Forschung

In diesem Studierendenprojekt wurde ein semantisches 3D-Stadtmodell von New York City (NYC) auf der Grundlage von Datensätzen erstellt, die im NYC Open Data Portal bereitgestellt werden. Verschiedene 3D-Merkmalstypen wurden aus vorhandenen öffentlichen 2D- und 2,5D-Datensätzen durch räumliche und semantische Transformationen zusammen mit (einigen) photogrammetrischen Analysen abgeleitet. Das resultierende 3D-Stadtmodell wird in einer homogenisierten und integrierten Weise unter Verwendung des internationalen Standards CityGML des Open Geospatial Consortium (OGC) dargestellt.

Um automatisiertes und vernetztes Fahren zu testen und abzusichern, wird ein virtuelles Testfeld benötigt, in dem eine große Zahl an Verkehrsszenarien effizient simuliert werden kann. Das Ziel des Forschungsprojekts SAVe ist es, ein multifunktionales Regionsmodells am Beispiel von Ingolstadt aufzubauen. Hierfür wird u.a. ein digitaler Zwilling der Stadt erstellt und Infrastrukturelemente (Ampeln, Induktionsschleifen, …) sowie Flottendaten mit dem Stadtmodell vernetzt.
Laufzeit: 2018-2020

CityGML ist ein internationaler Standard des Open Geospatial Consortiums (OGC) zur Modellierung, Speicherung und dem Austausch semantischer 3D-Stadtmodelle. Version 2.0.0 des Standards wurde vom OGC im März 2012 verabschiedet. Der Lehrstuhl für Geoinformatik ist aktiv an der Entwicklung der anstehenden Version 3.0.0 beteiligt und koordiniert derzeit die begonnene Erstellung des Spezifikationsdokuments und der Datenmodelle.
Laufzeit: 2013-2020

Ziel des Forschungsprojekts 2D+t LandModell ist die Entwicklung eines Monitoring-Systems zur Erkennung und Analyse von Veränderungs-prozessen in der Agrarlandschaft. Eine wesentliche Kernidee des Projekts besteht in der Kopplung von einem semantischen Datenmodell und komplexen Analysemethoden. Durch Definition relevanter Objektklassen und –attribute erlaubt das semantische Geodatenmodell die Abbildung der Agrarlandschaft als komplexes System interagierender und sich verändernder Elemente und bietet damit eine solide Grundlage für das Systemverständnis der Agrarlandschaft sowie für tiefgreifende Analysen beispielsweise zur Erkennung, Dokumentation und Beschreibung von raum-zeitlichen Veränderungsprozessen.
Laufzeit: 2013 - 2019

Ziel des Projekts ist es, eine kleinräumige, wetterabhängige Prognose für die Einspeiseleistung und den Verbrauch zu erstellen und damit die Kompatibilität der Rechenressourcen mit den im Verteilnetz installierten Komponenten und Leitungen zu bewerten. In einem weiteren Schritt werden die zu ergreifenden Maßnahmen simuliert und bewertet. Abschließend wird ein Prognose- und Simulationssystem entwickelt, mit dem Netzbetreiber*innen den Betrieb in Verteilnetzen optimieren können.
Laufzeit: 2016-2018

Immer mehr Menschen zieht es in die Metropolen – eine Herausforderung. Ob Lärm oder Feinstaubbelastung: Damit das Leben in der Stadt lebenswert bleibt, müssen Kommunen rasch und zuverlässig planen. Das Konzept „Smart District Data Infrastructure” (SDDI) gibt planenden Personen das dafür nötige, flexibel einsetzbare Werkzeug an die Hand. Städte oder einzelne Stadtteile lassen sich damit als virtuelle 3D-Stadtmodelle abbilden, die mit dynamischen Daten – etwa zum Verkehrsaufkommen – verknüpft sind. So können zukünftige Entwicklungen anschaulich simuliert und Lösungsansätze frühzeitig fachübergreifend erarbeitet werden.

Der Energieatlas Berlin ist ein Instrument zur Unterstützung der strategischen Umwelt- und Energieplanung in Berlin und London. Sie umfasst die Darstellung des Ist-Zustandes der Umwelt, energiebezogener Objekte und Parameter im Sinne eines urbanen Inventars. Darüber hinaus können verschiedene Maßnahmenoptionen wie der Vergleich des geschätzten Energiebedarfs und des Produktions- und Einsparpotenzials, z.B. durch erneuerbare Energiequellen und energetische Gebäudesanierung, analysiert und visualisiert werden.

Die letzten ca. 20 Jahre zeigen eindeutig eine erhöhte Frequenz von Extremwetterereignissen mit einer Zunahme von sommerlichen Hitzewellen in Zentraleuropa. Dies zeigt sich vor allem in den größeren Städten, da sich der Effekt durch die Überlagerung des sog. Urban Heat Island Effects zusätzlich verschärft. Diese veränderten Randbedingungen werden zunehmend Einfluss nehmen auf die Planung - sowohl bei der Planung von Gebäuden als auch bei der Entwicklung von Adaptionsmaßnahmen im städtischen Kontext. Im Rahmen Urbanes Mikroklima Projekt soll auf Basis des Simulationsprogramms TRNSYS ein Modell für die transiente Bewertung des thermischen Verhaltens des Außenraums entwickelt werden.

Die preisgekrönte 3D-Stadtdatenbank ist eine kostenlose 3D-Geodatenbank zum Speichern, Darstellen und Verwalten von CityGML-konformen Stadtmodellen auf Basis einer Standard-Datenbank für räumliche Beziehungen. Das Datenbankmodell enthält semantisch reichhaltige, hierarchisch strukturierte, mehrskalige städtische Objekte, die komplexe GIS-Modellierungs- und Analyseaufgaben weit über die Visualisierung hinaus ermöglichen.

Im Projekt werden Verfahren entwickelt, um automatisiert digitale Zwillinge bestehender Infrastrukturbauwerke (z.B. Straßen, Brücken, Wasserbauwerke) als Basis für den Betrieb und die Instandhaltung zu generieren. Die zu entwickelnden Teilverfahren umfassen die Aufnahme und Verarbeitung von Punktwolken (z. B. mittels Laserscanning oder Photogrammmetrie), Extrahierung von geometrischen und semantischen Informationen unter Verwendung digitaler Bildverarbeitung, Einsatz von Wissensdatenbanken zur semantischen Modellgenerierung sowie der Auswertung von technischen Zeichnungen mittels Machine Learning. Wesentliche Tätigkeiten liegen in der Entwicklung von Algorithmen, Datenstrukturen und technischen Verfahren.

INTREPID zielt darauf ab, eine einzigartige Plattform zu schaffen, die nahtlos Intelligenzverstärkung und eXtended Reality-Konzepte mit noch nie dagewesenen intelligenten kybernetischen Assistenten und innovativen Deep-Indoor-Vernetzungs- und Positionierungsfähigkeiten integriert, um die Erkundung und Bewertung von Katastrophengebieten zu verbessern und zu beschleunigen. Das Projekt wird seine Effektivität in iterativen und ergänzenden Pilotversuchen validieren, um Rettungseinsätze in Gebieten zu unterstützen, die komplex oder gefährlich zu erkunden sind.
Laufzeit: 10.2020 - 09.2023

Während der Bauausführung liegt es in der Verantwortung der Bauleitung und anderer Führungskräfte die Koordination des Bauprojekts gezielt an die aktuellen Geschehnisse anzupassen, damit nicht nur Effizienz und Qualität sichergestellt werden können, sondern auch die Sicherheit der Arbeitskräfte. Bisher werden Entscheidungen diesbezüglich häufig anhand von optischer Beurteilung und Erfahrungswerten getroffen und werden nur sehr selten auf fundierte Informationen gestützt. Aufgrund der engen Verknüpfung vieler Einflussfaktoren ist es so eine große Herausforderung gute Entscheidungen zu treffen. Das von EU Horizon 2020 finanzierte Projekt BIM2TWIN möchte deshalb eine digitale Plattform entwickeln, die den Baustellenverantwortlichen als fundierte Handlungsgrundlage dient und somit den Bauablauf optimiert.
Laufzeit: 10.2020 - 09.2023

Dieses Teilprojekt (TP) von Early BIM 2 befasst sich zum Einen mit der Dokumentation qualitativer Entscheidungen in der Bewertung und Auswahl von Varianten. Zum Anderen werden Varianten basierend auf Referenzen und der Nutzung von (Teil-)Aspekten für die entwurfliche Weiterentwicklung evaluiert. Die Bewertung der Potentiale und Performance in Entwurfszweigen ähnlicher Referenzen soll um die Imperfektion (Unsicherheit, Vagheit, Ungenauigkeit) erweitert werden. 

Es werden Methoden auf Basis von Graphentransformationssystemen entwickelt und deren Kopplung mit parametrischen Entwurfssystemen untersucht: Das Konzept besteht darin, dass ein Graph einen Ausschnitt des Gebäudemodells in einem bestimmten Detaillierungsgrad repräsentiert und dass die Anwendung von Graphentransformationsregeln diesen Graphen so manipuliert, dass er anschließend diesen Ausschnitt in einem feineren Detaillierungsgrad beschreibt. Auf diese Weise ist es möglich, Detaillierungsprozesse und das damit verbundene Wissen computerinterpretierbar abzubilden und wiederverwendbar zu machen. Eine vollständige Automatisierung ist explizit nicht vorgesehen, stattdessen wird dem*der Anwender*in eine Reihe von Detaillierungsregeln zur Verfügung gestellt, aus denen er*sie aufgrund von Erfahrung und Kontextwissen die am besten geeignete auswählt.
Laufzeit: 09.2020-09.2023

Das Projekt BIMwood entwickelt Lösungen für die Wertschöpfungskette Planen und Bauen mit Holz vor dem Hintergrund der digitalen Transformation. Basis stellt das Building Information Modeling (BIM) als Schlüsseltechnologie in Architecture, Engineering and Construction (AEC) mit tiefgreifenden Auswirkungen auf gängige Arbeitsmethoden. Im Mittelpunkt des Forschungsprojekts steht die Weiterentwicklung von Methoden, Werkzeugen und Handeln im vorgefertigten Holzbau zur Verbesserung reibungsloser Planungs- und Datenmanagementprozesse.
Laufzeit: 08.2019 - 06.2022

Ziel von RIMcomb ist daher die Entwicklung eines ganzheitlichen IT-Ansatzes zur Unterstützung der kooperativen, gewerkeübergreifenden Planung der Ausrüstungstechnik von Bahninfrastruktur. Kern des verfolgten Ansatzes ist die Schaffung eines hersteller*innenneutralen Datenmodells, das die Beschreibung von Gleisanlagen und Ausrüstungstechnik unter Zuhilfenahme spezifischer Attribute und Objekttypen erlaubt. Aufgrund einer Vielzahl an beteiligten Fachplaner*innen und Gewerken werden darüber hinaus verschiedene Sichten auf die Planungsdaten benötigt – von der 2D-Darstellung der Gleistopologie bis hin zur hochdetaillierten 3D-Repräsentation für komplexe geometrische Situationen. Hierfür werden Methoden des Building Information Modeling (BIM) übertragen und angewendet. Für den Abgleich von Fachmodellen kommen neuartige Methoden zur Übermittlung von Modelländerungen („Patching“) zum Einsatz.

Als Reaktion auf die dringende Nachfrage internationaler Infrastruktur-Stakeholder*innen nach einer Erweiterung des IFC für Tunnel wurde das Standardentwicklungsprojekt im Oktober 2019 von Infra Room als Fast-Track-Projekt mit einer Dauer von 2 Jahren initiiert. Aufgrund der begrenzten Zeit und der verfügbaren Ressourcen war es wichtig, dass sich das Projekt auf "niedrig hängende" Früchte konzentrierte; d. h. auf die Auswahl der zu unterstützenden Anwendungsfälle, die den größten Wert für die zukünftige Nutzung des Standards bringen. Das IFC-Tunnel-Erweiterungsprojekt folgte den formalen Projektdurchführungsrichtlinien des bSI, die 2015 in Kraft traten (buildingSMART International 2015).

Die TUM Open Infra Platform (kurz OIP) ist eine Software zur Darstellung von Trassierungs- und digitalen Höhenmodelldaten. Die TUM Open Infra Platform unterstützt mehrere Dateiformate für Achs- und digitale Höhendaten. Sie verfügt über Export- und Importfunktionen für IFC Alignment, LandXML und OKSTRA. Darüber hinaus ermöglicht sie den Import von ASCII-XYZ-Daten und Laserscan-Daten im LAS 1.1/1.2-Format.

Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, das Problem unzusammenhängender digitaler 2D-Zeichnungen und 3D-Gebäudeinformationsmodelle ganzheitlich anzugehen, indem automatische Methoden zur Prüfung der geometrischen Konsistenz zwischen ihnen, zur Nachverfolgung von Änderungen an Zeichnungen, zum Positionierungsmechanismus und schließlich zum gemeinsamen Austausch von Zeichnungen und BIM-Modellen in einer hersteller*innenneutralen, containerähnlichen Weise entwickelt werden.

Der Fokus des Projekts liegt auf der Erarbeitung von Methoden zur visuellen Repräsentation und Exploration von Simulations- und Analyseergebnissen zur prozessintegrierten Präsentation und vergleichenden Gegenüberstellung unterschiedlicher Entwurfsvarianten. Um Erkenntnisse aus den Datensätzen zu gewinnen und die Entscheidungsfindung des*der Entwerfenden zu unterstützen, werden Methoden aus den Gebieten der Visual Analytics und Visual Representation untersucht und basierend auf einer Anforderungsanalyse Konzepte entwickelt, um Tendenzen und multiple mehrdimensionale Daten aus den Simulationen und Analysen situations- und rollenbezogen interaktiv zu filtern, zu verknüpfen und zu visualisieren.

Die Planung eines Gebäudes ist ein komplexer Prozess, in dem die Lösung schrittweise entwickelt wird, um die Ziele und Randbedingungen mehrerer beteiligter Entwürfe und Ingenieursdisziplinen zu erfüllen. Bei Anwendung der BIM Methodik beginnt der Planungsprozess mit einem groben Modell, das schrittweise zu einem immer detaillierteren Modell weiterentwickelt wird. Diese Verfeinerungsschritte werden als Entwicklungsstufen (LOD) bezeichnet.Aufgrund der zunehmenden Anwendung und des hohen Potenzials semantischer BIM-Modelle für nachfolgende Simulationen und Analysen erscheint die Implementierung eines Multi-LOD-Modells für die Zukunft der digitalen Planung unerlässlich und ist daher Gegenstand dieses Forschungsprojekts.

Das Projekt BIMsite setzt an der Schnittstelle zwischen Bauplanung und Bauausführung an. Heute werden zur Informationsübergabe an dieser Stelle gedruckte 2D-Bauzeichnungen übergeben. Dadurch gehen viele bereits digital vorliegende Informationen verloren. Das Projekt BIMsite widmet sich der Fragestellung, wie digitale Gebäudemodelle für relevante Fragestellungen in der Arbeitsvorbereitung und während der Bauausführung erweitert genutzt werden können. Dabei soll zum einen untersucht werden, welche Anforderungen Gebäudemodelle hinsichtlich Informationsgehalt und Detaillierungsgrad erfüllen müssen, damit eine direkte Weiternutzung für die entsprechenden Projektphasen möglich ist.

Eines der wichtigsten Themen bei der Planung eines Bauvorhabens ist es, die Qualität der Entwurfsplanung konstant auf einem hohen Niveau zu halten. Daher muss diese Qualität während der gesamten Projektlaufzeit kontinuierlich auf Genauigkeit und Einhaltung der geltenden Normen und Richtlinien überprüft werden. Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, einen Ansatz zu entwickeln, der die Automatisierung dieses Prozesses mit Hilfe digitaler Methoden ermöglicht. Ein Kooperationsprojekt mit dem Nemetschek Konzern und der ALLPLAN GmbH.

Ziel der Forschungsgruppe ist es, Methoden und Techniken für die kollaborative Planung von Infrastrukturbauprojekten mit Hilfe von 3D-Stadt- und Gebäudemodellen zu untersuchen und zu entwickeln. Das 3D-Modell ist mit einer raumzeitlichen Datenbank, mit externen Geodatenquellen und GIS-Analysemethoden zu verknüpfen. Mit Hilfe eines Augmented-Reality-Systems können planende Personen vor Ort das 3D-Planungsmodell lokalisieren.

Für die Fußgänger*innendynamikforschung wurde am Lehrstuhl für Computermodellierung und Simulation unter der Leitung von Dr. Peter M. Kielar ein neuer Fußgänger*innensimulator erstellt. Der Simulator verbindet moderne Konzepte der praktischen und theoretischen Informatik mit unserem fundierten Hintergrund in der Fußgänger*innendynamik. Damit ist er eine perfekte Plattform, um neue, aber auch bekannte Verhaltensmodellierungsansätze aus dem Bereich der Fußgänger*innendynamik umzusetzen.

Die Prinzipien - wie auch das Konzept des Internet of Things (IoT) - bilden das Potential für eine dezentrale Regelung durch die dynamische Verknüpfung der einzelnen MSR-Sensoren und -Aktoren in der TGA, Fassade, Sonnenschutz, etc. und dem*der Nutzer*in, über eine direkte Vernetzung (z.B. Internet). Es entsteht eine Bottom-Up-Regelung. Dadurch erzielt man eine spezifischere und effizientere Gebäuderegelung, die den Nutzungskomfort erhöhen und den Energieverbrauch der einzelnen haustechnischen Anlagen reduzieren soll. Das Ziel besteht darin, auf konzeptioneller Ebene zu untersuchen, wie und in wie weit eine solche dezentrale Regelung technisch realisierbar ist und welches Verbesserungspotential sie mit sich bringen kann.

Das von der IGSSE (International Graduate School of Science and Engineering) geförderte, interdisziplinäre Forschungsprojekt „Game.Up“ untersucht die Anwendung von Methoden der Gamification als Visualisierungsform im Kontext der Stadtplanung wie z.B. bei der Planungskommunikation und bei Beteiligungsprozessen. Eine spielerische Auseinandersetzung und Bewertung von Planungsinformationen kann die Prozesse der Informationsverbreitung und des Wissensaustausches in leicht zu verstehenden, motivierenden, computerbasierten Erfahrungen umwandeln. Zudem werden Planungsprozessen durch dreidimensionale Modelle mit Echtzeit-Feedback visuell und interaktiv zugänglich.

Ziel dieser Forschung ist es, dem*der Architekt*in bereits in der frühen Entwurfsphase IT-Unterstützung zu bieten. Im Wesentlichen erweitert das Projekt zwei der wichtigsten Werkzeuge des*der Architekt*in - die Skizze und die Verwendung von Referenzen zu Fallstudien - durch den Einsatz von Informationstechnologie, die Datenspeicherkapazität des Computers und die Fähigkeit, Informationen schnell in Datennetzen zu transportieren.

Die Verwendung eines Computers zur Realisierung kreativer Designaufgaben ist immer noch schwerfällig und ineffizient. Eines der schwierigsten Probleme ist die unzureichende Mensch-Computer-Interaktion der meisten aktuellen Computersysteme. Im Rahmen eines interdisziplinären Projekts wurde eine kollaborative Designplattform im Maßstab 1:1 entwickelt.

USP zielt darauf ab, interaktive Werkzeuge zu entwickeln, die die Entwicklung von innerstädtischen Planungsstrategien unterstützen. Durch die Überwachung wichtiger Bauvorschriften und die Bereitstellung von Visualisierungen und Simulationsergebnissen in Echtzeit dienen sie als fundierte Grundlage für Diskussionen und Argumentationen im politischen Entscheidungs- und Planungsprozess und unterstützen wiederum die Entwicklung von innerstädtischen Planungsstrategien, die gut zu ihrem urbanen Kontext passen.

Das Projekt MultiGo wird von der Bayerischen Forschungsstiftung finanziert und befasst sich mit der berührungslosen Oberflächenanalyse von Fahrzeug-Karosserien. Ziel ist die Identifikation von Beulen, Dellen und Wellen in einem vollautomatischen Scan-Prozess. Im Karosseriebau soll ein Hybridsensorsystem die Geometrie vermessen und Oberflächenunruhen feststellen – in einem Arbeitsgang. So lässt sich die Qualität schnell und effizient auf kleinem Raum prüfen.

Ein zentrales Thema ist die automatische Überwachung des Baufortschritts, um Abweichungen zu erkennen und Verzögerungen vorherzusagen. In diesem Projekt geht es darum, die in einer sich verändernden Umgebung aufgenommenen 3D-Punktwolken mit einem planmäßigen 3D-Modell zur Änderungserkennung, Objektextraktion, Schätzung von verstopften Bauteilen mit Integration von Bauprozesswissen oder Änderungen des geplanten Bauprozesses vor Ort abzugleichen.

In diesem Teilprojekt der Verbundprojektes For3D der Bayerischen Forschungsstiftung sollen neue Verfahren zur Änderungsanalyse in Punktwolken entwickelt werden. Dabei sollen Punktwolken von verschieden Sensoren oder Auswerteverfahren fusioniert und zudem mit Aufnahmen zu unterschiedlichen Zeitpunkten verglichen werden.

Das Projekt dient zwei Hauptzielen: (i) aus thermischen Infrarot-(TIR)-Daten, die auf einer Bildanalyse basieren, nicht sichtbare Merkmale von Gebäuden zu extrahieren und zu interpretieren und (ii) die 3D-Gebäudemodelle mit den Informationen aus nicht sichtbaren Merkmalen zu aktualisieren und zu ergänzen.

Dieses Projekt beschäftigt sich mit den Möglichkeiten und Herausforderungen der Nutzung von luftgestützten InSAR-Daten zur Analyse von dicht bebauten Stadtgebieten. In diesem Zusammenhang werden sowohl mehraspekt- als auch mehrbasige Ansätze zur Ableitung von Oberflächenmodellen sowie zur Gewinnung von Gebäudemodellen untersucht. Dabei sind die spezifischen Eigenschaften von SAR-Bildern zu berücksichtigen: Abschattungen, Verkürzungen, Zwischenbereiche und Streuer zeigen je nach Blickrichtung des Sensors ein völlig anderes Verhalten. Dies ist eine große Herausforderung bei der Kombination von Bildern aus verschiedenen Blickrichtungen, ermöglicht aber die Reduzierung von Bereichen mit Schatten und Zwischenräumen.

In diesem Projekt wird ein quantitativer Ultraschall-Bildgebungsansatz auf Basis der elastischen Full-Wave-Inversion (EFWI) für genaue Rekonstruktionen der physikalischen Eigenschaften in isotropen und anisotropen Strukturen entwickelt. Das Modell wird im Frequenz-/Zeitbereich durch Lösen einer Full-Wave-Gleichung in einem elastischen 2D/3D-Modell berechnet, wobei Mode-Conversions und Mehrfachstreuung berücksichtigt werden. Die Inversion basiert auf der lokalen Optimierung einer Wellenform-Misfit-Funktion zwischen modellierten und gemessenen Daten.
Laufzeit: 2020-2023

Das am Lehrstuhl entwickelte numerische Rahmenwerk kombiniert mehrstufiges hp-Refinement mit einem Phasenfeldmodell für einen Splitterbruch, um ein lokal verfeinertes Netz zu ermöglichen, das sich dynamisch an den Rissverlauf anpasst. In einem zweiten Schritt wurde die Finite-Cell-Method (FCM) erfolgreich in das Modell integriert, um die effiziente Simulation komplexer Geometrien zu ermöglichen.

Osteoporose beeinträchtigt die Knochenfestigkeit und erhöht das Risiko von Wirbelfrakturen mit schweren gesundheitlichen Folgen. Die Entwicklung eines genauen und zuverlässigen patientenspezifischen Wirbelkörpermodells wäre von großer klinischer Relevanz, sowohl für die Prognose von Frakturen als auch für die Untersuchung von Implantatsystemen. Die Finite-Zellen-Methode (FCM) ist ein eingebetteter Domänenansatz hoher Ordnung, der komplexe Geometrien ohne Netzgenerierung behandeln kann. In dieser Arbeit wenden wir die FCM an, um das biomechanische Verhalten der menschlichen Wirbelsäule zu simulieren. Die flexible Natur der FCM in Bezug auf komplexe Geometrie und verschiedene Arten der geometrischen Repräsentation ermöglicht es uns, eine robuste Simulationspipeline für patientenspezifische Analysen zu entwickeln.
Laufzeit: 06.2015-10.2020

High Performance Computing ist ein zunehmend relevanter Bereich in der Computational Mechanics für die Lösung partieller Differentialgleichungen mit vielen Unbekannten. In diesem Projekt sollen effiziente Algorithmen und Datenstrukturen für die Lösung komplexer realer technischer Probleme entwickelt werden, indem die Finite-Zellen-Methode, das hp-Refinement, iterative Lösungsstrategien und die Rechenleistung modernster Parallelrechnerarchitekturen genutzt werden.
Laufzeit: 2017-2020

Die Rekonstruktion von dreidimensionalen Objekten aus Bildern ist ein weit verbreiteter Ansatz in vielen technischen Bereichen. Das Hauptziel dieser Verfahren ist es, die in den Bildern vorhandenen Pixeldaten in eine - möglicherweise anwendungsabhängige - dreidimensionale Darstellung zu transformieren. Neben den Standardanwendungen gibt es ein zunehmendes Interesse an Methoden, die dreidimensionale geometrische Darstellungen liefern, die für die numerische Analyse mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM) geeignet sind. Die am Lehrstuhl für Computation in Engineering durchgeführten Forschungen befassen sich mit den Möglichkeiten der Kopplung fotobasierter Formmessverfahren an die FEM und deren Derivate, z. B. die Finite-Elemente-Methode.
Laufzeit: 2014-2019

Der Lehrstuhl für Computation in Engineering (CiE) forscht seit Anfang der 90er Jahre auf dem Gebiet der Netzgenerierung und entwickelt einen Algorithmus zur Oberflächennetzgenerierung zur Diskretisierung von beliebigen Freiformflächen mit dreieckigen und vierseitigen Elementen (DoMesh). In neueren Forschungsphasen wurde der Oberflächennetzgenerator zu einem Mesh-Generations-Framework erweitert, das beliebige BRep-Volumina mit gekrümmten tetraedrischen Elementen hoher Ordnung und dünnwandigen schalenartigen Strukturen mit gekrümmten sechsflächigen Elementen hoher Ordnung (TUM.GeoFrame) diskretisiert.

Das Projekt ist in eine von der DFG geförderte Verbundforschung eingebunden und wurde gemeinsam mit Prof. Wohlmuth (TUM, Mathematik), Prof. Schanda (FH Rosenheim) und Dr. Rabold (ift Rosenheim) durchgeführt. Ziel dieses Teilprojektes ist es, numerische Simulationen mit der p-Version der Finite-Elemente-Methode (p-FEM) durchzuführen, um das vibroakustische Verhalten von Holzkonstruktionen zu berechnen und zu schätzen. Die effiziente Integration in moderne Planungsabläufe motiviert die Kopplung von Simulationsmodellen mit parametrischen Gesamtgebäude-Informationsmodellen (BIM).e

Im Rahmen dieses Projekts soll ein interaktives Simulationswerkzeug zur Risikobewertung und Echtzeitvorhersage von Überschwemmungen in komplexen Umgebungen, wie z.B. städtischen Gebieten, entwickelt werden. Überschwemmungen und Auswirkungen von Überschwemmungen auf die Infrastruktur werden in einem mehrstufigen Rahmen vorhergesagt, der vom Fluss bis zum Umfang der gebauten Infrastruktur reicht, wie beispielsweise Eisenbahn, U-Bahn, Tunnel, Abwasserkanäle, Gebäude und Gebäudeinfrastruktur.

In diesem Projekt konzentrieren wir uns auf Bauwerke und gebaute Infrastrukturen mit besonderem Interesse an der Bereitstellung von Informationen in einer variierenden und sich dynamisch verändernden Tiefe. Wir entwickeln ein System, das die Möglichkeit bietet, detaillierte Informationen (auch auf sehr feinkörnigen Ebenen) über Konstruktionen in Echtzeit zu erhalten, wobei die interaktive Informationssteuerung trotz eines großen Datenaufkommens erhalten bleibt.

Die Grundidee des Forschungsprojekts ist die Weiterentwicklung des Modularisierungsprinzips durch den Einsatz von facettierten Strukturelementen aus kohlenstoffbewehrtem Ultrahochleistungsbeton für den Betonbrückenbau. Der Ansatz, vergleichbar mit der geometrischen Aufteilung von Tragwerken in definierte Elemente, zeichnet sich durch die systematische Zerlegung der Gesamtstruktur in einfach herzustellende Module aus. Die dabei zu beachtenden Randbedingungen ergeben sich zum einen aus den strukturmechanischen Eigenschaften, zum anderen aus den Anforderungen der Fertigung und der späteren Montage. Das komplexe Optimierungsproblem kann nur durch die Weiterentwicklung computergestützter Methoden und die Auslegung geeigneter Module, deren Fügetechnik und Fertigung gelöst werden.

Das Projekt wird dazu beitragen, die Lücke zwischen digitalem Design und additiver Fertigung (AM) zu schließen. Das geplante Design Decision Support System (DDSS) wird, basierend auf einer formalen AM-Wissensbasis die Identifizierung von Komponenten ermöglichen, die für die AM-Technologie geeignet sind. Es werden Methoden zur Generierung von Fabrication Information Models (FIM) aus Building Information Models (BIM) entwickelt. Diese Methoden basieren auf der Graphentheorie und der algorithmischen Geometrie. Durch die Einbeziehung von Fertigungs-
informationen von Robotern und Sensoren werden Methoden zur Erstellung von digital twin-Darstellungen entwickelt, die die gebaute Geometrie und deren Eigenschaften widerspiegeln. Die Ansätze basieren auf dem Konzept des Multi-LOD-BIM, das die Konsistenz zwischen mehreren Detailebenen sicherstellt.

Digitale Modelle für additive Fertigung (AM) umfassen viele verschiedene geometrische Maßstäbe. Diese Skalen beginnen bei Mikrometern für metall- oder betonbasierte Prozesse. AM-Produktmaßstäbe, die im Zentrum dieses Projekts stehen, charakterisieren sowohl Teile als auch ganze Konstruktionen und reichen bis zu zehn Metern. Dieses Projekt hat eng miteinander verbundene zentrale Ziele: Das erste Ziel ist die Entwicklung einer konsistenten Beschreibung für die relevanten geometrischen Modelle. Das Zweite konzentriert sich auf effiziente Simulationsmethoden für AM-Produkte im Bauwesen. Schließlich liegt ein besonderer Schwerpunkt auf der Validierung der entwickelten Verfahren.

Jüngste Entwicklungen in der additiven Fertigung haben eine einzigartige Möglichkeit geschaffen, komplexe Strukturen mit Porosität auf mikro- und mesostruktureller Ebene zu erzeugen. Solche Konstruktionen können in bestimmten industriellen Anwendungen, z. B. bei Turbinenschaufeln mit Transpirationskühlung, konventionelle Materialien übertreffen. Die hohe Flexibilität der Eingabeparameter für die 3D-Drucker, wie z. B. Laserdurchmesser, Schraffurabstand usw., stellt jedoch eine Herausforderung für eine zuverlässige Abschätzung des mechanischen Verhaltens der fertigen Teile dar. Darüber hinaus begrenzt eine hohe Variation der Porosität in allen Materialrichtungen die Anwendung analytischer Grenzen, die auf dem Porenanteilsverhältnis basieren.

Additive Manufacturing, auch 3D-Druck genannt, ist ein Oberbegriff für die Herstellung von Gegenständen durch sukzessives Hinzufügen von Material in Schichten. Hierfür gibt es zahlreiche Verfahren. Bei diesem Forschungsprojekt geht es um die Modellierung des Prozesses der Laserleistungsbettfusion. Bei diesem Prozess schmilzt ein hoch fokussierter Laser selektiv Pulver. Sobald eine Pulverschicht selektiv behandelt wurde, wird eine neue Pulverschicht hinzugefügt. Der Vorgang wird so lange wiederholt, bis der Gegenstand fertig ist.