©2016

Zurück in die Zukunft: Der Baumeister 4.0

Martin Fischer Professor, Bauingenieurwesen und Informatik (h.c.) fischer@stanford.edu §  Direktor, CIFE (Center for Integrated Facility Engineering) §  Mitglied, Royal Swedish Academy of Engineering Sciences

•  100% Industrie-finanziert –  Bauherren –  Planer und Baufirmen –  Soft- und Hardware Hersteller

•  1988-2000 –  Building Information Modeling

(BIM)

•  2000-2010 –  Virtual Design and Construction

(VDC)

•  2010+ –  Optimierte Bauwerk

Performance

Center for Integrated Facility Engineering

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Mein Einstieg in das virtuelle Planen und Bauen (VDC)

Design Conflict 15"

1997 2006 2005: „Mein Team von erfahrenen Architekten schlägt dein Technologie-Team jederzeit!” (Geschäftsführer eines großen U.S. Architekturbüros)

2000: „Die Probleme, die wir gemeinsam finden, lösen wir auch gemeinsam!” (Walt Disney Imagineer)

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Bekenntnis zur Modellierung Eric Lamb, Vorstandsmitglied DPR,

beim jährlichen Führungskräftetag vor ca. 10 Jahren

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Wir haben noch immer zu viele Nacharbeiten ...

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… und arbeiten zu ineffizient

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Würden Ihre Projekte davon profitieren, wenn… jeder immer an den richtigen Aufgaben zur richtigen Zeit arbeitet.

wir planen, was der Kunde wirklich haben will.

wir nächste Woche so produktiv wie möglich sein werden.

wir sicher sind, dass alles zusammen-passt.

wir sicher sind, dass wir mit den besten Methoden bauen.

wir alles schnell und auf Anhieb richtig bauen.

wir alles präzise nach der aktuellsten, korrekten Version installieren. Papierlos.

wir dem Kunden das liefern, was er wirklich wollte.

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Welche Fähigkeiten haben sich im letzten Jahrzehnt wirklich verändert? Digitale Modellierung Grösse der Datenvolumina, die wir verarbeiten können Kommunikation

Abbildungen: SPS, Beck, and DPR

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Beispiele guter BIM Anwendungen im Rahmen von VDC

Abbildungen: DPR

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jeder immer an den richtigen Aufgaben zur richtigen Zeit arbeitet.

wir planen, was der Kunde wirklich haben will.

wir nächste Woche so produktiv wie möglich sein werden.

wir sicher sind, dass alles zusammen-passt.

wir sicher sind, dass wir mit den besten Methoden bauen.

wir alles schnell und auf Anhieb richtig bauen.

wir alles präzise nach der aktuellsten, korrekten Version installieren. Papierlos.

wir dem Kunden das liefern, was er wirklich wollte.

Würden Ihre Projekte davon profitieren, wenn…

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VDC Methode für kundenfokussierte Wertschöpfung Eröffnung des gesamten Spitals innerhalb des Budgets und 30% früher als normal

Höchst zuverlässige Bauausführung

Integration aller

Fachplanungen

Alle arbeiten mit dem gleichen Plan

Bestätigung der Ausführbarkeit in der Detailplanung

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VDC Überblick Geschäftsziele

des Kunden

Projektziele

Integrated Concurrent Engineering

(ICE)

Produkt Modellierung

BIM+

Projekt Produktions- management

Gregory P. Luth & Associates Structural Engineers and Builders CIFE - January 20, 2016 Supercharging Structural Design & Construction

Productivity

Daytona International Speedway Erweiterung 2013 - 2014

-  GPLA führte die Detailplanung aus, mit dem Ziel der grösstmöglichen Vorfertigung

-  Die Koordination wurde mit GPLAs Hochdefinitions-BIM durchgeführt -  Die Ausführungspläne wurden direkt vom HD-BIM entwickelt

-  100’000 m2 Ausbau mit Hurrikanwindlasten

-  Freistehende Verkaufsstände und Toiletten auf 5 Ebenen

-  Planungsteam delegierte diese Planung an den GU

Gregory P. Luth & Associates Structural Engineers and Builders CIFE - January 20, 2016 Supercharging Structural Design & Construction

Productivity

-  Planung, Fabrikation, und Installation wurden in 10 Monaten durchgeführt

-  $10 Millionen Schadenersatz-zahlungen wurden so vermieden

-  Das Stahlfabrikationsmodell diente als Modellgrundlage

-  GPLA integrierte die Modelle der TGA Planer & Subunternehmer, um die Vorfertigung der Wände zu ermöglichen

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Vivienda Multifamiliar “Residencial Varela”

Javier Otiniano Project Manager PROYEC Contratistas Generales S.A.

Monatlicher Bericht N° 6 Datum: 3. Mai 2016

Beispiel zur Anwendung von VDC bei einem Mehrfamilienhaus Projekt in Lima, Peru aus dem CIFE-SPS VDC Zertifikatsprogramm in der Implementierungsphase

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Einsatz von BIM zur Montage von Fertigteildecken im Untergeschoss (Parkhausbereich)

Fertigteil-Deckenelemente gemäss der Einteilung in 7 Takte

-  Montagezeit eines Deckenelements: 8-10 min. Kolonne/Element

- Montage Kolonne: 3 Personen

$. 1,742.00

$. 373.00

8,430.00 $

$. 5,411.00

0  1000  2000  3000  4000  5000  6000  7000  8000  9000  

Einsparungen  Betonarbeiten  

Einsparungen  Stahlarbeiten  

Einsparungen  Deckenkonstruk@on    

Savings  in  Plastering,  pain@ng,  ceiling  

(basement  ceiling)  

$. 8,873.00

$. 2,159.00

0  

2000  

4000  

6000  

8000  

10000  

Leichtgewicht  FT  PlaKen   Massive  FT  PlaKen  

Wirtschaftlicher Vorteil / Fertigteilelemente

15.956,00 $

11.032,00 $

( - )

W i r t s c h a f t l i c h e r Vo r t e i l d u r c h F e r t i g t e i l e 4.924,00 $

H e r s t e l l u n g s k o s t e n f ü r d i e F e r t i g t e i l e

Reduzierung der Rohbaukosten um 31%

Regelmässige Abstimmungstreffen im multidisziplinären Team

Diskussion am 4D Modell Arbeitsvorbereitung direkt vor Ort

Kontinuierliche Verbesserungs-treffen mit Planern

R E S I D E N C I A L VARELA

K u n d e

Wertschöpfung für

IMPLEMENTATION VDC

Management , Arbe i tsvorbere i tung und Produkt ionsprozesse , um d ie Pro jektz ie le zu er re ichen

Zielvorgabe: Reduzierung der Bauzeit um 5%

DESIGNERSConfirm  

attendanceCheck  queries

Contributions  to  improvements

Identify  deficiencies  in  

design

Convene  Meeting

Present  Schedule

Contributions  to  improvements

PROJECT  MANAGER

YES Making  of  improvement  

metrics

BIM  SUPPORT Model  Presentation

Develop  Modeling  

Plan

Make  queries  of  the  Model

Contributions  to  improvements

                               NO

BIM  MANAGERIdentify  

deficiencies  in  design

Contributions  to  improvements

Specify  contributions  

Review  by  levels  and  specialities

Decision  Making

I  C  E S  E  S  S  I  O  N  S

Mappingprozesse

Kollaborationstreffen

Verbesserungstreffen

Terminplan-Optimierung

Taktung und Gewerkezüge 4D Modell

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Schlüsseltechnologien und Managemententwicklung

Mobil •  Die richtigen Informationen zur

rechten Zeit Cloud •  Alles, jederzeit Parallelisierung •  Schnell Lokalisierung •  Genauigkeit, dimensionale

Kontrolle, vor Ort / im Werk Künstliche Intelligenz •  Erfahrung und Daten

Robotics, 3D Drucken •  Virtuell ó real, Arbeitssicherheit,

Umwelteinfluss Internet of Things (IoT) •  Virtuell ó real Virtuelle Umgebungen •  Test, Engagement Kollaboration •  Kongruentes Wissen Lean •  Mehr Gewissheit, weniger Risiko,

Kunde, Pull, Zweck à Wert

©2016

Mobil •  Genau die richtige

Information zur Hand Cloud •  Jederzeit (Push und Pull, bi-

direktional, ”unbegrenzt”) Parallelisierung •  Schnell! Lokalisierung/ dimensionale

Maßnahmen Genauigkeit, dimensionale

Kontrolle, vor-Ort/ im-Werk Künstliche Intelligenz •  Erfahrung und Daten

Robotics, 3D Drucken •  Virtuell ó real,

Arbeitssicherheit, Umwelteinfluss

Internet of Things (IoT) •  Virtuell ó real Virtuelle Umgebungen •  Test! Kollaboration •  Kongruentes Wissen Lean •  Mehr Gewissheit, weniger

Risiko, Kunde, Pull, Zweck à Wert

Die Kombination dieser Entwicklungen enthält signifikante Chancen für dramatische Verbesserungen

Schlüsseltechnologien und Managemententwicklung

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Weckrufe

Die folgenden Folien zeigen einige Innovationen mit dramatischen Verbesserungen.

Tägliche Prozess- und Feedbackloops

einsite

u  Sämtliche Daten und Aktivitäten werden vom Gerät verifiziert, basierend auf Standort- und Transaktionsdaten, im Kontext des Ablaufplans und Aufgaben

u  Reduzierte Eingabe von Daten (nur morgens und abends) u  Minimaler Schulungsbedarf Morgens

Abends

Anirudh Reddy

•  Eintrag des täglichen Fortschrittes

•  Abgleich der Einträge mit dem Gerät

•  Tagesaktivitäten visualisiert und analysiert durch Software Portal

•  Einsite erstellt Vorschlag für Arbeitsplan für den nächsten Tag

•  Materialabruf für geplante Arbeiten mit SiteMan App

•  Anforderungen auf Smart Card

•  Materialabholung am Werk

•  Datenerfassung von Fahrer und Fahrzeug •  Verifizierung an der

Waage •  Datenerfassung von

Fahrer und Fahrzeug

•  Materiallieferung vor Ort, Ausführung der geplanten Aktivitäten

•  Bestätigung durch Vorgesetzten-ID Karte auf dem Gerät

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Völlig automatisierte und vollständige Planung eines Hauses, basierend auf einer Skizze (elibre)

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K O S T E N R E D U Z I E R U N G V O N S TA H L B A U W E R K E N D U R C H C O M P U TAT I O N A L D E S I G N O P T I M I Z AT I O N

F o r e s t F l a g e r i n K o l l a b o r a t i o n m i t A r u p u n d J o h n H a y m a k e r

Konventionell FCD

(128 cpu) Methode

PROZESS

Planungszyklus 4 h 3 sec Evaluierte

Alternativen 39 12,800

Total design time 216 h 151 h

PRODUKT

Gesamtgewicht Stahl 2,728 met t 2,292 met t

Kosteneinsparung (USD)

- $4 M (-19%)

Ergebnisse der Fallstudie

GEOMETRIC MODEL

GEOMETRIC MODEL

OPTIMIZE SHAPE

ANALYTIC MODEL

OPTIMIZE SIZING

1

BiOPT METHOD http://cife.stanford.edu/sites/default/files/TR202.pdf

Planungs-problem

2

3

4

FCD Sizing Algorithm http://cife.stanford.edu/sites/default/files/TR201_0.pdf

SEQOPT Algorithm (Booker, et al. 1999)

•  Signifikante Reduzierung des Planungszyklus

•  Evaluierung von weitaus mehr Alternativen

•  Verbesserte Produktqualität

Ziel: Reduzierung des Stahlgewichts Randbedingunen: Sicherheit und

Nutzerfreundlichkeit

Mögliche Planungsalternativen: ~ 102435 Variablen: 1955 Maß- und Form-Variablen

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Original Rahmen Value-Engineered Rahmen

Stahlgewicht - +8% Gesamtkosten - -13%

Vergabezeit - -20%

Biegesteife Rahmenwerke

W14X176

W24X117 W18X86

W14X132

W14X233

Doubler Plate

3 Continuity Plates Legende

Arbeit von Forest Flager, Pratyush Havelia, Henry Hamamji, Filippo Ranalli, Bo Peng, Thomas Trinelle In Kollaboration mit SOM, Herrick, Autodesk

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Kosten der Stahlrahmenkomponenten

Material 27%

Herstellung

Montage

Weiteres

ENTSCHEIDUNGS-GRUNDLAGE IN DER

PLANUNG

SUPPLY CHAIN EXPERTISE

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Automatische Erstellung eines BIM-Modells eines bestehenden Gebäudes mit Hilfe von Laserscanning

In Kollaboration mit Iro Armeni, Silvio Savarese, Amir Zamir, and Ozan Sener

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“Die automatisierte Ausführung von Prozessen verändert alles.” (Alan Perlis, 1961)

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Baumeister Quelle: Biedermann

Ich habe alle meine Generäle aus Schlamm geformt. Napoleon

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•  Rasche Auffassung von Ziel, Team, Rollen, Fortschritt, Hindernissen und Herausforderungen

•  Ständige Kommunikation und rasches Feedback

Agieren in einer virtuellen Umgebung

Screenshots von Brandon Fischer

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Die Zukunft ist ganz anders, aber sie hat schon begonnen

Strategische Führungsaufgaben:

Ø Projekte vs. Unternehmen Ø Personalentwicklung Ø Partnerschaften, um die Performance zu optimieren

und zu garantieren

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Zurück in die Zukunft: Der Baumeister 4.0

Martin Fischer Professor, Bauingenieurwesen und Informatik (h.c.) fischer@stanford.edu §  Direktor, CIFE (Center for Integrated Facility Engineering) §  Mitglied, Royal Swedish Academy of Engineering Sciences