-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Bereitstellung einer visuellen Darstellung von Soll- und Ist-Zuständen von Konstruktionselementen bei der Bauausführung, ein System zur Bereitstellung einer visuellen Darstellung von Soll- und Ist-Zuständen von Konstruktionselementen bei der Bauausführung, ein korrespondierendes Computerprogrammelement und die Verwendung eines digitalen Modells, einer Vielzahl von Konstruktionselementen und/oder eines visuellen Ausgabemittels in einem solchen Verfahren.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Im Stand der Technik sind verschiedene Systeme zur Visualisierung von Kraftflüssen bekannt. Beispielsweise beschreibt die
WO 2021/083796 A1 ein System, das zur Ermittlung und Visualisierung von Kraftflüssen in einem Baugerüst ausgebildet ist.
-
Es hat sich nunmehr herausgestellt, dass ein Bedarf besteht, ein Verfahren und/oder ein System bereitzustellen, mit dem eine bauausführende Person bei der Bauausführung unterstützt werden kann.
-
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und/oder ein System bereitzustellen, mit dem eine bauausführende Person bei der Bauausführung unterstützt werden kann. Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Bereitstellung einer visuellen Darstellung von Soll- und Ist-Zuständen von Konstruktionselementen bei der Bauausführung, umfassend:
- Bereitstellen eines digitalen Modells von einer Vielzahl von Konstruktionselementen, wobei das digitale Modell Soll-Daten für zumindest einen Teil der Vielzahl von Konstruktionselementen umfasst;
- Bereitstellen einer Vielzahl von Konstruktionselementen, umfassend jeweils zumindest ein Sensorelement, das eingerichtet ist, Ist-Daten zu den im digitalen Modell bereitgestellten Soll-Daten zu erfassen;
- Bereitstellen von Ist-Daten durch zumindest eines der Sensorelemente zumindest eines Konstruktionselements;
- Ausgabe einer visuellen Darstellung der Ist- und Soll-Daten für zumindest ein Konstruktionselement durch ein visuelles Ausgabemittel in Echtzeit.
-
Mit anderen Worten schlägt die vorliegende Erfindung vor, Konstruktionselemente mit einem oder auch mit mehreren Sensoren bereitzustellen und diese als Ist-Sensordaten zu erfassen, so dass diese Ist-Sensordaten mit korrespondierenden Soll-Daten eines digitalen Modells verglichen werden können. Diese Vergleichsdaten können anschließend in Echtzeit an eine bauausführende Person übermittelt werden, die unmittelbar überprüfen kann, ob die Bauausführung wie vorgesehen durchgeführt wird bzw. wurde.
-
Der Begriff „Konstruktionselemente“ ist dabei breit zu verstehen und umfasst alle Elemente, die bei einer Bauausführung eingesetzt werden können. Die vorliegende Erfindung ist dabei nicht auf den Einsatz von gleichen Konstruktionselementen oder gleichen Sensorelementen beschränkt und umfasst auch den Einsatz von unterschiedlichen Konstruktionselemente oder unterschiedlichen Sensorelementen. Beispielsweise kann das Konstruktionselement ein Schalungselement, ein Stützelement, ein Trägerelement, ein Gerüstelement, etc. sein.
-
Der Begriff „digitales Modell“ ist vorliegend breit zu verstehen und umfasst jedes computergestütztes „virtuelle“ Modell, mit dem sich Soll-Daten der Vielzahl von Konstruktionselementen zuordnen lassen. In der Praxis handelt es sich hierbei um ein Planungstool, in dem als Soll-Daten die Positionierung eines Konstruktionselements, der Einbauort, die Art der Befestigung, eine Kraftverteilung, eine Kraftaufnahme, etc. erfasst werden können. In einem Beispiel wird mit einem solchen Planungstool ein digitaler Zwilling der Vielzahl der Konstruktionselemente, die bei einer Bauausführung vorgesehen werden, geschafften. Dabei kann sich das digitale Modell nur auf die Konstruktionselemente beschränken oder auch Darstellungen der die Konstruktionselemente umgebenden Einrichtungen, wie Decken, Wände, Türen, etc., umfassen.
-
Der Begriff „Sensorelement“ ist vorliegend breit zu verstehen und umfasst jedes Sensorelement, dass in einem Konstruktionselement anordenbar ist oder auch einem solchen Konstruktionselement zugeordnet werden kann. Vorzugsweise werden die Sensorelemente dabei unmittelbar am oder im Konstruktionselement vorgesehen. Alternativ ist es allerdings auch möglich ein Sensorelement, beispielsweise einen Temperatursensor, separat vom Konstruktionselement vorzusehen.
-
Der Begriff „Ist- und Soll-Daten“ ist vorliegend breit zu verstehen und umfasst jedes „Datenpaar“, das miteinander verglichen werden kann bzw. das visuell durch das visuelle Ausgabemittel dargestellt werden. Dabei ist die vorliegende Erfindung auch nicht auf ein bestimmtes Datenformat beschränkt. Auch kann es möglich sein, dass die Sensordaten als analoge Daten bereitgestellt werden, die anschließend mittels eines A/D-Wandlers in digitale Daten umgesetzt werden, d.h. auch umfasst sind mögliche Datenverarbeitungsschritte, die durchzuführen sind, um die Ist- und Soll-Daten darstellen zu können.
-
Der Begriff „visuelle Darstellung“ ist vorliegend breit zu verstehen und umfasst jede Darstellungsalternative, durch die die Ist- und Soll-Daten dargestellt werden können. Diese können beispielsweise als zwei separate Balkendarstellung dargestellt werden, so dass die Ist- und Soll-Daten direkt verglichen werden können. Alternativ können die Ist- und Soll-Daten auch in einer zusammengefassten Darstellung dargestellt werden, beispielsweise als Balkendarstellung, die je nach Abweichung von Ist- und Soll-Daten farblich variiert. Alternativ oder zusätzlich kann eine verknüpfte Repräsentation eingesetzt werden. Beispielsweise eine Balkendarstellung an der ein Indikator, beispielsweise einen Pfeilindikator, einen Vergleich von Ist- und Soll-Daten erlaubt. Auch können die Ist- und Soll-Daten nur durch einen visuellen Indikator/Operator (e.g. einen längenvariablen Pfeil, ein sich bewegender Punkt, etc.) oder ähnliches dargestellt werden. In einer Ausführungsform werden dabei nicht nur die Ist- und Soll-Daten visuell dargestellt, sondern auch eine visuelle Darstellung zumindest eines Teils eines herzustellenden Bauwerks, in der die Vielzahl der Konstruktionselemente umfasst sind. Eine solche Darstellung erleichtert einer ausführenden Person die Orientierung und erlaubt eine einfachere Bauausführung.
-
Der Begriff „visuelles Ausgabemittel“ ist vorliegend breit zu verstehen und umfasst jedes visuelle Ausgabemittel, das sich zur visuellen Darstellung der Ist- und Soll-Daten bzw. eines Vergleichs der Ist- und Soll-Daten eignet. Beispielsweise können vorliegend Datenbrille, Helmschirm, Linse, HUD-Elemente, holographische Elemente, etc. eingesetzt werden.
-
Der Begriff „Echtzeit“ ist vorliegend breit zu verstehen und kann je nach Anwendung, Sensortyp, etc. unterschiedlich verstanden werden. Vorzugsweise ist der Begriff „Echtzeit“ vorliegend als kleiner 1 s, besonders bevorzugt kleiner als 0,5 s zu verstehen. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, dass eine Änderung der Ist-Daten während der Bauausführung innerhalb eines Zeitraums von weniger als 1 s bzw. von weniger als 0,5 s durch das visuelle Ausgabemittel dargestellt wird. In alternativen Anwendungsfällen können auch größere Zeitintervalle noch als Echtzeit angesehen werden, wenn erfahrungsgemäß der Sensorwert eine langsamere Änderungsrate aufweist, wie dies beispielsweise bei Temperatursensoren der Fall sein kann. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit des Sensorelements unterschiedlichen Echtzeitanforderungen definiert werden, d.h. dass beispielsweise für unterschiedliche Sensortypen unterschiedliche Datenübermittlungsintervalle definiert werden können. Beispielsweise können für Temperatursensoren geringere Datenübermittlungsintervalle definiert werden, da sich dieser Sensorwert erfahrungsgemäß nur langsam ändert. Wohingegen für Konstruktionselemente, wie beispielsweise Gerüstelemente, die korrekt nach den Soll-Daten positioniert oder betrieben werden sollen, geringere Datenübermittlungsintervalle vorgesehen sein können. In einem Beispiel werden die jeweiligen Datenübermittlungsintervalle für die Sensorelemente bereits im Rahmen der Planung des digitalen Modells berücksichtigt bzw. in dieses als Steuerdaten mit eingepflegt.
-
In einer Ausführungsform ist das digitale Modell ein dreidimensionales Modell zumindest eines Teils eines herzustellenden Bauwerks, in der die Vielzahl der Konstruktionselemente umfasst sind. Durch den Einsatz eines solchen „realitätsnähen“ bzw. „realitätsnäheren“ dreidimensionalen Modells kann die Planung des digitalen Modells erheblich erleichtert werden, da der Anwender hierdurch einen direkten Realitätsbezug erhält. Zur optimierten Planung und Bauausführung kann das digitale Modell dabei mit einer Vielzahl von relevanten (Gebäude-)Daten digital erfasst bzw. bereitgestellt werden. Zudem können dabei auch gewerksspezifische Informationen/Daten umfasst sein.
-
In einer Ausführungsform ist das Konstruktionselement ein Schalungselement, ein Stützelement, ein Trägerelement und/oder ein Gerüstelement. In einem weiteren Beispiel eines Konstruktionselements kann diese eine Rahmen eines Gebäude-3D-Druckers sein, um beispielsweise eine vorgesehene Positionierung eines solchen Rahmens und/oder um die jeweilig vorgesehene Lastaufnahme einer solchen Stütze mittels der Ist- und Soll-Daten darzustellen. Ein solcher Gebäude-3D-Drucker umfasst dabei ein solchen Rahmen/Säule, vorzugsweise vier oder mehr solcher Rahmen.
-
In einer Ausführungsform beziehen sich die Soll- und Ist-Daten auf Betriebsdaten der Konstruktionselemente, Druckdaten, Lagedaten, Lastdaten, Positionsdaten und/oder Typendaten des jeweiligen Konstruktionselements.
-
In einer Ausführungsform ist das zumindest eine Sensorelement eines Konstruktionselements ein Lagesensor, Kraftsensor, Drucksensor, Winkelsensor, ein Dehnungsmessstreifen (DMS), ein Distanzsensor, ein Feuchtigkeitssensor, ein Gyroskop, insbesondere ein MEMS-Gyroskop oder ein Betondrucksensor ist.
-
In einer Ausführungsform ist das visuelle Ausgabemittel als mobiles visuelles Ausgabemittel und als Extended Reality (XR)-Einheit ausgebildet (beispielsweise als Virtual Reality (VR), und/oder als Augmented Reality (AR)-Einheit).
-
In einer Ausführungsform ist das visuelle Ausgabemittel eine Datenbrille, ein Helm mit Head-up-Display, ein holographisches Element oder eine mobile Rechnereinheit, wie ein Smartphone, ein Tablet, ein Laptop, etc. Dabei werden mobile Geräte und XR Devices typischerweise für die Anwendung auf Baustellen eingesetzt und Laptops typischerweise für den Remote Access, ggf. als Office-Einbindung.
-
In einer Ausführungsform wird eine Ausgabe der visuellen Darstellung der Ist- und Soll-Daten durch Positionsdaten des mobilen visuellen Ausgabemittels ausgelöst. Vorzugsweise wird dadurch eine visuelle Darstellung der Ist- und Soll-Daten für zumindest einen Teil der Vielzahl der Konstruktionselemente auslöst. Die Positionsdaten können dabei beispielsweise durch eine funkbasierte Ortsbestimmung, wie beispielsweise eine Bluetooth-Ortsbestimmung, oder auch durch eine GPS-Einheit bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlichen können die Positionsdaten auch mittels einer Lasermessvorrichtung, einer kamerabasierten Positionsbestimmung oder ähnlichem erfolgen.
-
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin, ein Bereitstellen eines haptischen Feedbackmittels das eingerichtet ist, in Abhängigkeit der Ist- und Soll-Daten ein haptisches Signal auszugeben, wobei das haptische Feedbackmittel insbesondere als Armband, Handschuh oder als Vibrationseinlage ausgebildet ist. Beispielsweise kann eine solche Vibrationseinlage derart angesteuert werden, dass bei einer größeren Abweichung der Ist- und Soll-Daten ein stärkeres Vibrationssignal ausgegeben wird.
-
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin, ein Bereitstellen eines akustischen Feedbackmittels das eingerichtet ist, in Abhängigkeit der Ist- und Soll-Daten ein akustisches Signal auszugeben. Beispielsweise kann ein akustisches Signal derart ausgegeben werden, dass bei einer größeren Abweichung der Ist- und Soll-Daten ein lauteres akustisches Signal ausgegeben wird.
-
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin ein Einbinden eines neuen Konstruktionselements in das digitale Modell, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines weiteren Konstruktionselements mit zumindest einem Sensorelement;
- Erfassen der Abstände des Konstruktionselements zu zumindest zwei benachbarten Konstruktionselementen;
- Einbinden des weiteren Konstruktionselements in das digitale Modell in Bezug auf das nächstliegende Konstruktionselement.
-
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein System zur Bereitstellung einer visuellen Darstellung von Soll- und Ist-Zuständen von Konstruktionselementen bei der Bauausführung, umfassend:
- eine erste Bereitstellungseinheit eingerichtet, um ein digitales Modell einer Vielzahl von Konstruktionselementen bereitzustellen, wobei das digitale Modell Soll-Daten für zumindest einen Teil der Vielzahl von Konstruktionselementen umfasst;
- eine Vielzahl von Konstruktionselementen, umfassend jeweils zumindest ein Sensorelement, das eingerichtet ist, Ist-Daten zu den im digitalen Modell bereitgestellten Soll-Daten zu erfassen;
- eine zweite Bereitstellungseinheit eingerichtet, um Ist-Daten zumindest eines der Sensorelemente zumindest eines der Konstruktionselement bereitzustellen; Ausgabe einer visuellen Darstellung der Ist- und Soll-Daten für zumindest ein Konstruktionselement durch ein visuelles Ausgabemittel in Echtzeit.
-
Hinsichtlich der jeweiligen Elemente, Effekte, Begriffe und/oder Vorteile gelten hier die Ausführungen und Erläuterungen zu oben beschriebenen Verfahren zur Bereitstellung einer visuellen Darstellung von Soll- und Ist-Zuständen von Konstruktionselementen bei der Bauausführung. Die erläuterten Ausführungsformen können auch bei vorliegendem System zur Bereitstellung einer visuellen Darstellung von Soll- und Ist-Zuständen von Konstruktionselementen bei der Bauausführung korrespondierend herangezogen und vorgesehen werden.
-
In einer Ausführungsform sind die Bereitstellungseinheiten, das visuelle Ausgabemittel und die Sensorelemente über zumindest einen Kommunikationsknoten direkt oder indirekt miteinander verbunden. Ein solcher Kommunikationsknoten kann dabei beispielsweise durch ein örtliches drahtloses Netzwerk bereitgestellt werden. In einem Beispiel kann das digitale Modell bzw. die entsprechende Datenverarbeitung ortsnah an einer Baustelle in einem lokalen Baustellennetzwerk vorgesehen sein. Jeweilige Datenwege können dabei beispielsweise durch WLAN, Bluetooth, LoRaWAN oder dergleichen bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich können auch Cloudanbindungen, Mobilfunkanbindungen etc. vorgesehen sein, um alternativ oder zusätzlich auch nicht-lokal vorgesehene Ressourcen nutzen zu können. Derartige Fern-Anbindungen können dabei dauerhaft oder auch nur temporär vorgesehen sein.
-
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogrammelement mit Anweisungen, die bei Ausführung auf Computergeräten einer Computerumgebung eingerichtet sind, um die Schritte des oben erläuterten Verfahrens in einem erläuterten System auszuführen.
-
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Verwendung eines digitalen Modells, einer Vielzahl von Konstruktionselementen, und/oder eines visuellen Ausgabemittels in einem oben erläuterten Verfahren.
-
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
-
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, dem Ausführungsbeispiel und den Figuren. Darin zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung der Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 2 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems;
- 3 eine schematische Ansicht eines digitalen Modells;
- 4 eine schematische Ansicht einer visuellen Darstellung von Ist- und Soll-Daten; und
- 5 eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels einer visuellen Darstellung von Ist- und Soll-Daten.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung der Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung einer visuellen Darstellung von Soll- und Ist-Zuständen von Konstruktionselementen bei der Bauausführung.
-
In einem ersten Schritt wird ein digitales Modell von einer Vielzahl von Konstruktionselementen bereitgestellt, wobei das digitale Modell Soll-Daten für zumindest einen Teil der Vielzahl von Konstruktionselementen umfasst.
-
Ein solches digitale Modell ist in der bevorzugten Ausführungsform ein „realitätsnahes“ digitales Modell, wie es beispielhaft in 2 gezeigt ist. In dem beispielhaften digitalen Modell sind die Soll-Daten/Werte visuell an einem Konstruktionselement, hier ein Stützelement, zugeordnet. In der gezeigten Darstellung sind die Soll-Daten dabei als Balkendarstellung eingeführt. In dem gezeigten Beispiel sind die Soll-Daten Lastaufnahmedaten, die beispielsweise mittels eines Kraftsensors erfasst werden können.
-
In einem zweiten Schritt wird eine Vielzahl von Konstruktionselementen bereitgestellt, die jeweils zumindest ein Sensorelement, hier vorzugsweise jeweils zumindest ein Kraftsensor, umfassen. Diese Sensorelemente sind eingerichtet Ist-Daten zu den im digitalen Modell bereitgestellten Soll-Daten zu erfassen.
-
In einem weiteren Schritt werden die durch die Sensorelemente erfassten Ist-Daten der Konstruktionselemente bereitgestellt und an einen Datenpunkt übermittelt bzw. von diesem abgerufen.
-
Schließlich wird eine visuelle Darstellung der Ist- und Soll-Daten für zumindest ein Konstruktionselement durch ein visuelles Ausgabemittel in Echtzeit ausgegeben. Eine solche beispielhafte Visualisierung, die beispielsweise im Rahmen einer Augmented-Reality-Anwendung durch eine Datenbrille bereitgestellt werden kann, ist in 3 gezeigt.
-
4 zeigt ein beispielhaftes System 10 zur Bereitstellung einer visuellen Darstellung von Soll- und Ist-Zuständen von Konstruktionselementen bei der Bauausführung. Das System umfasst dabei zumindest eine erste Bereitstellungseinheit 11 eingerichtet, um ein digitales Modell einer Vielzahl von Konstruktionselementen bereitzustellen, wobei das digitale Modell Soll-Daten für zumindest einen Teil der Vielzahl von Konstruktionselementen umfasst; eine Vielzahl von Konstruktionselementen 12, umfassend jeweils zumindest ein Sensorelement 13, das eingerichtet ist, Ist-Daten zu den im digitalen Modell bereitgestellten Soll-Daten zu erfassen; eine zweite Bereitstellungseinheit 14 eingerichtet, um Ist-Daten zumindest eines der Sensorelemente zumindest eines der Konstruktionselement bereitzustellen; visuelle Ausgabemittel 15 zur Ausgabe einer visuellen Darstellung der Ist- und Soll-Daten für zumindest ein Konstruktionselement in Echtzeit.
-
5 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels einer visuellen Darstellung von Ist- und Soll-Daten. Als Konstruktionselement ist dabei eine Schalungsanordnung mit jeweiligen Schalungselementen gezeigt. An oder in den Schalungselementen sind dabei mehrere Drucksensoren vorgesehen, die derart angeordnet/eingerichtet sind, um den auf die jeweiligen Flächen einwirkenden Druck zu erfassen. Der gemessene/erfasste Druckwerte stellen die Ist-Daten dar, die mit den hinterlegten Soll-Daten verglichen werden. In dem gezeigten Beispiel wird mittels einer kreisförmigen visuellen Darstellung, eine Abweichung bzw. ein Vergleich der Ist-und Soll-Daten/Werte angezeigt. Die Darstellung, hier der gestrichelte dargestellte Kreis, kann in seiner Größe und/oder seiner farblichen Darstellung korrespondierend variieren. Beispielsweise kann durch die Kreisgröße dargestellt werden, dass der Druck entweder größer oder kleiner ist/wird. Auch kann die maximale Auslastung/Druckaufnahme mittels einer roten Hervorhebung/Farbgebung dargestellt werden, eine minimale Auslastung kann beispielsweise mittels einer grünen Farbgebung und einem kleinen Kreis dargestellt werden.
-
Die vorliegende Erfindung ist dabei allerdings nicht auf die vorhergehenden bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt, solange sie vom Gegenstand der folgenden Ansprüche umfasst ist.
-
Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und die unbestimmten Artikel „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Darüber hinaus ist der Begriff der Einheit breit zu verstehen, insbesondere ist dieser Begriff nicht dahingehend zu verstehen, dass die jeweiligen Einheiten als integrale Bauteile ausgebildet sein müssen. Auch können die jeweiligen Einheiten auch unterschiedlich positioniert werden. Schließlich können auch unterschiedliche Einheiten in einer Baugruppe zusammengeführt sein. Ferner wird darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
