Entwicklung eines in eine CAD-Umgebung integrierten multiagentenbasierten Simulationssystems zur Optimierung von Bauabläufen im Hochbau
Final Report Abstract
Das Ziel der Arbeit bestand darin, die wissenschaftlichen Grundlagen für eine Beschleunigung der Modellierung und Parametrisierung von Simulationsmodellen im Hochbau zu erarbeiten. Dies sollte zum einen durch die Verwendung der agentenbasierten Simulation als neues Modellierungskonzept und durch die teilautomatische Generierung der Simulationsmodelle aus einer Verknüpfung der Gebäude- und der Prozessdaten geschehen. Als Grundlage für die Umsetzung der Zielsetzung wurde eine Literaturrecherche im Bereich der baubetrieblichen Simulation und eine umfassende Systemanalyse des Systems „Hochbau-Baustelle" durchgeführt. Darauf aufbauend wurden ein agentenbasiertes Referenzmodell und ein Prozessmodell für die Simulation im Hochbau entworfen. Beide Modelle wurden in der prototypischen Anwendung CiSmo implementiert und erfolgreich verifiziert und validiert (V&V). Bei der V&V wurden insbesondere die Wirkungsbeziehungen im Modell durch Sensitivitätsanalysen betrachtet. Sowohl von den in die Tests zur V&V des Systems einbezogenen Diplomanden wie auch von den involvierten Fachexperten wurde die einfache und schnelle Modellgenerierung durch das System hervorgehoben. Beide Testpersonen der Anwendung CiSmo waren in der Lage, selbstständig Experimente zu definieren und in der agentenbasierten Simulationsumgebung SeSAm auszuführen. Als wichtigste wissenschaftliche Ergebnisse wurden im Projekt erreicht: • Ein validiertes Prozessmodell für die Bauablaufsimulation im Hochbau, das sich mit Gebäudemodellen unterschiedlicher Granularität verknüpfen lässt. • Ein validiertes agentenbasiertes Referenzmodell, mit dem beliebige Hochbauprozesse nachgebildet werden können. • Es konnte nachgewiesen werden, dass die agentenbasierte Modellierung aufgrund der Systemeigenschaften einer Hochbau-Baustelle für die Abbildung von Hochbauprozessen besonders geeignet ist. Aus dem Projekt ergeben sich folgende Anwendungsaspekte: • Erstmals ist eine teilautomatische Generierung von Simulationsmodellen aus der Verknüpfung von Gebäude- und Prozessdaten möglich. • Mit der prototypischen Implementierung wurde nachgewiesen, dass die Simulation in der Arbeitsvorbereitung als Standardmethodik einsetzbar ist und dass eine schnelle Modellgenerierung bei relativ geringem Aufwand für die Parametrisierung und Modellierung mit dem System durchführbar ist. Dadurch konnte bestätigt werden, dass eine Nutzung des Systems möglich ist, ohne Simulationsexperte zu sein. • Da die Simulation im Hochbau bisher keine Anwendung findet und gleichzeitig ein hoher Bedarf für die Absicherung von Planungsleistungen durch eine Prognose des Bauablaufs besteht, besitzt die prototypische Implementierung ein hohes Venwertungspotential. In das Forschungsvorhaben wurden sehr viele Studenten in Form von Projekt- und Diplomarbeiten mit einbezogen. Die auf die Ergebnisse des Vorhabens aufbauenden vier weiteren Promotionsvorhaben stellen sicher, dass der entwickelte Ansatz weiterentwickelt und zur Anwendung gebracht wird. In den Publikumsmedien wurde über das Projekt in dem Artikel „Leerlauf auf dem Bau vorbeugen - Forscher der Uni Kassel entwickeln Simulation" in der Hessichen/Niedersächsischen Allgemeinen Zeitung (HNA) vom 01.05.2011 berichtet.
Publications
- CiSmo - CAD-integrierte Simulationsmodellierung für die Bauablaufsimulation im Hochbau. In: Tagungsband der 14. ASIM-Fachtagung Simulation in Produktion und Logistik, Karlsruhe 7. u. 8. Oktober 2010, KIT Scientific Publishing 2010, S. 151-156
Kugler, M.; Franz, V.
- Linking Product and Process Data in the Modeling Environment 'CiSmo'. In: Bargstädt, H-J; Ailland, K (Hrsg.), CONVR 2011 : Proceedings of the 11th International Conference on Construction Application of Virtual Reality, S. 171-181
Kugler, M.; Kordi, B.; Franz, V.; Samkari, K.
- CAD-integrierte Modellierung von agentenbasierten Simulationsmodellen für die Bauablaufsimulation im Hochbau. Dissertation, Institut für Bauwirtschaft, Universität Kassel, kassel university press 2012
Kügler, M.
- Colored Petri-Net and Multi-Agents: A Combination for A Time-Efficient Evaluation of A Simulation Study in Construction Management. In: 2012 ASCE International Conference on Computing in Civil Engineering, S. 153-160
Samkari, K.; Kügler, M.; Kordi, B.; Franz V.
- Simulation zur Unterstützung der Arbeitsvorbereitung im Hochbau. Bauingenieur, Band 87, September 2012, Springer-VDI-Verlag 2012
Kügler, M.; Kordi, B.; Franz, V.
