Bachelorarbeit Linder 2017.pdf-4284e63876b0722c3f3f67f3bcc95390

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Ruhr Universität Bochum
Fakultät für Bau- und Umweltwissenschaften
Lehrstuhl für Informatik im Bauwesen
BACHELORARBEIT
Geometrische Darstellung der As-Built Informationen eines
maschinellen Tunnelvortriebs
Katja Linder
Matrikel-Nr.:
Betreuer:
Erstprüfer:
Abgabetermin:
108013231978
Markus Scheffer, M. Sc.
Dr. -Ing. Tobias Rahm
Prof. Dr. -Ing. Markus König
21.03.2017
RUHR-UNIVERSITÄT BOCHUM | 44780 Bochum | Germany
FAKULTÄT FÜR BAU- UND
UMWELTINGENIEURWISSENSCHAFTEN
Institut Computational Engineering
Lehrstuhl für Informatik im Bauwesen
Gebäude IC 6 / 59
Universitätsstraße 150, 44801 Bochum
Aufgabenstellung
PROF. DR.-ING. MARKUS KÖNIG
Fon +49 (0)234 32-23047
Fax +49 (0)234 32-03047
[email protected]
www.inf.bi.rub.de
Bachelorarbeit
Geometrische Darstellung der As-Built Informationen eines
maschinellen Tunnelvortriebs
Der maschinelle Tunnelbau ist als Bauverfahren zur Erstellung von unterirdischen
Ingenieurbauprojekten, insbesondere in stark bebauten Gebieten, etabliert. Entscheidungen bezüglich
des Maschinenkonzeptes, der Trassierung sowie der Tunnelsicherung basieren auf im Vorfeld eines
Projektes durch Probebohrungen gewonnen geotechnischen Randbedingungen, als auch existierende
Informationen über die Bestandsbebauung. Diese Informationen werden verwendet um eine
Tunneltrassierung zu realisieren die einen möglichst risikoarmen Vortrieb gewährleisten soll.
Die Toleranzen für Abweichungen des erstellten Tunnels zur geplanten Tunnelachse sind hierbei von
entscheidender Bedeutung. Somit wird während des Vortriebs kontinuierlich die Lage der TBM
bestimmt und durch Steuerungsparameter gegebenenfalls korrigiert. Zusätzlich wird die
Einbausituation der Tübbings im Nachgang vermessen um das reale Lichtraumprofil zu ermitteln.
Diese Informationen werden digital gespeichert und können somit zur Bewertung der Einbauqualität
über die gesamte Tunneltrasse verwendet werden.
Auf Grundlage dieser Daten können in einem parametrischen Modellierungswerkzeug (bspw. Dynamo
für Revit oder Grasshopper für Rhino) Einbauteile modelliert und orientiert werden. Die Modellierung
der Tübbing-Segmente soll mindestens im LOD 200 erfolgen. In Kombination mit der geplanten
Trassierung des Tunnels kann auf diese Weise eine Bewertung der Vortriebsqualität erfolgen
(Darstellung der Abweichung von geplant zu eingebaut). Für die Bewertung der Einbausituation soll
eine geeignete Methodik entwickelt und diese grafisch dargestellt werden.
Folgende Punkte sind im Einzelnen zu bearbeiten:
•
•
•
Literaturrecherche zu Grundlagen des maschinellen Tunnelbaus sowie digitaler
Planungsmethoden im Bauwesen
3D Modellierung aller Tübbing-Segmente eines Ringes (LOD 200)
Erstellung eines parametrischen Modells (Dynamo/Grasshopper) zur geom. Orientierung der
Elemente
ADRESSE Universitätsstraße 150 | 44801 Bochum, Germany
ANFAHRT U-Bahn: U35 | Auto: A43, Abfahrt (19) Bochum Witten
AUFGABENSTELLUNG
•
•
•
SEITE | II
Darstellung der Einbausituation in Revit oder Rhino über das parametrische Modell
Ggf. Erweiterung des parametrischen Modells zur Darstellung der geplanten Trassierung
Entwicklung einer qualitativen Bewertungsmethodik für die Lagegenauigkeit von
Tunnelvortrieben
Ausgabedatum: 12.01.2017
Betreuer:
Markus Scheffer, M. Sc.
Dr.-Ing Tobias Rahm
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. Markus König
KURZFASSUNG
SEITE | III
Kurzfassung
Das immer größer werdende Interesse an der Arbeit mit Building Information Modeling (BIM) bringt
die Frage auf, welche Vorgänge mit den vorhandenen BIM-Werkzeugen verwirklicht werden können.
Um dieser Frage nachzugehen, wird in der vorliegenden Bachelorarbeit die geometrische Darstellung
eines im Schildvortrieb erstellten Tunnels realisiert, um eine nachträgliche Bewertung der
Einbauqualität durchzuführen. Für die geometrische Darstellung wird ein Ring modelliert und mit
Hilfe eines parametrischen Modells auf eine dreidimensionale Trasse gelegt. Die Modellierung und
das parametrische Modell werden mit Revit und Dynamo, zwei Programmen der Firma Autodesk,
ausgeführt. Anhand der Ringmodellierung und der Ausführung mit dem Modell, wird eine qualitative
Bewertungsmethode aufgestellt, um die Lagegenauigkeit von Tunnelvortrieben nachträglich zu
beurteilen. Die Durchführbarkeit und Eignung der Methodik wird mit Hilfe eines realen
Anwendungsfalls geprüft.
ABSTRACT
SEITE | IV
Abstract
The rapid growing interest in working conditions with Building Information Modeling (BIM) raises the
question, which processes can be realized with the available BIM-tools. To answer this question, this
bachelor thesis will observe a geometric presentation of a tunnel which was created by a shield
driving, to make a belated valuation of the installation quality. The geometric presentation is based
on a modeled ring which will be placed on a three-dimensional track by using a parametric model.
The modelling and the parametric model will be done by Revit and Dynamo, two programs from the
company Autodesk. With the help of the ring modelling and the implementation with the model, a
qualitative assessment methodology is put up to judge the situation exactness of tunnel driving
afterwards. The feasibility and suitability of the methodology is checked with the help of a real use
case.
VORWORT
SEITE | V
Vorwort
Die vorliegende Bachelorarbeit entstand in Kooperation mit der ZPP Ingenieure AG, die ihren Sitz in
Bochum hat, im Bereich Building Information Modeling und der Tacs GmbH, die die zugehörigen
Informationen, die als Grundlage für die Überprüfung der Eignung dienen, zur Verfügung gestellt
haben.
Die Modellierung wird mit den Programmen Autodesk Revit und Dynamo erfolgen, da im Rahmen
des Bachelorstudiums beide Programme durch den Lehrstuhl für Informatik im Bauwesen eingeführt
wurden, und somit eine Grundkenntnis mit dem Umgang bestand.
An dieser Stelle möchte ich mich noch bei den folgenden Personen bedanken, ohne deren
Unterstützung die Anfertigung dieser Arbeit nicht möglich gewesen wäre:
Mein besonderer Dank gilt meinen beiden Beteuern Herrn Markus Scheffer M. Sc., seitens der RuhrUniversität-Bochum, und Herrn Dr. -Ing. Tobias Rahm, seitens der ZPP Ingenieure AG, die mir stets
bei Fragen mit viel Zeit und Geduld zur Seite standen, mir geholfen und mich ermutigt haben. Auch
möchte ich mich bei Herrn Prof. Dr.-Ing. Markus König für die Ermöglichung der Bearbeitung dieser
Arbeit bedanken. Ebenso gilt mein Dank meiner Familie und meinen Freunden für das Korrekturlesen
und die mentale Unterstützung während der Bearbeitungszeit.
ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS
SEITE | VI
Abkürzungsverzeichnis
Abkürzung
Erklärung
BIM
Building Information Modeling
BCF
BIM Collaboration Format
CAD
Computer Aided Design
CSV
Comma-separated values
IFC
Industry Foundation Classes
LOD
Level of Development
LoD
Level of Detail
LoI
Level of Information
TVM
Tunnelvortriebsmaschine
XML
Extensible Markup Language (erweiterbare
Auszeichnungssprache)
INHALTSVERZEICHNIS
SEITE | VII
Inhaltsverzeichnis
Aufgabenstellung...................................................................................................................................... I
Kurzfassung ............................................................................................................................................ III
Abstract .................................................................................................................................................. IV
Vorwort ................................................................................................................................................... V
Abkürzungsverzeichnis ........................................................................................................................... VI
Inhaltsverzeichnis .................................................................................................................................. VII
1
2
Einleitung ......................................................................................................................................... 1
1.1
Motivation und Ziel der Arbeit ................................................................................................ 1
1.2
Gliederung der Arbeit .............................................................................................................. 2
Grundlagen ...................................................................................................................................... 3
2.1
BIM – Building Information Modeling ..................................................................................... 3
2.1.1
Einleitung zum Thema BIM.............................................................................................. 3
2.1.2
Vielfalt von BIM ............................................................................................................... 5
2.1.3
Level of Development...................................................................................................... 6
2.2
Tunnelbau – Schildbauverfahren ............................................................................................ 7
2.2.1
Funktionsweise des Schildvortriebes .............................................................................. 7
2.2.2
Navigation im Schildvortrieb ........................................................................................... 9
2.2.3
Erfassung der Koordinaten für die Trassierung ............................................................. 10
3
Vorgehensweise der Entwicklung einer Bewertungsmethodik .................................................... 11
4
Allgemeine Umsetzung.................................................................................................................. 16
5
4.1
Erzeugen eines Testdatensatzes ........................................................................................... 16
4.2
Allgemeines Dynamo Skript – parametrisches Modell ......................................................... 19
4.3
Ringmodellierung .................................................................................................................. 21
Herleitung einer qualitativen Bewertungsmethode ..................................................................... 35
5.1
6
Methodendiskussion ............................................................................................................. 35
5.1.1
Abweichungen und Schnittvolumen ............................................................................. 35
5.1.2
Ringdrehung .................................................................................................................. 41
5.1.3
Überstände zwischen den Ringen und der Lichtraum .................................................. 43
5.2
Überblick der Ergebnisse ....................................................................................................... 44
5.3
Aufstellen einer Bewertungsskala ......................................................................................... 46
Anwendungsfall ............................................................................................................................. 48
6.1
Tacs Ringgeometrie ............................................................................................................... 48
6.2
Plausibilitätskontrolle der realen Daten................................................................................ 53
6.3
Aufbereitung des parametrischen Modells ........................................................................... 55
INHALTSVERZEICHNIS
SEITE | VIII
6.4
Durchführung und Auswertung ............................................................................................. 59
6.5
Fazit der Bewertung .............................................................................................................. 60
7
Zusammenfassung und Ausblick ................................................................................................... 62
8
Literaturverzeichnis ....................................................................................................................... 64
Abbildungsverzeichnis ........................................................................................................................... 66
Tabellenverzeichnis ............................................................................................................................... 67
Eidesstattliche Erklärung ....................................................................................................................... 68
EINLEITUNG
SEITE | 1
1 Einleitung
1.1 Motivation und Ziel der Arbeit
Die Digitalisierung von Bauprojekten wird weltweit durch Building Information Modeling, einer
kooperativen Arbeitsmethodik, unterstütz, um somit die Effizienz und die Wirtschaftlichkeit eines
Bauprojekts zu steigern. Eine Arbeitsmethodik, durch die die Zusammenarbeit und der
Datenaustausch, mit Hilfe der durchgängigen Weiternutzung eines gemeinsam genutzten Modells,
optimiert wird. Durch die darüber hinaus, mehrmalige Wiederholungen derselben Arbeitsschritte
vermieden werden. Die Idee beruht auf gemeinsam genutzten Daten, die durch alle Beteiligten, mit
Hilfe von herstellerneutralen Datenformaten, bearbeitet und ausgetauscht werden können. Dabei
wird das Projekt vom Entwurf, über den Betrieb, bis hin zum Rückbau des Bauwerks begleitet
(Borrmann et al. 2015).
Auch in Deutschland nimmt der Trend immer mehr zu und wird in manchen Bereichen bereits
praktiziert. Die Erfahrungen mit Building Information Modeling beziehen sich auf das modellbasierte
Arbeiten im Hochbau. „Es wurden dazu entsprechende Standards und Anwendungsfälle definiert
sowie entsprechende Softwarewerkzeuge entwickelt“ (König et al. 2016).
Im Tunnelbau wurden bisher wenige Kenntnisse diesbezüglich gewonnen. Zusätzlich zu den im
Hochbau verwendeten Modellen, werden digitale Modelle in Form von Informationsmodellen
benötigt: Baugrundmodelle, Stadtmodelle, Tunnelbauwerksmodelle und Tunnelvortriebsmodelle.
Diese Modelle werden mit den im Hochbau verwendeten Modellen, wie Leistungsverzeichnissen, der
Terminplanung und der Kostenplanung erweitert. Die Ziele explizit für den Tunnelbau sind
parametrische Modellierungsansätze, Softwarewerkzeuge und eindeutige Klassifizierungen (König et
al. 2016).
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit soll herausgestellt werden, inwiefern es mit den Methoden und
Werkzeugen von Building Information Modeling (BIM) möglich ist, die Einbauqualität eines Tunnels
nachträglich zu bewerten. Es existieren bereits speziell auf BIM ausgelegte Werkzeuge für die
Modellierung. Mit diesen Werkzeugen soll ein Tunnel, durch Modellierung eines einzelnen Rings,
erstellt werden. Die Länge jedes Tunnels und die Ringgeometrie sind unterschiedlich, weshalb eine
parametrische Lösung für die dreidimensionale Darstellung von Vorteil ist. Für die Darstellung wird
ein parametrisches Modell erzeugt, dass den modellierten Ring auf eine Kurve legt. Auf Grundlage
dieses Modells und der Modellierung soll eine Bewertungsmethodik entwickelt werden. Diese soll
zur Veranschaulichung grafisch dargestellt werden. Diese Methodik wird dann auf einen realen
Datensatz angewendet, um heraus zu stellen ob die Methode sich eignet und wie genau diese ist.
EINLEITUNG
SEITE | 2
1.2 Gliederung der Arbeit
Zu Beginn erfolgt eine allgemeine Einführung in die Grundlagen von Building Information Modeling
und dem maschinellen Tunnelbau. Daraufhin wird das Vorgehen mit Hilfe eines Vorgehensmodells
allgemein beschrieben. Dazu zählen die allgemeine Umsetzung eines Testdatensatzes, der die
Datengrundlage für die Modellierung bildet, die Erstellung eines allgemein parametrischen Modells,
mit dem Koordinaten ausgelesen und dargestellt werden können und die Ringmodellierung.
Weiterführend wird eine qualitative Bewertungsmethodik hergeleitet und ein realer Datensatz auf
diese angewendet. Der reale Datensatz wird dafür vorgestellt und einer Plausibilitätskontrolle
unterzogen. Der Anwendungsfall wird ebenfalls dokumentiert und stellt eine Basis zur Beurteilung
der Bewertungsmethodik dar.
GRUNDLAGEN
SEITE | 3
2 Grundlagen
Für ein grundlegendes Verständnis der Thematik von Building Information Modeling und des
maschinellen Schildvortriebes, werden im Folgenden allgemeine Definitionen und die, für die Arbeit
relevanten, spezifischen Informationen erläutert. Angefangen bei dem Thema Building Information
Modeling, bei dem auf die Definition, die Vielfalt und den Fertigstellungsgrad eingegangen wird.
Anschließend erfolgt eine Erläuterung über den maschinellen Tunnelbau im Schildvortrieb, bei der
die Funktionsweise des Schildes, die Navigation des Schildes und die Erfassung der Koordinaten
vorgestellt werden.
2.1 BIM – Building Information Modeling
2.1.1 Einleitung zum Thema BIM
Bei jedem Bauvorhaben arbeiten verschiedene Fachplaner mit unterschiedlichen Systemen, die
eigene Datenformate benutzen. Das hat zur Folge, dass viele Informationen nicht reibungslos
übertragen werden und bei der Übertragung verloren gehen können. Bei computergestützten
Simulationen müssen alle Informationen erneut eingegeben werden, dies führt zu einem hohen
Zeitaufwand. Zudem ist die Weiternutzung oder der Austausch digitaler Informationen bisher noch
sehr gering, weil diese bevorzugt in Papierform weitergeleitet werden. Da „[…] keine einheitlichen
Klassifizierungssysteme, Datenformate oder Identifikatoren […]“ (Borrmann et al. 2015) vorhanden
sind und die Verarbeitung digitaler Informationen dadurch erschwert wird, werden diese
gezwungenermaßen manuell Interpretiert. Dementsprechend ist eine „[…] kooperative Bearbeitung
mit einer einheitlichen Informationsgrundlage kaum möglich […]“ (Borrmann et al. 2015). Das daraus
folgende Ziel ist, Modelle zur Verfügung zu stellen, die eine gemeinsame Datenbasis bilden und
auswertbar sind (Borrmann et al. 2015).
Building Information Modeling ist eine Arbeitsmethodik, bei der alle Beteiligten eines Projektes auf
Grundlage einer gemeinsamen Informationsquelle arbeiten. Diese Informationsquelle ist eine
gemeinsame Datenbank oder Plattform, auf die alle zu jeder Zeit Zugriff haben. Eine Form der
Informationsquelle kann ein digitales Modell sein, welchem kein dreidimensionales Modell
vorausgesetzt ist, sondern aus semantischen und alphanumerischen Daten, Zeichnungen,
Leistungsverzeichnissen u.v.m. bestehen kann. Durch das zentrale Modell kann sich jeder der
Beteiligten, die für sich relevanten Informationen aus diesem Modell, in dem Format, dass benötigt
wird, entnehmen und diese bearbeiten. Der Datenaustausch findet über die Datenbank oder
Plattform statt und ermöglicht so eine Gesamtheit an Informationen.
Der hohe Aufwand, am Anfang der Planung, für die Erstellung des gemeinsamen Modells, führt bei
Nachträgen in der Ausführungsphase letztlich zu einer Senkung der Kosten. Die Abbildung 2-1 zeigt
die Gegenüberstellung von der Bewirtschaftung zum Aufwand, bei der ersichtlich ist, dass die Kosten
GRUNDLAGEN
SEITE | 4
für Änderungen mit dem Aufwand für BIM gegenläufig sind. Fehler und Änderungen im Modell
können
frühzeitig
erkannt
und
verbessert
werden.
Beispielsweise
anhand
einer
4D
Bauablaufsimulation, die durch anhängen eines Zeitplans an ein 3D Modell erstellt wird. Dadurch
können Fehler im Ablauf, in der Kalkulation der Zeit und in dem Modell selber erkannt werden
(Borrmann et al. 2015).
Abbildung 2-1 BIM-Anwendungsverlagerung (Liebich et al. 2011)
Die Gesellschaft zur Digitalisierung des Planens, Bauens und Betreibens mbH, planen-bauen 4.0
definiert
BIM wie
folgt:
„Building Information Modeling bezeichnet eine
kooperative
Arbeitsmethodik, mit der auf der Grundlage digitaler Modelle eines Bauwerks die für seinen
Lebenszyklus relevanten Informationen und Daten konsistent erfasst, verwaltet und in einer
transparenten Kommunikation zwischen den Beteiligten ausgetauscht oder für die weitere
Bearbeitung übergeben werden“ (Alexander Dobrindt MdB 2015).
Building Information Modeling wird durch (Borrmann et al. 2015) als eine digitale Unterstützung
bezüglich der Planung, der Herstellung und des Betriebs von Bauwerken benannt. Zusätzlich sollen
bauprojektspezifisch BIM-Anwendungsfälle, wie die Ableitung von Plänen, die Bauablaufsimulation,
modellbasierte Mengenermittlungen, den Kollisionsprüfungen, die automatisierte Prüfung von
Normen und die Visualisierung von Details definiert werden.
Der Einsatz von BIM soll zusammen mit mobilen Endgeräten auf der Baustelle erfolgen, um somit
eine effizientere Projektsteuerung zu gewährleisten. Folglich soll dadurch eine höhere
Wirtschaftlichkeit und Termintreue erzielt werden (Borrmann et al. 2015).
GRUNDLAGEN
SEITE | 5
2.1.2 Vielfalt von BIM
Die Anwendung von BIM kann in unterschiedlicher Art ausgeführt werden. Wird BIM durch nur ein
Unternehmen praktiziert und es erfolgt keine Weiternutzung des digitalen Modells durch andere
Unternehmen, handelt es sich um „little BIM“. Die Übertragung des Modells und der zugehörigen
Informationen nach Außen werden in Papierform getätigt. „big BIM“ ist das genaue Gegenteil, die
Informationen werden über alle Phasen hinweg durchgängig mit allen Beteiligten Ausgetauscht. Der
Datenaustausch findet über Datenbanken oder Internetplattformen statt.
Abbildung 2-2 Der Entwicklungspfad von BIM (Dipl.-Ing. Christian Glatte 2016, nach Finith E. Jerning)
Der Austausch von Daten kann durch den Hersteller beeinflusst werden, indem die Software nur
herstellerspezifische Datenformate anbietet und somit nur „closed BIM“ zulässt. Bei „open BIM“
werden offene herstellerneutrale Datenformate benutzt, wodurch sich der Austausch vereinfacht.
Die Abbildung 2-2 zeigt das Ziel der gemeinsamen Arbeit im „big open BIM“ Stil.
Ein Hersteller unabhängiges Datenformat ist das IFC-Format – Industry Foundation Classes, das durch
buildingSMART, ehemals Internationale Allianz für Interoperabilität (IAI), entwickelt wurde. Das IFCFormat trägt somit zu einer Arbeit zwischen vielen Unternehmen mit unterschiedlichen Programmen
bei, dem „Big open BIM“. Ein weiteres Format, dass durch buildingSMART realisiert wurde, ist das
BIM Collaboration Format – BCF. Das BCF ist ein XML-basiertes Datenformat für die Übertragung von
modellbezogenen BIM-Informationen wie zum Beispiel Kollisionen, Änderungen oder Problemen.
Diese ausgetauschten Informationen können durch das offene Format in das Projekt integriert
werden (Borrmann et al. 2015).
GRUNDLAGEN
SEITE | 6
2.1.3 Level of Development
BIM ist eine übergreifende Arbeitsmethodik, bei der die Beteiligten durch Plattformen
kommunizieren. Der Vorteil für die Beteiligten ist, dass diese die für sich relevanten Informationen
und Daten aus dem Gesamtmodell herausnehmen können. Jeder Beteiligte benötigt eine andere
Informationstiefe bzw. Gesamtheit an Informationen. Ein Architekt benötigt andere Informationen
und Daten als ein TGA-Planer. Dementsprechend wurde ein System für die Darstellung bei der
dreidimensionalen Modellierung entwickelt, der Level of Development, kurz LOD, um ein Modell
bezüglich der Fertigstellung bewerten zu können. Der LOD wird durch zwei Bestandteile beschrieben,
dem Level of Detail – LoD, und dem Level of Information – LoI. Der LoD beschreibt den
Detaillierungsgrad und der LoI den Informationsgehalt. Es besteht kein Zwang mit dem LOD als
Ganzes zu arbeiten. Die Unterteilung in einen Informations- und Detaillierungsgrad ermöglicht die
übergreifend gemeinsame Anwendung verschiedener Stufen, so kann z.B. mit einem LoD 200 und LoI
300 gearbeitet werden (Mordue et al. 2015). Im Folgenden wird die Beschreibung des Informationsund Detaillierungsgrad nicht behandelt, stattdessen erfolgt eine für und auf den im Rahmen dieser
Arbeit vorhandenen Anwendungsfall entwickelte Definition vom Fertigstellungsgrad - LOD.
Eine grundlegend geltende Einteilung der Stufen ist bisher nicht festgelegt worden, weshalb eine
große Anzahl an Definitionen existiert. Die meisten sind in fünf Stufen unterteilt, andere besitzen nur
vier, der Grad ist jedoch immer aufsteigend. Je nach Disziplin ändern sich die Definitionen und
Einteilungen.
Abbildung 2-3 Level of Development (Diess 2015)
Der LOD 100 beschreibt einen schematischen Platzhalter in Form eines Volumenkörpers, durch den
die zu erwartende Dimension des Bauwerks dargestellt wird.
Im LOD 200 erfolgt eine allgemeine Darstellung des Ringaufbaus durch den Ringspalt, den Innen- und
Außendurchmesser. Die Maße beziehen sich auf abgeschätzte Bauwerksabmessungen.
Ab dem LOD 300 erfolgt eine Segmentierung der Ringe, die durch die Ringgeometrie hergeleitet wird.
Zusätzlich zu den vorherigen Informationen, sind der Bewehrungsgrad, das Material und die
Betonfestigkeitsklasse bekannt. Jeder Tübbing besitzt ein Dichtungsprofil, das die Dichtung zwischen
GRUNDLAGEN
SEITE | 7
den Tübbings und den Ringen gewährleistet. Auf die Darstellung des Ringspalts und der Dichtung
werden ab dem LOD 300 verzichtet, damit die Details, wie die Segmentierung, zu erkennen sind.
Der Zustand der Ausführungsplanung wird im LOD 400 beschrieben, der die Gesamtheit an
Informationen beinhaltet und eine detaillierte Darstellung mit Verschraubungen, Schraubentaschen,
Kunststoffdübel, Topf-Nocke oder Nut-Feder aufweist.
Der LOD 500 repräsentiert die As-Built Darstellung des Rings, also die Darstellung, wie der Ring
gebaut wurde. Dazu zählen auch Nischen, die für temporäre Einbauteile bei der Montage benötigt
werden.
2.2 Tunnelbau – Schildbauverfahren
2.2.1 Funktionsweise des Schildvortriebes
Schildbauverfahren sind technisch und wirtschaftlich gesehen eine Alternative zu anderen
Tunnelbaumethoden, da sie einen ausgeprägten Anwendungsbereich abdecken. Bei langen Strecken,
einer hohen Auffahrleistung, strengen Anforderungen an die Oberflächensetzungen und ungünstigen
Gebirgsverhältnissen, wie zum Beispiel kleinen Überdeckungshöhen, gering tragfähigen Bodenarten
und dem Kontakt zu Grundwasser, werden Schildvortriebe eingesetzt (Maidl 2011).
Grundlegend ist der Schildvortrieb eine zylindrische Stahlkonstruktion (siehe Markierung 1 Abbildung
2-4), die in der Tunnelachse vorgeschoben und währenddessen das Gebirge durch den Bohrkopf (s.
Markierung 2 Abbildung 2-4) abgetragen wird. Schildvortriebe besitzen gegenüber allen anderen
Vortrieben den Vorteil, schon während des Auffahrens, den Baugrund durch die Stahlkonstruktion zu
stützen. Es wird zwischen fünf Möglichkeiten der Stützung Unterschieden: die natürliche, die
mechanische, die Druckluft-, die Flüssigkeits- und die Erdstützung. Dabei wird der Widerstand gegen
den Druck des Baugrunds und das Grundwasser ebenfalls durch das Schild gewährleistet (Maidl
2011).
Hydraulikpressen (Markierung 3 Abbildung 2-4) ermöglichen dem Schild sich in Richtung der
Tunnelachse, durch abstützen an der vorhandenen Auskleidung, vorzuschieben. Der dadurch
entstandene Hohlraum wird von der Stahlkonstruktion gesichert. Der Erektor (Markierung 4
Abbildung 2-4), der sich am Ende der Konstruktion befindet, baut ein Ring aus Betonfertigteilen, aus
Tübbings, in den Hohlraum ein. Dabei werden immer so viele Pressen zurückgezogen, dass ein
Tübbing eingelegt werden kann. Nachdem dieser hineingelegt wurde, werden die Pressen wieder
ausgefahren um den Tübbing zu stabilisieren und den nächsten einbauen zu können. Der Einbau des
Rings erfolgt also im Schutze des Schildes, was dazu führt, dass ein Spalt zwischen dem Ring und dem
Gebirge verbleibt, sobald die Maschine weiterfährt. Um Setzungen und Auflockerungen möglichst
gering zu halten wird dieser Spalt verfüllt. Dementsprechend muss der Schildschwanz (Markierung 5
Abbildung 2-4) mit einer Vorrichtung ausgestattet werden, die eine Hinterfüllung bzw. eine
GRUNDLAGEN
SEITE | 8
Hinterpressung vorsieht. Die Standsicherheit, Dauerhaftigkeit und Gebrauchstauglichkeit werden
über den gesamten Nutzungszeitraum durch die Tunnelschale gewährleistet (Maidl 2011).
Abbildung 2-4 Einfachschild-TVM (Herrenknecht AG)
Schildvortriebe werden zwischen dem manuellen Abbau im Handschilden, der nur bei
Ausnahmefällen, wie bei kurzen Strecken zum Einsatz kommt, und dem Einsatz von Maschinen
unterschieden. Diese werden dann erneut differenziert zwischen Schildvortrieben mit Vollschnittbau,
mittels Schneidrad und welchen mit teilflächigem Abbau, mittels Fräse und Bagger (Maidl 2011). Eine
weitere Unterteilung erfolgt über die Ortsbruststützung. Diese und weitere Unterscheidungskriterien
werden in den Empfehlungen zur Auswahl von Tunnelvortriebsmaschinen des Deutschen
Ausschusses für unterirdisches Bauen e. V. (DAUB) detailliert beschrieben (Arbeitsgruppe
„Empfehlungen zur Auswahl von Tunnelvortriebsmaschinen“ 2010).
Das abgebaute Material wird durch ein Fördersystem von der Ortsbrust aus durch den Schild raus
befördert. Die Markierung 6 der Abbildung 2-4zeigt ein Maschinenband, durch das das abgebaute
Material zum Fördersystem transportiert wird, welches sich hinter dem Schild befindet. Das durch
den Räumer (Markierung 8) gesammelte Bohrklein, gelangt durch einen Muckring (Markierung 7) auf
das Förderband. Die Art des Gebirges, der Ortsbruststützung und die der Abbaumethode entscheiden
über die Wahl des Fördersystems. Es werden drei Hauptgruppen unterschieden, die
Trockenförderung, die Flüssigförderung und die Dickstoffförderung. Diese basieren darauf, dass der
Schutt über Leitungen, Bänder, Transporter oder gleisgebundene Systeme befördert wird (Maidl
2011).
GRUNDLAGEN
SEITE | 9
2.2.2 Navigation im Schildvortrieb
Standardmäßig verfügt jede Tunnelvortriebsmaschine über ein Navigationssystem, mit dessen Hilfe
sie gesteuert wird. Das Navigationssystem übergibt die aktuellen Informationen zu der Richtung, der
Station und der Position der Maschine (Maidl 2011).
Die Lage der Tunnelvortriebsmaschine wird mit Hilfe von Referenzpunkten der Hauptachsen
bestimmt. Die Referenzpunkte werden im globalen System und in Bezug auf die geplante Achse
ermittelt. Dabei ist die Anzahl der Referenzpunkte (zwei oder drei) der Schildachse, zur Ermittlung
der Lage und des Abstandes zur Solltrasse, abhängig von dem Maschinentypen. Zusätzlich werden
Informationen zu dem Gier Winkel/Neigungswinkel, den Tendenzen, der Verrollung und der
Längsneigung gefordert und durch das System übergeben (Maidl 2011).
Gebräuchlich sind Navigationssysteme mit Lasertheodoliten und automatischer Zieltafelverfolgung,
die von der Steuerkabine aus bedient werden. Vortriebsbedingt kann sich die Steuermaschine auch
über Tage befinden. Der Schildfahrer kann von der Steuerkabine aus die Maschine anhand der stets
aktuellen Informationen über die Lage, die Position und Tendenzen, die auf dem Steuerpult
dargestellt werden, steuern (Maidl 2011).
Hauptsächlich gibt es Navigationssysteme mit:
•
Vortriebslaser und automatischer Zieltafel
•
Kreiselsystem und Schlauchwasserwaage
•
Totalstation und Zieltafel
•
Totalstation und Prismen
Das am meisten genutzte Navigationsverfahren, ist das System mit Totalstation und Zieltafel. Die
Totalstation wird an der Tunnelwand befestigt und anhand von bekannten Koordinaten ausgerichtet.
Wird die Totalstation an einem Tübbing befestigt, muss diese in einem stabilen Bereich und nicht zu
weit hinter der Maschine eingerichtet werden. Der Laser wird automatisch auf die sich im Schild
befindende Zieltafel gerichtet (Abbildung 2-5). Die Position des Auftreffpunktes und der
Einfallswinkel werden durch die Zieltafel erfasst und an den Navigationsrechner weitergeleitet.
Anhand eines Prismas oder Reflektors an der Zieltafel wird die Entfernung zur Totalstation gemessen.
Zur Kontrolle der Position werden regelmäßig automatische Richtungskontrollmessungen zu einem
rückwärtigen Prisma getätigt (Maidl 2011).
GRUNDLAGEN
SEITE | 10
Abbildung 2-5 Navigationssystem mit Totalstation und Zieltafel (VMT GMBH)
2.2.3 Erfassung der Koordinaten für die Trassierung
Während des Vortriebs wird die Maschine durch ein Navigationssystem navigiert und gleichzeitig
werden die Korrekturkurve, die TVM- und Ring-Position gemessen.
Abbildung 2-6 Empfängerstation eines Rohrvortriebs (tacs GmbH)
Die Koordinaten entstehen durch den Abstand des eintreffenden Laserstrahls auf den zwei
Empfänger-Membranen der Zieltafel (Abbildung 2-6). Der Empfänger besteht aus einer vorderen
durchlässigen und einer hinteren undurchlässigen Membran. Durch die Abstände der Punkte, in x-, yund z-Richtung, auf den Membranen errechnen sich die Koordinaten. Die Laser Total Station wird an
einem Referenzpunkt und die Empfängerstation am TVM-Kopf installiert. Fährt die TVM komplett
geradeaus, liegen die Punkte genau aufeinander, wenn die Membranen aufeinandergelegt werden.
Die Ring-Position wird durch die Koordinaten wiedergegeben, diese beziehen sich auf die zum Schild
gerichtete Seite (Maidl 2011).
VORGEHENSWEISE DER ENTWICKLUNG EINER BEWERTUNGSMETHODIK
SEITE | 11
3 Vorgehensweise der Entwicklung einer Bewertungsmethodik
Die Vorgehensweise wird, wie in Abbildung 3-1 dargestellt ist, in sieben Hauptgruppen unterteilt. Als
erstes erfolgt eine Vorstellung von den Zielen und den damit verbundenen Anforderungen. In einem
zweiten Schritt werden die Umsetzung der Modellierung, der Programmierung und der Wahl der
Software, sowie die Daten, die für die Zielerreichung notwenig sind, vorgestellt. Daraufhin erfolgt die
Entwicklung der Bewertungsmethodik. Im Anschluss wird ein realer Anwendungsfall durchgeführt
und auf dieser grundlage dieser Ergebnisse die Bewertungsmethode beurteil.
Abbildung 3-1 Vorgehensmodell
Ziele
Das Hauptziel ist die Entwicklung einer Methodik zur nachträglichen Bewertung der Einbauqualität
bezogen auf die Lagegenauigkeit der Ringe, die grafisch dargestellt werden soll. Für die Methodik
werden Kriterien aufgestellt, durch die die Einbauqualität beurteilt wird.
VORGEHENSWEISE DER ENTWICKLUNG EINER BEWERTUNGSMETHODIK
SEITE | 12
Anforderungen
Die Anwendung einer Bewertung fordert eine Basis auf der bewertet werden kann. Die Basis bildet
hier ein dreidimensionales Modell eines Tunnels und ein parametrisches Modell, das zur
geometrischen Orientierung des Modells dient. Für das parametrische Modell werden Eingangsdaten
benötigt. Dafür soll ein Testdatensatz erzeugt werden, anhand dem die gesamte Modellierung
erfolgt.
Die Bewertungsmethode soll durch die modellbasierten Möglichkeiten, mit Hilfe
des
Testdatensatzes, hergeleitet werden. Dazu soll auf jedes Kriterium näher eingegangen und die im
Rahmen der Modellierung mögliche Auswertung erklärt werden. Im Anschluss erfolgt dann eine
Zusammenstellung aller erarbeiteten Ergebnisse in einer Übersicht.
Umsetzung
Für die Verwirklichung der dreidimensionalen Tunneltrassierung, muss ein parametrisches Modell für
den Ring erstellt werden. Die Darstellung erfolgt mit Autodesk Revit.
Autodesk Revit, kurz Revit, ist eine extra für BIM entwickelte Einzelsoftware für die parametrische
Modellierung (Autodesk Knowledge Network). Bei der Installation ist automatisch eine Bibliothek
dabei, die aus einer großen Auswahl an Elementen besteht. Diese Elemente sind in Familien
unterteilt, die wiederum in Typen eingeteilt und in Exemplaren definiert sind. Zusätzlich bietet die
Software Vorlagen um eigene Familien zu erstellen. Die Anwendung umfasst die Bereiche
Architektur, Ingenieurbau, Gebäudetechnische Planung und Fertigung, Bauausführung und
Interoperabilität (Revit Community 2017). Revit ermöglicht eine effektivere Zusammenarbeit durch
die automatische Anpassung und Abstimmung der Informationen, bei gleichzeitiger Arbeit am
gemeinsam genutzten Modell, in Echtzeit (Mensch und Maschine Deutschland GmbH 2016).
Als spezielles BIM-Werkzeug unterstützt Revit herstellerneutrale CAD-Formate (DGN, DWF™, DWG™,
DXF™, IFC, SAT und SKP), Bildformate (BMP, PNG, JPG, AVI, PAN, IVR, TGA und TIF) und weitere
Formate (ODBC, HTML, TXT, MDB, XLS und gbXML) (Revit Community 2017). Durch die aufgeführten,
herstellerneutralen Datenformate unterstützt Revit die kooperative Arbeit in Projekten und somit
auch die Arbeit im „big open BIM“ Stil.
Eine Vorlage explizit für die Erstellung eines Tunnelrings ist nicht vorhanden. Deswegen soll eine
allgemeine Vorlage verwendet werden, die drei vordefinierte Referenzebenen besitz, jeweils eine
Ebene in x-, y- und z-Richtung. Die Darstellung des Rings soll im LOD 200 erfolgen. Um die Daten der
Trassierung einzulesen und die Familie auf jeden Punkt zu legen, wird das Programm, Dynamo, dafür
verwendet.
Dynamo ist eine Software für die visuelle Programmierung und eine auf open-source basierende
Erweiterung von Revit, die eine Schnittstelle zu Revit verschafft. Bei visueller Programmierung
werden fertige Code-Blöcke so miteinander verknüpft, dass sie eine logische Einheit ergeben und
bestimmte Aufgaben erfüllen. Durch Dynamo kann der Benutzer (Secerbegovic 2015a):
VORGEHENSWEISE DER ENTWICKLUNG EINER BEWERTUNGSMETHODIK
•
Komplexe parametrische Geometrien erstellen
•
Geometrien analysieren
•
Geometrie parametrisieren durch die Analysedaten
•
externe Daten direkt importieren und exportieren
•
Datamining und Auswertungen
•
Direkt auf die Revit Programmierschnittstelle (API) zugreifen und somit
o
Revit-Geometrie erzeugen und analysieren
o
Native Revit-Familien platzieren
o
Variationen von zum Beispiel Parametern ermöglichen
SEITE | 13
Zu unterscheiden ist das Plug-In Dynamo für Revit von Dynamo Studio. Hierbei handelt es sich um
eine eigenständige Software, die nach demselben Prinzip funktioniert. Aber auf Grund der nicht
vorhandenen Schnittstelle zu einer anderen Anwendung, wie zum Beispiel Revit, können Daten in
Form von Geometrien oder Befehlen, wie zum Beispiel Familien und ihre Parameter, weder
abgerufen noch verwendet werden (Secerbegovic 2015b, 2015b; König et al. 2016).
Als nächstes soll das Dynamo Skript erstellt werden. Dazu wird im Revit Projekt das Dynamo Plug-In
(s. Abbildung 3-2) geöffnet. Alles was in Dynamo erstellt wird, ist nur auf das offene Projekt bezogen.
Es erscheint ein neues Dialogfeld, in dem eine Ebene mit Koordinatenursprung zu sehen ist (s.
Abbildung 3-3). Das Programmieren erfolgt hier visuell durch die in der Bibliothek vordefinierten
Blöcke. Ebenfalls ist es möglich mit dem Code-Block Befehle selber zu schreiben, durch den PythonBlock zu programmieren oder weitere Pakete herunterzuladen. Die dreidimensionale Tunneltrasse
entsteht durch das Einlesen der Koordinaten aus einer Excel Datei und das Verbinden dieser Punkte
durch eine Linie. Die Familie wird dann eingelesen und durch Start- und Endpunkte auf die Kurve
gelegt. Während der Programmierung wird das dreidimensionale Modell nur in Revit und die 3DKurve in Dynamo und Revit dargestellt.
Abbildung 3-2 Dynamo Plug-In in Revit - Ausschnitt
VORGEHENSWEISE DER ENTWICKLUNG EINER BEWERTUNGSMETHODIK
SEITE | 14
Abbildung 3-3 Dynamo Ansichtsfenster
Daten
Die Datengrundlage zur Überprüfung des erstellten Modells bildet ein Testdatensatz, der eigens
angefertigt wird. Das Vorgehen, wie der Datensatz erzeugt wird, soll dokumentiert werden. In einem
weiteren Schritt müssen die Daten aufbereitet werden, weil diese in Form eines ganzen Punktes
vorliegen und das Modell einzelne Koordinaten einlesen soll. Anschließend wird das Modell auf einen
Anwendungsfall mit echten Daten geprüft. Die Datengrundlage bildet ein Datensatz einer
Vortriebsmaschine, der von der Tacs GmbH zur Verfügung gestellt wurde. Die relevanten
Informationen in diesem Datensatz müssen wiederum bezüglich ihrer Qualität geprüft werden, um
einheitliche Voraussetzungen für die Bewertung zu gewährleisten.
Bewertungsmethodik
Die Bewertungsmethodik wird entwickelt, indem herausgestellt wird, welche Kriterien zur
Beurteilung der Einbauqualität notwendig sind. Diese werden dann in das parametrische Modell
implementiert. Die Implementierung wird durch die Beschreibung des Vorgehens und Abbildungen
dokumentiert.
VORGEHENSWEISE DER ENTWICKLUNG EINER BEWERTUNGSMETHODIK
SEITE | 15
Anwendungsfall
Die herausgestellte Bewertungsmethode soll dann, anhand des realen Datensatzes angewendet und
die Ergebnisse ausgewertet werden, um durch die Ergebnisse rückschlüssig die Anwendbarkeit der
Methode zu beurteilen.
Beurteilung der Bewertungsmethode
Der Anwendungsfall bildet die Argumentationsgrundlage für die Beurteilung der Methode auf die
Eignung und die Genauigkeit.
ALLGEMEINE UMSETZUNG
SEITE | 16
4 Allgemeine Umsetzung
In diesem Kapitel werden die allgemeine Umsetzung des Modells und die Aufbereitung der Daten
behandelt. Angefangen bei der Erstellung eines Testdatensatzes, der sich an den relevanten
Informationen aus dem realen Datensatz orientiert, folgt die visuelle Programmierung eines
allgemeinen Skriptes. Im Anschluss erfolgt eine Diskussion über die Möglichkeiten der
Ringmodellierung. Die Ausführung wird dokumentiert und mit Abbildungen belegt.
4.1 Erzeugen eines Testdatensatzes
Der benötigte Testdatensatz muss jeweils Koordinaten für eine geplante und für eine ausgeführte
Trassierung enthalten. Im einfachsten Fall besitzen die geplanten und die ausgeführten Koordinaten
dieselben Punktabstände. Die geplante Trasse der realen Daten wurde als Klothoide angefertigt,
deswegen wurde alle 0.5m ein Punkt auf der Klothoide aufgenommen. Damit die Auswertung der
realen Daten erfolgen kann, werden die Testdaten ebenfalls auf diesen Zustand ausgelegt. Eine
ausführliche Erläuterung zu den realen Daten erfolgt in Kapitel 6.
Der Umfang der Testdaten wird nach Belieben auf eine übersichtliche Anzahl von 21 Punkten
festgelegt. Erfolgt die Bewertung dieser 21 Punkte ohne Einschränkungen, so kann diese auch auf
eine hohe Anzahl von Punkten angewendet werden. Die ausgeführten Koordinaten sollen einen
direkten Abstand von 1.2m aufweisen und die der geplanten einen von 0.4m. Ebenfalls werden
Abweichungen am ersten Punkt der Trasse berücksichtigt, weil die Bewertung auch auf eine Anzahl
von Ringen angewendet werden soll, die einen Ausschnitt in der Trassierung darstellen und somit
nicht gewährleistet ist, dass beide Startpunkte auf demselben Punkt liegen.
Der Datensatz wird in Dynamo erstellt und auf die Anforderungen der Abstände mit 1.4m und 0.4m
kontrolliert. Die Wahl der Koordinaten erfolgte willkürlich. Abbildung 4-1 und Abbildung 4-2 zeigen
Ausschnitte aus dem Dynamo Skript, in dem Punkte jeweils für den gebauten und geplanten Tunnel
erstellt werden. Mit dem „Sequence“ Block wird eine Zahlenfolge in Form einer Liste für die x-Werte
von „amount“ Zahlen erstellt, die bei „start“ anfängt und mit einem Abstand von jeweils „step“
Werte berechnet. Für den geplanten Tunnel, der mit 0.4m Abständen vorausgesetzt wird, werden 58
Werte ausgegeben, die bei 1.05m anfangen und einen Abstand von 0.3939m aufweisen. Für den
gebauten Tunnel werden 21 Werte ausgegeben, die bei 1.03m anfangen und einen Abstand von
1.184m haben.
ALLGEMEINE UMSETZUNG
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Abbildung 4-1 Testdaten - geplanter Tunnel
Abbildung 4-2 Testdaten - gebauter Tunnel
Der Y-Wert wird durch einen „Code Block“ erstellt, der die gegebene Anzahl an Werten von einem
Bereich wiedergibt. Für den geplanten Tunnel sind es 63 Zahlen in dem Bereich von -0.03m bis 1.03m und für den gebauten 21 Zahlen von 0m bis -1m.
Der Z-Wert wird ebenfalls durch eine Zahlenfolge erstellt, jedoch wird ein anderer Block dafür
verwendet. Die Zahlen in dem rechten „Code Block“ (Abbildung 4-1 und Abbildung 4-2) stehen für
den Start-wert, die Anzahl der Werte und die Schrittzahl. Also entspricht das, für den geplanten
Tunnel, 58 Werten, die bei 50m anfangen und eine Schrittzahl von 0.07m haben. Für den gebauten
Tunnel sind es 21 Zahlen, die bei 50.03m anfangen und eine Schrittzahl von 0.2m besitzen.
Damit die Punkte in das eigentliche Skript eingelesen werden können, werden die Daten in eine Excel
Datei exportiert. In den folgenden Abbildung 4-3 und Abbildung 4-4 ist der Vorgang für den Export
dargestellt. Dynamo besitzt einen vordefinierten Block, mit dem Daten in eine Excel Datei, durch
Angabe der Daten und der Zieldatei, übertragen werden können. Der Tabellenname ist vom Typ her
ein Text und muss deswegen in dem „Code Block“ Block mit Anführungszeichen hinterlegt werden,
sonst muss ein „String“ Block benutzt werden, der auf Texte ausgelegt ist.
ALLGEMEINE UMSETZUNG
SEITE | 18
Abbildung 4-3 Export Testdaten – geplant
Abbildung 4-4 Export Testdaten – gebaut
Die exportierten Punkte liegen in einer Spalte, jeweils als ein Zeileneintrag vor und müssen soweit
aufbereitet werden, dass jede x-, y- und z-Koordinate eines Punktes, in einer eigenen Spalte steht. In
der Excel Datei selbst ist es möglich den Punkt, der in einer Spalte steht, in die drei Koordinaten, die
jeweils in einer eigenen Spalte stehen, aufzuspalten. Das Vorgehen dazu wird nicht dokumentiert.
Eine weitere Information, die in dem Testdatensatz für die spätere Bewertung erforderlich ist, ist die
Ringdrehung. Die Ringdrehung kann auf verschiedene Weise dargestellt werden. Zum einen als eine
Bezeichnung die vorher festgelegt wurde, z.B. Ring1-16, wenn der Ring in 16 verschiedenen Winkel
angeordnet wird. Zum anderen als ein Wert, also eine Zahl in einer Winkeleinheit, um die der Ring
gedreht wurde.
Für den Testdatensatz werden Zahlen von 1-9 gewählt, die repräsentativ für einen beliebigen Winkel
stehen. Diese Zahlen werden beliebig zu den Punkten zugewiesen. Dabei werden zwei Spalten
erzeugt, die dieselben Zahlen enthalten, wobei eine geringe Anzahl in der zweiten Spalte, z.B. fünf,
von den Zahlen in der ersten Spalte abweichen sollen.
ALLGEMEINE UMSETZUNG
SEITE | 19
Tabelle 1 Testdatensatz
x
y
z
1,030
2,214
3,398
4,582
5,766
6,950
8,134
9,318
10,502
11,686
12,870
14,054
15,238
16,422
17,606
18,790
19,974
21,158
22,342
23,526
24,710
0
-0,05
-0,1
-0,15
-0,2
-0,25
-0,3
-0,35
-0,4
-0,45
-0,5
-0,55
-0,6
-0,65
-0,7
-0,75
-0,8
-0,85
-0,9
-0,95
-1
Soll
50,030
50,230
50,430
50,630
50,830
51,030
51,230
51,430
51,630
51,830
52,030
52,230
52,430
52,630
52,830
53,030
53,230
53,430
53,630
53,830
54,030
Ist
2
3
5
1
8
9
4
3
5
7
8
3
2
4
6
7
3
1
7
9
6
3
4
5
1
8
9
4
5
6
7
8
3
2
4
6
7
3
7
7
9
6
4.2 Allgemeines Dynamo Skript – parametrisches Modell
Im Folgenden wird ein allgemeines parametrisches Modell programmiert, das zwei Hauptaspekte
beinhaltet. Zum einen das Abrufen der Koordinaten aus einer Excel Datei und zum anderen die
Darstellung der 3D Kurve durch Erzeugen von Punkten. Die nachstehende Abbildung 4-5 zeigt im
Überblick das fertige Skript.
1
2
Abbildung 4-5 Übersicht allgemeines Skript
Die roten Markierungen in der Übersicht begrenzen die beiden Hauptaspekte. In der Markierung 1
(Abbildung 4-6) sind 6 Blöcke zu erkennen. Die ersten vier von links sind für das Einlesen der Daten
zuständig. Die Datei wird durch den Dateipfad ausgewählt, mit dem „File.FromPath“ Block
ALLGEMEINE UMSETZUNG
SEITE | 20
aufgerufen und mit Hilfe des Tabellennamens eingelesen. Der Tabellenname wird in dem leer
dargestellten „String“ Block eingetragen. Der Vorgang des Einlesens wird durch „Excel.ReadFromFile“
ermöglicht. Die Datei beinhaltet in den ersten zwei Zeilen die Beschriftung der Koordinaten und eine
Leerzeile, weswegen die ersten beiden Zeilen gelöscht werden müssen. Das Löschen erfolgt durch
zwei aufeinander folgende „List.RestOfItems“ Blöcke. Die eingelesenen Daten werden in Form von
Listen wiedergegeben. Dynamo ist ein nullbasiertes Programm. Das bedeutet, dass der erste Eintrag
immer mit einer Null nummeriert wird.
Abbildung 4-6 Markierung 1
Die Markierung 2 (Abbildung 4-7) zeigt die Blöcke auf, durch die die Koordinaten abgerufen und die
Punkte erzeugt werden. Da die Daten durch Dynamo zeilenweise eingelesen werden, müssen die
Zeilen mit den Spalten vertauscht werden, damit die Koordinaten jeweils in einer eigenen Liste sind
und abgerufen werden können. Das Vertauschen erfolgt durch den „List.Transpose“ Block. Mit Hilfe
des „List.GetItemAtIndex“ Blocks kann durch Angabe des Indexes, ein Wert aus einer Liste bzw. eine
Unterliste abgerufen werden. Der Index entspricht der Spaltennummer in der Excel Datei. Die xKoordinaten liegen in der ersten Spalte vor, weswegen diese den Index 0 besitzen. Der Index für die
y- und z-Koordinaten sind auf demselben Weg zu erschließen. Anschließend werden durch die
Koordinaten, die Punkte der Kurve dargestellt. Der „Points.ByCoordinates“ Block erzeugt Punkte
durch Angabe von drei kartesischen Koordinaten.
ALLGEMEINE UMSETZUNG
SEITE | 21
Abbildung 4-7 Markierung 2
4.3 Ringmodellierung
Für die im LOD 200 zu erstellende Darstellung eines Tunnels, wird eine adaptive Revit Familie
erzeugt. Laut Definition im Kapitel 2.1.3, wird der LOD 200 als allgemeiner Aufbau mit abgeschätzten
Bauwerksabmessungen beschrieben. Die Ringgeometrie ist erst ab dem LOD 300 im Zusammenhang
mit der Segmentierung vorhanden. Damit die dreidimensionale Modellierung erfolgen kann, werden
die Maße für die Breite und die Radien berücksichtigt. Die Segmentierung fließt nicht mit in das
Modell ein.
Eine adaptive Familie ist ein sich anpassendes Bauteil mit Einfügepunkten, die eigenständig definiert
werden. Die Familie wird durch platzieren der Punkte abgelegt. Wird das Modell, auf dem die Familie
platziert wurde verändert, so ändert sich einhergehend die Geometrie der adaptiven Familie mit. Der
LOD 200 beschreibt ein Modell in einer allgemein gültigen Darstellung, sodass erkennbar ist, welche
Art von Bauteil gemeint ist, jedoch ohne Details. Für die Erstellung des Rings wird die Vorlage
„Allgemeines Modell adaptiv (metrisch)“ gewählt.
Der Testdatensatz gibt für jeden Ring nur einen gemessenen Punkt aus. Der gemessene Punkt wird
auf der zum Schild gewandten Seite aufgenommen, sodass der Ring an dem Punkt eingefügt und auf
den rückläufigen Ring ausgerichtet wird. Darauf Bezug nehmend wird im ersten Schritt ein Ring
modelliert, der einen Einfügepunkt besitzt. Im Anschluss muss in einem zweiten Schritt das
allgemeine Skript erweitert werden, um die Familie auf die Punkte ablegen zu können.
Die Basis für den Ring bilden zwei Referenzpunkte (Abbildung 4-8), von denen einer als adaptiv
definiert wird. Dieser dient als Einfügepunkt und besitzt einer Nummerierung. Bei mehreren adaptive
Punkten entscheidet die Nummerierung über die Reihenfolge, in der die Familie abgelegt wird.
ALLGEMEINE UMSETZUNG
SEITE | 22
Abbildung 4-8 Referenzpunkte und adaptive Punkte
Als nächstes werden Kreise in Form von Referenzlinien mit dem Innen- und Außenradius, eine
Bemaßung an jedem Kreis und zwischen den Referenzpunkten erstellt (Abbildung 4-9). Die
Bemaßung dient im nächsten Schritt der Festlegung von Parametern. Diese erfolgt durch auswählen
der Bemaßung und erzeugen eines Parameters durch die Parametereigenschaften (Abbildung 4-10).
Der Innen- und Außenradius, sowie die Breite werden als Parameter erstellt, damit diese anpassbar
sind.
Durch die äußeren Referenzkreise wird ein Volumenkörper (Abbildung 4-11) und durch die inneren
ein Abzugskörper (Abbildung 4-12) erstellt, die den Ring definieren. Der fertige Ring kann durch die
Parameter bezüglich der Radien und der Breite geändert werden.
Abbildung 4-9 Kreise durch Referenzlinien und Bemaßung
ALLGEMEINE UMSETZUNG
SEITE | 23
Abbildung 4-10 Parametereigenschaften
Abbildung 4-11 Volumenkörper durch Außenradius
ALLGEMEINE UMSETZUNG
SEITE | 24
Abbildung 4-12 Ring durch Abzugskörper
Des Weiteren werden Exemplar-Parameter erzeugt, die jedem Ring Informationen zuweisen. Dazu
zählen die Ringnummern, die eingebaute Ringposition und das Material. Die Zuweisung des Datums
und der Uhrzeit des Einbaus, sind ebenfalls relevante Informationen, die jedoch durch Dynamo nicht
richtig eingelesen werden können. Abbildung 4-13 zeigt links das eingelesene Datum, welches durch
Dynamo eine Uhrzeit zugewiesen bekommt, die so nicht vorhanden ist, und recht die eingelesene
Uhrzeit, die als eine Dezimalzahl wiedergegeben wird.
Um den Parameter zu erzeugen, muss das Eigenschaftenfenster „Familientypen“ geöffnet werden
(Abbildung 4-14). In diesem Fenster befindet sich unten links ein Symbol, das aussieht wie ein Blatt
Papier mit einem gelben Stern oben links. Durch dieses Symbol werden die Parametereigenschaften
geöffnet, in denen ein Parameter durch Angabe der Parameterdaten erstellt werden kann. Besonders
zu beachten ist, dass die Auswahl „Exemplar“ ausgewählt wird, damit jedem Ring ein anderer Wert
zugeordnet werden kann. Exemplar-Parameter sind durch den Namensanhang „(Vorgabe)“
gekennzeichnet.
ALLGEMEINE UMSETZUNG
SEITE | 25
Abbildung 4-13 Datum und Uhrzeit des Einbaus – Dynamo
Abbildung 4-14 Familientypen
ALLGEMEINE UMSETZUNG
SEITE | 26
Erweiterung des allgemeinen Skripts
Das allgemeine Skript muss durch Blöcke erweitert werden, die es erlauben die Familie aufzurufen
und auf die Punkte abzulegen und die die Parameter der Familie steuern können.
Die Abbildung 4-15 zeigt die Erweiterung des Skripts mit einem „Family Types“ Block, der die Familie
aufruft und einem „AdaptiveComponent.ByPoints“ Block, der die Familie auf alle Punkte ablegt, die
mit dem Block verbunden werden. Durch Angabe des Parameternamens und des gewollten Wertes,
wird durch „Element.SetParameterbyName“ die Breite auf 1.2m gesetzt. Für die ExemplarParameter, die jedem Ring eine andere Information zuweisen sollen, werden bis auf den Code Block,
dieselben Blöcke benutzt. Damit jeder Ring eine andere Information zugewiesen bekommt, muss
eine Liste mit den Informationen vorhanden sein. Diese wird, durch Angabe des richtigen Indizes, aus
der Liste, die alle Informationen beinhaltet, abgerufen (Abbildung 4-16). Zu beachten ist dabei, dass
der „AdaptiveComponent.ByPoints“ Block mit dem Eingang „element“ verbunden wird, und nicht der
Familientyp.
Abbildung 4-15 Erweiterung des allgemeinen Skripts - Ring ablegen
Abbildung 4-16 Exemplar-Parameter
ALLGEMEINE UMSETZUNG
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Durchführung
Nach Auswahl des Datenpfades und des Tabellennamens, wird das Skript mit der erstellten Familie
ausgeführt. Das Ergebnis sind Ringe, die an dem Punkt abgelegt wurden, sich jedoch nicht an den
Punkt davor ausrichten (Abbildung 4-17). Die abgelegte Familie richtet sich immer nach dem globalen
Koordinatensystem aus. Die Ausrichtung erfordert eine erneute Erweiterung des Skriptes.
Abbildung 4-17 Tunnelmodell 1
Die Drehung einer Familie kann in Dynamo nur um die Z-Achse erfolgen. Die Erweiterung des Skripts
ist in Abbildung 4-18 zu sehen. Der Eingang für den „FamilyInstance.ByFamilyType“ Block ist der
Familien Typ, also die Familie selbst. Die Rotation erfolgt dann mit dem „FamilyInstance.SerRotation“
Block durch Angabe des Winkels. Das Resultat der Drehung ist in Abbildung 4-19 zu erkennen. Die
Ringe werden zum einen nur um die z-Achse und zum anderen um denselben Winkel gedreht.
Abbildung 4-18 Ringdrehung
ALLGEMEINE UMSETZUNG
SEITE | 28
Abbildung 4-19 Ergebnis der Drehung
Damit die Ausrichtung richtig ist, muss jeder Ring um einen anderen Winkel und um alle drei Achsen
gedreht werden. In Dynamo gibt es nur Blöcke für die Rotation einer Geometrie um eine gewählte
Achse. Wird die Geometrie der Familie abgerufen und ausgerichtet, so verliert der Ring alle vorher
enthaltenen Eigenschaften, weil nur die Geometrie als Importinstanz in Revit importiert wird.
Ausrichten ohne die Familie zu drehen
Eine Möglichkeit die Familie so abzulegen, dass diese sich selbst zum Punkt davor ausrichtet, ist ein
zweiter adaptiver Punkt. Die Eigenschaft adaptiv zu sein, gibt dem Punkt die Aufgabe als
Einfügepunkt zu gelten. So kann der zweite Referenzpunkt als adaptiv definiert werden und die
Familie legt sich immer durch zwei Punkte ab. Dementsprechend müssen die Punkte so vorliegen,
dass immer ein Start- und ein Endpunkt vorhanden ist. Denn jeder Endpunkt ist für den nächsten
Ring der Startpunkt.
Die Änderung der Familie beruht lediglich darauf den zweiten Punkt, in demselben Schritt (Abbildung
4-8), in dem der erste als adaptiv definiert wurde, ebenfalls als adaptiv zu definieren (Abbildung
4-20). Das Skript wiederum muss so angepasst werden, dass eine Liste aus Start- und Endpunkten
vorliegt.
ALLGEMEINE UMSETZUNG
SEITE | 29
Abbildung 4-20 Ring mit zwei adaptiven Punkten
Die Start- und Endpunkte werden durch die Ausgabe einer Unterliste aus der Punktliste erzeugt. Die
Startpunkte beinhalten alle Punkte bis auf den letzten. Die Endpunkte fangen beim zweiten Punkt an
und enden beim letzten. Durch den „List.Slice“ Block (Abbildung 4-21) werden die Einträge einmal
vom ersten bis zum vorletzten und einmal vom zweiten bis zum letzten ausgegeben. Damit die
Unterliste bis zum letzten Punkt ausgegeben wird, wird die Anzahl der Einträge durch „List.Count“
ermittelt. Für den vorletzten Punkt wird ein Eintrag von „List.Count“ abgezogen. Das Ziel ist eine Liste
mit jeweils zwei Einträgen, dafür müssen die Start- und Endpunkte zuerst in eine gemeinsame Liste
übertragen werden. In Abbildung 4-21 ist ein „List.Create“ Block zu erkennen, dieser führt
Eingangsdaten zu einer Liste zusammen. Die Punkte liegen dann in zwei Listen mit den jeweiligen
Einträgen vor. Durch den „List.Transpose“ Block werden die Zeilen mit den Spalten vertauscht und es
werden jeweils zwei Punkte einer Liste zugeordnet (Abbildung 4-22).
ALLGEMEINE UMSETZUNG
SEITE | 30
Abbildung 4-21 Start- und Endpunkte
Abbildung 4-22 Listendarstellung der Start- und Endpunkte
Der Vorteil von zwei adaptiven Punkten ist gleichzeitig auch ein Nachteil. Durch die definierten Startund Endpunkte wird jeder Ring genau auf den Punkten abgelegt. Das bedeutet aber auch, dass der
Ring sich mit dem Abstand der Punkte anpasst und somit die Geometrie nicht konstant bleibt. Die
Anordnung der Ringe ist in Abbildung 4-23 dargestellt.
ALLGEMEINE UMSETZUNG
SEITE | 31
Abbildung 4-23 Tunnelmodell 2
Ausrichten ohne die Ringgeometrie zu verändern
Die Lösung mit zwei adaptiven Punkten weist eine korrekte Ausrichtung des Ringes auf, allerdings
wird Geometrie verändert und die Drehung in der Ringachse selbst kann ebenfalls nicht dargestellt
werden. Das Ziel ist eine konstant bleibende Ringgeometrie. Um die Eigenschaften beider Varianten
aufzugreifen, werden drei Referenzpunkte verwendet. Zwei dieser Punkte, die äußeren, werden als
adaptiv definiert und der innere ist für die konstant bleibende Ringgeometrie verantwortlich. Durch
diese Anordnung wird verhindert, dass die Ringgeometrie verändert wird. Der erste Referenzpunkt
(in Abbildung 4-24 links) bekommt den Parameter „Breite“ zugewiesen, damit die Breite an die
verbaute Ringgeometrie angepasst werden kann. Der dritte Punkt muss auf derselben Ebene erstellt
werden, weist jedoch kein bestimmtes Maß auf.
Abbildung 4-24 Schritt 1 – Referenzpunkte erstellen
ALLGEMEINE UMSETZUNG
SEITE | 32
Als Nächstes werden zwei der Referenzpunkte als adaptiv definiert (Abbildung 4-25), damit diese als
Einfügepunkte gelten. Dabei ist darauf zu achten welche Nummerierung die Punkte haben. Der
rechte Referenzpunkt wird zum ersten und der linke zum zweiten adaptiven Punkt definiert. Die
Nummerierung kann zu jeder Zeit, durch Anklicken des Punktes und Eingabe der gewünschten
Nummerierung, verändert werden. Der adaptive Punkt 1 wird auf die Startpunkte und der Punkt 2
auf die Endpunkte gesetzt. Die Anordnung der Punkte folgt aus dem Ablauf des Ringeinbaus. Der Ring
wird eingebaut, nachdem der Schild einen Abschnitt vorgefahren ist. Dementsprechend wird der Ring
an den vorläufigen Ring gebaut. Zusätzlich wurden die Koordinaten auf der zum Schild gewandten
Seite aufgenommen. Demensprechend ist der Endpunkt der Einfügepunkt (adaptiver Punkt 2) für den
Ring.
Abbildung 4-25 Schritt 2 - adaptive Punkte definieren
Die Geometrie wird mit Referenzlinien in Form von Kreisen durch Angabe des Mittelpunktes, der
jeweiligen Punkte, und der Radien erstellt. Die Referenzkreise werden jeweils auf dem zweiten
adaptiven und dem mittleren Referenzpunkt erstellt (vgl. Abbildung 4-26). Danach folgt eine
Bemaßung wie in Abbildung 4-9 dargestellt ist und die Zuordnung von Parametern. Die Breite und die
beiden Radien werden als Parameter erstellt.
ALLGEMEINE UMSETZUNG
SEITE | 33
Abbildung 4-26 Schritt 3 - Geometrie durch Kreise erstellen
Der Ring entsteht in zwei weiteren Schritten (Abbildung 4-27 und Abbildung 4-28) durch Erzeugen
eines Volumen- und eines Abzugskörpers. Zuerst wird der Volumenkörper mit den zwei äußeren
Kreisen erstellt. Der Abzugskörper entsteht durch die beiden inneren Kreise. Das Ergebnis besteht
aus einem Ring mit einer Breite und zwei Radien, die angepasst werden können.
Abbildung 4-27 Schritt 4 – Volumenkörper
ALLGEMEINE UMSETZUNG
SEITE | 34
Abbildung 4-28 Schritt 5 – Abzugskörpers
Damit jeder Ring seine zugehörigen Informationen zugewiesen bekommen kann, muss ein Parameter
erstellt werden, der es ermöglicht jeder abgelegten Familie einen anderen Wert zu zuweisen. Dafür
muss der Parameter als Exemplar-Parameter erstellt werden. Die Abbildung 4-29 zeigt das Dialogfeld
„Parametereigenschaften“. In diesem Dialogfeld werden Parameter erstellt. Für jede Information
muss der Parametertyp, die Zuordnung „Exemplar“ oder „Typ“ und der Name festgelegt werden.
Abbildung 4-29 Dialogfeld Parametereigenschaften
HERLEITUNG EINER QUALITATIVEN BEWERTUNGSMETHODE
SEITE | 35
5 Herleitung einer qualitativen Bewertungsmethode
In diesem Kapitel wird eine qualitative Bewertungsmethode zur Beurteilung der Einbauqualität, unter
Berücksichtigung der möglichen Durchführungen mit dem vorher ausgeführten dreidimensionalen
Modell, erstellt. Das Aufstellen der Methodik entsteht durch zwei Schritte. Der erste Schritt ist das
Auflisten von Bewertungskriterien. Die Grundlage der Bewertung bilden die im zweiten Schritt
erzeugten Skalen für die ausgearbeiteten Methoden.
5.1 Methodendiskussion
Bei dem Einbau der Ringe wird der gesamte Tunnel von den Abweichungen zu der Soll-Achse
beeinflusst. Der Ring selbst wird durch den Erektor eingebaut, der sich im Schild befindet und kann
dadurch in seiner Lage minimale Ungenauigkeiten bezüglich der Soll-Lage aufweisen. Durch diese
Ungenauigkeiten wird der reale Lichtraum beeinflusst. Zudem kann die Einbauqualität allein auf die
geplante Ringdrehung zurückgeführt werden.
Gefordert sind also Methoden um die Abweichungen der gebauten zur geplanten Trasse, die
Ringdrehung, die Überstände zwischen den Ringen und den realen lichten Durchmesser zu bewerten,
die zusätzlich grafisch dargestellt werden sollen.
5.1.1 Abweichungen und Schnittvolumen
Das erste Kriterium ist die Abweichung von der gebauten Kurve zu der geplanten. Eine Abweichung
kann als ein Wert in einer Längeneinheit ausgegeben werden, der durch ein positives oder negatives
Vorzeichen
zeigt,
in
welche
Richtung
der
Wert
vom
Ausgangswert
abweicht.
Die
Vorzeichenkonvention muss dafür vorher festgelegt werden. Das gewünschte Ergebnis sind Werte
die die Abweichungen in horizontaler und vertikaler Richtung verdeutlichen.
Die Werte der Abweichungen machen Aussagen, wie genau die geplante Trasse erzielt wurde. Diese
Werte können durch eine definierte Skala in Bereiche eingeteilt und anhand dessen beurteilt
werden. Im Zusammenhang mit den Abweichungen der Trassenprunkte, stellt sich die Frage wie groß
der Anteil des Tunnelvolumens ist, der mit dem geplanten Tunnel übereinstimmt.
HERLEITUNG EINER QUALITATIVEN BEWERTUNGSMETHODE
SEITE | 36
Umsetzung mit Dynamo
Die gebaute 3D-Kurve wurde bereits in Dynamo dargestellt. Damit ein Vergleich stattfinden kann,
wird eine Kopie des Skriptes im selben Dialogfeld erstellt. Die Eingangsdaten sind bis auf den
Tabellennamen dieselben. Die Abbildung 5-2 zeigt die beiden Tunnel in einer Darstellung. Zu
erkennen sind die unterschiedlichen Trassenpunkte und dadurch auch der Versatz zwischen den
Ringen.
Die Berechnung der Abweichungen kann in Dynamo nur über den direkten Weg erfolgen.
Dementsprechend kann nur ein absoluter Wert für den Abstand angegeben und nicht in einen
horizontalen und vertikalen Anteil zerlegt werden. Der Abstand wird durch den in Abbildung 5-1
dargestellten „Geometry.DistanceTo“ Block errechnet, wobei die Listen mit den Punkten als
Ausgangswerte für die Berechnung dienen. Der Abstand wird also durch den Abstand zwischen zwei
Punkten ermittelt. Für die Auswertung der Abstände bedeutet dies, dass die Punkte vom gebauten
und vom geplanten Tunnel im selben Abstand sein müssen, damit die Ergebnisse wahr sind. Der
Testdatensatz wurde einmal mit Punkten in einem Abstand von 1.2m erstellt und einmal mit welchen
im Abstand von 0.4m, aus den dann jeder dritte Wert für die Soll-Kurve ausgelesen wurde. Sobald die
Eingangsdaten nicht dieselben Voraussetzungen haben ist das Ergebnis der Berechnung in Dynamo
falsch. Nur Einheitliche Daten führen zu einem richtigen Resultat.
Abbildung 5-1 Abweichung Soll zu Ist
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Abbildung 5-2 Soll- und Ist-Tunnel im Vergleich
Als nächstes soll das Tunnelvolumen ermittelt werden. Auch dafür gibt es vordefinierte Blöcke in
Dynamo. Damit das Volumen berechnet werden kann, muss sichergestellt sein, dass die vorher
erstellte Familie das Volumen als Eigenschaft mitliefert. Wenn ein Ring in Revit selektiert wird,
erscheint in der Eigenschaften-Palette das zugehörige Volumen. Somit ist die Voraussetzung erfüllt.
Die Umsetzung in Dynamo erfolgt über die Abfrage der Geometrie. Die Ausgangsdaten des
„AdaptiveComponent.ByPoints“ Blocks, der in Abbildung 4-15 gezeigt wird, werden jeweils mit einem
„Element.Geometry“ Block verbunden. Über die Geometrie wird dann der Schnittkörper ermittelt um
anschließend das Volumen auszulesen. In Abbildung 5-3 sind die Blöcke in der Reihenfolge der
Erläuterung aufgeführt. Durch die Abfrage der Geometrie wird jedes Element in eine eigene
Unterliste einer Liste ausgegeben. Damit die Liste nicht aus Listen mit Unterlisten, sondern aus einer
Liste mit allen Einträgen besteht wird der „Flatten“ Block verwendet um die Liste zu vereinfachen.
Zur Veranschaulichung der Vereinfachung von Listen durch „Flatten“, ist in Abbildung 5-4 die Liste
mit den Unterlisten und die endgültige Liste dargestellt.
HERLEITUNG EINER QUALITATIVEN BEWERTUNGSMETHODE
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Abbildung 5-3 Schnittvolumen ermitteln
Abbildung 5-4 Liste mit Unterlisten vereinfachen
Anknüpfend an die Berechnung des Schnittvolumens folgt eine Überprüfung der Berechnung durch
eine Negativrechnung. Damit ist gemeint, dass das Volumen berechnet wird, das von den beiden
Geometrien ausgeschlossen ist und anschließend mit dem Schnittvolumen verrechnet wird. Das
Ergebnis sollte das Volumen sein, das durch die Ringgeometrie festgelegt ist. Abbildung 5-5 zeigt die
Erweiterung des Skriptes aus Abbildung 5-3. Die Differenz errechnet sich ebenfalls durch die
Geometrie und wird als Volumen ausgegeben. Auch bei dem „Solid.DifferenAll“ Block werden die
Ergebnisse in mehreren Listen mit Unterlisten dargestellt, weswegen der „Solid.Volume“ Block
dieselbe Anordnung hat und der „Flatten“ Block gebraucht wird um wieder nur eine Liste mit allen
Werten auszugeben. Die eigentliche Überprüfung erfolgt durch Addition der beiden Volumina und
Vergleichen der Ergebnisse mit dem Ausgangsvolumen. Die errechneten Werte können, wenn
gewollt, in eine Excel Datei durch Angabe des Tabellennamens, der Zeile und Spalte und der Werte,
exportiert werden.
HERLEITUNG EINER QUALITATIVEN BEWERTUNGSMETHODE
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Abbildung 5-5 Überprüfung der Ergebnisse
Darstellung in Dynamo
Die Verwendung der Geometrie führt dazu, dass die Modelle auch in Dynamo angezeigt werden. Die
Darstellung in Dynamo bezweckt, dass die für Dynamo ausgelegten Blöcke verwendet werden
können, zum Beispiel Blöcke mit denen eine Geometrie eingefärbt werden kann. Darauf
zurückführend soll der Schnittbereich farblich markiert werden. Die Markierung kann durch
verschiedene Farben verschiedene Bereiche der Abweichungen signalisieren. So kann eine Skala mit
Bereichen entworfen werden, die durch eine Farbe hinterlegt wird.
Das Einfärben ermöglicht der „Display.ByGeometryColor“ Block, durch Eingabe der Geometrie und
der Farbe. In Abbildung 5-6 ist das dazugehörige Skript dargestellt. Zu erkennen sind drei Code
Blöcke mit mehreren Zahlen. Die Zahlen in dem linken Block stehen für die RGB Werte, also Rot, Grün
und Blau, durch die die Farbe definiert wird. Mit den anderen Zahlen kann variiert werden um
Farbverläufe zu erstellt.
Abbildung 5-6 Geometrie einfärben
HERLEITUNG EINER QUALITATIVEN BEWERTUNGSMETHODE
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Die Durchführung der Einfärbung gelingt nicht ohne Einschränkungen. Die Eingabe der Geometrie
beinhaltet eine Liste mit allen aufgeführten Geometrien. Bei der Ausführung wird jedoch nur der
erste Eintrag der Liste abgerufen und eingefärbt (vgl. Abbildung 5-7). Somit lässt sich die Idee einer
Einfärbung nach Wertebereichen nicht verwirklichen. Würden die Ringe als Geometrie in Dynamo
selbst erstellt werden, würde die Einfärbung so wie gewünscht funktionieren. Abbildung 5-8 zeigt
dazu ein Beispiel aus dem Dynamo Primer, ein open-source-Projekt, dass in Zusammenarbeit mit
Autodesk entwickelt wurde und zur Einführung in Dynamo dient. Mit den vielen Blöcken, die zu
sehen sind, wurde die Geometrie erstellt und eingefärbt.
Abbildung 5-7 Einfärben der Differenz zur Anschauung
HERLEITUNG EINER QUALITATIVEN BEWERTUNGSMETHODE
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Abbildung 5-8 Einfärben von in Dynamo erstellten Geometrien (Jezyk und Dynamo-Entwicklungsteam)
5.1.2 Ringdrehung
Die Ringdrehung ist ein weiteres Kriterium, durch das die Lagegenauigkeit bewertet werden kann.
Der Einbau der Ringe erfolgt, bezogen auf die Fugen zwischen den einzelnen Tübbings, immer
versetzt, weswegen der Ring immer um einen anderen Winkel von seiner Ausgangslage verdreht
wird.
Der direkte Vergleich ist allein durch die Daten ersichtlich, weil dort aufgeführt wird in welcher
Position der Ring eingebaut wird und somit direkt verglichen werden kann. Visuell kann der Vergleich
durch aufzeigen der Ringe, die eine veränderte Position aufweisen, erfolgen. Dabei handelt es sich
bei dem Vergleich lediglich um eine Darstellung über die in den Daten herausgestellten Ergebnisse.
Eine alleinstehende Bewertung der Lagegenauigkeit über die Ringdrehung kann nicht erfolgen, da die
geänderte Ringdrehung im Zusammenhang mit der Trassierung steht und aus Abweichungen, die
durch Gegenlenken oder anderen ausgleichenden Manövern, resultiert.
Darstellung und Umsetzung in Dynamo
Die visuelle Darstellung erfolgt durch Einfärben der unplanmäßig gedrehten Ringe. Da schon in
Kapitel 5.1.1 herausgestellt wurde, dass die Einfärbung der Geometrie beschränkt ist, werden dafür
Exemplar-Parameter der Familie verwendet. Der Exemplar-Parameter wird in der Familie, wie in
Kapitel 4.3 Abbildung 4-29, durch die Parametereigenschaften erzeugt. Die Idee beruht darauf die
HERLEITUNG EINER QUALITATIVEN BEWERTUNGSMETHODE
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Ringe durch die, im Material Katalog vorgegebenen, Materialien einzufärben. Alle Ringe die
planmäßig eingebaut wurden, werden grau, durch das Material Stahlbeton – Fertigbeton, und die
geänderten durch Stahlbeton – Fertigbeton RM, eingefärbt. Das Material Stahlbeton - Fertigbeton
RM ist ein Duplikat des Stahlbeton - Fertigbetons, bei dem lediglich die dargestellte Farbe in Gelb
geändert wurde.
Damit die Ringe entsprechend ihrer Anordnung eingefärbt werden können, muss zunächst selektiert
werden, welche Ringe wie geplant und welche nicht wie geplant eingebaut wurden. Die Selektion
erfolgt durch einen „If“-Befehl. Die Erweiterung des allgemeinen Skriptes ist in Abbildung 5-9 zu
sehen. In Worten ausgedrückt wurde folgender Befehl programmiert: Wenn der Wert x, der
Eingangswert für die geplante Ringdrehung, gleich dem Wert y, der Eingangswert für die gebaute
Ringdrehung, ist, dann soll das Material Stahlbeton – Fertigbeton ausgegeben werden. Wenn der
Wert x nicht gleich dem Wert y ist, dann soll das Material Stahlbeton – Fertigbeton RM ausgegeben
werden. Den Abschluss machen die Blöcke, die für die Zuweisung eines Parameters zuständig sind.
Der „Element.SetParameterByName“ Block wird mit dem „AdaptiveComponent.ByPoints“ (s.
Abbildung 4-15) verbunden, damit jedem Ring ein anderer Parameter zugeordnet werden kann.
Weitere Eingangswerte sind der Parametername, Ringdrehung, der durch einen String erzeugt wird
und das Material, das davor durch den Vergleich festgelegt wurde. Das Ergebnis des Vergleichs ist in
Abbildung 5-10 dargestellt. Die gelb dargestellten Ringe zeigen also Ringe an, die nicht planmäßig
eingebaut wurden.
Abbildung 5-9 Einfärbung der veränderten Ringdrehung
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Abbildung 5-10 Übersicht der markierten Ringe
Der Vollständigkeit halber können weitere Exemplar-Parameter erzeugt werden, die dem Ring die
geplante und gebaute Ringdrehung zuweisen. Durch Auswählen eines Rings würde dann in der
Eigenschaften Palette der Parameter mit dem Wert aufgelistet werden. Das Skript muss dafür nur um
jeweils einen weiteren „Element.SetParameterByName“, einen „String“, „List.GetItemAtIndex“ und
einem „Code Block“ Block erweitert werden. Der Index 4 ruft die geplanten und 5 die gebauten
Ringdrehungen auf.
5.1.3 Überstände zwischen den Ringen und der Lichtraum
Von entscheidender Bedeutung für die Lagegenauigkeit sind die Überstände bzw. der Versatz der
Ringfugen. Dieser Versatz kann im Zuge des Vortriebs immer mal, durch Verschmutzungen oder
anderen Beeinträchtigungen, vorkommen. Wobei dieser möglichst klein zu halten ist, um den
geforderten Lichtraum und somit den geforderten lichten Durchmesser zu gewährleisten. Die Art der
Modellierung garantiert eine Darstellung ohne Überstände, da jeder Ring an zwei Punkten eingefügt
wird und dabei der Endpunkt von dem letzten Ring der Startpunkt von dem nächsten Ring ist. Somit
kann es nicht zu Überständen kommen. Selbst der erste Ansatz, mit einem Ring der nur einen
Einfügepunkt besitzt, würde hier nicht das gewünschte Ziel erbringen, da die Ausrichtung des Rings
wieder auf den Punkt davor erfolgt. Eine Möglichkeit den Überstand zu messen besteht, wenn jeder
Ring einen gemessenen Start- und Endpunkt besitzt.
HERLEITUNG EINER QUALITATIVEN BEWERTUNGSMETHODE
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5.2 Überblick der Ergebnisse
Um einen allgemeinen Überblick über die erarbeiteten Methoden zu verschaffen, werden alle
Ergebnisse aus dem vorherigen Kapitel 5.1, mit den wichtigsten Punkten und einer Abbildung des
Modells, zusammengetragen.
Abweichungen bezüglich der Kurvenpunkte
•
Die Abweichungen werden nur durch die vorhandenen, angegebenen Punkte berechnet
•
Die Auswertung ist von der Datenqualität abhängig
•
Die Auswertung kann nicht grafisch dargestellt werden
•
Die Abweichung wird als ein absoluter Wert ausgegeben
•
Eine Unterteilung in horizontaler und vertikaler Richtung ist nicht möglich
•
Eingangsdaten: Punktliste geplant und Punktliste gebaut
Abbildung 5-11 Berechnung der Abweichungen
Schnittvolumen der Ringe
•
Das Volumen wird für jeden Ring einzeln ausgegeben
•
Das Ergebnis kann durch die Kurve und die Abstände, der darauf liegenden Punkte, beeinflusst
werden
•
Die Auswertung kann, bis auf die erste Geometrie, nicht eingefärbt werden
•
Die Ergebnisse können durch eine Probe (Negativtest) überprüft werden
•
Eingangsdaten: Ausgang aus „AdaptiveComponent.ByPoints“ des geplanten und gebauten
Tunnels
HERLEITUNG EINER QUALITATIVEN BEWERTUNGSMETHODE
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Abbildung 5-12 Berechnung des Schnittvolumens
Ringdrehung vergleichen
•
Erfolgt auf Basis der Daten
•
Die Daten werden abgefragt und zugeordnet zu einem Material
•
Das Ergebnis der Abfragung kann dargestellt werden
Abbildung 5-13 Festlegung des Material für den Vergleich der Ringdrehung
Überstände und der Lichtraum
•
Überstände können aufgrund der Modellierung und der Datengrundlage nicht ermittelt werden
•
Für die Ermittlung sind zwei gemessene Punkte je Ring erforderlich
•
Der Lichtraum kann durch die Modellierung garantiert werden
Zusammenfassend stellt sich fest, dass sich die Bewertung, bis auf die Ringdrehung, nicht darstellen
lässt. Trotz dessen kann eine modellgestützte Bewertung der Daten stattfinden. Um die Bewertung
durchzuführen, werden Skalen benötigt, durch die die Ergebnisse bewertet werden können.
HERLEITUNG EINER QUALITATIVEN BEWERTUNGSMETHODE
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5.3 Aufstellen einer Bewertungsskala
In Kapitel 5.1.1 wurden Skalen bezüglich der Abweichungen und des Schnittvolumens erwähnt. Für
beide Methoden soll im Folgenden eine Skala erstellt werden.
Das Aufstellen einer Skala beinhaltet die Festlegung mehrerer Faktoren. Angefangen bei der Wahl
der Einheit, die in Relation zu der Gesamtabweichung festgelegt werden sollte, bis hin zu einem
Wertebereich, in den die berechneten Werte eingeordnet werden können und mit dem sich
Aussagen über die Genauigkeit treffen lassen.
Das Schnittvolumen und die Abweichungen werden in verschiedenen Dimensionen gemessen. Die
Schnittmenge ist ein Volumen und die Abweichungen sind Längen. Dementsprechend müssen
Einheiten festgelegt werden, die den Dimensionen entsprechen.
Allgemein gesprochen sind Messungen in Millimeter sehr genau, die in Zentimeter nur noch genau
und die in Meter ungenauer. Diese Betrachtung ist jedoch subjektiv, da für jede Disziplin
unterschiedliche Maßstäbe gewählt werden, in denen etwas gemessen wird und vorherrscht.
Dementsprechend muss die Einheit, in der die Abweichung angegeben werden soll, den Vorgaben im
Tunnelbau entsprechen. Da die Anforderungen bezüglich der Genauigkeit im Tunnelbau sehr hoch
sind, sind Abweichungen im Millimeterbereich zulässig. Darauf zurückführend ist es sinnig die Einheit
auf Millimeter [mm] zu wählen.
Anders als bei dem Soll-Ist-Vergleich, liefert das Schnittvolumen als Zahl ausgedrückt kein direkt
verständliches Ergebnis, da eine Zahl in diesem Fall ohne Bezug auf ein Gesamtes nicht
aussagekräftig genug ist. Nachvollziehbar ist eine prozentuale Angabe, die wiederum durch
Wertebereiche bewertet werden kann. Die Einheit des Schnittvolumens wird zu Volumenprozent
[Vol.-%] gewählt.
Als nächstes erfolgt die Festlegung von Bereichen, in denen die Abweichungen sich befinden. Die
ZTV-ING, Teil 5 Tunnelbau, Abschnitt 3 Maschinelle Schildvortriebsverfahren (Zusätzliche Technische
Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten) der Bundesanstalt für Straßenwesen
beinhaltet alle allgemeinen Vorgaben für Tunnelvortriebe. In Kapitel 6.4.1 wird eine Grenze bezüglich
der Abweichungen zu der Soll-Achse definiert: „(1) Zur Einhaltung der vorgesehenen Trasse und
Gradiente ist die Vortriebsmaschine mittels Steuerleitsystem zu betreiben. Der Fehlerkreis um die
Soll-Achse beträgt im Radius max. 100 mm (Schildfahrttoleranz)“. Damit lässt sich der Bereich für den
Soll-Ist-Vergleich auf 0 bis ±100 mm festlegen. Alle Abweichungen, die über diesen Wert
hinausgehen, sind nicht akzeptabel. Zusätzlich müssen Toleranzen für die Herstellung der einzelnen
Tübbingelemente berücksichtigt werden (BASt 2012). Diese werden in den ZTV-ING Kapitel 7.2.5.
aufgelistet. Für den weiteren Verlauf der Arbeit, werden diese Toleranzen nicht berücksichtigt, weil
die Darstellung im LOD 200 erfolgt und diese keine Segmentierung aufweist.
Das Schnittvolumen steht im direkten Bezug zu den Abweichungen der Soll-Achse. Die maximale
Abweichung von ±100mm begrenzt das minimal zulässige Volumen der Überschneidung. Je nach
HERLEITUNG EINER QUALITATIVEN BEWERTUNGSMETHODE
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Dicke des Tübbings weist die maximale Begrenzung (±100mm) unterschiedliche Grenzen für die
Volumina auf. In Tabelle 2 werden beide Skalen dargestellt.
Tabelle 2 Bewertungsskalen – Übersicht
Schnittvolumen [Vol.-%]
Vergleich [mm]
100 - a
0 - ±100
Die Variable a wurde anhand eines Versuchs ermittelt. Dabei wurde ein Datensatz von jeweils fünf
Punkten erstellt, die einen parallelen Abstand von 100mm aufweisen. Die Anzahl wurde beliebig
gewählt um den Versuch zu durchlaufen. Mit diesem Datensatz wurde für jede Tübbingdicke, von
25cm bis 100cm, das minimal erforderliche Schnittvolumen mit dem erstellten Modell aus Kapitel 5.2
berechnet. Laut ZTV-ING beträgt die Mindestdicke eines Tübbingelements in 1-schaliger Konstruktion
30cm (BASt 2012). Die Dicke von 25cm wurde mit in die Bewertung einbezogen, da der reale
Datensatz eine Tübbingdicke von 25 cm aufweist. Tabelle 3 Listet alle berechneten Werte auf.
Tabelle 3 minimale Grenzwerte des Schnittvolumens
Tübbingdicke [cm]
a [Vol.-%]
25
74.54
30
87.78
35
81.81
40
84.08
45
85.85
50
87.27
55
88.43
60
89.39
65
90.21
70
90.91
75
91.51
80
92.04
85
92.51
90
92.93
95
93.30
100
96.32
ANWENDUNGSFALL
SEITE | 48
6 Anwendungsfall
Der in diesem Kapitel ausgeführte Anwendungsfall basiert auf realen Daten, die von der tacs gmbh
zur Verfügung gestellt wurden. Der Datensatz ist ein Auszug aus einem Vortriebsvermessungssystem
eines maschinellen Schildvortriebes. Die tacs gmbh befasst sich hauptsächlich mit der Entwicklung
und dem Vertrieb von laser-basierten Steuerleitsystemen für Tunnelbohrmaschinen. Ihren Sitz hat
die Firma in München.
Die mitgelieferten Daten umfassen eine ausführliche Beschreibung der Ringgeometrie und des
Schildaufbaus. Die Koordinaten sind in Form einer CSV-Datei zur Verfügung gestellt worden, mit allen
anderen Informationen, die mit einem Vermessungssystem bei einem Schildvortrieb bemessen
werden. Vor der Anwendung wird die Ringgeometrie dargestellt und die Plausibilitätsprüfung der
Daten durchgeführt. Falls erforderlich, wird das in Dynamo erzeugte parametrische Modell erweitert
und die dafür erforderlichen Schritte dokumentiert.
6.1 Tacs Ringgeometrie
Im Folgenden wird eingehend die Ringgeometrie des Uni-Rings dargestellt, um den weiteren Verlauf
der Umsetzung zu stützen. Die in diesem Kapitel verwendete Definition für die Ringposition
entspricht nicht der in Kapitel 2.2.3 erläuterten Ring-Position und ist somit nicht mit dieser
gleichzusetzen.
Die Tübbings sind nach Buchstaben von A bis F benannt, wovon A und D die Schlusssteine und B, C, E
und F die Standardsteine sind. Dementsprechend besitzen die Schluss- und Standardsteine jeweils
dieselbe Geometrie. Die „Länge“ der Steine, welche im Bogenmaß gemessen und in Grad angegeben
wird, bezieht sich auf die Mittelachse der Steine.
Die Anordnung der Tübbings entspricht der Reihenfolge des Alphabets: A, B, C, D, E und F. Je nach
Position des Rings, U oder D, ist die Reihenfolge im oder gegen den Uhrzeigersinn. Die Segmente A
und D liegen entgegengesetzt ausgerichtet, so wie B und C zu E und F. In Abbildung 6-1 wurde diese
Anordnung beispielhaft aufgeführt.
ANWENDUNGSFALL
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Abbildung 6-1 Anordnung der Tübbings
Aufbau der Schlusssteine:
•
Die Mittelachse beträgt 45°
•
Die Geometrie der Draufsicht erinnert an ein symmetrisches Trapez
•
Die abgeschrägten Seiten stehen in einem Winkel von 2.85° bezogen auf die Mittelachse
Abbildung 6-2 Tübbing A und D, Draufsicht - Innen
Abbildung 6-3 Tübbing A und D, Ansicht
ANWENDUNGSFALL
SEITE | 50
Aufbau der Standardsteine:
•
Die Mittelachse beträgt 67.5°
•
Die Geometrie der Draufsicht erinnert an ein Parallelogramm
•
Die abgeschrägten Seiten, bezogen auf die Mittelachse, stehen in einem Winkel von 2.85°
Abbildung 6-4 Tübbing B, C, E und F, Draufsicht - Innen
Abbildung 6-5 Tübbing B, C, E und F, Ansicht
Beide Seiten des Rings sind konisch, was bedeutet, dass die gegenüberliegenden Seiten nicht parallel
sind, sondern wie bei einem Kegel aufeinander zulaufen. Diese Konizität beläuft sich auf 25mm
bezüglich der Ausgangsbreite von 1500mm, die sich bei Segment B und E befindet. Tübbing A besitzt
eine Breite von 1475mm und D eine von 1525mm. Die Konizität ermöglicht es, durch die Position des
Rings, Kurven zu fahren.
ANWENDUNGSFALL
SEITE | 51
Abbildung 6-6 Konizität und Anordnung von Ringen
In der oberen Zeichnung der Abbildung 6-6 ist ersichtlich, wie der Ring in der Draufsicht aussieht. Auf
die Geometrie des Uni-Rings bezogen, wäre links in der Zeichnung die Breite von 1475mm und rechts
die von 1525mm vorhanden. Die senkrechte Mittellinie besitzt eine Breite von 1500mm, welche den
Segmenten B und E entspricht.
Dementsprechend entscheidet die Richtung über die Position des Rings. Der Uni-Ring wird aus zwei
Perspektiven betrachtet. In einer Perspektive, mit Blickrichtung gegen die Vortriebsrichtung, liegen
die Tübbings, A bis F, im Uhrzeigersinn angeordnet. Dieser Ring befindet sich in der Position „U“. Ist
die Anordnung dem Uhrzeigersinn entgegensetzt handelt es sich um einen Ring der die Position „D“
aufweist.
Abbildung 6-7 Position U1 und D16
Die Bezeichnungen U1 bis U16 und D1 bis D16 geben die genaue Position des Schlusssteins an. In
Abbildung 6-7 ist eine U1 und eine D16 Ringposition zu sehen bei der zu erkennen ist, dass der Ring
um 180° in seiner Hochachse gedreht wurde. Zusätzlich ist zu erkennen, dass bei den Ringpositionen
U der Tübbing A der Schlussstein ist und bei D der Tübbing D. Die Position U1 zeigt den Schlussstein A
ANWENDUNGSFALL
SEITE | 52
auf der Ringposition 1 und die Position D16 den Schlussstein D auf Ringposition 16, welches durch
einen kleinen roten Pfeil gekennzeichnet ist.
Die Positionen 1 bis 16 sind festen Werten zugeteilt. Position 1 ist der höchste Punkt und befindet
sich in der Ansicht mittig oben wie in Abbildung 6-7Abbildung 6-7 dargestellt. Die nächste Position
befindet sich immer 22.5° versetzt. Die Positionierung erfolgt anhand von Fixpunkten, in der
Abbildung sind es die Linien an der Positionsnummerierung bzw. die kleinen roten Pfeile die die
Position anzeigen, auf der Tübbing Außenschale, die ebenfalls einen Abstand von 22.5° aufweisen.
Wenn die Ringachse (s. Abbildung 6-2 und Abbildung 6-4) als Längsachse benannt wird und die Achse
senkrecht dazu die Querachse ist, befinden sich die Fixpunkte des Schlusssteins, an den Randflächen,
genau 11.25° jeweils nach außen von der Querachse verschoben. Der Schlussstein besitzt also zwei
Fixpunkte. Die Standartsteine besitzen drei Fixpunkte. Der erste Fixpunkt befindet sich genau auf der
Querachse und die zwei weiteren jeweils 22.5° nach links und rechts verschoben.
Die folgende Tabelle stellt alle Positionen mit ihren zugehörigen Winkeln dar, um die die
Ausgangsposition, Position U1, im Uhrzeigersinn gedreht wird.
Tabelle 4 Ringpositionen und die dazu gehörigen Drehwinkel
Ringposition
D16
D15
D13
D11
D9
D7
D5
D3
D1
D2
D4
D6
D8
D10
D12
D14
Winkel[°]
0
22,5
45
67,5
90
112,5
135
157,5
180
202,5
225
247,5
270
292,5
315
337,5
Ringposition
U1
U2
U4
U6
U8
U10
U12
U14
U16
U15
U13
U11
U9
U7
U5
U3
Winkel [°]
0
22,50
45
67,5
90
112,5
135
157,5
180
202,5
225
247,5
270
292,5
315
337,5
Formel
0*22,5
1*22,5
2*22,5
3*22,5
4*22,5
5*22,5
6*22,5
7*22,5
8*22,5
9*22,5
10*22,5
11*22,5
12*22,5
13*22,5
14*22,5
15*22,5
ANWENDUNGSFALL
SEITE | 53
6.2 Plausibilitätskontrolle der realen Daten
Die Grundlage für die Bewertung des Tunnels ist ein, bezüglich der Qualität, geprüfter Datensatz. Die
Prüfung wird in diesem Kapitel beschrieben und anhand von Abbildungen belegt.
Der Datensatz besitzt einen großen Umfang an Informationen über die Tunneltrassierung. Die
maßgebenden für den weiteren Verlauf sind folgende:
•
Ringnummer [Zahl]
•
Ringposition – Soll [D oder U]
•
Ringposition – Ist [D oder U]
•
X-Ringkoordinate [m]
•
Y- Ringkoordinate [m]
•
Z- Ringkoordinate [m]
Für die Darstellung werden lediglich die Koordinaten verwendet. Die restlichen aufgelisteten
Informationen können durch die Modellierung in jedem Ring abgerufen werden.
Die vorliegenden Koordinaten werden kontrolliert indem der Abstand zwischen zwei Punkten durch
die Vektorlänge auf einen Wert eingegrenzt wird, um somit die Ringbreite zu gewährleisten. Alle
Werte darunter oder darüber fallen aus der Bewertung raus. Die Eingrenzung erfolgt durch die
Ringgeometrie. Strenggenommen müssten die Abstände genau x=1500mm betragen, da der
gemessene Punkt sich genau in der Mitte des Rings befindet und dies dem Mittelwert, aus den
Breiten der Konizität mit 1475mm und 1525mm, unabhängig von der Ringdrehung, entspricht. Da es
aber während des Vortriebs immer zu Verschmutzungen oder anderen Beeinträchtigungen kommen
kann, die die Messungen der Koordinaten beeinflussen, muss der Abstand erweitert werden.
Abbildung 6-8 zeigt zur Verdeutlichung der Annahme der konstanten Breite von 1500mm, die durch
Mittelwertbildung der Werte entsteht, den Mittelpunkt als rotes Fadenkreuz und die minimale und
maximale Breite der Ringe.
ANWENDUNGSFALL
SEITE | 54
Abbildung 6-8 Darstellung eines Rings zur Verdeutlichung der Breite am Mittelpunkt
Die Annahme einer Breite von 1.475m bis 1.525m entspricht sehr strengen Grenzen, die seitens
dieser Arbeit festgelegt werden. Im weiteren Verlauf wird die Konizität in der Modellierung nicht
beachtet.
Auf Grundlage der Daten können alle Werte ausgegeben werden, die in diesem Bereich liegen.
Allgemein sollte die Vektorlänge dem Maß der Ringgeometrie entsprechen: x = Ringbreite, wobei x
für die Vektorlänge steht. Die Abbildung 6-9 zeigt eine Möglichkeit die Vektorlängen heraus zu
finden. Der Ausschnitt, der zu sehen ist, folgt aus der visuellen Programmierung, die in Kapitel 4.2
ausführlich erläutert wird. Durch Erzeugen eines Punktes mit den x-, y- und z-Koordinaten und
Berechnen der Vektoren zwischen zwei Punkten, lässt sich die Vektorlänge bestimmen und der Wert
<1> ausgeben, wenn dieser in dem definierten Bereich liegt und der Wert <0> wenn nicht.
ANWENDUNGSFALL
SEITE | 55
Abbildung 6-9 Eingrenzung der Vektorlänge
Die Summe der ausgegebenen Werte beträgt 1920. Daraus lässt sich schließen, dass 448 von 2368
Punkten über oder unter dem Bereich liegen und somit nicht mit in die Bewertung fließen können.
Diese 448 Punkte können durch Querstollen und weitere Einbauten, die nicht dem Normalring
entsprechen entstehen oder wie schon erwähnt, durch Verschmutzungen und anderen
Beeinträchtigungen während des Vortriebes auftreten. Ebenfalls kann es zu Fehlmessungen
gekommen sein, jedoch kann diese Vermutung durch das hier erarbeitete Verfahren nicht
nachgewiesen werden. Die 1920 Ringe sind zwischen den 448 Ausreißern verteilt, weswegen die
Abschnitte unterschiedliche Längen aufweisen.
6.3 Aufbereitung des parametrischen Modells
Bevor die Durchführung erfolgen kann, müssen die Daten aufeinander abgestimmt werden. Der
Datensatz des gebauten Tunnels umfasst Koordinaten mit einem Punktabstand von ca. 1.5m, die
durch die Ringgeometrie gegeben sind. Die geplante Trasse wurde in Form einer Klothoide erstellt
und deswegen mit einem Punktabstand von 0.5m dokumentiert. Damit der Vergleich stattfinden
kann, müssen gleichgroße Punktabstände vorliegen. Aufgrund dessen wird der Datensatz des
geplanten Tunnels so verändert, dass ebenfalls alle 1.5m ein Punkt vorliegt, indem jeder dritte Punkt
aus der Liste ausgelesen wird. Der Vorgang ist derselbe, wie in Kapitel 4.1, in dem der Testdatensatz,
mit den Voraussetzungen des realen Datensatzes, erzeugt wurde.
Umsetzung in Dynamo
Damit die Koordinaten aus der Datei ausgelesen werden können, muss der Index angepasst werden,
der die jeweilige Koordinate abrufen soll. Der reale Datensatz umfasst 52 Spalten, von denen die
relevanten ausgewählt werden, ohne den Datensatz zu verändern. Die ersten vier Zeilen beinhalten
Beschriftungen und Einheiten.
Das Skript wird mit Änderung des Dateipfades, des Tabellennamens und der Indizes ausgeführt. Die
Koordinaten werden durch die Trennzeichen der CSV-Datei, bei der Übertragung in eine Excel-Datei
ANWENDUNGSFALL
SEITE | 56
nicht richtig übernommen. Die Werte müssen dementsprechend angepasst werden. Diese
Anpassung erfolgt durch Dynamo. Da der Datensatz einige Werte besitzt, die schon die richtige
Dimension haben, wird mit einem „If“ Block vorgegangen. Die x-Werte sind siebenstellig, die y-Werte
sechsstellig und die z-Werte dreistellig. In dem „If“ Block wurden für die Berechnung Werte
angenommen, die um eine Stelle größer sind als die Ausgangswerte. Wenn also der Wert den
größeren Wert überschreitet, soll dieser durch 1000 geteilt werden. Wenn nicht, dann soll der Wert
einfach ausgegeben werden (vgl. Abbildung 6-10).
Abbildung 6-10 Koordinaten anpassen
Dynamo arbeitet ohne Einheiten und ist auf einen Maximalwert, bezüglich der Größe, beschränkt.
Das bedeutet, dass ab einer bestimmten Grenze, die Punkte nicht mehr richtig angezeigt werden
können und deswegen verzerrt, wie in Abbildung 6-11, dargestellt werden. Um diese Darstellung zu
umgehen, wird das Minimum der x- und der y-Koordinaten von den jeweiligen Koordinaten
abgezogen (s. Abbildung 6-12). Das Resultat ist eine Trasse, die zum Ursprung verschoben wurde, um
richtig angezeigt zu werden. Die Verschiebung hat keine Auswirkungen in Form von Veränderungen
oder Verzerrungen auf die Gesamtheit der Daten.
ANWENDUNGSFALL
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Abbildung 6-11 Verzerrte Darstellung der Punkte
Abbildung 6-12 Verschiebung zum Ursprung
Aus der Plausibilitätskontrolle der realen Daten wurden 1920 Punkte ausgewählt, die bewertet
werden können. Diese sind wie bereits erwähnt zwischen den restlichen beliebig verteilt. Der längste
Abschnitt mit 113 Punkten, Eintrag 83 bis 196, wird für die Bewertung mit den entwickelten
Methoden verwendet.
ANWENDUNGSFALL
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Die geplanten Daten müssen ebenfalls eingelesen und vor allem noch auf eine Anzahl von Punkten
mit demselben Abstand, wie der des gebauten Tunnels, reduziert werden.
Nach der Anpassung der geplanten Punkte, erfolgt ein letzter Schritt bevor die Daten bewertet
werden können. Damit auch wirklich nur die 113 Punkte, also 112 Ringe bewertet werden, wird eine
neue Liste aus der Liste mit den Start- und Endpunkten erstellt, in der diese Punkte vorhanden sind.
Dieser Vorgang wird durch den „List.Slice“ Block realisiert, indem dieser die Unterliste von Punkt 83
bis 196 ausliest. Ebenfalls muss bei der Zuweisung der Exemplar-Parameter der „List.Slice“ Block
zwischengeschaltete werden, damit die richtigen Informationen zugewiesen werden (s. Abbildung
6-13).
Abbildung 6-13 Erweiterung der Informationszuweisung
ANWENDUNGSFALL
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6.4 Durchführung und Auswertung
Die Durchführung, der in Kapitel 5 herausgestellten Methoden, erfolgt durch das parametrische
Modell. Damit der Überblick bewahrt werden kann, wird jede Methode nacheinander durchlaufen
und dokumentiert
Abweichungen zur Soll-Achse
Die Abweichungen der Kurvenpunkte, von der Soll-Achse, weisen Werte in einem Bereich von 0.66m
bis 0.71m auf. Diese Werte liegen laut Tabelle 2 außerhalb des akzeptablen Bereichs.
Schnittvolumen der Ringe
Das Schnittvolumen wird für jeden Ring und als Gesamtwert ausgegeben. Die Volumina bewegen sich
in einem Bereich von 51 Vol.-% bis 56 Vol.-%. Durch Mittelwertbildung kommt ein Gesamtvolumen
von 53.44 Vol.-% auf. Das Gesamtvolumen befindet sich nicht in dem akzeptablen Bereich.
Ringdrehung
Die Überprüfung der Ringdrehung ergab genau Null Ringe, die nicht wie geplant eingebaut wurden.
Tabelle 5 Überblick der Ergebnisse
Kriterium
Ergebnis
Abweichung zur Soll-Achse
0.66m - 0.71m > definierte Grenze von ±100mm
Schnittvolumen der Ringe
51 - 56 Vol.-% > definierte Grenze von 74.54 Vol.-%
Ringdrehung
keine Abweichungen bezüglich der Planung
ANWENDUNGSFALL
SEITE | 60
6.5 Fazit der Bewertung
Die Ausführung des parametrischen Modells, mit den realen Daten, führt zu Ergebnissen, die nicht
akzeptabel sind. Die Ergebnisse werden jedoch von der Modellierung, vom Modell selbst und auch
von der Datengrundlage beeinflusst, weswegen die Aussage getroffen werden kann, dass diese
Ergebnisse nicht richtig bzw. wahr sind.
Zuerst ist das parametrische Modell, auf die in der Software enthaltenen Vorgänge und
Berechnungen, beschränkt. Die Beschränkung führt dazu, dass nicht alle Anforderungen eingehalten
werden können. Die Abweichungen der Kurvenpunkte werden durch zwei Aspekte beeinflusst. Zum
einen von den Daten, weil diese sich bezüglich der Punktabstände voneinander unterscheiden. Zum
anderen von dem parametrischen Modell, weil die Abweichungen nur anhand der Punkte berechnet
werden. Eine exakte Berechnung müsste über einen senkrechten Punkt, der auf der geplanten Kurve
ermittelt wird, erfolgen. Das Ergebnis wäre zwar immer noch ein absoluter Wert und keine genaue
Unterteilung in horizontale und vertikale Richtung, jedoch wäre dieser Wert logisch begründet und
könnte überprüft werden. Die Überprüfung erfolgt durch die aus dem Vermessungssystem
ermittelten Daten. Das System übergibt die Abweichungen in horizontale und vertikale Richtung. Mit
diesen Werten kann durch die Berechnung der Diagonalen, z.B. mit Hilfe des Satzes des Pythagoras,
ebenfalls ein absoluter Wert ermittelt werden. Die Ergebnisse der Vermessungsdaten können dann
mit den des parametrischen Modells verglichen werden.
Das Schnittvolumen steht im Zusammenhang mit den Abweichungen und der Modellierung. Sobald
die Ringe die verglichen werden nicht auf derselben Position liegen, weicht das Ergebnis stark ab. So
kann es durch die Modellierung und den gelieferten Daten dazu kommen, dass ein Ring des gebauten
Tunnels genau mit zwei Ringen des geplanten Tunnels übereinanderliegt. Das Schnittvolumen der
einzelnen Ringe kann nur dann gewährleistet werden, wenn sichergestellt ist, dass die Ringe von
geplant und gebaut jeweils einzeln aufeinanderliegen. Obwohl die Schnittmenge der Geometrien
durch die Reihenfolge der Liste berechnet wird, indem die erste mit der ersten, die zweite mit der
zweiten usw. verglichen wird, kommt es zu ungenauen Ergebnissen, weil die Lage der Geometrie
berücksichtig wird. Ansonsten würde das Ergebnis eine Überschneidung von 100 Vol.-% angeben,
weil die Ringgeometrie dieselbe ist. Zur Veranschaulichung ist in Abbildung 6-14 genau dieser Fall der
Überschneidung dargestellt. Der ausgewählte Ring gehört zu dem geplanten Tunnel. Es ist eindeutig
zu erkennen, dass dieser zwischen zwei Ringen des gebauten Tunnels liegt. Daraus ist
zurückzuführen, dass das Auswählen jeden dritten Punktes keine alternative Lösung ist, um den
geplanten Tunnel darzustellen. Zusätzlich spielt der Fertigstellungsgrad des Rings eine entscheidende
Rolle bei der Bewertung. Exakte Aussagen über die Lagegenauigkeit können nur dann erfolgen, wenn
das Modell so nah wie möglich an das reale Bauwerk herankommt. Die ermittelten Werte können
höchstens für eine grobe Aussage herangezogen werden.
Die Bewertung der Ringdrehung konnte ohne Einschränkungen erfolgen, weil diese eine Darstellung
ist, die durch die Daten gegeben und mit dem Modell gezeigt wird.
ANWENDUNGSFALL
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Zusammenfassend stellt sich heraus, dass die Bewertungsmethodik durch die Anforderungen und die
Ausführung, bezüglich der Genauigkeit, unzureichend präzise ist.
Abbildung 6-14 Überlappung von Ringen
ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
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7 Zusammenfassung und Ausblick
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Handhabung von zwei BIM-Werkzeugen, in Bezug auf die
dreidimensionale Modellierung und damit auch auf die grafische Darstellung einer entwickelten
Bewertungsmethodik, untersucht. Um damit eine nachträgliche Bewertung der Lagegenauigkeit
eines Tunnels bzw. der einzelnen Ringe durchzuführen
Das gewünschte Ziel der grafischen Darstellung, der entwickelten Methoden, konnte durch das am
Anfang ausgewählte Werkzeug, nicht realisiert werden. Trotz dessen erfolgen die Berechnungen, die
durch das parametrische Modell ausgeführt wurden, mit Ergebnissen. Diese sind durch die
Einschränkungen des Modells und des Programms nur bedingt aussagekräftig. Das Resultat des
Misserfolges ist auf das gewählte Modell und das gewählte Programm zurück zu führen.
Die Modellierung des Rings erwies sich als sehr unkompliziert, weil die Segmentierung der Tübbings
nicht mit eingebunden wurde. Die Einbindung der Segmentierung hätte die Tatsache, dass Dynamo
Revit-Familien nicht um eine gewählte Achse drehen kann um somit die Ringdrehung darzustellen,
nicht ändern können und wäre so für die allgemeine Darstellung nicht relevant. Die Modellierung
eines Rings mit Segmentierung erfordert weitere Schritte, in denen Referenzebenen für die
Tübbingfugen erstellt werden, damit diese bei Änderung der Radien konstant bleiben. Weiterhin
konnten bei der Modellierung Informationen berücksichtigt werden, die im Gesamtmodell
ausgegeben werden sollten. Die Funktion der Exemplar-Parameter ermöglichte eine Zuweisung von
Informationen zu jedem einzelnen Ring, sodass diese durch Auswählen des Rings angezeigt werden.
Über diese Funktion wurden die Ringnummern, die Ringposition bezüglich der Ringdrehung und das
Material übergeben und abgefragt. Zusätzlich ermöglichten die zugewiesenen Parameter die
Darstellung der unplanmäßig eingebauten Ringdrehungen, indem diesen Ringen ein anderes Material
zugeordnet wurde.
Die Orientierung des Rings und die Umsetzung der Bewertungsmethoden wurden in Dynamo
durchgeführt. Auch hier kam es zu Einschränkungen. Angefangen bei der Ausrichtung eines Rings mit
nur einem Einfügepunkt. Die Wahl eines Einfügepunktes ist, nach Angabe der Daten, der richtige
Ansatz, da nur ein Punkt für jeden Ring gemessen wird. Die Schwierigkeit in der Modellierung besteht
darin, dass der Ring sich beim Ablegen an das globale Koordinatensystem richtet und somit nicht
richtig orientiert ist. Zur Orientierung wird ein zweiter Punkt benötigt, hier wurde der vorläufige
Punkt verwendet. Die Verwendung des vorläufigen Punktes führt dazu, dass durch die Modellierung
keine Überstände zwischen den Ringfugen vorhanden sein können. Daran anschließend ist es mit
Dynamo nicht möglich gewesen die Familie um die x- oder y-Achse zu drehen, sodass die Ausrichtung
auf Basis der Familie nicht stattfinden konnte. Die Ausrichtung, die durch Dynamo durchgeführt
werden kann, ist auf Basis der Geometrie. Wird die Geometrie ausgerichtet und wieder in Revit
importiert, so verliert die Familie alle zuvor definierten Eigenschaften und Parameter. Zudem liegt
das Importierte Objekt nicht mehr als Familie vor. Die Lösung für die Ausrichtung waren zwei
Einfügepunkte, durch die die Familie auf jeweils zwei Punkte abgelegt wurde. Jeder Endpunkt war
ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
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somit der Startpunkt für den nächsten Ring. Besonders zu beachten ist dabei die Modellierung des
Rings. Ein Ring mit zwei adaptiven Einfügepunkten, verändert seine Breite mit dem Abstand der
Punkte. Die Eigenschaft adaptiv zu sein macht es der Familie möglich sich anzupassen. In Kapitel 4.3
wurde die Ringmodellierung bezüglich der Wahl von drei Referenz- und zwei Einfügepunkten
erläutert. Mit dieser Modellierung, bei der die Breite durch einen Parameter festgelegt werden kann,
ist die konstante Breite des Rings und die Ausrichtung zum vorläufigen Punkt garantiert.
Zusammenhängend mit der Ausrichtung des Rings, wird auch der Lichtraum garantiert, weil es wie
erwähnt, nicht zu Überständen zwischen an den Ringfugen kommen kann.
Auch die Umsetzung der Bewertungsmethodik stieß an die Grenzen von Dynamo. Die Abweichungen
konnten nur auf Basis von Punkten berechnet werden, was dazu führt, dass die Datengrundlage auf
den Vergleich abgestimmt werden musste. Trotz Aufbereitung der Daten, kam es nicht zu dem
gewünschten Ergebnis. Die Aufbereitung erfolgte bei den Koordinaten für den geplanten Tunnel,
indem jeder dritte Punkt, ausgehend von dem ersten, abgerufen und in eine neue Liste übertragen
wurde. Dieser Vorgang wurde durchgeführt, weil die Punkte der geplanten Kurve alle 0.5m
aufgenommen wurden und somit Punkte mit einem Abstand von 1.5m zur Verfügung standen. Diese
Art der Datenaufbereitung ist grundsätzlich nur eine Annäherung gewesen, damit eine Bewertung
auf einer Vergleichsebene stattfinden konnte. Weitergehend konnte durch diese Ungenauigkeit
ebenfalls kein genaues Ergebnis bezüglich des Schnittvolumens erzielt werden. Durch die Anordnung
der geplanten Punkte kam es im Vergleich zu Überlappungen (s. Abbildung 6-14). Die Überlappungen
sind ein Beleg dafür, dass die Auswahl jeden dritten Punktes keine Gültigkeit bezüglich einer
Bewertung hat.
Der gewählte Modellansatz kann durch Erweiterung der Eingangswerte verbessert werden. Wenn für
jeden Ring zwei gemessene Punkte vorhanden wären, könnte jeder Ring richtig positioniert und die
Genauigkeit erhöht werden. Somit könnten auch die Überstände zwischen den Ringfugen grafisch
dargestellt und berechnet werden. Ebenfalls kann dann die Fragestellung an den vorhandenen
Lichtraum gestellt und durch iterative Annäherung beantwortet werden. Die iterative Annäherung
kann durch Dynamo erfolgen, indem ein zylindrischer Volumenkörper auf die gebaute Kurve gelegt
und nach einem Durchmesser gesucht wird, mit dem der Tunnel keine Schnittmenge aufweist.
Unter Berücksichtigung aller aufgerührten Kriterien stellt sich heraus, dass der gewählte
Modellansatz somit nicht geeignet ist, um die Fragestellung nach einer nachträglichen Bewertung der
Einbauqualität zu beantworten. Dadurch ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass die Fragestellung mit
einem anderen Modell beantwortet werden kann.
LITERATURVERZEICHNIS
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8 Literaturverzeichnis
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ABBILDUNGSVERZEICHNIS
SEITE | 66
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 2-1 BIM-Anwendungsverlagerung (Liebich et al. 2011)......................................................... 4
Abbildung 2-2 Der Entwicklungspfad von BIM (Dipl.-Ing. Christian Glatte 2016, nach Finith E. Jerning)5
Abbildung 2-3 Level of Development (Diess 2015) ................................................................................. 6
Abbildung 2-4 Einfachschild-TVM (Herrenknecht AG) ............................................................................ 8
Abbildung 2-5 Navigationssystem mit Totalstation und Zieltafel (VMT GMBH) ................................... 10
Abbildung 2-6 Empfängerstation eines Rohrvortriebs (tacs GmbH) ..................................................... 10
Abbildung 3-1 Vorgehensmodell ........................................................................................................... 11
Abbildung 3-2 Dynamo Plug-In in Revit - Ausschnitt............................................................................. 13
Abbildung 3-3 Dynamo Ansichtsfenster ................................................................................................ 14
Abbildung 4-1 Testdaten - geplanter Tunnel ........................................................................................ 17
Abbildung 4-2 Testdaten - gebauter Tunnel ......................................................................................... 17
Abbildung 4-3 Export Testdaten – geplant............................................................................................ 18
Abbildung 4-4 Export Testdaten – gebaut............................................................................................. 18
Abbildung 4-5 Übersicht allgemeines Skript ......................................................................................... 19
Abbildung 4-6 Markierung 1.................................................................................................................. 20
Abbildung 4-7 Markierung 2.................................................................................................................. 21
Abbildung 4-8 Referenzpunkte und adaptive Punkte ........................................................................... 22
Abbildung 4-9 Kreise durch Referenzlinien und Bemaßung ................................................................. 22
Abbildung 4-10 Parametereigenschaften ............................................................................................. 23
Abbildung 4-11 Volumenkörper durch Außenradius ............................................................................ 23
Abbildung 4-12 Ring durch Abzugskörper ............................................................................................. 24
Abbildung 4-13 Datum und Uhrzeit des Einbaus – Dynamo ................................................................. 25
Abbildung 4-14 Familientypen .............................................................................................................. 25
Abbildung 4-15 Erweiterung des allgemeinen Skripts - Ring ablegen .................................................. 26
Abbildung 4-16 Exemplar-Parameter .................................................................................................... 26
Abbildung 4-17 Tunnelmodell 1 ............................................................................................................ 27
Abbildung 4-18 Ringdrehung ................................................................................................................. 27
Abbildung 4-19 Ergebnis der Drehung .................................................................................................. 28
Abbildung 4-20 Ring mit zwei adaptiven Punkten ................................................................................ 29
Abbildung 4-21 Start- und Endpunkte ................................................................................................... 30
Abbildung 4-22 Listendarstellung der Start- und Endpunkte................................................................ 30
Abbildung 4-23 Tunnelmodell 2 ............................................................................................................ 31
Abbildung 4-24 Schritt 1 – Referenzpunkte erstellen ........................................................................... 31
Abbildung 4-25 Schritt 2 - adaptive Punkte definieren ......................................................................... 32
Abbildung 4-26 Schritt 3 - Geometrie durch Kreise erstellen ............................................................... 33
Abbildung 4-27 Schritt 4 – Volumenkörper........................................................................................... 33
Abbildung 4-28 Schritt 5 – Abzugskörpers ............................................................................................ 34
Abbildung 4-29 Dialogfeld Parametereigenschaften ............................................................................ 34
Abbildung 5-1 Abweichung Soll zu Ist ................................................................................................... 36
Abbildung 5-2 Soll- und Ist-Tunnel im Vergleich ................................................................................... 37
Abbildung 5-3 Schnittvolumen ermitteln .............................................................................................. 38
Abbildung 5-4 Liste mit Unterlisten vereinfachen ................................................................................ 38
Abbildung 5-5 Überprüfung der Ergebnisse .......................................................................................... 39
Abbildung 5-6 Geometrie einfärben ..................................................................................................... 39
Abbildung 5-7 Einfärben der Differenz zur Anschauung ....................................................................... 40
TABELLENVERZEICHNIS
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Abbildung 5-8 Einfärben von in Dynamo erstellten Geometrien (Jezyk und DynamoEntwicklungsteam) ................................................................................................................................ 41
Abbildung 5-9 Einfärbung der veränderten Ringdrehung ..................................................................... 42
Abbildung 5-10 Übersicht der markierten Ringe .................................................................................. 43
Abbildung 5-11 Berechnung der Abweichungen................................................................................... 44
Abbildung 5-12 Berechnung des Schnittvolumens ............................................................................... 45
Abbildung 5-13 Festlegung des Material für den Vergleich der Ringdrehung ...................................... 45
Abbildung 6-1 Anordnung der Tübbings ............................................................................................... 49
Abbildung 6-2 Tübbing A und D, Draufsicht - Innen.............................................................................. 49
Abbildung 6-3 Tübbing A und D, Ansicht............................................................................................... 49
Abbildung 6-4 Tübbing B, C, E und F, Draufsicht - Innen....................................................................... 50
Abbildung 6-5 Tübbing B, C, E und F, Ansicht ....................................................................................... 50
Abbildung 6-6 Konizität und Anordnung von Ringen ............................................................................ 51
Abbildung 6-7 Position U1 und D16 ...................................................................................................... 51
Abbildung 6-8 Darstellung eines Rings zur Verdeutlichung der Breite am Mittelpunkt ....................... 54
Abbildung 6-9 Eingrenzung der Vektorlänge ........................................................................................ 55
Abbildung 6-10 Koordinaten anpassen ................................................................................................. 56
Abbildung 6-11 Verzerrte Darstellung der Punkte ................................................................................ 57
Abbildung 6-12 Verschiebung zum Ursprung........................................................................................ 57
Abbildung 6-13 Erweiterung der Informationszuweisung .................................................................... 58
Abbildung 6-14 Überlappung von Ringen ............................................................................................. 61
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1 Testdatensatz ......................................................................................................................... 19
Tabelle 2 Bewertungsskalen – Übersicht .............................................................................................. 47
Tabelle 3 minimale Grenzwerte des Schnittvolumens .......................................................................... 47
Tabelle 4 Ringpositionen und die dazu gehörigen Drehwinkel ............................................................. 52
Tabelle 5 Überblick der Ergebnisse ....................................................................................................... 59
EIDESSTATTLICHE ERKLÄRUNG
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Eidesstattliche Erklärung
Name: Katja Linder
Matrikelnummer: 108 013 231 978
Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Arbeit eigenständig, ohne fremde Hilfe und nur unter
Verwendung der angegebenen Hilfsmittel angefertigt habe. Alle sinngemäß und wörtlich
übernommenen Textstellen aus der Literatur bzw. dem Internet habe ich als solche kenntlich
gemacht. Dies gilt sinngemäß auch für verwendete Zeichnungen, Skizzen, bildliche Darstellungen und
dergleichen.
Weiterhin erkläre ich, dass die Abschlussarbeit (Thesis) noch nicht im Rahmen einer staatlichen oder
anderen Prüfung (z.B. als Magister-, Diplom- oder Staatsexamensarbeit) an der Ruhr-Universität
Bochum oder einer anderen Hochschule eingereicht wurde.
Mir ist bekannt, dass im Falle einer Täuschung die Abschlussarbeit mit ‚nicht bestanden‘ bewertet
wird.
________________________
________________________
Ort, Datum
Unterschrift
Download
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