BIM in asset management for transportation infrastructure – State of actual research

Prof. Dr.-Ing. M. Stöckner, Karlsruhe
Prof. Dr. R. Hajdin, CH-Zürich
Prof. Dr. M. König, Bochum

Die Verknüpfung der Methode Building Information Modeling (BIM) und Asset Management stellt einen aktuell notwendigen Innovationsprozess im Lebenszyklus von Infrastrukturen dar. Bei konsequenter Anwendung kann erwartet werden, dass die in den verschiedenen Phasen des Lebenszyklus benötigten Daten und Informationen zur Verfügung stehen. Dies erfordert die konsistente und verlustfreie Übergabe von Daten aus verschiedenen Systemen. Wie dies erfolgen kann, wurde in zwei Forschungsprojekten untersucht, über die im Beitrag berichtet wird. Nach einer Beschreibung der Grundlagen zum Asset Management (AM) und zum BIM werden am Beispiel von Fahrbahnen und Brücken Ansätze zur Umsetzung der BIM-Methode im Lebenszyklus aufgezeigt. Ein Projekt behandelt die Umsetzung im europäischen Bereich, das zweite Projekt die Umsetzung im D-A-CH Kontext. Die Herausforderung bei diesen Forschungsprojekten war die Berücksichtigung der jeweils landesspezifischen unterschiedlichen technischen Anforderungen sowie die unterschiedlichen verwendeten Datenbanksysteme. Um ein solches Modell aufzustellen, mussten daher zunächst die Architektur und Prozessabläufe der jeweiligen Infrastruktur-
Asset-Management-Systeme (IAMS) analysiert werden, um detaillierte Anforderungen an den Informationsbedarf und -austausch im IAMS zu formulieren. Die Herausforderung dabei ist, eine Vorgehensweise zu entwickeln, in der unterschiedliche Ontologien und eine unterschiedliche Semantik barrierefrei zwischen verschiedenen Beteiligten im IAMS-Prozess übergeben werden können. Dazu wurden die Prozesse eines IAMS unter Verwendung des BPMN-Standards beschrieben. Im Ergebnis konnte ein generisches Prozess- und Datenmodell für die Betriebs- und Erhaltungsphase definiert werden, in dem wesentliche Datenaustauschpunkte ersichtlich sind. Zu diesen Datenaustauschpunkten wurde gleichzeitig definiert, welche Merkmalsgruppen und Merkmale übergeben werden müssen, damit die ingenieurtechnischen Aufgaben eines Asset Management erfüllt werden können. Im Ergebnis wurde ein containerbasierter   Datenaustausch als Linked-Data-Ansatz entwickelt und die Funktionsweise anhand eines Prototyps aufgezeigt.

The linking of the Building Information Modeling (BIM) method and asset management currently represents a necessary innovation process in the life span consideration of infrastructures. With consequent usage, it can be expected that the data and information needed in the different phases of the life span will be  available. This requires the consistent and lossless transfer of data from different data systems. How this can be done has been investigated in two research projects, which are reported in the represented paper. After a description of the fundamentals of asset management (AM) and BIM, approaches for the implementation of the BIM method in the life span are shown using the example of roadways and bridges. One project addresses the implementation in the European context, the second project the implementation in the D-A-CH context. The challenge in these research projects was to take into account the different country-specific technical requirements and the different database systems used. In order to set up such a model, the architecture and process flows of the relevant infrastructure asset management systems (IAMS) had to be analysed first in order to formulate detailed requirements for the information needs and data exchange in the IAMS. The challenge here is to develop an approach in which different ontologies and different semantics can be handed over barrier-free between different participants in the IAMS process. For this purpose, the processes of an IAMS were described using the BPMN method. As a result, a generic process and data model for the operation and maintenance phase could be defined, in which essential data exchange points are evident. For these data exchange points, it was simultaneously defined which property sets and properties must be transferred so that the engineering tasks of an asset management can be fulfilled. As a result, a container-based data exchange was developed as a linked data approach and its functionality was demonstrated by means of a prototype.

doi.org/10.53184/STA7-2023-1

Determination of visco-hypoplastic material parameters for rolled asphalt

Dr.-Ing. Gajári György (in Ruhestand)
Kisgyörgy Lajos Ph.D. (TU Budapest)
Hahler András Ph.D. (TU Budapest)

In der Einführung wurden zwei frühere Artikel zusammengefasst, in denen Phänomene behandelt werden, die mit der Steifigkeit zu tun haben. Die Steifigkeit ist mit dem Begriff Stoffgesetz verwandt, weil beide die Spannung mit der Dehnung verbinden. In der vorliegenden Arbeit wird das viskohypoplastische Stoffgesetz nach NIEMUNIS vorgestellt und es werden deren Parameter für den Walzasphalt AC 11 experimentell bestimmt. Anschließend wird durch eine numerische Simulation des Ödometerversuches die Gültigkeit des Stoffgesetzes für drei verschiedene Temperaturen nachgewiesen. Auf der Basis des viskohypoplastischen Stoffgesetzes werden Folgerungen für die Praxis gezogen.

The introduction summarizes two previous articles dealing with phenomena related to stiffness. Stiffness is related to the constitutive law because both associate stress to strain. In the present work, the visco-hypoplastic material law according to NIEMUNIS is presented and its parameters for the rolled asphalt AC 11 determined experimentally. Subsequently, the validity of the constitutive law for three different temperatures is verified by a numerical simulation of the oedometer test. Practical conclusions are drawn on the basis of the viscoplastic material law.

doi.org/10.53184/STA7-2023-2

Sustainability of natural aggregates

Dr. B. Kling, München

Nachhaltigkeitsaspekte spielen bei der Auswahl von Ausgangsstoffen zur Herstellung von Bauwerken im Hoch- und Tiefbau eine immer größere Rolle. So hat auch die Gesteinskörnungsbranche den Nachweis zu erbringen, dass ihre Produkte neben der technischen Leistungsfähigkeit wichtige Aspekte im Bezug auf Umweltbeeinträchtigung, Energieverbrauch und Effizienz erfüllen und diese quantifiziert werden können. Der Beitrag stellt den aktuellen Bedarf an Gesteinskörnungen als Basis der mineralischen Baustoffe den zunehmenden Schwierigkeiten der regionalen Bereitstellung gegenüber. Neben zunehmenden konkurrierenden Flächenansprüchen im Planungsrecht spielen sinkende Grundstücksverfügbarkeiten und schwindende Akzeptanz der Rohstoffgewinnung eine wesentliche Rolle, die die Bereitstellung heimischer Rohstoffe zunehmend erschweren. Es werden vier Aspekte der ökologischen Nachhaltigkeit von Gesteinskörnungen herausgestellt. Das ist zum einen der besondere Wert der Rohstoffgewinnung für die Artenvielfalt, die bereits während der Gewinnungsphase entsteht und vielfach auch nach Abschluss der wirtschaftlichen Nutzung eine Aufwertung gegenüber der ursprünglichen Lebensraumausprägung erfährt. Transporte tragen wesentlich zu den Treibhausgasbelastungen bei der Bereitstellung mit mineralischen Massenrohstoffen bei. Die dezentrale Verteilung von Gewinnungsstellen reduziert die Entfernungen und damit den CO2-Ausstoß. Mineralische Baustoffe eignen sich wie kaum ein anderer Werkstoff nach der Nutzungsphase zur Rückführung in den Stoffkreislauf. Darüber hinaus substituieren sie als Sekundärrohstoffe gerade im Straßen- und Tiefbau nahezu ein Viertel der benötigten mineralischen Rohstoffe. Ein weiterer Aspekt der Nachhaltigkeit, den es verstärkt in Normen und technischen  Regelwerken zu verankern und in der Praxis umzusetzen gilt, ist die passgenaue Qualitätsbeschreibung der tatsächlichen Anforderung im jeweiligen Einsatzbereich, um die Ressourceneffizienz zu erhöhen.

Sustainability aspects play an increasingly important role in the selection of raw materials for the manufacture of structures in structural and civil engineering. The aggregate industry also has to provide evidence that its products, in addition to their technical performance, meet important aspects in terms of  environmental impact, energy consumption and efficiency and that these can be quantified. These article compares the current demand for aggregates as the basis for mineral building materials with the increasing difficulties in regional provision. In addition to increasing competing land claims in planning law, falling land availability and declining acceptance of raw material extraction play an important role, making it increasingly difficult to provide domestic raw materials. Four aspects of the ecological sustainability of aggregates are highlighted. On the one hand, there is the special value of the extraction of raw materials for the diversity of species, which already arises during the extraction phase and often experiences an appreciation compared to the original habitat characteristics after the end of the economic use. Transports make a significant contribution to the greenhouse gas pollution when providing bulk mineral raw materials. The decentralized distribution of extraction points reduces distances and thus CO2 emissions. Mineral building materials are more suitable than almost any other material after the usage phase for returning to the material cycle. In addition, as secondary raw materials, they replace almost a quarter of the mineral raw materials required, especially in road construction and civil engineering. Another aspect of sustainability, which needs to be anchored more firmly in standards and technical regulations and implemented in practice, is the exact quality description to the actual requirements in the respective area of application in order to increase resource efficiency.

doi.org/10.53184/STA7-2023-3