +49 89-289-159-22
zulassen.
[email protected]
www.fml.mw.tu-muenchen.de
Die Forschung am Lehrstuhl fml fokussiert zahlreiche
Schwerpunkte:
Unter dem Oberbegriff der Intralogistik ist ein weites
Spektrum an Forschungsinhalten angesiedelt, das sich
von der Logistikplanung über Lager- und Kommissioniersysteme bis hin zu den Fördermitteln der Intralogistik
erstreckt.
Der Automobilbranche wird aufgrund ihres hohen Stellenwerts für die inländische Wirtschaft ein eigener Forschungsschwerpunkt gewidmet, der sich mit den Prozessen und Systemen der Automobillogistik beschäftigt.
52
LITERATUR
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adsk/servlet/pc/index?siteID=403786&id=14659756, Aufruf am 29.10.2010.
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adsk/servlet/pc/index?siteID=403786&id=14647304, Aufruf am 08.06.2010.
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53
54
CAD
D Softwares
systeme
Bewertungssystematik
Siemens NX6
Siemens Solid Edge
G.T. Digital Project
Dassault CATIA
Dassault
SolidWorks
Autodesk Inventor
Autodesk Revit
Structure
umfangreiches
Bewertung (Linear, 0 -1 -2)
objektorientiertes 3D
CAX-System,
Bewertung x
Maschinenbau
Gewichtung
Bewertung (Linear, 0 -1 -2)
objektorientiertes 3D
CAD-System,
Bewertung x
Maschinenbau
Gewichtung
modefiziertes 3D MBewertung (Linear,
(Linear 0 -1
1 -2)
2)
CAD-System (Catia)
für bauspezifische
Zwecke
Bewertung x
Gewichtung
umfangreiches
Bewertung (Linear, 0 -1 -2)
objektorientiertes 3D
CAD-System,
Bewertung x
Maschinenbau
Gewichtung
objektorientiertes 3D Bewertung (Linear, 0 -1 -2)
CAD-System,
Bewertung x
Maschinenbau
Gewichtung
umfangreiches
Bewertung (Linear, 0 -1 -2)
objektorientiertes 3D
CAD-System,
Bewertung x
Maschinenbau
Gewichtung
bauspezifisches
Bewertung (Linear, 0 -1 -2)
objektoroientiertes 3D
CAD-System,
Bewertung x
Erweiterung für
Gewichtung
Bewertung (Linear, 0 -1 -2)
standadisiertes
Autodesk AutoCAD
bauspezifisches CADCAD
2010
Bewertung x
System
Gewichtung
Bewertung (Linear, 0 -1 -2)
Nemetschek Allplan bauspezifisches CAD2008
System
Bewertung x
Gewichtung
0,89
0,83
0,11
0,02
2
2
2
2
2
2
0,99
0,11
0,02
0,02
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0,01
2
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0,92
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2
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2
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0,87
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0,01
0,02
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0,01
2
2
2
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2
0 87
0,87
0 11
0,11
0 02
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0,09
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0,11
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0,00
0,00
0,00
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0
0,00
0,00
0,15
0,00
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
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0,03
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0,06
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2
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0,00
0,00
0
0
0,00
0,00
0,04
0,00
0 = nicht mögllich;
1 = geomterisch oder p
parametrisch;
2 = geomterisch und p
parametrisch;
1
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0,05
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
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0,04
0,04
0,04
0,04
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
0 = ungenüge
end;
1 = lesbar;
2 = sehr gut lessbar;
0,15
0 = nicht assoziativ;
1 = assoziatiiv;
2 = bidirektional asssoziativ
0,09
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
1.8.1 Sc
chnitt- Ansichtsableitung
9
9
9
9
9
9
9
9
13%
25 %
von
13% =
3,25%
25 %
von
13% =
3,25%
25 %
von
13% =
3,25%
13%
20 %
von
13% =
2,6%
20 %
von
13% =
2,6%
20 %
von
13% =
2,6%
20 %
von
13% =
2,6%
20 %
von
13% =
2,6%
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0,13
1.8.5 Planlesbarkeit
1.8.4 norm
mgerechte Plandarstellung
Plangenerierun
ng nach DIN z.B. Kottenvermassung,
Bewehrungsdarrstellung, Maßstab, D
Detaildarstellung,
Schraffur
Lesbarkeit von
n Planelementen (Textt, Vermassung,
Bewe
ehrungspositionen/auszüge)
1.8.3 assoziatives Verhalte
en
1.8.2
2 Automatisierbarkeitt
1.7
7.4 Modelleinheiten
1.7.3 geo
oreferenzierte Koordinaten
Modell und A
Ableitung (bidirektion
nal) assoziativ
automatisierrte Planvermassung, Beschriftung
Modellableitunge
en, Abwicklung an Ku
urven aus Model,
geknickte Schnitte
km, m
m, cm, mm, gon, gra
ad, rad
Ga
auß-Krüger-Koordina
aten
1.7.2
2 Koordinatensystem
m
9
25 %
von
13% =
3,25%
lok
kales / globales Syste
em
1.8 Erzeugen
n von 2D Ausführungsplänen
1.6.4 B
Bewehrungsbibliothek
ken
Einse
etzbarkeit, Art und Um
mfang
3
0 = nicht unterstützt;
1 = entlang von Geraden;
2 = enttlang von beliebig gek
krümmten Kurven
1.6
6.3 Modifizierbarkeit
d
Modifikationaufwand
9
1.7.1 Modellierungsbereich
he
1.6..2 Mattenbewehrung
3D Matten, V
Verlegungsaufwand, objektbasiert
1
Grenzen der Modellausdehnung; zz.B.: > 100km
1.6
6.1 Stabbewehrung
3D Rundstahl, Verlegungsaufwand, objjektbasiert, beliebig
Stabformen m
mit variablen Schenke
eln u. Winkeln
3
1.7 Modellierungsraum
m
18,8 % 6,3 % 56,3 % 18,8 %
von 6% von 6% von 6% von 6%
=
=
=
=
1,128% 0,378% 3,378% 1,128%
0 = feste Einheiten;
Einheiten
2 = frei wählbare E
6%
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
1.5.2 Objektbibliotheken
Bau
uteil- Skizzenbibliothe
eken
3
1.6 Mode
ellierung von Beweh
hrung
1.5.1 Objektbaugruppen
1.5 Obje kt-basierte Modellie
erung
Assembling, Fam
milien oder Gruppen g
gleicher Bauteile,
Modifikation
Ha
andhabung, Parametter
3
0 = M<1000m
m;
1 = 1000m<M<100
0.000m;
2 = M>100.00
00m
50 %
50 %
von 5% von 5%
= 2,5% = 2,5%
0 = keine;
1 = fest definie
erte;
2 = erweiterb
bar
5%
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
13%
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
9
50 %
von
13% =
6,5%
0 = keine;
1 = fest definie
erte;
2 = erweiterb
bar
9
50 %
von
13% =
6,5%
erbarkeit der Featured
darstellung
1.4.2 Modifizie
1.4.1 Featuretechniken
3
10 %
von
12% =
1,2%
Fase
en,Rundungen, Offse
et etc.
1.4 Featu
ure-basierte Modelliierung
1.3.4 Parameterverwaltung
Parameterabhänggkeiiten
1.3.3 P
Zwangsbediingungen, Parameterrbeziehungen
9
Exce
el-Listen, Parameter-L
Listen
1.3.2 Parametrisierungstechn
niken
Formel, Parameterr, Ebenen, Massketten, Objektparameter
9
0 = nicht mögllich;
2 = möglich
h
12%
%
30 %
30 %
von
von
12% = 12% =
3,6%
3,6%
0 = nicht untersttützt;
1 = 1-3 Featu
ure;
2 = > 3 Featu
ure
9
30 %
von
12% =
3,6%
0 = nicht untersttützt;
1 = nicht assoziatiive List;
2 = assoziative
e List
9
25 %
von
13% =
3,25%
Historie, geom
metrische/numerische Modifikation
1.3.1 param
metrisch aufgebaute M
Modelle
9
1.2.4 belliebig gekrümmte Mo
odelle
1.2.3 belliebig gekrümmte Flächen
Flächendarstellung
9
1.3 Param
metriesierte Modelliierung
25 %
25 %
von
von
13% = 13% =
3,25% 3,25%
beliebig geformte V
Volumendarstellung, Volumenkörper aus
Flächenoffset
1.2.2 be
eliebig gekrümmte Kurven
9
Kurvendarstellung
13%
25 %
von
13% =
3,25%
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
3
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
1.1.6 Modellart
CSG-M
Modell, BRep-Modelll, DGM
3
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
1.1.5 Boolesch
he Operationen an ein
nem Bauteil
Bohrung, Tasche, Nut, Ein
nstich
9
0 = nicht unterstützt;
1 = einfach gekrü
ümmt;
2 = doppelt gekrrümmt
0 = nicht unterstützt;
1 = einfach gekrü
ümmt;
2 = doppelt gekrrümmt
1.1.4 Boolesche Op
perationen mittels meh
hreren Bauteilen
Vereinigungs-, Ve
erschneidungs-, Subttraktionstechniken
9
1.2.1 Modellie
erung von Trassierun
ngskurven
1.1.3 Rotationssionstechnik
Rotationsarten, A
Achse frei wählbar, Skizze frei wählbar
9
Modellierung von trassenspezifischen Kurven; Mehrere
Trassierungskurrven (z.b. Klothoiden, Bloss, Sinuide..)
1.1.2 E
Extrusionsorientierung
gen
ung bei Extrusion am Pfad: parallel zu
Ebenenausrichtu
Vektor (z.B. Z
Z-Vektor) notwendig = KO Kriterium
1.1 V
Volumenmodellierung
9
1.2 Freiform Modellierun
ng
21,4 % 21,4 % 21,4 % 21,4 % 7,1 % 7,1 %
von
von
von
von
von
von
10% = 10% = 10% = 10% = 10% = 10% =
2,14% 2,14% 2,14% 2,14% 0,71% 0,71%
0 = nicht untersttützt;
1 = Kurven als NURBS bzw. B-Spline angenähert;
2 = unterstüttzt
0 = nicht unterstützt;
1 = einfach gekrü
ümmt;
2 = doppelt gekrrümmt
0 = 1 Modella
art;
1 = 1-2 Modella
arten;
2 = 3 Modellarrten;
0,11
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
10%
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
57%
1.1.1 Extrusionstechnik
Gewichtung
Extrusionsarten (Eb
bene, Pfad), Extrusion entlang mehrerer
Pfade (Variable Extrusio
on)
Ursprung/
Erläuterung
0 = nicht untersttützt;
1 = einfache Geometrie;
2 = komplizierte Ge
eometrie
0 = nicht unterstützt;
1 = eine Extrusionsstechnik;
2 = mehrere Extrusion
nstechniken
0 = nicht untersttützt;
1 = eine Orientie
erung;
2 = mehrere Orien
ntierung
Prozentualer Anteil der Gewichtung
1. M
Modellierun
ngstechnike
en
Beschreibung/Name
der Anforderung
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
2
0,03
0,03
2
2
0,06
0,03
0,03
2
2
0,06
0,03
0,03
2
2
0,06
0,03
0,03
2
2
0,06
0,03
0,03
2
2
0 06
0,06
0 03
0,03
0 03
0,03
2
2
0,06
0,03
0,03
2
2
0,06
0,03
0,03
2
0
0,03
0,00
0,03
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
0,06
0 = keine Attrib
bute;
1 = fest definierte A
Attribute;
2 = selbstdefinierbare
e Attribute
2
0
0,00
0,08
0
2
0,08
0,00
0,08
2
2
0,10
0,03
0,08
0
2
0,08
0,00
0,08
0
2
0,08
0,00
0,08
0
2
0 08
0,08
0 00
0,00
0 08
0,08
2
2
0,10
0,03
0,08
2
2
0,10
0,03
0,08
2
2
0,03
0,08
0,10
0 = nicht unterstützt;
1 = Import bzw. E
Export;
2 = Import und E
Export
0 = nicht unterstützt;
1 = Import bzw. E
Export;
2 = Import und E
Export
2
0
0
0
2
2
2
2
2
1
0,00
0,00
0,00
0,04
0,04
0,01
0,01
0,00
0,01
0
0
0
1
1
2
2
2
1
0,00
0,00
0,02
0,02
0,01
0,01
0,00
0,01
0,25
0,18
0,07
0,00
2
0
0
2
2
2
2
2
1
0,30
0,14
0,04
0,00
0,00
0,04
0,04
0,01
0,01
0,00
0,01
0
0
0
2
2
2
2
2
1
0,27
0,10
0,00
0,00
0,00
0,04
0,04
0,01
0,01
0,00
0,01
0
0
0
2
2
2
2
2
1
0,23
0,10
0,00
0,00
0,00
0,04
0,04
0,01
0,01
0,00
0,01
0
0
0
1
1
2
0
2
1
0 18
0,18
0 06
0,06
0 00
0,00
0 00
0,00
0 00
0,00
0 02
0,02
0 02
0,02
0 01
0,01
0 00
0,00
0 00
0,00
0 01
0,01
2
1
1
2
2
0
0
0
0
0,26
0,13
0,04
0,02
0,01
0,04
0,04
0,00
0,00
0,00
0,00
0
0
0
2
2
0
0
0
1
0,15
0,08
0,00
0,00
0,00
0,04
0,04
0,00
0,00
0,00
0,01
2
0
2
2
2
0
0
0
2
0,04
0,00
0,01
0,04
0,04
0,00
0,00
0,00
0,01
0,22
0,13
0,08
2
2
0
0,04
0,04
0,00
0,00
2
2
0
0
0,08
0,04
0,04
0,00
0,00
2
2
2
0
0,09
0,04
0,04
0,01
0,00
2
2
2
0
0,09
0,04
0,04
0,01
0,00
2
0
2
0
0,05
0,04
0,00
0,01
0,00
2
0
2
0
0 05
0,05
0 04
0,04
0 00
0,00
0 01
0,01
0 00
0,00
2
0
2
2
0,07
0,04
0,00
0,01
0,01
2
0
2
2
0,07
0,04
0,00
0,01
0,01
2
0
0
0
0,04
0,00
0,00
0,00
0,04
0
0
2
0,00
0,02
0,05
1
1
0
0,03
0,03
0,01
0,00
0
2
2
0,07
0,00
0,02
0,05
0
2
2
0,07
0,00
0,02
0,05
0
2
2
0,07
0,00
0,02
0,05
0
2
2
0 07
0,07
0 00
0,00
0 02
0,02
0 05
0,05
2
1
0
0,06
0,05
0,01
0,00
0
1
0
0,01
0,00
0,01
0,00
2
0
0
0,05
0,00
0,00
0,07
0,05
2
1
0,01
0,02
0
2
0,02
0,,04
0,,02
0,02
0,00
1
2
0,,04
0,03
0,01
0,02
1
2
0,,04
0,03
0,01
0,02
1
2
0,,04
0,03
0,01
0,02
1
2
0,04
0,
04
0 03
0,03
0 01
0,01
0 02
0,02
1
0
0,,02
0,01
0,01
0,00
1
0
0,,02
0,01
0,01
0,00
1
0
0,01
0,00
0,,03
0,03
0,01
34%
2
0
0
2
0,00
0,00
0,01
0,01
0
0
0
0
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0
0
2
2
0,01
0,00
0,00
0,01
0,01
0
0
2
2
0,01
0,00
0,00
0,01
0,01
0
0
2
2
0,01
0,00
0,00
0,01
0,01
2
0
0
2
0 01
0,01
0 01
0,01
0 00
0,00
0 00
0,00
0 01
0,01
2
0
0
0
0,01
0,01
0,00
0,00
0,00
2
0
0
0
0,01
0,01
0,00
0,00
0,00
2
2
2
0
0,01
0,01
0,01
0,00
0,01
0,02
25 %
25 %
25 %
25 %
von
von
von
von
34% = 34% = 34% = 34% =
8,5%
8,5%
8,5%
8,5%
3.2.3 VRML
3.2.4 andere
Visua
alisierungsaustauschfo
ormat
Visualisierungsausstauschformat (softwa
arespezifische z.B.
JT)
3
3
3
2
1
0,04
0,08
1
2
0,08
0,18
0,18
0,13
0,04
1
2
0,18
0,13
0,04
0,08
1
2
0,18
0,13
0,04
0,08
1
2
0,18
0,13
0,04
0,08
1
2
0 18
0,18
0 13
0,13
0 04
0,04
0 08
0,08
2
2
0,22
0,17
0,08
0,08
1
2
0,20
0,13
0,04
0,08
2
2
0,08
0,08
0,22
9
60%
50 %
von
60% =
30%
0,13
0,17
40%
2
1
1
0,04
0,01
1
1
0,06
0,04
0,01
1
1
0,06
0,04
0,01
1
1
0,06
0,04
0,01
1
1
0,06
0,04
0,01
1
1
0 06
0,06
0 04
0,04
0 01
0,01
1
1
0,06
0,04
0,01
1
2
0,07
0,04
0,03
1
1
0,04
0,01
4.2
2.2 Programmhilfen
ssoftwareintern, Interne
et
5 Kos
sten
4.2.1 Intuitiv
9
3
1
1
-
0,05
0,04
0,01
1,41
3
1
1
-
0,05
0,04
0,01
1,26
7
0
0
-
0,00
0,00
0,00
1,52
2
0
0
-
0,00
0,00
0,00
1,41
4
0
1
-
0,01
0,00
0,01
1,33
5
1
1
-
0 05
0,05
0 04
0,04
0 01
0,01
1 32
1,32
6
1
1
-
0,05
0,04
0,01
1,55
1
2
1
-
0,09
0,08
0,01
1,25
8
2
2
-
0,08
0,03
1,23
9
0,10
9
3
75%
25%
Erg
gebnis der C
CAD-Softwa
are-Bewertu
ung
5.2
2 Schulungskosten
5%
5.1 Lizenzkosten
5
Rang
0,06
25 %
75 %
von
von
40% = 40% =
10%
30%
Gesamtpunktzahl
G
0,06
leicht anwendbar
4.2 Handhabung
4
4.1.2 Modullarer Aufbau
9
50 %
von
60% =
30%
Modulle für versc
chiedene Anwendung
gen, Workbenche
4.1.1 Übersichtlich
4
14%
4.1 Benutzeroberfläche
e
Icons, Struktur
3.2.2 Cinema 4d
Austa
auschformat zu Cinem
ma 4D
3
4 Ergon
nomie
3.2.1 3ds
dio Max
Austausschformat zu 3d Stud
3.2 Visua
alisierungsschnittsttellen
3.1.2 kin
nematische Visualisierrung
66%
Ablaufvisualisierungstechniken
3.1.1
1 Visualisierungsarten
n
reale Visualisierung
g, gut (Schattierung, Materialgetreu etc.)
3
50 %
von
66% =
33%
0 = überdurchschnitttlich hoch;
1 = etwa im Miittel;
2 = kostengün
nstig
0 = überdurchschnitttlich hoch;
1 = etwa im Miittel;
2 = kostengün
nstig
2.3.3
3 Maschinensteuerung
g
CAM-Daten
3.1 M
Modellvisualisierung
g
3
3%
3
50 %
von
66% =
33%
0 = schlechte Dokum
mentation;
1 = ausreichende Dokumentation;
2 = sehr gute Dokum
mentation
2.3.2 PLM/PDM Integratio
on
Integrattion in ein Verwaltung ssystem
9
3 Visualis
Vi
lisierung
i
2.3.1 bauspezifissche Struktursimulationssoftware
Anbindnung zurr FEM-Software, Stab
bstatik-Software
3
ntnisse;
0 = viele Vorkenn
1 = Grundwisssen;
2 = keine Vorkenn
ntnisse
2.2.4
4 Lisp - Schnittstelle
e
Com
mmon Ansi Lisp / Sch
heme
9
0 = nicht erfü
üllt;
2 = erfüllt
29%
42,9 % 14,3 % 42,9 %
von
von
von
29% = 29% = 29% =
12,47% 4,147% 12,47%
0 = ungenüge
end;
1 = übersichtliich;
2 = sehr struktu
uriert
2.2.3
3 VBA - Schnittstelle
e
Schnittstelle für Skriptspra
achen
3
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
2.2.2
2 JAVA - Schnittstelle
e
nittstelle für Java, Javva3D
Schn
3
2.3 Softwareintegratione
en
2.2.1
1 nNET - Schnittstelle
e
Schnittstelle für VB, C, C+
++, C#
9
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
2.1.9 PDF
2D/3D Mod
delldokumentenausta
auschformat
9
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
25%
37,5 % 37,5 % 12,5 % 12,5 %
von
von
von
von
25% = 25% = 25% = 25% =
9,375% 9,375% 3,125% 3,125%
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
2.1.8 IGES
geometrisc
ches Austauschforma
at aus dem
Maschinebausektor
3
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
2.1.7 STL
geom
metrisches Austauschfformat
1
0 = schlechtt;
1 = gut;
2 = sehr gu
ut
2.1.6 STEP
geom
metrisches Austauschfformat
3
0 = keine Anbind
dung;
2 = vollständige An
nbindung
2.1.5 DXF
bauspezifissches Standardaustauschformat
3
0 = keine Integra
ation;
1 = Integration in 1-3
3 Systeme;
2 = Integration >3 S
Systeme
2.1.4 DWG
bauspezifissches Standardaustauschformat
9
0 = keine Anbind
dung;
1 = einfachgerichtete A
Anbindung;
2 = bidirektionale An
nbindung
2.1.3 GAEB
Datenarten D01/D21/D49/ D45
5/D58/D40
9
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
2.1.2 LandXML
standardissiertes Trassenaustau
uschformat
3
2.2 Programmierschnittste
ellen
2.1.1 IFC
9
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
0,10
9
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
46%
6,1 %
2%
18,4 % 18,4 % 6,1 % 18,4 % 18,4 % 6,1 % 6,1 %
von
von
von
von
von
von
von
von
von
46% = 46% = 46% = 46% = 46% = 46% = 46% = 46% = 46% =
8,464% 8,464% 2,806% 8,464% 8,464% 2,806% 2,806% 0,92% 2,806%
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
21%
standardisierttes geometrisches u. semantisches
Austa
auschformat f.d. Hoc
chbau
2.1 Datenschnittstellen
n
1.10.2 bau
uspezifische Plottstan
ndards
Plotrrahmen, Plottschnittsttellen
9
2 Schnitttstellen
1.10.1 bauspe
ezifische Standardbib
bliotheken
Standardbauteil
3
0 = nicht unterstützt;
1 = Import bzw. E
Export;
2 = Import und E
Export
0 = nicht unterstützt;
1 = Import bzw. E
Export;
2 = Import und E
Export
75 %
25 %
von 9% von 9%
=
=
2,25% 6,75%
0 = nicht unterstützt;
1 = Import bzw. E
Export;
2 = Import und E
Export
0 = nicht unterstützt;
1 = Import bzw. E
Export;
2 = Import und E
Export
0 = nicht unterstützt;
1 = Import bzw. E
Export;
2 = Import und E
Export
0,08
0 = nicht unterstützt;
1 = Import bzw. E
Export;
2 = Import und E
Export
9%
0 = nicht unterstützt;
1 = Import bzw. E
Export;
2 = Import und E
Export
1.9.2 Bauteilattribute
definieren bau
uspezifische Materiale
eigenschaften,
Zeitfaktoren
3
1.10 Unte
erstützung von Standards
1.9
9.1 Maßenermittlung
Ermitteln von V
Volumen- Flächeninha
alten, Teilflächen
1.9 B
Bauteileigenschafte
en
3
0 = nicht untersttützt;
2 = unterstüttzt
5%
50 %
50 %
von 5% von 5%
= 2,5% = 2,5%