Forschung

Die Forschungsaktivitäten des Leonhard Obermeyer Centers umfassen ein breites Spektrum an digitalen Methoden, die zur Erfassung, Analyse und Gestaltung der gebauten Umwelt entwickelt werden. Sie werden durch die wissenschaftliche Expertise der einzelnen Lehrstühle sowie durch gemeinsame Forschungsprojekte getrieben. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Erforschung digitaler Methoden, die in der Lage sind, die vielfältigen Skalen der Modellierung und Simulation der bebauten Umwelt zu überbrücken - von wenigen Millimetern bis hin zum Maßstab eines ganzen Landes.

Im Einzelnen umfassen die Forschungsgebiete, die von den Lehrstühlen des Zentrums abgedeckt werden:

Gebäudeinformationsmodellierung, Infrastrukturmodellierung, raumzeitliche Analyse, Fußgängerdynamik, Bauprozesssimulation (CMS)

Geodatenmodellierung, Geographische Informationssysteme, Geodatenbanken und Dateninfrastrukturen, Innennavigation (GI)

Computergestütztes Architekturdesign, Digitale Entwurfsmethoden, Fallbasiertes Denken, Digitale Fertigung (AI)

Numerische Methoden, Finite-Elemente-Methode, interaktive und Echtzeit-Struktursimulation, Multiskalen- und Multiphysik-Probleme (CIE)

Photogrammetrie, Fernerkundung, Bild- und Punktwolkenanalyse, Computer Vision (PRS)

 

Projekte

Development of a multi-LOD

Die Planung eines Gebäudes ist ein komplexer Prozess, in dem die Lösung schrittweise entwickelt wird, um die Ziele und Randbedingungen mehrerer beteiligter Entwürfe und Ingenieurdisziplinen 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.

Additive Manufacturing

Additive Manufacturing, auch 3D-Druck genannt, ist ein Oberbegriff für die Herstellung von Artefakten durch sukzessives Hinzufügen von Material in Schichten. Hierfür gibt zahlreiche Verfahren. Der Lehrstuhl für Computation in Engineering konzentriert sich auf 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.

Visuelle Exploration zur Beurteilung von Entwurfsvarianten

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 Entscheidungs¬findung des 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.

Smart District Data Infrastructure (SDDI)

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 Planern 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.

iFlood - High-performance interactive flood simulations

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.

Entwicklung einer Simulationsumgebung für die Bewertung des urbanen Mikroklimas/ des thermischen Komforts im Außenraum

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.

For3D - Änderungsdetektion topobathymetrischen Punktwolken

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.

USP | Urban Strategy Playground

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.

KSD | Knowledge Supported Design

Ziel dieser Forschung ist es, dem Architekten bereits in der frühen Entwurfsphase IT-Unterstützung zu bieten. Im Wesentlichen erweitert das Projekt zwei der wichtigsten Werkzeuge des Architekten - 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.

CDP | Collaborative Design Platform

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.

Construction progress control based on integrated point cloud interpretation and 4d building models

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.

Enrichment and Multi Purpose Visualization of Building Models with Emphasis on Thermal Infrared Data

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.

3D City DB

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.

CityGML

Der internationale OGC-Standard CityGML ist ein gängiges Informationsmodell und eine XML-basierte Kodierung für die Darstellung, Speicherung und den Austausch von virtuellen 3D-Stadt- und Landschaftsmodellen und übernimmt insbesondere die Darstellung der semantischen und thematischen Eigenschaften, Taxonomien und Aggregationen. Diese semantischen 3D-Stadtmodelle werden in Projekten zur Stadtinformationsfusion und zum City Lifecycle Management eingesetzt.

Computer-Aided Collaborative Subway Planning in Multi-Scale 3D City and Building Models

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 Planer vor Ort das 3D-Planungsmodell lokalisieren.

Finite Element Mesh Generation

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.

BIM-coupled vibroacoustic simulation

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

Very High Resolution Synthetic Aperture Radar

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.

Abgeschlossene Forschungsprojekte

BIMsite BIM - gestützte Planung, Simulation und Monitoring von Baustellen

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.

Automated Code Compliance Checking

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.

Energy Atlas Berlin

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.

Virtual Arabia - GIS2BIM: Multi Resultion Models of Constructions and Built Infrastructure

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.